Funcionamento
O circuito regulador de tensão pega a tensão de +12 V presente no conector ATX12V ou EPS12V da placa-mãe e converte esta tensão para a tensão exigida pelo o componente que o circuito regulador de tensão está conectado (processador, memória, chipset, etc). Esta conversão é feita usando um conversor DC-DC, também conhecido como fonte de alimentação chaveada (SMPS), o mesmo sistema usando na fonte de alimentação principal do micro.
O coração deste conversor é o controlador PWM (Pulse Width Modulation ou Modulação por Largura de Pulso). Este circuito gera um sinal de onda quadrada que alimenta cada fase, com o ciclo de carga deste sinal variando a depender da tensão que o circuito quer produzir (ciclo de carga é o tempo em que o sinal fica em seu nível mais alto; por exemplo, uma forma de onda quadrada com ciclo de carga de 50% fica metade do tempo em sua tensão mais baixa - normalmente zero volt - e 50% do tempo em seu nível mais alto - no caso do regulador de tensão, +12 V).
O valor exato da tensão que o circuito regulador de tensão precisa produzir em sua saída é lido dos pinos de identificação de tensão do processador (pinos chamados VID), que fornecem um código binário contendo a tensão exata com a qual o processador precisa ser alimentado. Algumas placas-mães permitem a você manualmente mudar a tensão de alimentação do processador através do setup. O que o setup faz é mudar o código que é lido pelo o controlador PWM e, portanto, o controlador mudará a tensão do processador de acordo com o que você configurou. Apesar de estarmos falando do processador, a mesma ideia se aplica às memórias e ao chipset.
O conversor DC-DC é um sistema de laço fechado. Isto significa que o controlador PWM está constantemente monitorando as saídas do regulador de tensão. Se a tensão na saída aumentar ou diminuir o circuito se auto-ajustará (mudando a frequência do sinal PWM) de modo a corrigir a tensão. Isto é feito através de um sensor de corrente, já que quando o consumo de corrente aumenta a tensão de saída tende a diminuir e vice-versa.
Na Figura 17 nós temos o diagrama em blocos de um controlador PWM normalmente encontrado no circuito regulador de tensão do processador (NCP5392 da On Semiconductor). Neste diagrama você pode facilmente identificar os pinos de identificação de tensão do processador (VID0 a VID7), os pinos de realimentação (CS, pinos sensores de corrente, localizados no lado esquerdo) e as saídas que alimentam cada fase (pinos G, localizados no lado direito). Como você pode ver, este circuito integrado pode controlar até quatro fases.
Figura 17: Controlador PWM.
Cada fase usa dois transistores e uma bobina. O controlador PWM não fornece corrente suficiente para chavear esses transistores e por isso um “driver” (acionador) é exigido para cada fase. Normalmente este “driver” é feito com um pequeno circuito integrado. De modo a cortar custos alguns fabricantes usam um “driver” discreto formado por um transistor adicional em placas-mães de baixo custo.
Na Figura 18 você pode ver o esquema básico de uma fase de uma placa-mãe (a conexão de realimentação está faltando neste diagrama) controlada por um “driver” (acionador) MOSFET NCP5359. O “driver” e os transistores MOSFET são alimentados pela tensão de +12V fornecida pelo conector ATX12V ou EPS12V (onde está escrito “10 V to 13.2 V” e “4 V to 15 V”). Você pode ver neste diagrama os dois MOSFETs (o primeiro é o “lado de cima” e o segundo é o “lado de baixo”), a bobina e os capacitores. O sinal de realimentação é fornecido ligando-se dois fios em paralelo à bobina conectando-os aos pinos CS+ (CSP) e CS- (CSN) do controlador PWM. O pino PWM é conectado na saída PWM fornecida pelo o controlador PWM e o pino EN é o pino “habilitado” (“enable”), que ativa o circuito.
Figura 18: Esquema simplificado da fase.
Como você pode ver na Figura 17, há uma saída PWM para cada fase. Como explicamos, o sinal PWM é uma forma de onda quadrada onde sua largura (ciclo de carga) muda a depender da tensão que você quer (é por isso que esta técnica é chamada Modulação por Largura de Pulso). Assumindo que a tensão de saída está estável, todos os sinais PWM terão o mesmo ciclo de carga, isto é, o tamanho de cada “quadrado” do sinal será o mesmo. Esses sinais terão, no entanto, um intervalo de tempo entre eles. Este intervalo de tempo também é chamado de mudança de fase.
Por exemplo, em um circuito com apenas duas fases, os dois sinais PWM são espelhados. Dessa forma, quando a fase 1 estiver ligada, a fase 2 estará desligada e vice-versa. Isto garantirá que cada fase funcionará 50% do tempo. Em um circuito com quatro fases, os sinais PWM estarão defasados de tal sorte que cada fase será ativada em sequência: primeiro a fase 1 é ativada, em seguida a fase 2, depois a fase 3, e então a 4. Enquanto uma fase estiver ligada todas as outras estão desligadas. Neste caso, cada fase estará trabalhando 25% do tempo.
Quanto mais fases você tiver, menos tempo cada fase ficará ligada. Como explicamos anteriormente, isto faz com que cada fase dissipe menos calor e cada transistor funcione menos, o que aumenta a vida útil deste componente.
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