电脑主板CPU供电电路原理图解
一.多相供电模块的优点1.可以提供更大的电流,单相供电最大能提供25A的电流,相对现在主流的处理器来说,单相供电无法提供足够可靠的动力,所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计,比如K7.K8多采用三相供电系统,而LGA755的Pentium系统.
2.可以降低供电电路的温度.因为多了一路分流,每个器件的发热量就减少了.
3.利用多相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定.一般多相供电的控制芯片(PWM芯片)总是优于两相供电的控制芯片,这样一来在很大程度上保证了日后升级新处理器的时候的优势.
二.完整的单相供电模块的相关知识
该模块是由输入.输出和控制三部分组成.输入部分由一个电感线圈和一个电容组成;输出部分同样也由一个电感线圈和一个电容组成;控制部分则由一个PWM控制芯片和两个场效应管(MOS-FET)组成(如图1)
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图一:单相电路供电图
主板除了给大功率的CPU供电外,还要给其它设备的供电,如果做成单相电路,需要采用大功率的管,发热量很大,成本也比较高.所以各大主板商都采用多相供电回路.多相供电是将多个单相电路并联而成的,它可以提供N倍的电流.(小知识:场效应管:是一种单极性的晶体管,最基本的作用是开关,控制电流,其应用比较广泛,可以放大.恒流,也可以用作可变电阻.PWM芯片: PWM即Pulse Ｗidth Modulation脉冲宽度市制,该芯片是供电电路的主控芯片,其作用为提供脉宽调制,并发出脉冲信号,使得两个场效应管轮流导通.
实际电感线圈.电容和场效应管位于CPU插槽的周围(如图2).
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图2:主板上的电感线圈和场效应管
了解了以上知识后,我们就可以轻松判断主板的采用了几相供电了.
三.判断方法
1.一个电感线圈,两个场效应管和一个电容构成一相电路.
这是最标准的供电系统,很多人认为:判定供电回路的相数与电容的个数无关.这是因为在主板供电电路中电容很富裕,所以,一个电感加上两个场效应管就是一相;两相供电回路则是两个电感加上四个场效应管;三相供电回路则是三个电感加上六个场效应管.依次类推,N相也就是N个电感加上2N个场效管.当然这里说的是最标准的供电系统,对一些加加强的供电系统的辨认就需要大家多积累了.
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图3一个电感线圈和两个场效应管组成一相回路
该图是一个两相供电电路,其中一个电感线圈和两个场效应管组成一相回路.这是最常见的,也是最为标准的一种供电模式.
2.电感线圈数目减一等于相数.
由于许多主板有CPU辅助供电电路,其第一级电感线圈也做在附近,所以,有了电感线圈数目减一等于相数的说法.但对于没有CPU辅助供电的主板,这种主法就不太适用.
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图4带有辅助供电电路的主板
该图所示的是一个两相供电电路,最左面的那个电感线圈是单独用来给CPU供电的(既第一级电感线圈),所以三个电感线圈减一即为两相供电.
查看PWM芯片编号:PWM芯片一般位于电感线圈或场效应管的周围,该芯片的功能在出厂的时候都已经确定,如一个两相的控制芯片是不可能用在三相的供电电路上.所以查询主板使用的PWM控制芯片的型号,就可以知道主板采用几相供电了.
PWM芯片设计厂商众多,在约有一百多家,包括IGS,CMA,ITE,CW,Winbond,Atmel,SANYO,Intersil以及Richtek等.
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图5两相的控制芯片Richtek RT9241
注:有的控制芯片是有一定的弹性的,比如Richtek RT9237就是一个2~4相的控制芯片.这时我们需要通过观察元器件数量,才能最终判断是几相供电回路.这种方法应该是最为简易,也最为准确的.
两相和三相或多相的到底孰优孰劣?
个人认为主板几相供电并不重要,贵在设计和用料的选择.
1.一个合理的电路设计应该考虑诸多因素,如信号的稳定性,干扰,散热等.如果一个三相回路的设计仅仅保是为了实现大功率的电流转换分配,忽视了电源的稳定性,因而产生了大幅度纹波干扰等情况的副作用,那它必然是个失败的设计!
2.同样设计下的三相供电理论上优于两相供电.
3.从电路工作原理上来讲,电源做的越简单越好.从概率上计算,每个元件都有一个"失效率"的问题,用的元件越多,组成系统的总失效率就越大.这样多相供电的系统就更容易出现问题,所以选料用料对多相供电电路来说就更为重要.不过,我们没有必要怀疑两相供电的稳定性,只要稳定,设计合理,没有理由拒绝两相供电的产品.
我们经常会听到主板供电回路的相数,电容,电感线圈和场效应管(MOS管)等这些关键词.可对这神秘的供电电路部分,你又知道多少呢?我们这里谈的主板供电系统,一般是指CPU,内存和显卡供电单元.CPU供电单元是大家经常接触到的,我们平时所说的N相供电指的就是CPU供电,同时CPU供电电路也是整个主板中最重要的供电单元,这部分的品质好坏,直接关系着系统的稳定性.阅读完本文你将对主板供电模块有一个更加深刻的了解.
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这就是一个单相供电系统:由ATX电源提供的+12V电源输入扣,先通过由一个电感线圈和电容组成的L1振荡电路进行滤波处理,然后经过PWM控制芯片与两个晶体管,导通后达到需要的输出电压,再经过L2和C2组成滤波电路后,就可以达到CPU所需要的Vcore了.从电路工作原理上讲,电源做的越简单,越能减少出问题的概.单相电路元器件最少,但是主板除了要承受大功率的CPU外,还要承受显卡等其他设备的功耗,做成单相电路需要采用大功率的MOS-FET管,发热量会很恐怖,而且花费的成本也不是小数目.所以,大部分厂商都采用多相供电回路.多相供电就是将多个单相电路并联而成的,所以提供N倍的电流.
有了上面的知识做铺垫,我们来看一下目前主流的供电模块的构成.
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这是最常见,最正规的供电模块,由"1个线圈+2个场效应管"组成一相电路.目前市场中大多数的主板供电模块都采用此设计,不管是K7还是K8,甚至耗电大户Pentium D的主板也采用此设计.图2中靠近4Pin插头部位还有一个线圈(没有场效应管与之匹配,下面的图示中,如果出现这种情况,其作用是类似的),是第一级电感线圈,也有人认为是为CPU辅助供电的线圈,所以此图示为三相供电.
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通常大家看到图3中的供电系统,便会用"完整的供电模块"来说明.这种方式或许在散热方面更有优势,但实际使用效果应该没有太大的差别.图3是由"一个线圈+三个场效应管"组成一相电路,所以图3是两相供电.其实,两相供电系统未必就比三相供电差,虽然更多的相数可以效地控制热量,但更容易出现问题也是事实;另外,选料设计更重要.所以请理智看待供电相数.
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这个供电模块比较少见,这是蓝宝ATi RS482芯片的主板.此系统采用"1个线圈+4场效应管"构成一相电路的设计.如果说"1+3"是完整电路,那么"1+4"就只能用豪华来形容了.此系统采用四相供电,电路设计可谓豪华;但相数和采用的场效应管的个数并不是豪华的代名词.采用何种线圈,何种场效应管,也就是说用料本身的性能更为关键;豪华的用料离开科学合理的设计恐怕也是白白的浪费材料.所以DIYer要修炼硬功夫,不要仅仅局限在供电相数的判断上.
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图5是EPOX在8RDA6+上采用的供电模块.其供电系统在DIYer中引起争议,有人说这是四相供电,判断理由:线圈数-1.图中明显有5个线圈,那么5-1=4是很显然的事情.有人说这是三相供电,判断理由:1个线圈+2个场效应管为一相电路.显然图中有6个场效应管,所以最多也就是三相供电了.第一种说法没有了解供电线路的组成,虽然大多数供电系统可以这样判断,不代表这种方法就是完全准确的.第二种说法就会产生一种困惑;多余的那个线圈是用来做什么的呢?这后EPOX的设计师说明:这是一个两相加强供电系统,其中"2个线圈+3个场效应管"为一相电路.但DIYer对此供电系统认可度不高.
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这是目前最常见的Intel9系列(包括i915/925,i945/955)主板的供电系统,多采用四相供电.图5是采用:"1个线圈+3个场效应管"构成一相电路的四相供电系统.在这里需要说明一下,支持Prescott主板要求供电部分的线圈必须采用单股粗线绕制(如图6);另外,InteL技术白皮书要求CPU周围的电容要采用固态电容(这也是在一系列主板爆裂事件后无奈而又明智的做法).关于Intel的供电规范这里笔者简单地谈下下(如附表).
Prescott最大要求91A的电流,而单相电路可以提供50A的电流,似乎成熟的两相供电就能够满足了.但巨大的热量I2R还是让主板厂商更趋向于采用四相供电系统.
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