圖解主板供電回路

1、主板供電回路知多少 主板,作為計算機其他配件的載體,其作用自然不必多說,而判別主板的質量和做工的好壞,往往都不能局限于某些特性,用料、擴展性、供電電路等成了我們最常見到的字眼,而供電電路部分一直是一個熱點,我們經(jīng)常會聽到主板供電回路的相數(shù)、電容、電感線圈和場效應管等這些關鍵詞,可對這神秘的供電電路部分,你又知道多少呢?供電電路的工作原理CPU核心隨著制造工藝的提高,核心電壓也越來越低。我們用的ATX電源供給主板的12V和5V的直流電不能直接給CPU供電,所以需要通過一定的電路轉換來把高直流電壓變成低直流電壓給CPU的供電。CPU電壓越來越低,而功耗卻有逐年增長的趨勢,最新的P4EE功耗已超過1

2、00W,根據(jù)簡單的功率=電壓×電流,可以估算出需要近70A的電流通過,這么強的電流,對電路是一個很大的考驗。因此許多最新的主板都采用了四相供電回路。 圖1:許多最新的主板都采用了四相供電回路從電路工作原理上來講,電源做的越簡單越好,單相電路元器件最少。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。但是主板除了要承受大功率的CPU外,還要承受顯卡等其它設備的功耗,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。 圖2:開關電

3、源供電方式的原理圖我們平時用的主板基本都用開關電源供電方式,其原理圖如圖2。ATX電源提供的12V電壓通過第一級LC電路濾波(圖上L1,C1組成,送到兩個場效應管和PWM 控制芯片組成的電路,兩個場效應管在PWM控制芯片的控制下輪流導通,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CPU核心電壓Vcore。這其實就是我們說的“單相”供電電路,使用到的元器件有輸入部分的一個電感線圈、一個電容,控制部分的一個PWM控制芯片、兩個場效應管,還有輸出部分的一個線圈、一個電容。由于場效應管工作在開關狀態(tài),導通時的內阻和截止時的電流很小,所以自身耗電量很小。 圖3:兩相供電電路的示意圖單相

4、供電一般能提供最大25A的電流,而現(xiàn)今常用的處理器早已超過了這個數(shù)字,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計都采用了兩相甚至多相的設計。圖3就是一個兩相供電的示意圖,其實就是兩個單相電路的并聯(lián),因此它可以提供雙倍的電流。但這個2倍只是純理論,實際情況還考慮如開關元件性能、導體電阻、供電效率(發(fā)熱越大效率越低。那么采用兩相供電的電路就可能無法滿足CPU的需要,所以又出現(xiàn)了三相甚至更多相供電電路。不過這也帶來了主板布線復雜化,布線設計不很合理影響穩(wěn)定性等問題。 圖4:三相供電電路的示意圖三相供電就是三個單相電路并聯(lián)而成的,因此理論上可以提供3倍的電流。圖4是一個典型的3相供電電

5、路,它和兩相供電的原理是一致的,其實就是三個單相電路并聯(lián)。如何區(qū)分兩相和三相供電回路有些用戶很關心怎么從主板上看出到底是兩相還是三相供電回路。一般的讀者可能會說通過在CPU插槽附近的供電電路有多少電感線圈來判斷。這種說法有它的道理,但不太全面。筆者這里提供更加合理的方法供大家借鑒。1.根據(jù)元器件的數(shù)量來分辨。 圖5:典型的三相供電電路首先,我們要找到主板CPU插槽附近的供電電路,圖5是一個典型的三相供電電路。一般來說,一個線圈、兩個場效應管和一個電容構成一相電路。圖中上面三個是電容,中間是場效應管,下面三個是線圈。 圖6:典型的兩相供電電路圖6是一個典型的兩相供電電路,可以看到左邊有兩個電容,

6、一個豎的線圈(這個其實是一級電感及左右各2個場效應管,共有4個場效應管。因此,判定供電回路為幾相與電容的個數(shù)無關,如果看到一個電感加上兩個場效應管就可以認為是一相。2相供電回路則是2個電感加上4個場效應管,3相供電回路則是3個電感加上6個場效應管。依次類推,4相也就是4個電感加上8個場效應管,現(xiàn)在你明白怎么區(qū)別了么?另外,很多情況下第一級電感線圈也做在附近,所以一般也有“線圈數(shù)目減一等于相數(shù)”的說法。從上面兩個例子里面我們都看到多出一個電感。2.根據(jù)PWM控制芯片來分辨。 圖7:Richtek RT9241芯片 圖8:網(wǎng)站查詢到Richtek RT9241芯片的資料PWM芯片的功能在出廠的時候

7、都已經(jīng)確定,可以根據(jù)主板使用的PWM控制芯片的型號來分辨。比如常見的Richtek RT9241芯片。上Richtek的查詢產(chǎn)品頁面,可以看到RT9241是一個兩相的控制芯片,當然不可能用這塊芯片做出三相的供電電路來的。 圖 9:Richtek RT9237 芯片 圖 10:Intersil 的 HIP6301 芯片 Richtek RT9237 就是一個 2-4 相的控制芯片,再通過觀察元器件數(shù)量,可以判斷是否為三相供電回路.圖 10 是另外一個常見品牌的芯片,Intersil 的 HIP6301 芯 片 , 在 Intersil 網(wǎng)站上可以查到它是一塊支持 4 相供電的控制芯片,所以很多三

8、相甚至四相供電的主板都使用它. 選購策略 具體兩相好還是三相好呢?這并不能一概而論!關鍵在于電路的設計是否合理!一個合理的電路設計應該考慮諸多因素,比如信號的穩(wěn)定性,干擾,散熱等等.比如 說:如果一個三相回路的設計僅僅只是為了實現(xiàn)大功率的電流轉換分配,而忽視了電源的穩(wěn)定性,因此產(chǎn)生了副作用的大幅度紋波干擾等情況,那它必然是個失敗的 設計!兩相回路的電路設計也是如此!所以,一個電路的設計成功與否,完全是能夠體現(xiàn)出工程師功力深淺的. 三相供電回路的好處很多,第一,可以提供更大的電流;第二,可以降低供電電路的溫度,因為電流多了一路分流,每個器件的發(fā)熱量自然減少了.三相電路可以非 常精確地平衡各相供電電路輸出的電流,以維持各功率組件的熱平衡,在器件發(fā)熱這項上三相供電具有優(yōu)勢;第三,利用三相供電獲得的核心電壓信號也比兩相的來 得穩(wěn)定.三相供電的缺點則是在成本上要高一些,而且對布線設計,散熱的要求也更高. 同樣設計下的三相供電理論上優(yōu)于兩相供電,而且一般三相供電的控制芯片總是優(yōu)于兩相供電的控制芯片,在功能上也是如此.這樣一來在很大程度上保證日后升級 新