主板CPU供电电路完全图解[策划]

主板CPU供电电路完全图解[策划] 相信大家看主板导购文章的时候经常听到说这块主板是三相供电，那块是两相供电的说法，而且一般总是推荐三相供电的主板。那么两相三相到底代什么，对于普通消费者来说应该怎么选择呢,本文将就这个问题展开，尽量让大家能够自己分辨出主板到底几相供电，并且提供一点购买建议。 CPU供电电路原理图 我们知道CPU核心电压有着越来越低的趋势，我们用的ATX电源供给主板的12V，5V直流电不可能直接给CPU供电，所以我们要一定的电路来进行高直流电压到低直流电压的转换，这种电路不仅仅用在CPU的供电上，但是今天我们把注意力集中在这里。我们先简单介绍一下供电电路的原理，以便大家理解。 一般而言，有两种供电方式。 1.线性电源供电方式:通过改变晶体管的导通程度来实现,晶体管相当于一个可变电阻,串接在供电回路中。 上图只要是学过初中物理的都懂，通过电阻分压使得负载(这里想像为CPU)上的电压降低。虽然方法简单，但由于可变电阻与负载流过相同的电流，要消耗掉大量的能量并导致升温，电压转换效率非常低，一般主板不可能用这种方法。 2.开关电源供电方式:我们平时用的主板基本都用这种方式，原理图如下。 其工作原理比刚刚的电路复杂很多，笔者只能简单说说:ATX供给的12V电通过第一级LC电路滤波(图上L1，C1组成)，送到两个场效应管和PWM控制芯片组成的电路，两个场效应管在PWM控制芯片的控制下轮流导通，提供如图所示的波形，然后经过第二级LC电路滤波形成所需要的Vcore。 上图中的电路就是我们说的“单相”供电电路，使用到的元器件有输入部分的一个电感线圈、一个电容，控制部分的一个PWM控制芯片、两个场效应管，还有输出部分的一个线圈、一个电容。强调这些元器件是为了后文辨认几相供电做准备。 由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。 多相供电的引入 单相供电一般能提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，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。 三相供电当然就是三个单相电路并联而成的，因此可以提供三倍的电流 上图是一个典型的三相供电电路，读者抓住本质的话，就可以看到此图和上面图片的一致。 区分两相和三相 有些用户很关心怎么从主板上看出到底是两相还是三相供电。一般的读者可能会说通过在CPU插槽附近的供电电路有多少电感线圈来判断。这种说法有它的道理，但不太全面。笔者这里提供更加合理的方法供大家借鉴。 1.根据元器件的数量来分辨。 首先我们要找到主板CPU插槽附近的供电电路，下图是一个典型的三相供电电路。一般来说，判断是一个线圈、两个场效应管和一个电容构成一相电路。图中上面三个是电容(左边那个不算)，中间两个脚的是场效应管，下面三个是线圈，大家要认准了。 再看一个两相供电电路，可以看到有两个电容(中间有一个竖的线圈，这个是一级电感)，四个场效应管 总结来说，电容的个数并不一定。看到一个电感加上两个场效应管就认为是一相。但是近来也有并联多个电感或者多个场效应管的情况发生，这个时候就要综合考虑，挑数目少的那种元器件来判断。顺便说一句， 因为很多情况第一级电感线圈也做在附近，所以一般也有线圈数目,1,相数的说法。上面两个例子里面我们都看到多出一个电感。 我们再看一个例子，下图中有三个电感，六个场效应管，但它不是三相供电的，而是两相，因为左边的电感是一级电感，所以这里用两个电感和六个场效应管构成的是两相供电电路。 2.根据PWM控制芯片的型号来分辨。 因为PWM芯片的功能在出厂的时候都已经确定，所以我们可以根据主板使用的PWM控制芯片的型号来分辨。比如下图中的这块主板使用了常见的Richtek RT9241芯片。 这块PWM芯片就用在笔者上面最后一个例子里面的主板上面，下面笔者说说从这块芯片上怎么看出是两相供电的，我们上Richtek的查询产品页面，我们看到RT9241是一个两相的控制芯片，当然不可能用这块芯片做出三相的供电电路来的。 笔者刚刚用的第一个例子里三相供电用的芯片入下图所示，也来自Richtek，型号是RT9237，这就是 一个2-4相的控制芯片，再通过观察元器件数量，可以判断是三相供电 上图就是一个两相供电的示意图，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流。 下图是另外一个常见品牌的芯片，Intersil的HIP6301芯片，使用在著名的NF7主板上。 在Intersil网站上可以查到它是一块支持4相供电的控制芯片。所以很多三相甚至四相供电的主板都使用它。 顺便说一句，通过查询这块芯片，我们还可以知道主板支持Intel的VRM(VRD)版本，比如上面的RT9241和RT9237都支持VRM9.0/9.2，而要支持最新的VRD 10.X规范就要用比如RT9243或者RT9245这样的控制芯片了，在支持Prescott的主板上这是很重要的。 三相VS两相 首先要强调除去设计导致的不稳定因素，三相供电总是好过两相供电的。 三相的好处很多: 1.可以提供更大的电流，当然笔者认为不能简单认为可以提供的电流成倍增长，因为电感，场效应管本身的选择也对能够承受的最大电流产生重要影响，选择承载电流强度大的元器件同样可以提高电流的承载能力，但是三相供电能够提供更大电流毋庸置疑。 2.可以降低供电电路的温度，因为电流多了一路分流，每个器件的发热量自然减少了。其实供电电路是主板上温度最高的区域之一，甚至比处理器本身还热，有很多厂家已经对这部分电路增加散热措施，如果长时间工作在高温下，显然对器件不利，对主板的稳定不利。三相电路可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流，以维持各功率组件的热平衡，在器件发热这项上三相供电具有优势。 3.利用三相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定。 上图反映了三相供电滤波之后的电压比两相更加平滑，更加稳定。 当然三相供电也有一些缺点，在成本上，三相总是大一些。对设计的要求也更高一些。而且一般说来元器件越多越不利散热，出现故障的概率越大，相互之间的干扰也较高，而且笔者已经说了，元器件的选择同样重要，如果因为三相供电对元器件的要求降低的话，效果到底是怎样就不一定了。 选购策略 笔者经常看到一些网友对供电很重视，而且很偏执的认为一定要选择三相。其实我们都知道，一款成功的产品出厂的时候必定经过多次测试，不可能因为供电模块使用两相而导致不稳定，在设计阶段厂商肯定会考虑到这一点。而且，使用什么供电策略，使用什么元器件都是主板工程师们决定的，只要稳定，只要设计合理，没有理由拒绝两相供电的产品。 当然我们再次强调，同样设计下的三相供电理论上优于两相供电，而且一般三相供电的控制芯片总是优于两相供电的控制芯片，在功能上也是如此，这样一来在很大程度上保证日后升级新处理器的时候有优势。 所以笔者的意见是不要盲目相信三相供电的炒作广告，也不要盲目相信所谓两相更稳定的说法，我们选购主板的时候还是应该更关注品牌，关注口碑。而且供电电路只是主板上的小小部分而已，整块主板的运行情况并不由它决定。 那么为什么市场上Intel架构的主板大多使用三相以上的供电，而AMD的板子使用两相的不少呢,我们选择不同处理器的时候对供电部分的关注是否也有区别呢,笔者特意找来一些处理器电流的参考值。 【电脑技巧】CPU供电电路基本常识 [原创 2010-01-01 19:06:13] 介绍CPU供电电路的基本常识。 ?单相供电电路的组成和原理 CPU电路主要有PWM芯片，MOSEFT管，电感、电容四种元件。其中的MOSEFT管就是一个电子开关(如上图中的K1、K2)，只不过开关的频率很高，每秒开关1万到1.5万次。电感和电容在这里起2个作用，储存电能和滤波。 左图是K1闭合，K2断开。12V直流电流经过电感给电容充电同时给CPU供电。电流经过电感的时候，由于电感的阻抗，从电感出来的电压不是12V，是从0V慢慢上升的。供给CPU的电压不会是12V。电流经过电感是有部分电能转换成磁能存储在电感中。电容充电也存储电能。右图是K1断开，K2闭合。12V供电电源断开。电感的原正极(+)端经K2与负极接 通。电感把储存的磁能转换成电流释放出来，给电容充电和给CPU供电。此刻电感成为供电电源。电感提供的电压是很低的。前面说到，K1闭合时，12V直流经过电感时，电压是从0V慢慢上升的。所以K1闭合的时间越长，供给CPU的电压越高。控制K1和K2的开关时间就可以把12V电压降到适合CPU的电压。专业术语叫“占空比”。 K1、K2开关时间是由PWM芯片控制的，PWM的意思就是脉(冲)宽(度)调制。因为控制K1、K2(MOSEFT开关管)的信号是高电平是闭合(导通)，低电平是关开(关断)，这种高低电平信号由于时间很短，就像一个个脉冲。脉冲的宽度就是时间。所以叫做脉宽调制。脉宽调制是现在最常用的电压变换技术。PC的电源供应器就是利用脉宽调制把220V的交流电转换成PC用的各种直流低电压。 K1、K2是否还有同时“闭合”或同时“断开”的情况,同时“断开”是可以的，同时“闭合”是绝对不能允许的，因为同时“闭合”，12V的正极和负极就连接到一起，那就是“短路”了，供电电路要烧毁，CPU也会烧毁。为了防止出现K1、K2同时“闭合”导通情况出现，K1、K2轮流开关一次，就要同时都“断开”一次。同时“断开”的时间叫做“死区时间”，因为这段时间K1和K2都不工作，白白消耗电能，所以CPU供电电路的“死区时间”越短，效率就越高，也就越节能。从上面的原理介绍，我们明确以下3点: ?K1(上MOSEFT管，也叫“进”)和K2(下MOSEFT管，也叫“出”)是轮流开关的。 ?K1的负担较轻(导通的时间短，关断的时间长，为了降压)，K2的负担最重(导通的时间长，关断的时间短，为了降压)，所以K!一般会用1个，K2会用2个，一般习惯称之为“一进二出”。 ?MOSEFT管的开关频率越高，输出的电流越大，功率也就越高。供电电路的供电能力首先与每相的供电功率(电流)密切相关，相数的多少取决于单相的供电能力，还要看CPU需要的最大电流。比如现在的Intel功耗最大的CPU需要125安培电流。如果每一相可提供40安培，那么4相就足够了。如果每相能提供20安培，可能需要8相。这里请注意，“4相就足够了”，并不是指4相供电的总电流就是把每一相的供电电流加在一起。 ?多相供电电路结构和原理 PWM芯片输出1-4相控制信号给4颗驱动芯片，这4颗驱动芯片驱动4组MOSEFT轮流“开 关”。下面我们在看看4相供电是如何工作的，一般人都会认为4相是同时工作的，其实不 然，实际上，这些“相”也是轮流工作的，就是说某一时刻，只有1“相”工作，其他“相” 都在休息。 我们看看4相供电的电压波形图。 上图表示出了4个时钟周期的4相供电，在每一个周期里，每1相仅工作1/4周期的时间，在一个周期里，4“相”轮流工作。控制这些“相”工作时序的也是PWM芯片。 PWM芯片不仅通过脉冲控制MOSEFT的“开关”，还控制着4相供电电路的工作时序。因此，决定供电相数的是PWM芯片，当然，也有通过驱动芯片或其他芯片扩展相数的。所以一般以电感的数量判断供电相数是不准确的。既然4相不是同时工作，4相总供电电流就不是简单的把每一相供电电流加在一起。每一相在工作时都是给电容充电，CPU实际上主要是从电容获取电流。电容就像水库，库容量越大，存储的电流越多，供电能力越强。区分供电的“相”就是看这些“相”工作时序是否相同，如果相同的，那么就属于同一相。比如有两组电感和MOSEFT，如果是工作时序不同的，就是两相，如果是工作时序相同的，就是1相(假2相)。那么供电能力40安培的1相供电，是否可以提供125安培的电流,从理论上讲只要电容够大，供 电电路不断向电容充电，是可以的。但这是超负载工作，很累，供电电路很难长期承受超负载工作，增加供电相数就是增加向电容充电的充电器，使输入给电容的电流大于输出的电流，减轻1相供电的负担。从上面的原理介绍，我们明确以下6点: ?无论是几相供电，某一时刻只有1相工作。 ?多相供电的实质是减轻单相的负载，提高给电容充电的能力，总电流不是简单的算术相加，相数越多并不代表供电能力高。 ?供电电路有一个转换效率的问题，如果转换效率不是很高，那么相数较多的设计其实际供电能力未必会好过相数较少的设计。 ?相数较多的设计使布线复杂化，越复杂越容易出毛病，如果解决不好会带来串扰效应(cross talk)，影响主板在极端情况下的稳定性。 ?供电元件都有一个可靠性，电容又是寿命最短的元件，而系统总体可靠性则是所有元件可靠性的乘积，元件越多则可靠性越低。 ?相数、元件太多只会白白浪费其供电能力，增加制造成本。 看了这些 大家就好好研究一下市面上的那些有很多项CPU供电的主板吧