Az alábbiakban egy elemzést írtam, villamosmérnök szemmel a mai VGA-k tápellátásával kapcsolatban. A VGA-k táplálásánál leginkább a DrMOS illetve a DirectFET buck konverterek terjedtek el.

A DrMOS az intel specifikációja alapján egy blokkban van kettő MOSFET, megfelelően méretezve a kb 12V bejövő feszültség, 1,2V kimenő feszültséghez. A MOSFET-ekkel egybe van építve a meghajtásuk, külön vezérlőre van szükség.

DrMOS

A DirectFET az IRF vagy az Infineon által gyártott fém kupakos FET, ezeknek a meghajtásukról külön gondoskodni kell, szintúgy a vezérlésükről. Előnye hogy a hűtésük rendkívül jó, illetve alacsony a vezetési veszteségük.

DirectFET

(Mivel a két MOSFET nem ugyanannyi áramot vezet, érdemes megfigyelni ahogy ehhez igazodik a FET-ek mérete a minél kisebb veszteségekhez)

A Buck konverter hatásfoka nem 100%, és terhelés függvényében is változik. A bemenő energia egy része hőként távozik. Egy videókártyánál alapvető szempont, hogy a fogyasztás minél kisebb legyen, és a hőtermelés is, gondol ezt nem kell magyarázni. Ha alig terhelem a DC-DC konvertert, attól még a vezérlés és a MOSFET-ek kapcsolgatása ugyanúgy fogyasztani fog. Ha a terhelés növekszik, ez a hatás egyre kevésbé számít, nől a hatásfok. Tehát ésszerűnek látszódik, hogy minél nagyobb a terhelése egy fázisnak, minél kevesebb a fázis, annál nagyobb a teljesítmény, ugye? Nem.
Egy másik hatás kezd életbe lépni, az alkatrészek ellenállása. A MOSFET-nek van egy minimális ellenállása ( milliOhm nagyságrendbe) a tekercsnek van ellenállása, a PCB-nek is. Teljesítmény egyenlő ellenállás szorozva áram a négyzeten. P= I*I*R
Ha nől az áram (terhelés) akkor vele négyzetesen nől a veszteség. Látható, hogy van egy maximuma tehát a hatásfoknak, ahol a két hatás kb hasonló.
Lássnuk is egy konkrét példát!

Ez a Vishay SIC780-as DirectFET-nek a hatásfok görbéje. Látható hogy kb 10-15A között van a maximuma, ami kb 92%. Ha ez fölé megyünk, akkor a hatásfoka elkezd csökkenni.

Mennyi teljesítmény is ez? A kimenő feszültség 1,2V az áram kb 15A, ami 18W. Ha tehát többet kell konvertálnia ennél az áramnál, csökkenni fog a hatásfok. 18W kimenő teljesítményhez KB 20W bemenő kell, míg 36W-hoz már 42W, ami 2 W extra.

Ha tehát maximális hatásfokot szeretnénk elérni, akkor KB 20W fogyasztásonként egy fázisnak kellene lennie. Ehhez képest egy GTX780Ti átlagos fogyasztása terhelés alatt 230 W ebből kb 20W lehet a memóriáé, és 8 fázisú táplálása van. Ez 22A fázisonként, tehát kb 90%-os hatásfokunk van, 23W disszipálódik a MOSFET-eken, ami 5W-al több mint maximális hatásfok mellett.

A most bemutatott R9 285-nek öt fázisú táplálása van, és 200W-os fogyasztása, ami már 30A fázisonként, a hatásfok már csak 86% hatásfok. Itt már 28W disszipálódik, ha 9-10 fázisa lenne akkor csak 14W lenne ez.

Egy GTX 750 Ti-nek a 65W-os fogyasztáshoz 3 fázis társul, ami tökéletes.

Ha elmegyünk az extremitások irányába, akkor egy EVGA GTX 780 Ti Classified 3 GB-nak 14 fázisa van és 280W fogyasztása, ami viszont már valószínűleg túl sok.

Nem kőbevésett számok ezek, a számolások csak hozzávetőlegesek. Más gyártók más alkatrészeket használnak, amik lehetnek jobbak vagy rosszabbak, mondjuk a Vishay élvonalbeli gyártó, és a SIC780 egy idei design, kb a csúcstechnikát jelenti.

Amennyiben még szeretnétek olvasni az elektronikáról látogassatok el a blogomra:
www.nandblog.com