電腦主板CPU供電電路原理圖解.doc

1、電腦主板CPU供電電路原理圖解一多相供電模塊的優(yōu)點1 可以提供更大的電流，單相供電最大能提供25A的電流，相對現(xiàn)在主流的處理器來說，單相供電無法提供足夠可靠的動力，所以現(xiàn)在主板的供電電路設(shè)計都采用了兩相甚至多相的設(shè)計，比如K7、K8多采用三相供電系統(tǒng)，而LGA755的Pentium系列多采用四相供電系統(tǒng)。 2 可以降低供電電路的溫度。因為多了一路分流，每個器件的發(fā)熱量就減少了。 3 利用多相供電獲得的核心電壓信號也比兩相的來得穩(wěn)定。一般多相供電的控制芯片（PWM芯片）總是優(yōu)于兩相供電的控制芯片，這樣一來在很大程度上保證了日后升級新處理器的時候的優(yōu)勢。二完整的單相供電模塊的相關(guān)知識該模塊是由輸入

2、、輸出和控制三部分組成。輸入部分由一個電感線圈和一個電容組成；輸出部分同樣也由一個電感線圈和一個組成；控制部分則由一個PWM控制芯片和兩個場效應(yīng)管（MOS-FET）組成（如圖1）。圖1單相供電電路圖 主板除了給大功率的CPU供電外，還要給其它設(shè)備的供電，如果做成單相電路，需要采用大功率的管，發(fā)熱量很大，成本也比較高。所以各大主板廠商都采用多相供電回路。多相供電是將多個單相電路并聯(lián)而成的，它可以提供N倍的電流。 小知識 場效應(yīng)管：是一種單極性的晶體管，最基本的作用是開關(guān)，控制電流，其應(yīng)用比較廣泛，可以放大、恒流，也可以用作可變電阻。 PWM芯片：PWM即Pulse Width Modulatio

3、n（脈沖寬度調(diào)制），該芯片是供電電路的主控芯片，其作用為提供脈寬調(diào)制，并發(fā)出脈沖信號，使得兩個場效應(yīng)管輪流導(dǎo)通。 實際電感線圈、電容和場效應(yīng)管位于CPU插槽的周圍（如圖2）。圖2 主板上的電感線圈和場效應(yīng)管 了解了以上知識后，我們就可以輕松判斷主板的采用了幾相供電了。三.判斷方法1 一個電感線圈、兩個場效應(yīng)管和一個電容構(gòu)成一相電路。 這是最標(biāo)準(zhǔn)的供電系統(tǒng)，很多人認(rèn)為：判定供電回路的相數(shù)與電容的個數(shù)無關(guān)。這是因為在主板供電電路中電容很富裕，所以，一個電感加上兩個場效應(yīng)管就是一相；兩相供電回路則是兩個電感加上四個場效應(yīng)管；三相供電回路則是三個電感加上六個場效應(yīng)管。依次類推，N相也就是N個電感加上2

4、N個場效應(yīng)管。當(dāng)然這里說的是最標(biāo)準(zhǔn)的供電系統(tǒng)，對一些加強(qiáng)的供電系統(tǒng)的辨認(rèn)就需要大家多多積累了。圖3一個電感線圈和兩個場效應(yīng)管組成一相回路 該圖是一個兩相供電電路，其中一個電感線圈和兩個場效應(yīng)管組成一相回路。這是最常見的，也是最為標(biāo)準(zhǔn)的一種供電模式。2電感線圈數(shù)目減一等于相數(shù)。 由于許多主板有CPU輔助供電電路，其第一級電感線圈也做在附近，所以，有了電感線圈數(shù)目減一等于相數(shù)的說法。但對于沒有CPU輔助供電的主板，這種方法就不太適用。圖4 帶有輔助供電電路的主板 該圖所示的是一個兩相供電電路，最左面的那個電感線圈是單獨用來給CPU供電的（既第一級電感線圈），所以三個電感線圈減一即為兩相供電。查看P

5、WM芯片編號 PWM芯片一般位于電感線圈或場效應(yīng)管的周圍，該芯片的功能在出廠的時候都已經(jīng)確定，如一個兩相的控制芯片是不可能用在三相的供電電路上。所以查詢主板使用的PWM控制芯片的型號，就可以知道主板采用幾相供電了。 PWM芯片設(shè)計廠商眾多，大約有一百多家，包括IGS 、CMA、ITE、CW、Winbond、Atmel、SANYO、Intersil以及Richtek等5 兩相的控制芯片Richtek RT9241 注：有的控制芯片是有一定的彈性的，比如Richtek RT9237就是一個2-4相的控制芯片。這時我們需要通過觀察元器件數(shù)量，才能最終判斷是幾相供電回路。這種方法應(yīng)該是最為簡易，也最為

6、準(zhǔn)確的。兩相和三相或多相的到底孰優(yōu)孰劣？ 筆者認(rèn)為主板幾相供電并不重要，貴在設(shè)計和用料的選擇。 1一個合理的電路設(shè)計應(yīng)該考慮諸多因素，如信號的穩(wěn)定性、干擾、散熱等。如果一個三相回路的設(shè)計僅僅只是為了實現(xiàn)大功率的電流轉(zhuǎn)換分配，忽視了電源的穩(wěn)定性，因而產(chǎn)生了大幅度紋波干擾等情況的副作用，那它必然是個失敗的設(shè)計！ 2同樣設(shè)計下的三相供電理論上優(yōu)于兩相供電。 3從電路工作原理上來講，電源做的越簡單越好。從概率上計算，每個元件都有一個“失效率”的問題，用的元件越多，組成系統(tǒng)的總失效率就越大。這樣多相供電的系統(tǒng)就更容易出現(xiàn)問題，所以選料用料對多相供電電路來說就更為重要。 不過，我們沒有必要懷疑兩相供電的穩(wěn)

7、定性，只要穩(wěn)定、設(shè)計合理，沒有理由拒絕兩相供電的產(chǎn)品。我們經(jīng)常會聽到主板供電回路的相數(shù)、電容、電感線圈和場效應(yīng)管（MOS管）等這些關(guān)鍵詞，可對這神秘的供電電路部分，你又知道多少呢？我們這里談的主板供電系統(tǒng)，一般是指CPU、內(nèi)存和顯卡供電單元。CPU供電單元是大家經(jīng)常接觸到的，我們平時所說的N相供電指的就是CPU供電，同時CPU供電電路也是整個主板中最重要的供電單元，這部分的品質(zhì)好壞，直接關(guān)系著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。閱讀完本文您將對主板供電模塊有一個更加深刻的了解這就是一個單相供電系統(tǒng)：由ATX電源提供的+12V電源輸入后，先通過由一個電感線圈和電容組成的L1振蕩電路進(jìn)行濾波處理，然后經(jīng)過PWM控制芯片

8、與兩個晶體管，導(dǎo)通后達(dá)到需要的輸出電壓，再經(jīng)過L2和C2組成的濾波電路后，就可以達(dá)到CPU所需要的Vcore了。從電路工作原理上來講，電源做的越簡單越好。從概率上計算，每個元件都有一個“失效率”的問題，用的元件越多，組成系統(tǒng)的總失效率就越大。所以供電電路越簡單，越能減少出問題的概率。單相電路元器件最少，但是主板除了要承受大功率的CPU外，還要承受顯卡等其他設(shè)備的功耗，做成單相電路需要采用大功率的MOS-FET管，發(fā)熱量會很恐怖，而且花費的成本也不是小數(shù)目。所以，大部分廠商都采用多相供電回路。多相供電就是將多個單相電路并聯(lián)而成的，所以可以提供N倍的電流。 有了上面的知識做鋪墊，我們來看一下目前主

9、流的供電模塊的構(gòu)成。這是最常見，最正規(guī)的供電模塊，由“1個線圈+2個場效應(yīng)管”組成一相電路。目前市場中大多數(shù)的主板供電模塊都采用此設(shè)計，不管是K7還是K8，甚至耗電大戶Pentium D的主板也采用此設(shè)計。圖2中靠近4Pin插頭部位還有一個線圈（沒有場效應(yīng)管與之匹配，下面的圖示中，如果出現(xiàn)這種情況，其作用是類似的），是第一級電感線圈，也有人認(rèn)為是為CPU輔助供電的線圈，所以此圖示為三相供電。常大家看到圖3中的供電系統(tǒng)，便會用“完整的供電模塊”來說明。這種方式或許在散熱方面更有優(yōu)勢，但實際使用效果應(yīng)該沒有太大的差別。圖3是由“一個線圈+三個場效應(yīng)管”組成一相電路，所以圖3是兩相供電。其實，兩相供

10、電系統(tǒng)未必就比三相供電差，雖然更多的相數(shù)可以有效地控制熱量，但更容易出現(xiàn)問題也是事實；另外，選料設(shè)計更重要。所以請理智看待供電相數(shù)。這個供電模塊比較少見，這是藍(lán)寶ATi RS482芯片的主板。此系統(tǒng)采用“1個線圈+4場效應(yīng)管”構(gòu)成一相電路的設(shè)計。如果說“1+3”是完整電路，那么“1+4”就只能用豪華來形容了。此系統(tǒng)采用四相供電，電路設(shè)計可謂豪華；但相數(shù)和采用的場效應(yīng)管的個數(shù)并不是豪華的代名詞。采用何種線圈，何種場效管，也就是說用料本身的性能更為關(guān)鍵；豪華的用料離開科學(xué)合理的設(shè)計恐怕也是白白的浪費材料。所以DIYer要修煉硬功夫，不要僅僅局限在供電相數(shù)的判斷上。圖5是EPOX在8RDA6+上采用

11、的供電模塊。其供電系統(tǒng)就在DIYer中引起爭議，有人說這是四相供電，判斷理由：線圈數(shù)1。圖中明顯有5個線圈，那么5-1=4是很顯然的事情。有人說這是三相供電，判斷理由：1個線圈+2個場效應(yīng)管為一相電路。顯然圖中有6個場效應(yīng)管，所以最多也就是三相供電了。第一種說法沒有了解供電線路的組成，雖然大多數(shù)供電系統(tǒng)可以這樣判斷，不代表這種方法就是完全準(zhǔn)確的。第二種說法就會產(chǎn)生一種困惑：多余的那個線圈是用來做什么的呢？之后EPOX的設(shè)計師說明：這是一個兩相加強(qiáng)供電系統(tǒng)，其中“2個線圈+3個場效應(yīng)管”為一相電路。但DIYer對此供電系統(tǒng)認(rèn)可度不高。是目前最常見的Intel 9系列（包括i915/925、i94

12、5/955）主板的供電系統(tǒng)，多采用四相供電。圖5是采用“1個線圈+3個場效應(yīng)管”構(gòu)成一相電路的四相供電系統(tǒng)。在這里需要說明一下，支持Prescott主板要求供電部分的線圈必須采用單股粗線繞制（如圖6）；另外，Intel技術(shù)白皮書要求CPU周圍的電容要采用固態(tài)電容（這也是在一系列主板爆漿事件后無奈而又明智的做法）。關(guān)于Intel的供電規(guī)范這里筆者簡單地談一下（如附表）。 Prescott最大要求91A的電流，而單相電路可以提供50A的電流，似乎成熟的兩相供電就能夠滿足了。但巨大的熱量I2R還是讓主板廠商更趨向于采用四相供電系統(tǒng)。 隨著主板設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，有好多配件的安裝或外在形式都發(fā)生了變化，如

13、圖7中的加固線圈，將線圈包住可以減少電磁干擾并對線圈起到加固作用，在場效應(yīng)管上加上散熱片來加強(qiáng)散熱等等。還有某些主板竟然將場效應(yīng)管“豎立”安裝（既省空間又利用散熱）。最后，希望本文對您輕松分辨供電電路的相數(shù)有一定幫助，并通過對供電電路的了解輕松選購高品質(zhì)主板。原理圖分析主板的供電部分設(shè)計好壞，關(guān)系到主板工作的穩(wěn)定性和安全性，歷來是廣大DIYer評價一塊主板優(yōu)劣的重要依據(jù)之一。供電部分的電路設(shè)計制造要求通常都比較高，一套好的設(shè)計，需要考慮到PCB板及元器件特性、銅箔厚度、CPU插座的觸點材料、散熱、穩(wěn)定性、干擾等等多方面的問題，它基本上可以體現(xiàn)一個主板廠商的綜合研發(fā)實力和經(jīng)驗?，F(xiàn)在的主板基本上都

14、為開關(guān)電源供電方式，將輸入的直流電通過一個開關(guān)電路轉(zhuǎn)換為寬度可調(diào)的脈沖電流，然后再通過濾波電路轉(zhuǎn)換回直流電。通過PWM控制器IC芯片發(fā)出脈沖信號控制MOSFET場效應(yīng)管輪流導(dǎo)通和關(guān)閉。其工作原理為ATX供給的12V電通過第一級LC電路濾波（圖上L1，C1組成），送到兩個場效應(yīng)管和PWM控制芯片組成的電路，兩個場效應(yīng)管?WM控制芯片的控制下輪流導(dǎo)通，提供如圖所示的波形，然后經(jīng)過第二級LC電路濾波形成所需要的Vcore。上圖中的電路就是我們說的“單相”供電電路。因為CPU工作于大電流、低電壓狀態(tài)，所以一個開關(guān)電路無法很可靠地給它供電，必須采用多個開關(guān)電路并連工作的方式才行，因此絕大部分主板都采取了兩相、三相甚至多相的電路設(shè)計。就是典型的兩相供電示意圖，其本質(zhì)是兩個單相電路的并聯(lián)，因此可以提供雙倍的電流。但上述只是純理論，實際情況還要添加很多因素，如開關(guān)元件性能，導(dǎo)體的電阻，都是影響Vcore的要素。實際應(yīng)用中存在供電部分的效率問題，電能不會100%轉(zhuǎn)換，一般情況下消耗的電能都轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出來，所以我們常見的任何穩(wěn)壓電源總是電器中最熱的部分。為了降低開關(guān)電源的工作溫度，最簡單的方法就是把通過每個元器件的