¿Qué son los MOSFET y por qué deben mantenerse frescos?

Los MOSFET son pequeños componentes eléctricos que, junto con otros componentes, conforman el VRM. ¿Acabamos de confundirte aún más? OK, vamos a arreglar eso. VRM, o módulo de regulador de voltaje, como sugiere su nombre, es la parte que regula el voltaje de los componentes más importantes, como las CPU y las GPU.

Fundamentalmente, los VRM son unidades de suministro de energía. La concepción de tales dispositivos es un trabajo difícil (voltaje y estabilidad de la corriente, tamaño de los disipadores de calor, OCP (protección contra sobrecorriente), etc.) y, a veces, algunas partes pueden tener un tamaño inferior. Los VRM de tamaño insuficiente pueden provocar un mal funcionamiento del hadrware cuando la corriente que los VRM deben entregar es demasiado alta (debido a una alta carga de CUPU o GPU). Por ejemplo, las tarjetas gráficas posen desde hace años una administración avanzada de OCP (por ejemplo, la GPU se ralentiza para reducir la corriente que deben entregar los VRM), pero en otras tarjetas, una sobrecorriente puede llevar a un reinicio del sistema para la plataforma PSU OCP también) o incluso matar la tarjeta.

Estos principios son más o menos los mismos para todas las tarjetas gráficas y placas base (los componentes pueden ser diferentes pero tienen la misma función).

Aquí está el esquema básico de un VRM

Todos sabemos que su PC funciona con fuentes de alimentación clásicas, y algunos de ustedes probablemente saben que pueden producir solo tres voltajes constantes, que son 3.3V, 5V y 12V. Los bits importantes en una computadora, como la CPU y la GPU, usualmente tienen el voltaje de operación entre 0.5 y 1.5 voltios. Por lo tanto, si una CPU o GPU necesita algo en torno a 1 V, puede ver el problema al que nos enfrentamos: los voltajes más altos deben convertirse a voltajes más bajos. El módulo de regulador de voltaje o VRM es un dispositivo que realiza la conversión DC-DC (DC = Direct Current). El otro objetivo de un VRM es proporcionar un voltaje de salida de CC constante y estable, así como proporcionar mucha corriente (amperios) a la GPU y CPU.

La parte que hace la conversión se llama el convertidor DC-DC y, como era de esperar, convierte la corriente continua en otra corriente continua. Para ser un poco más específico, un voltaje más alto se debe convertir a un valor más bajo, y el convertidor de CC a CC que nos interesa, se denomina convertidor reductor (reductor).

Como siempre, vamos a ser breves y francos con nuestra explicación. Casi todas las placas base de gama alta tienen un disipador de calor alargado cerca del zócalo de la CPU. Esto es para enfriar la sección VRM, o para ser más específicos, para enfriar los MOSFET, que tienden a calentarse mucho. Las temperaturas máximas pueden oscilar entre 80° C y 100° C y, en el caso de las tarjetas gráficas de gama alta, las temperaturas pueden ser incluso más extremas, hasta 120° C.


Imagen infraroja de una tarjeta gráfica bajo carga intensa. Los MOSFET en este caso son los componentes mas calientes.

¿Por qué necesitamos enfriar estas partes, cuál es el beneficio de esto? Los MOSFET tienen un factor de eficiencia y pasan a través de corrientes altas. Todas las pérdidas eléctricas se convierten en calor, y el calor generado por todo el VRM puede vincularse casi directamente a la eficiencia de los MOSFET que se utilizan. La eficiencia de un MOSFET siempre se presenta mediante una curva que depende de la cantidad de corriente que pasa y, por supuesto, de la calidad del MOSFET en sí.


Gráfico de eficiencia de un MOSFET utilizado en la placa base Gigabyte Z97X-SOC Force.

La alta carga de trabajo en la CPU o GPU y el overclocking, hace que el MOSFET en el VRM sea el más activo. Por lo tanto, si desea trabajar en un entorno estable, tener un overclock seguro o simplemente desea prolongar la vida útil de su hardware, ¡necesita mantener ese VRM fresco! El VRM es una especie de convertidor DC-DC que se compone de tres partes principales: la unidad lógica, la unidad de potencia y la sección de filtrado.


Ejemplo de 8 fases VRM en una placa base basada en X99.

La unidad lógica está formada por un chip (rara vez más de uno) que se denomina controlador de voltaje o chip PWM, o el modulador de ancho de pulso. La función del chip PWM es gobernar los controladores y duplicadores (si están presentes). Los controladores y los dobladores están conectados a los MOSFET y todos son parte de la unidad de potencia. La sección final del VRM es donde se realiza el filtrado y el suavizado de voltaje. Esto está sucediendo a través de inductores, que popularmente se llaman choques y capacitores. Un conjunto de controladores, MOSFET, bobinas y condensadores conforman una fase del VRM. La calidad de la placa base se expresa a menudo por la cantidad de fases VRM que tiene.

En el caso de la CPU, todo el punto del regulador de voltaje es tomar 12V del conector EPS de 8 pines y reducirlo a 1.2V (el voltaje de reserva para la mayoría de las CPU de Intel), y eso se hace pulsando la corriente A través de cada fase del VRM.


Esquemas de un VRM de 8 fases.

Este es un diagrama de bloques de un VRM que tiene ocho fases verdaderas y la línea discontinua marca lo que se supone que es una fase individual. Normalmente, al contar el número de inductores (choques), puede determinar cuántas fases tiene VRM.

El número y el tipo de condensadores no siguen ninguna regla y están establecidos por el fabricante. Algunas soluciones de gama alta incluso implementan diferentes tipos de condensadores para filtrar la energía que se entrega a la CPU.

Los MOSFET , o los transistores de efecto de campo de semiconductores Metal-Oxyd , son básicamente interruptores pequeños. Los MOSFET se rigen por una señal de alta frecuencia que proviene de la unidad PWM. En pocas palabras, los MOSFET se encienden y apagan rápidamente, pasando a través de una corriente alta en pulsos cortos. Al combinar estos pulsos en más fases VRM, la corriente para la CPU / GPU será más suave y estable. También hablamos sobre la eficiencia de MOSFET antes. Cuanto mayor sea la corriente, más caliente se pone el MOSFET. Si se calienta, afecta la resistencia del semiconductor, la eficiencia disminuye y, desde allí, es un ciclo sin fin que solo generará más calor.

El diseño de los MOSFET de VRM puede variar, pero todos tienen la misma función, por lo que creemos que no es necesario que profundicemos tanto y comencemos a explicar la ingeniería eléctrica avanzada. Lo importante que debe saber es que la conversión de voltaje comienza en el MOSFET y está manejando la mayor carga de trabajo.

El enfriamiento de fábrica de estos componentes puede “hacer el trabajo”, pero como comentamos en uno de nuestros artículos anteriores , el enfriamiento por agua es más eficiente. El enfriamiento de aire clásico a menudo intenta enfriar los componentes clave, pero principalmente recircula el aire caliente dentro de la caja de la computadora. Por otro lado, la refrigeración líquida, transfiere el calor y lo disipa a través del radiador.

Para mantener frescos los MOSFET, EK comenzó a diseñar Monoblocks de placa base especiales, donde el bloque de agua de la CPU y el bloque de agua MOSFET se combinan como una solución unificada.

EK-FB ASUS M8E monobloque para la placa base ASUS MAXIMUS VIII Extreme.

Cada bloque de agua de GPU de cubierta completa producido por EK también cubre la PCB completa de la tarjeta gráfica. La GPU, la RAM y el VRM (módulo de regulación de voltaje) se enfrían a medida que el agua fluye directamente sobre estas áreas críticas.


EK-FC1080 GTX con NVIDIA GeForce GTX 1080.

Es gracioso que algunos fabricantes aseguren la eliminación del enfriador de aire original que es ineficiente y, a menudo, fracasa. Por otro lado, si un enfriador original se reemplaza con refrigeración líquida, podría asegurar una vida más larga para su hardware.

Esperamos haber arrojado algo de luz sobre uno de los componentes clave que hacen funcionar nuestro precioso hardware, y es el VRM con sus MOSFET. Hasta la próxima, mantente fresco!

Un ejemplo de muerte de un mosfet, del lector Richard

18 Replies to “¿Qué son los MOSFET y por qué deben mantenerse frescos?”

  1. Erne

    No sería bueno que publicaran por este mismo blog o hicieran uno nuevo de inventicos e innovaciones de las que hacemos los cubanos con la electrónica o cosas curiosas que se encuentren por internet como lo del ratón robot. Así se genera más contenido para la red cubana

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  2. Yunior

    me surge la duda porque me dices que con los choke se determina las fases del VRM!!!! pero e tenido placas que no coincide que contando los choke sean la cantidad de fases que tiene, ejemplo la caja de la bohar dice que tiene 5 fases de poder y la bohar trae 8 chokes, cinco a la izquierda del micro y 3 encima,,, y me imagino que el fabricante no se equivoque en la caja de la bohar. que es lo que pasa entonces, yo siempre me e fijado en los chokes de las bohar entre mas tenga las catalogo como que mejor VRM tiene, pero me e tocado esos casos que te explico entonces me surgen dudas….explícame….ejemplo de ellas tuve la Z170 evga FTW, Z370 Asrock fatality k6, y la que tengo ahora el Z370 asus máximos X hero(wifi-ac) voy a revisarlo para ver lo que dice la caja y los choke que trae la bohar… pero me parece que nunca cuadra eso!!!!! saludos

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      • yunior

        pal caraj… ahora si estoy frito 8 chokes son 4 fases y 3 chokes 1 fase????? mastícame mas eso, porque entonces ya no se cumple lo que me decias que contando los chokes se las fases de poder del VRM, ahí (hay) otra cosa !!!!!

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          • yunior

            si esa es mi placa, si tiene 10 choques, lo que entendí según lo que publicaste es que entonces mi placa debería tener 10 fases de poder, porque tiene 10 choques!!!! no entiendo ???? como saber realmente las fases de poder del VRM que tengo????? porque 8 son 4, porque 3 es 1 eso ahí si ya me perdí !!!!

          • Maikel Autor del Post

            tienes 5 fases, cada fase tiene dos o cuatro mosfet (debajo de los disipadores) y dos choques y 3 capacitores
            Si les el articulo, el diseño no es fijo, depende del fabricante lo que haga

  3. Yunior

    Maikel, a ver si entendí, los inductores o choke, son esos cubitos grandes que sobresalen de la placa que casi siempre se encuentran a la izquierda y encima del los micros de las placas Intel??? en la primera diapositiva que pones, serian los que tienen escrito encima R40 1506, esos son los choke o inductores?????

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    • Maikel Autor del Post

      si. adentro son bobinas. junto con los capacitores se encargan de amortiguar los cambios de voltage minusculos, el ruido que va quedando en la linea. todo el asunto es mantener una fuente de energia los mas limpia, estable y eficiente psoible

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