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Kühle Leistung – sowohl innen als auch außen
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Die GIGABYTE-Ultra-Durable™-5-Mainboards verwenden IR3550-PowIRstage®-ICs, die mit 60 A die branchenweit höchste Nennleistung bieten und geringere Verluste, höhere Effizienz sowie ein hervorragendes Wärmemanagement ermöglichen.
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Für die Stromversorgungspfade im Layout und Gehäuse wurden Kupferverbindungen statt Drahtverbindungen verwendet, wodurch die Verluste, die durch den hohen Widerstand der Drahtverbindungen entstehen, sowie die hohe Induktivität, die zu unkontrolliertem Schwingen und hohen Wechselstromverlusten führt, verringert werden.
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Für die Stromanschlüsse zwischen den MOSFETs wird extrem verlustarmes Kupfer verwendet, was die Verluste verringert und die Ableitung der Wärme unterstützt. |
Spezielle MOSFET-Treiber-IC von International Rectifier. |
High-Side-MOSFET (Steuerungs-FET) verfügt über sehr geringe Gate-Ladung. Low-Side-MOSFET (SyncFET) verfügt über eine integrierte Schottkydiode für eine zusätzlich gesteigerte Effizienz. |
Der Strom muss nur sehr kurze Wege von der Unterseite der Einheit zurücklegen und verläuft entweder durch den Steuerungs-FET (Arbeitszyklus EIN) oder den Sync-FET (Arbeitszyklus AUS) und den Kupfer-Clip. Dies ist ein weiterer Grund, warum die Einheit so robust ist und bis zu 60 A handhaben kann. |
Maßgefertigte Kupfer-Leiterrahmen halten die Wärme vom Silizium fern. |
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Traditionelles Design des CPU-Stromversorgungsbereichs |
PWM-Controller |
MOSFET-Treiber |
Traditionelle High- und
Low-Side-MOSFETs |
Spule |
Kondensator |
CPU |
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Fragen und Antworten zum CPU-Stromversorgungsbereich
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Was ist der CPU-Stromversorgungsbereich?
Der CPU-Stromversorgungsbereich enthält die verschiedenen Komponenten eines Mainboards, die für die Stromversorgung der CPU verantwortlich sind (PWM-Controller, MOSFET-Treiber, High- und Low-Side-MOSFETs, Spulen, Kondensatoren und dazugehörige Schaltungstechnik).
Was ist ein MOSFET?
Ein MOSFET ist einer der wichtigsten Komponenten des CPU-Stromversorgungsbereichs, da es sich bei ihm um einen Schalter handelt, der den Stromfluss zur CPU ermöglicht oder blockiert. Seine Schaltung wird durch den MOSFET-Treiber und den PWM-Controller gesteuert. Er ist zudem auch einer der teuersten Komponenten des CPU-Power-Designs.
Was ist eine Leistungsstufe?
Eine Leistungsstufe ist ein einzelner Chip, der den MOSFET-Treiber, 1 High-Side-MOSFET und 2 (oder manchmal 1) Low-Side-MOSFETs enthält. Leistungsstufen werden mithilfe eines moderneren Herstellungsverfahrens produziert und sind daher effizienter.
Was ist ein traditioneller MOSFET (auch bekannt als D-Pak-MOSFET ...) ?
Bei einem traditionellen MOSFET handelt es sich um ein weniger fortschrittliches MOSFET-Design, das in traditionellen CPU-Stromversorgungsbereichen verwendet wird, in denen die MOSFET-Treiber und die High- und Low-Side-MOSFETS aus jeweils individuellen Chips bestehen (Multi-Chip-MOSFET-Design). Sie sind nicht so teuer wie aus einem einzelnen Chip bestehende Leistungsstufen, aber auch weniger effizient. |
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IR hat seine weltweit führende und für die DirectFET® entwickelte Gehäusetechnologie wirksam eingesetzt, um die thermischen Eigenschaften und das Layout der PowIRstage® im Vergleich zu anderen MCM-Gehäusen erheblich zu verbessern. |
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Einzelgehäuse-Design* |
vs. |
Multi-Chip-Design |
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| Treiber-IC |
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| *Patent angemeldet |
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Andere MOSFET-Layout-Implementierungen verwenden eine nebeneinander liegende Multi-Chip-Anordnung der High- und Low-Side-MOSFETs und der Treiber-IC, was viel Platz auf dem Mainboard in Anspruch nimmt und eine höhere elektrische Streuung verursacht. |
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High-Side-MOSFET
(Traditioneller MOSFET) |
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Low-Side-MOSFET
(Traditioneller MOSFET) |
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Treiber-IC
(MOSFET-Treiber) |
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Leistungsstufe
(Auch bekannt als IR3550
PowIRstage® ) |
Niedrig-RDS(on)-MOSFET
(Auch bekannt als WPAK, PowerPAK MOSFET ...) |
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Traditioneller MOSFET (auch bekannt als D-Pak-MOSFET ...) |
Größenverhältnis zwischen den Objekten ist konstant |
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| Von International Rectifier entwickelter Treiber-IC |
IR3550-PowIRstage®-ICs verfügen über einen spezialisierten MOSFET-Treiber-IC, der perfekt auf das MOSFET-Paar abgestimmt ist. Viele Unternehmen verwenden MOSFET-Treiber von anderen Unternehmen, folglich wurden diese Treiber nicht wirklich für die MOSFETs optimiert. Mit der Kombination aus Treiber+MOSFETs hat IR diesen Treiber so ausgelegt, dass er diesem Modul eine größtmögliche Effizienz verleiht. |
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Röntgenaufnahme der IR3550-Leistungsstufe |
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Bild einer geöffneten IR3550-Leistungsstufe |
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| Extrem kühl, extrem effizient, extreme Leistung |
| Hohe Effizienz = Geringer Stromverlust = Weniger Wärme = Längere Lebensdauer |
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IRs IR3550-PowIRstage®-ICs sind energieeffizienter und arbeiten bei niedrigeren Betriebstemperaturen als vergleichbare MOSFETs, was eine längere Lebensdauer der Komponenten sicherstellt und mehr Spielraum für bessere Übertaktungsleistungen lässt.
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Traditioneller MOSFET
Vergleichsmuster |
Niedrig-RDS(on)-MOSFET
bis zu 40 °C kühler |
IR3550 PowIRstage®
bis zu 60 °C kühler |
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O. K. |
Gut |
Top |
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* Testergebnis dient nur Referenzzwecken. Ergebnisse können sich je nach Systemkonfiguration unterscheiden.
* Bis zu 60 °C niedrigere Temperaturen durch die Verwendung 4-phasiger IR3550-PowIRstage®-ICs mit 2X-Kupfer-PCB gegenüber einer 4-phasigen D-Pak-MOSFET bei einer Last von 100 A und im Rahmen eines zehnminütigen Labortests ohne Kühlkörper. |
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IR3550-PowIRstage®-ICs haben eine höhere Energieeffizienz und sind die MOSFETS mit der branchenweit höchsten Nennleistung, wodurch sie bis zu 60 A bereitstellen können. Dadurch wird die bestmögliche Stromversorgung sichergestellt, was sich in einem stabileren Betrieb und einer besseren Übertaktungsleistung äußert. |
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16 traditionelle MOSFETs
in Betrieb
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4 PowIRstage®-ICs in Betrieb |
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IR3550-PowIRstage®-ICs sind so effizient, dass, obwohl die 4 auf der rechten Seite betriebenen PowIRstage®-ICs die gleiche Arbeitsleistung wie die 16 auf der linken Seite betriebenen traditionellen MOSFETs erbringen, ihre Temperatur dennoch bis zu 30 °C niedriger ist als die des traditionellen MOSFET-Designs. |
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* Testergebnis dient nur Referenzzwecken. Ergebnisse können sich je nach Systemkonfiguration unterscheiden.
Konfiguration: Intel Core™-i7-3770K-CPU, Standard-CPU-Frequenz (3,5 GHz), 1,2 V Vcore, Standard-BIOS-Einstellung, DDR3 1333 MHz, 500 W PSU, CPU-Wasserkühlung ohne MOSFET-Kühlkörper. Software: Microsoft Windows® 7 mit laufendem Energie-Wärme-Dienstprogramm bei 100 % Last. |
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IR3550-PowIRstage®-ICs bleiben kühler als andere MOSFET-Designs, was den Nutzern ermöglicht, durch Übertaktung noch höhere Leistungen zu erzielen. Jede Komponente der Stromversorgung hat eine maximal zulässige Betriebstemperatur und sobald diese erreicht ist, führt eine höhere Spannungszufuhr lediglich zu einer fehlgeschlagenen Übertaktung. Da IR3550-PowIRstages® auch bei höheren Spannungen niedrigere Betriebstemperaturen als traditionelle Designs aufweisen, steht Übertaktern ein größerer Spielraum für höhere Spannungen und somit ein höheres Übertaktungspotenzial zur Verfügung. |
Niedrigere Temp. = Höhere Übertaktungen |
MOSFET-Übertaktungsstabilität |
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Überhitzung |
Nicht genügend Energie
für Übertaktung |
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IR3550
PowIRstage® |
Top |
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Niedrig-RDS(on)-
MOSFET
(auch bekannt als WPAK, PowerPak-MOSFET ...) |
Gut |
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Traditioneller MOSFET
(auch bekannt als D-Pak-MOSFET ... ) |
O. K. |
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| Branchenweit führende Spitzeneffizienz von bis zu 95 % |
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IR3550-PowIRstage®-ICs sind effizienter und erreichen während des Normalbetriebs eine Spitzeneffizienz von bis zu 95 %.
Selbst bei höheren Strompegeln sind IR3550-PowIRstage®-ICs in der Lage, für geringere Stromverluste zu sorgen. Ein geringerer Stromverlust bedeutet auch, dass weniger Wärme erzeugt wird. |
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* Testergebnis dient nur Referenzzwecken. Ergebnisse können sich je nach Systemkonfiguration unterscheiden.
VIN=12 V, VOUT=1,2 V, ƒSW = 300 kHz, L=210 nH (0,2 mΩ), VCC=6,8 V, CIN=47 uF x 4, COUT =470 uF x3, 400-LFM-Luftstrom, kein Kühlkörper, 25 °C Umgebungstemperatur und 8-Schichten-PCB mit den Abmessungen 3,7 " (L) x 2,6 " (B). |
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Derzeitige typische MOSFET-Designs
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Leistungsstufe
(auch bekannt als IR3550 PowIRstage®) |
Sehr hohe Kosten |
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Höchste Effizienz
Niedrigste Temperatur |
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Niedrig-RDS(on)-MOSFET
(auch bekannt als WPAK, PowerPAK,
MOSFET ...) |
Hohe Kosten |
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Gute Effizienz
Niedrige Temperatur |
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Traditioneller MOSFET
(auch bekannt als D-Pak-MOSFET ...) |
Geringe Kosten |
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Geringe Effizienz
Hohe Temperatur |
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