Bộ điều chỉnh điện áp có thể có vài mạch công suất  làm việc song song với nhau để cung cấp một điện thế đầu ra giống nhau – được gọi là điện áp lõi CPU. Tuy nhiên chúng không hoạt động cùng lúc mà hoạt động lệch pha nhau. Từ “Phase” dùng để chỉ từng mạch. 

Đầu tiên hãy đến với mạch VRC cho CPU. Nếu mạch này có 2-Phase ( hay 2 kênh ) thì mỗi Phase sẽ hoạt động 50% thời gian để tạo ra điện áp cho CPU. Nếu mạch có 3-Phase thì mỗi Phase sẽ hoạt động 33.3% thời gian. Nếu có 4-Phase, mỗi Phase sẽ làm việc 25% số thời gian. Nếu có 6-Phase thì con số này sẽ là 16.6% thời gian và cứ tiếp tục như vậy.

Việc sử dụng mạch VRC nhiều Phase có nhiều cái lợi. Rõ rệt nhất là việc những Transistor sẽ làm việc nhẹ nhàng hơn, từ đó tăng tuổi thọ thiết bị và giảm nhiệt độ vận hành. Ngoài ra, số Phase càng nhiều thì điện thế đầu ra càng ổn định và độ nhiễu cũng thấp hơn. 

Để tăng số Phase cũng cần tăng thêm số bộ phận và tăng giá của bo mạch chủ: các bo mạch chủ giá rẻ có ít Phase hơn. 

Cần chú ý rằng khi nhà sản xuất nói một Motherboard có 6-Phase điện thì họ chỉ đang nói đến việc cung cấp điện áp lõi CPU (Vcore).  Trong phần tới chúng ta sẽ đề cập tới những chi tiết tại sao CPU lại yêu cầu nhiều hơn một mức điện áp .

Mỗi Phase điện áp có một cuộn cảm , 2 hoặc 3 Transisotr ( hoặc một mạch tích hợp thay thế cho các Transistor này ), một hoặc nhiều Tụ điện và một mạch tích hợp Driver MOSFET. Con số chính xác của các bộ phận này luôn luôn thay đổi. Chỉ có số cuộn cảm là giữ nguyên, vì thế cách tốt nhất để biết số Phase là dựa vào số cuộn cảm ( cần chú ý bởi vẫn có một số ngoại lệ ). Ví dụ như bo mạch chủ ở hình 11 (cũng là bo mạch chủ trong hình 1 và 2) có 3-Phase. 

Hình 11: Phase

Nhưng cũng có một ngoại lệ: trên một số Motherboard , Phase điều khiển điện áp cho Bộ nhớ hoặc Chipset lại nằm gần các Phase khác, khiến bạn có thể đếm nhầm số cuộn cảm gần khe cắm CPU. Trong hình 12, mặc dù bo mạch chủ có 4 cuộn cảm nhưng đây lại là bo mạch chủ 3-Phase, bởi chỉ có 3-Phase là dùng để tạo ra điện áp Vcore; còn Phase thứ 4 tạo ra điện áp cho Bộ nhớ. 

Hình 12: Bo mạch chủ này có 3-Phase, không phải 4. 

Cũng đừng nghĩ rằng chỉ có những cuộn cảm kháng ở gần phía sau của bo mạch chủ mới cần đếm mà bỏ qua các cuộn cảm ở bên sườn : trong hình 11 bạn sẽ thấy Motherboard có cuộn cảm kháng nằm ở bên sườn thuộc về mạch VRC của CPU.   

Do tất cả các cuộn cảm tạo ra cùng điện áp đều có đầu ra kết nối với nhau nên bạn chỉ cần đếm những cuộn cảm có đầu ra nối với nhau, có thể bằng cách lần theo từng đầu ra ở mặt hàn của Motherboard .

Hình 13 là mặt hàn của Motherboard trong hình 12, trong đó chỉ có 3 cuộn cảm được nối với nhau, đầu ra của cuộn cảm thứ 4 dẫn đến những khe cắm Bộ nhớ (sở dĩ ta biết điều đó bởi đây là Motherboard Socket 775 , CPU loại này chỉ cần một điện áp duy nhất). 

Hình 13: Cách đếm đúng số cuộn cảm kháng.

Trên một số Motherboard có thể bạn không thấy rõ kết nối giữa các Phase như trong hình 13. Khi đó bạn cầm lấy Đồng hồ đo điện và kiểm tra xem các cuộn cảm nào được nối với nhau. Chỉ cần đặt Đồng hồ ở thang đo thông mạch (nếu có – thường thì nó sẽ phát ra tiếp bip khi có thông mạch) hoặc thang điện trở (hiện 0 ohm khi có kết nối).

Hình 14 và 15 cho thấy một Motherboard khác có 4 cuộn cảm, trong đó các kết nối giữa các cuộn cảm này không rõ ràng như bo mạch chủ trong hình 13. Với một Đồng hồ đo điện , ta biết được có 3 cuộn cảm được nối với nhau, do đó đây là bo mạch chủ 3-Phase. Pha thứ 4 nối đến đâu đó khác (trong trường hợp này là mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp trong CPU ). 

Hình 14: 2 cuộn cảm kháng này được nối với nhau.

Hình 15: 2 cuộn cảm kháng này không được nối với nhau.

Các CPU cần nhiều hơn một mức điện áp 

Những CPU đời mới cần nhiều mức điện áp khác nhau. Tuy tất cả các CPU của AMD đều có mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp, nhưng chỉ có CPU dùng Socket AM3 là cần điện áp riêng cho mạch này. Vì thế trên bo mạch chủ Socket AM3 , mạch VRC sẽ sinh ra hai điện áp khác nhau  cho CPU, một cho phần “chính” của CPU (Vcore) và một cho mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp. Đó là lý do tại sao ta biết được trong hình 15, pha còn lại dành cho mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp: bởi đây là bo mạch Socket AM3 . 

Còn với CPU Intel cho tới giờ thì chỉ có CPU Socket 1156 và Socket 1366 là có mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp. Vì thế trên các bo mạch chủ này, mạch VRC sẽ tạo ra hai mức điện áp, một cho phần “chính” của CPU (Vcore) và một cho mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp ("VTT"). Trên bo mạch chủ Socket 1156 thì CPU còn tích hợp cả mạch đồ họa (đặc biệt là các bo mạch chủ dựa trên chipset H55 và H57) thì mạch VRC sẽ tạo ra thêm một mức điện thế thứ ba cho CPU để sử dụng cho mạch điều khiển video tích hợp ("VAXG").

Với các bo mạch chủ mà mạch VRC cung cấp cho CPU nhiều hơn 1 mức điện áp, thì nhà sản xuất sẽ sử dụng ký hiệu "x+y" hoặc "x+y+z", trong đó "x" là số pha dành cho điện áp chính của CPU (Vcore), còn “y” là số pha dành cho mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp CPU, và "z" là số pha cho mạch điều khiển video tích hợp của CPU. Bo mạch chủ trong hình 14 và 15 có cấu hình "3+1".

Dưới đây là bảng tóm tắt loại bo mạch chủ cung cấp cho khe cắm CPU nhiều hơn một điện áp. 

Tất cả các bo mạch chủ đều có ít nhất một Phase dành cho bộ nhớ và một Phase cho chipset. Nếu quan sát bạn sẽ thấy rõ các pha này (xem hình 16), trừ khi Phase cho bộ nhớ đặt gần Phase cho CPU như trong hình 12. 

Hình 16: Pha bộ nhớ và pha chipset.

Mạch VRC hoạt động ra sao

Mạch biến thế sẽ lấy điện thế +12 V từ bộ nối ATX12V hoặc EPS12V và chuyển nó thành điện áp mà thiết bị kết nối với nó yêu cầu (CPU, bộ nhớ, chipset…). Việc chuyển đổi được tiến hành bằng bộ chuyển đổi DC-DC, còn gọi là Bộ nguồn Switching (SMPS) – tương tự như hệ thống dùng bên trong bộ nguồn chính của PC .

Trung tâm của bộ phận này là PWM (Pulse Width Modulation) – Điều chế độ rộng xung. Mạch này tạo ra một tín hiệu sóng vuông điều khiển từng pha, chu kỳ làm việc của tín hiệu này tùy thuộc vào điện thế mà mạch muốn tạo ra (chu kỳ làm việc là lượng thời gian mà tín hiệu giữ ở mức giá trị cao hơn; ví dụ như một tín hiệu với chu kỳ làm việc 50% sẽ dành một nửa số thời gian ở giá trị thấp hơn – thường là 0 V – và 50% thời gian còn lại ở giá trị cao hơn – tức là +12 V với mạch VRC ). 

Giá trị điện áp đầu ra mà mạch VRC phải tạo ra sẽ được đọc từ chân VID ( nhận dạng điện áp) của CPU, nó cung cấp một mã nhị phân với giá trị điện thế chính xác cần cung cấp. Một số bo mạch chủ cho phép bạn tự chuyển đổi điện áp CPU bằng BIOS. Thực chất của quá trình này là thay đổi mã mà mạch điều khiển PWM đọc được , do đó mạch điều khiển sẽ thay đổi điện áp CPU tùy theo cấu hình bạn chọn. Quá trình này cũng áp dụng cho cả bộ nhớ và Chipset.

Bộ chuyển đổi DC-DC là một hệ thống khép kín . Tức là mạch điều khiển PWM liên tục kiểm soát đầu ra của mạch VRC . Nếu điện áp ở đầu ra tăng hoặc giảm thì mạch sẽ tự điều chỉnh (thay đổi tần số của tín hiệu PWM) để chỉnh lại điện áp cho đúng . Việc này thực hiện qua một cảm ứng dòng điện, bởi khi dòng điện tiêu thụ tăng, điện thế đầu ra sẽ giảm và ngược lại. 

Hình 17 là sơ đồ khối một mạch điều khiển PWM thường thấy trên mạch VRC (NCP5392 của On Semiconductor). Bạn có thể dễ dàng nhận ra các chân ID (VID0 qua VID7), những chân tín hiệu phản hồi quay vòng (CS, chân cảm ứng dòng điện nằm bên trái) và những đầu ra điều khiển từng Phase (những chân G nằm bên phải). Như đã thấy, mạch này điều khiển 4 pha. 

Hình 17: Điều khiển PWM

Mỗi Phase có 2 Transistor và một cuộn cảm . Mạch điều khiển PWM không cung cấp đủ dòng điện để bật tắt các Transistor này, vì thế mỗi pha cần một Driver MOSFET. Thường thì Driver này gồm một mạch tích hợp nhỏ. Để giảm chi phí, đối với các bo mạch chủ giá rẻ một số nhà sản xuất dùng Driver này bằng cách thêm một Transistor thay vì dùng mạch tích hợp .

Hình 18 là sơ đồ cơ bản một Phase trong bo mạch chủ (kết nối vòng kín không có trong sơ đồ này) do driver MOSFET NCP5359 điều khiển. Driver này là các transistor MOSFET sử dụng nguồn điện +12 V do bộ nối ATX12V hoặc EPS12V cung cấp (trên đó viết “10 V to 13.2 V” và “4 V to 15 V”). Sơ đồ này có hai MOSFET, một cuộn cảm và các tụ điện. Tín hiệu vòng sẽ được cung cấp bằng cách nối hai dây dẫn song song và cuộn cảm tới các chạc CS+ (CSP) và CS- (CSN) mạch điều khiển PWM. Chạc PWM nối với output PWM do mạch điều khiển PWM cung cấp, và chạc EN là chạc “kích hoạt” để kích hoạt mạch.  

Hình 18: Phase Sơ đồ nguyên lí của một Phase đơn giản.

Trong hình 17 có một đầu ra PWM cho mỗi Phase. Như đã nói, tín hiệu PWM có dạng sóng vuông, trong đó chiều rộng (chu kỳ làm việc) thay đổi tùy vào điện áp bạn muốn (đó là lý do tại sao công nghệ này đươc gọi là Điều chế độ rộng xung - Pulse Width Modulation). Giả sử điện thế đầu ra đã ổn định, tất cả các tín hiệu PWM sẽ có cùng chu kỳ làm việc, kích thước của từng “hình vuông” trong tín hiệu sẽ không đổi. Tuy nhiên giữa các tín hiệu này cũng có khoảng thời gian trễ được gọi là Dịch Phase . 

Ví dụ, trên một mạch chỉ gồm 2 pha, hai tín hiệu PWM sẽ ngược nhau. Khi pha 1 bật, pha 2 sẽ tắt và ngược lại để đảm bảo mỗi pha làm việc 50% số thời gian. Còn trên mạch 4 pha, tín hiệu PWM sẽ được hoãn để các pha kích hoạt theo thứ tự sau: đầu tiên pha 1 được kích hoạt, sau đó là pha 2, rồi đến pha 3 và tiếp đến là pha 4. Khi một pha tắt, tất cả các pha còn lại cũng tắt theo, mỗi pha làm việc 25% thời gian. 

Số pha càng nhiều thì mỗi pha càng làm việc ít, giúp tản nhiệt và giảm tải cho từng Transistor, kéo dài tuổi thọ thiết bị.