從CPU供電電路設(shè)計(jì)看主板選購

1、CPU 供電電路分析及故障檢修相信大家看主板導(dǎo)購文章的時候經(jīng)常聽到說這塊主板是三相供電，那塊是兩相供電的說法， 而且一般總是推薦三相供電的主板。那么兩相三相到底代表什么，對于普通消費(fèi)者來說應(yīng)該 怎么選擇呢？本文將就這個問題展開，盡量讓大家能夠自己分辨出主板到底幾相供電，并且 提供一點(diǎn)購買建議。CPU 供電電路原理圖我們知道CPU核心電壓有著越來越低的趨勢，我們用的ATX電源供給主板的12V, 5V 直流電不可能直接給CPU供電，所以我們要一定的電路來進(jìn)行高直流電壓到低直流電壓的轉(zhuǎn) 換，這種電路不僅僅用在CPU的供電上，但是今天我們把注意力集中在這里。我們先簡單介 紹一下供電電路的原理，以便大家

2、理解。一般而言，有兩種供電方式。 T&U線性電源供電方式：通過改變晶體管的導(dǎo)通程度來實(shí)現(xiàn),晶體管相當(dāng)于一個可變電阻 串接在供電回路中。雷傲上圖只要是學(xué)過初中物理的都懂，通過電阻分壓使得負(fù)載（這里想像為CPU）上的 電壓降低。雖然方法簡單，但由于可變電阻與負(fù)載流過相同的電流，要消耗掉大量的能量并 導(dǎo)致升溫，電壓轉(zhuǎn)換效率非常低，一般主板不可能用這種方法。開關(guān)電源供電方式：我們平時用的主板基本都用這種方式，原理圖如下。其工作原理比剛剛的電路復(fù)雜很多，筆者只能簡單說說：ATX供給的12V電通過第一級LC 電路濾波（圖上LI, 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)管在PW

3、M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 波形成所需要的電壓了。上圖中的電路就是我們說的“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(yīng)管，還有輸出部分的一個線圈、 一個電容。強(qiáng)調(diào)這些元器件是為了后文辨認(rèn)幾相供電做準(zhǔn)備。由于場效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時的內(nèi)阻和截止時的漏電流都較小，所以自身耗電 量很小，避免了線性電源串接在電路中的電阻部分消耗大量能量的問題。多相供電的引入單相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

4、設(shè)計(jì)都采用了兩相甚至多相的設(shè)計(jì)雷傲超級論壇 - 雷上圖就是一個兩相供電的示意圖，其實(shí)就是兩個單相電路的并聯(lián)，因此它可以提供雙倍的電 流。三相供電當(dāng)然就是三個單相電路并聯(lián)而成的，因此可以提供三倍的電流。 上圖是一個典型的三相供電電路，讀者抓住本質(zhì)的話，就可以看到此圖和上面圖片的一 致。區(qū)分兩相和三相有些用戶很關(guān)心怎么從主板上看出到底是兩相還是三相供電。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,rb7N首先我們要找到主板CPU插槽附近的供電電路，下圖是一個典型的三相供電

5、電路。一般 來說，判斷標(biāo)準(zhǔn)是一個線圈、兩個場效應(yīng)管和一個電容構(gòu)成一相電路。圖中上面三個是電容 （右邊那個不算），中間被散熱片覆蓋的是場效應(yīng)管，下面三個是線圈，大家要認(rèn)準(zhǔn)了。再看一個兩相供電電路，可以看到有兩個電容（中間有一個豎的線圈，這個是一級電感） 四個場效應(yīng)管。總結(jié)來說，電容的個數(shù)并不一定?？吹揭粋€電感加上兩個場效應(yīng)管就認(rèn)為是一相。但是 近來也有并聯(lián)多個電感或者多個場效應(yīng)管的情況發(fā)生，這個時候就要綜合考慮，挑數(shù)目少的 那種元器件來判斷。順便說一句，因?yàn)楹芏嗲闆r第一級電感線圈也做在附近，所以一般也有 線圈數(shù)目一1 =相數(shù)的說法。上面兩個例子里面我們都看到多出一個電感。21/4我們再看 一個例

6、子，下圖中有三個電感，六個場效應(yīng)管，但它不是三相供電的，而是兩相，因?yàn)樽筮?的電感是一級電感，所以這里用兩個電感和六個場效應(yīng)管構(gòu)成的是兩相供電電路。三相 VS 兩相首先要強(qiáng)調(diào)除去設(shè)計(jì)導(dǎo)致的不穩(wěn)定因素，三相供電總是好過兩相供電的三相的好處很多：1.可以提供更大的電流，當(dāng)然筆者認(rèn)為不能簡單認(rèn)為可以提供的電流成倍增長，因?yàn)殡?感，場效應(yīng)管本身的選擇也對能夠承受的最大電流產(chǎn)生重要影響，選擇承載電流強(qiáng)度大的元 器件同樣可以提高電流的承載能力，但是三相供電能夠提供更大電流毋庸置疑。2.可以降低供電電路的溫度，因?yàn)殡娏鞫嗔艘宦贩至?，每個器件的發(fā)熱量自然減少了 其實(shí)供電電路是主板上溫度最高的區(qū)域之一，甚至比處

7、理器本身還熱，有很多廠家已經(jīng)對這 部分電路增加散熱措施，如果長時間工作在高溫下，顯然對器件不利，對主板的穩(wěn)定不利 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(xiàng)上三相供電具有優(yōu)勢。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。單相供電” 廠、八一廠_叫單相供電” 廠、八一廠_叫三相供電0濾派之后T三相供電0濾派之后T哄1蜜囂遞波之前T上圖反映了三相供電濾波之后的電壓比兩相更加平滑，更加穩(wěn)定。當(dāng)然三相供電也有一些缺點(diǎn)，在成本上，三相總是大一些。對設(shè)計(jì)的要求也更高一些 而且一般說來元器件越多越不利散熱，出現(xiàn)故障的概率越大，相互之間的干擾也較高，而且

8、 筆者已經(jīng)說了，元器件的選擇同樣重要，如果因?yàn)槿喙╇妼υ骷囊蠼档偷脑挘Ч?到底是怎樣就不一定了。選購策略筆者經(jīng)常看到一些網(wǎng)友對供電很重視，而且很偏執(zhí)的認(rèn)為一定要選擇三相。其實(shí)我們都 知道，一款成功的產(chǎn)品出廠的時候必定經(jīng)過多次測試，不可能因?yàn)楣╇娔K使用兩相而導(dǎo)致 不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)階段廠商肯定會考慮到這一點(diǎn)。而且，使用什么供電策略，使用什么元器件 都是主板工程師們決定的，只要穩(wěn)定，只要設(shè)計(jì)合理，沒有理由拒絕兩相供電的產(chǎn)品。當(dāng)然我們再次強(qiáng)調(diào)，同樣設(shè)計(jì)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 后升級新處

9、理器的時候有優(yōu)勢。所以筆者的意見是不要盲目相信三相供電的炒作廣告，也不要盲目相信所謂兩相更穩(wěn)定 的說法，我們選購主板的時候還是應(yīng)該更關(guān)注品牌，關(guān)注口碑。而且供電電路只是主板上的 小小部分而已，整塊主板的運(yùn)行情況并不由它決定。優(yōu)秀產(chǎn)品推薦捷波智尊K8F8G+SLi參考價格：999捷波智尊 K8F8G+SLi 主板出色的三相低溫回路供電設(shè)計(jì)口._旦丄性一上中血訕呷嚶川伽血町二捷波智尊K8F8G+SLi主板神奇的“魔力32X”捷波智尊 K8F8G+SLi 主板板載千兆網(wǎng)絡(luò)芯片捷波智尊K8F8G+SLi,采用nVidia頂級的nForce 4 SLi芯片組。六個高品質(zhì)MOSFET+ 三個密閉式高性能電

10、感線圈+多達(dá)10個優(yōu)質(zhì)的固態(tài)電容組成了三相低溫回路供電系統(tǒng)，為高 功耗CPU提供了良好的供電保障的同時主板的穩(wěn)定性也得以大大提高。由于MOSFET發(fā)熱量 較大，此款主板還在MOSFET上面加裝了散熱片，體現(xiàn)了捷波大廠的風(fēng)范。由于固態(tài)電容的 采用，從而徹底杜絕電容暴漿的隱患。這款主板除了通常的插槽外，捷波智尊K8F8G+ SLI 上采用了一個全球首創(chuàng)“魔力32X”技術(shù):采用了獨(dú)創(chuàng)的1 XPCI Express xl6(byl6)、XPCI Express xl6 (by 8)全新PCI-E設(shè)計(jì)模式，同時兼顧了單卡PCI-E16X的要求，也能同時滿 足實(shí)現(xiàn)SLI時所需要的兩個PCI-E8X的需求，

11、并且可以直接插上去使用避免了使用橋接子卡 造成的不便，切換簡單快速，真正意義上實(shí)現(xiàn)NVSLI的即插即用。而作為捷波的高端系列： 智尊系列，它不但板載Debug偵測燈，還帶有獨(dú)家采用的Magic RecoverII恢復(fù)精靈2代， 在操作方式更方便的同時擁有了更實(shí)用的功能；另外可擴(kuò)展的魔力孑子仔MagicTwin功能，只 需加一個插卡可實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先的一拖二系統(tǒng)。供電是所有電子元件工作的先決條件，供電電路也是最容易壞的單元，主板的供電電路 主要有CPU供電，內(nèi)存供電和芯片組供電，其中尤以CPU供電電路的故障率為高，下面我 們就對 CPU 供電電路作一個分析。因?yàn)镃PU核心電壓比較低而且有著越來越低的

12、趨勢，ATX電源供給主板的12V和5V直流 電不可能直接給 CPU 供電，所以需要一定的供電電路來進(jìn)行高直流電壓到低直流電壓的轉(zhuǎn) 換（即DC-DC），這些轉(zhuǎn)換電路就是CPU的供電電路。一、CPU供電電路組成1CPU 供電電路的功能:主板的 CPU 供電電路最主要的功能是為 CPU 提供電能，保證 CPU 在高頻，大電流工作狀 態(tài)下穩(wěn)定地運(yùn)行。同時，由于現(xiàn)在的 CPU 功耗非常大，從低負(fù)荷到滿負(fù)荷，電流的變化非 常大，為了保證CPU能夠在減速的負(fù)荷變化中，不會因?yàn)殡娏鞴?yīng)不上而無法工作，CPU 供電電路要求具有非常快速的大電流響應(yīng)能力。另外， CPU 供電電路同時也是主板上信號強(qiáng)度最大的地方，處

13、理得不好會產(chǎn)生串?dāng)_效應(yīng)， 而影響到較弱信號的數(shù)字電路部分，因此CPU供電部分的電路設(shè)計(jì)制造要求通常都比較高。 簡單來說,CPU供電部分的最終目的就是在CPU電源輸入端達(dá)到CPU對電壓和電流的要求。2CPU 供電電路的組成:主板的CPU供電電路主要由電源管理芯片、電感線圈、場效應(yīng)管（MOSFET管）和電解電 容等元器件組成。（1）電源管理芯片電源管理芯片主要負(fù)責(zé)識別 CPU 供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動后級電路進(jìn)行功率 輸出。常用電源管理芯片的瑾有 HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494 等。主要電源管理芯片有的是雙列直插芯片，而有的是表面貼裝式

14、封裝，其中HIP630 x系列芯 片是比較經(jīng)典的電源管理芯片，由著名芯片設(shè)計(jì)公司Intersil設(shè)計(jì)。它支持兩/三/四相供電， 支持VRM9.0規(guī)范，電壓輸出范圍是1.1V-1.85V,能為0.025V的間隔調(diào)整輸出，開關(guān)頻率高 達(dá)80KHz，具有電源大、紋波小、內(nèi)陰小等特點(diǎn)，能精密調(diào)整CPU供電電壓。下面發(fā)HIP6301 為例，講解電源管理芯片各個引腳的功能。2）電感線圈電感線圉是由導(dǎo)線在鐵氧體磁芯環(huán)或磁棒上繞制數(shù)圈而成，有線圈式、直立式和固態(tài)式等 到幾種。主板 CPU 供電電路中的電感中的電感線圈主要包括兩種，一種是用來對電流進(jìn)行 濾波的，稱為濾波電感；另一種電感線圈是用來儲能的。經(jīng)和場效

15、應(yīng)管、電容配合使用來為 CPU 供電。另外根據(jù)線圈的蓄能的特點(diǎn)，實(shí)際電路中通常利用電感和電容組成低通濾波系統(tǒng)， 過濾供電電路中的高頻雜波，以便向CPU提供干凈的供電電流。（3）濾波電容CPU 供電電路中的電容一般采用的就是大家通常所講的“普通電容”。在電路中電容具有“隔直通交”特性，它的作用包括以下幾方面：一是濾波，大部分都用在 了直流轉(zhuǎn)換之后的濾波電路中，利用其充放電特性，在儲能電感的配合下，將脈沖直流電變 成較為平滑的直流電，一般說來大容量電容適用于濾除低頻雜波，而小容量電容濾除較高頻 雜波的效果比較好；三是信號去耦，防止信號在電路間串?dāng)_；三是信號耦合，用于將兩個電 路的直流電位進(jìn)行隔離時

16、使信號在電路間傳送。在單相供電電路中，電容和電感線圈的規(guī)格越高以及場效應(yīng)管的數(shù)量越多，就代表了供電 電路的品質(zhì)越好。一般情況下，日系的SANY （三洋）、Rubycon （紅寶石）、KZG電容比較優(yōu) 秀，臺系的 TAICON、 OST、 TEAPO、 CAPXON 等品片的電容也可以考慮。少數(shù)高端的超頻版 主板還會采用化學(xué)穩(wěn)定性極好的固態(tài)電容，徹底杜絕了電容爆漿現(xiàn)象的發(fā)生。（ 4 ）場效應(yīng)管場效慶管是金屬氧化物半導(dǎo)體聲效應(yīng)晶體管 （Metallic Oxide Semiconductor Fidld Effect Transisto）的簡稱，具有開關(guān)速度極快、內(nèi)阻小、 輸入阻抗高、驅(qū)動電流?。?/p>

17、0.1uA左右）、熱穩(wěn)定性好、工作電流大、能夠進(jìn)行簡單并聯(lián)等 特點(diǎn)，非常適合作為開關(guān)管使用。 CPU 供電電路中常見的場效應(yīng)管，通常其兩側(cè)的引腳分別 為源極（S）和柵極（G）,中間的引腳為漏極（D）。場效應(yīng)管在供電電路中的作用是在電源管理芯片的脈沖信號的驅(qū)動下，不斷的導(dǎo)通與截止 然后將ATX電源輸出的電能存儲在電感中，然后釋放給負(fù)載。在主板供電電路中，場效應(yīng)管 的性能和數(shù)量。通常決定著供電電路的性能。二、 CPU 供電電路的工作原理CPU供電電路通常采用PWM開關(guān)電源方式供電，即由電源管理芯片根據(jù)CPU工作電源需 求，向連接的場效應(yīng)管發(fā)出脈沖控制信號，然后控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止，將電能儲存在電感中，然后再通過電容濾波后向CPU輸出工作電壓。CPU供電的基本原理，當(dāng)電腦開