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(shí)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(duì)于普通消費(fèi)者來說應(yīng)該怎么選擇呢？本文將就這個(gè)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(shì)，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(jiǎn)單介紹一下供電電路的原理，以便大家理解。一般而言，有

2、兩種供電方式。 T&U1.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(gè)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(jiǎn)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。2.開關(guān)電源供電方式：我們平時(shí)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(jiǎn)單說說：ATX供給的12V電通過第一級(jí)LC電路濾波（圖上L1，C1組成），送到兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和PWM控制芯片組成的電路，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管在PWM控制芯片的控

3、制下輪流導(dǎo)通，提供如圖所示的波形，然后經(jīng)過第二級(jí)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(gè)電感線圈、一個(gè)電容，控制部分的一個(gè)PWM控制芯片、兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，還有輸出部分的一個(gè)線圈、一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻和截止時(shí)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(gè)數(shù)字，單相供電無法提供足夠可靠的動(dòng)力，所以現(xiàn)在主板的供電電路設(shè)計(jì)都采用了兩相甚至多相

4、的設(shè)計(jì)。雷傲超級(jí)論壇 - 雷上圖就是一個(gè)兩相供電的示意圖，其實(shí)就是兩個(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(gè)典型的三相供電電路。一般來說，判斷標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)線

5、圈、兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)電容構(gòu)成一相電路。圖中上面三個(gè)是電容（右邊那個(gè)不算），中間被散熱片覆蓋的是場(chǎng)效應(yīng)管，下面三個(gè)是線圈，大家要認(rèn)準(zhǔn)了。再看一個(gè)兩相供電電路，可以看到有兩個(gè)電容（中間有一個(gè)豎的線圈，這個(gè)是一級(jí)電感），四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管?？偨Y(jié)來說，電容的個(gè)數(shù)并不一定。看到一個(gè)電感加上兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管就認(rèn)為是一相。但是近來也有并聯(lián)多個(gè)電感或者多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的情況發(fā)生，這個(gè)時(shí)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(jí)電感線圈也做在附近，所以一般也有線圈數(shù)目1相數(shù)的說法。上面兩個(gè)例子里面我們都看到多出一個(gè)電感。 2I/4我們?cè)倏匆粋€(gè)例子，下圖中有三個(gè)電感，六個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，但它不是三相

6、供電的，而是兩相，因?yàn)樽筮叺碾姼惺且患?jí)電感，所以這里用兩個(gè)電感和六個(gè)場(chǎng)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(jiǎn)單認(rèn)為可以提供的電流成倍增長(zhǎng)，因?yàn)殡姼?，?chǎng)效應(yīng)管本身的選擇也對(duì)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(gè)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，甚至比處理器本身還熱，有很多廠家已經(jīng)對(duì)這部分電路增加散熱措施，如

7、果長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫下，顯然對(duì)器件不利，對(duì)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(shì)。3.利用三相供電獲得的核心電壓信號(hào)也比兩相的來得穩(wěn)定。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(duì)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，而且筆者已經(jīng)說了，元器件的選擇同樣重要，如果因?yàn)槿喙╇妼?duì)元器件的要求降低的話，效果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(duì)供電很重視，而且很偏執(zhí)的認(rèn)為一定要

8、選擇三相。其實(shí)我們都知道，一款成功的產(chǎn)品出廠的時(shí)候必定經(jīng)過多次測(cè)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(huì)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?cè)俅螐?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(jí)新處理器的時(shí)候有優(yōu)勢(shì)。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(shí)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

9、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(jià)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)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(jí)的nForce 4 SLi芯片組。六個(gè)高品質(zhì)MOSFET+三個(gè)密閉式高性能電感線圈+多達(dá)10個(gè)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(shí)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

10、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(gè)全球首創(chuàng)“魔力32X”技術(shù)：采用了獨(dú)創(chuàng)的1×PCI Express x16（by 16）、2×PCI Express x16（by 8）全新PCI-E設(shè)計(jì)模式，同時(shí)兼顧了單卡PCI-E16X的要求，也能同時(shí)滿足實(shí)現(xiàn)SLI時(shí)所需要的兩個(gè)PCI-E8X的需求，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(jiǎn)單快速，真正意義上實(shí)現(xiàn)NV SLI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(cè)燈，還帶有獨(dú)家采用的Magic RecoverII恢復(fù)精

11、靈2代，在操作方式更方便的同時(shí)擁有了更實(shí)用的功能；另外可擴(kuò)展的魔力孖仔MagicTwin功能，只需加一個(gè)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(duì)CPU供電電路作一個(gè)分析。因?yàn)镃PU核心電壓比較低而且有著越來越低的趨勢(shì)，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CP

12、U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(shí)，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(huì)因?yàn)殡娏鞴?yīng)不上而無法工作，CPU供電電路要求具有非?？焖俚拇箅娏黜憫?yīng)能力。另外，CPU供電電路同時(shí)也是主板上信號(hào)強(qiáng)度最大的地方，處理得不好會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_效應(yīng)，而影響到較弱信號(hào)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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)

13、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(shí)別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動(dòng)后級(jí)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封裝，其中HIP630x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

14、供電電壓。下面發(fā)HIP6301為例，講解電源管理芯片各個(gè)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(duì)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(chǔ)能的。經(jīng)和場(chǎng)效應(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

15、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(chǔ)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(hào)去耦，防止信號(hào)在電路間串?dāng)_；三是信號(hào)耦合，用于將兩個(gè)電路的直流電位進(jìn)行隔離時(shí)使信號(hào)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(chǎng)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(tái)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(huì)采用化學(xué)穩(wěn)定性極好的固

16、態(tài)電容，徹底杜絕了電容爆漿現(xiàn)象的發(fā)生。（4）場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)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 Transistor）的簡(jiǎn)稱，具有開關(guān)速度極快、內(nèi)阻小、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電流?。?.1uA左右）、熱穩(wěn)定性好、工作電流大、能夠進(jìn)行簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(hào)的驅(qū)動(dòng)下，不斷的導(dǎo)通與截止，然后將ATX電源輸出的電能存儲(chǔ)在電感中，然后釋放給負(fù)載。在主板供電電路中，場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管發(fā)出脈沖控制信號(hào)，然后控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止，將電能儲(chǔ)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)電腦開機(jī)