Spannungswandler auf Mainboards: Temperatur-Tests mit Ryzen 5 1600 und i7-7820X mit je 4 CPU-Kühlern

Ohne Spannungswandler auf dem Mainboard würde kein PC funktionieren, denn die auch als Voltage Regulator Modules (VRMs) bekannten Schaltkreise senken die vom Netzteil gelieferte Spannung so weit ab, dass wiederum der Prozessor mit der gewünschten Spannung betrieben werden kann. Im europäischen Stromnetz liegen 230 Volt an, das PC-Netzteil gibt abhängig von der Schiene schließlich 12, 5 oder 3,3 Volt an die Komponenten weiter. Aktuelle Mehrkernprozessoren werden über die 12-Volt-Leitung versorgt, allerdings je nach Modell und Lastzustand nur mit etwa 0,6 bis 1,5 Volt betrieben.

Die Grundlagen

Für stabile Spannungen und eine hohe Effizienz sorgen bei der CPU-Spannungsversorgung Schaltregler, welche sich aus unter­schiedlichen Bauteilen zusammensetzen. Konkret handelt es sich um Abwärtswandler (engl.: buck converter), schließlich ist die Ausgangsspannung niedriger als die Eingangsspannung. Neben einem Steuerchip werden MOSFETs samt Treiber, Kondensatoren und Spulen benötigt. Diese Komponenten müssen auf dem Mainboard nicht einzeln vorliegen, MOSFET und Treiber sind oft in ein gemeinsames Bauteil integriert.

Beispiel für eine CPU-Spannungsversorgung mit drei Phasen: 01 Highside-MOSFET, 02 Lowside-MOSFET, 03 Spule, 04 Kondensator, 05 PWM-Controller Über einen Treiberchip, der ein PWM-Signal von einem Controller erhält, wird gesteuert, wie oft und wie lange die MOSFETs, von denen es zwei Typen gibt, aktiv sind: Der Highside-MOSFET liegt direkt hinter der Spannungsquelle, also der 12-Volt-Leitung des Netzteils. Wird der Highside-MOSFET durchgeschaltet, fließt Strom in eine dahinter platzierte Spule. Diese baut ein Magnetfeld auf und sorgt dafür, dass die hinter der Spule anliegende Spannung allmählich ansteigt. Hinter der Spule befinden sich der Verbraucher, in unserem Fall also die CPU, und ein Kondensator. Wird der Highside-MOSFET deaktiviert, sodass kein Strom in den Kreislauf fließt, entlädt sich die Spule und gibt ihre gespeicherte Energie ab. Der Kondensator im Kreislauf speichert elektrische Energie, die bei Bedarf abgegeben wird, und bewahrt die CPU vor Spannungsspitzen beim Entladen der Spule. Der Lowside-MOSFET wird aktiviert, sobald der High­side-MOSFET nicht mehr durchgeschaltet ist (und umgekehrt), sodass ein Kreislauf entsteht.

Für die CPU-Stromversorgung kommen mehrere Phasen, also mehrere pa­rallel geschaltete Gruppen aus MOSFETs und Spulen zum Einsatz. Der Nutzen jeder zusätzlichen Phase nimmt zwar ab, bei korrekter Umsetzung gilt jedoch: Mehr Phasen sorgen für eine stabilere Spannung und für kühlere MOSFETs. Diese Bauteile heizen sich umso stärker auf, je mehr Energie der Prozessor benötigt. Deshalb sind Einsteiger-Mainboards ohne Kühlblock auf den MOSFETs oft nicht für die CPU-Topmodelle mit einer höheren TDP freigegeben und auch nicht für Overclocking gedacht. Im schlimmsten Fall brennt ein MOSFET durch, wobei bei aktuellen Mainboards aber üblicherweise ein Überhitzungsschutz greift - die CPU wird gedrosselt, die Leistung sinkt. Auch das Abschalten des PCs ist bisweilen zu beobachten.

Artikel teilen

Spannungswandler auf Mainboards: Temperatur-Tests mit Ryzen 5 1600 und i7-7820X mit je 4 CPU-Kühlern PCGH Plus: Nicht erst seit Skylake X machen sich PC-Schrauber und Übertakter um die Temperatur der Spannungswandler Gedanken: PCGH untersucht, welchen Einfluss CPU-Kühler und Gehäuselüfter haben. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 03/2018.

Per E-Mail versenden

0