2022年电脑主板CPU供电电路原理图解 .pdf

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 系列多采用四相供电系统。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）。图 1 单相供电电路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。所以各大主板厂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（脉冲宽度调制），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）。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -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个场效应管。当然这里说的是最标准的供电系统，对一些加强的供电系统的辨认就需要大家多多积累了。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -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，这种方法就不太适用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -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，大约有一百多家，包括IGS、CMA、ITE、CW、Winbond、Atmel、SANYO、Intersil以及 Richtek 等。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？笔者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只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。这样多名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -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。阅读完本文您将对主板供电模块有一个更加深刻的了解。这就是一个单相供电系统：由ATX电源提供的+12V电源输入后，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组成的滤波电路后，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。所以供电电路越简单，越能减少出问题的概率。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，所以可以提供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。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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -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有效地控制热量，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。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。图 5 是 EPOX 在 8RDA6+上采用的供电模块。其供电系统就在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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -么的呢？之后 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。这是目前最常见的Intel 9 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浆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一下（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。随着主板设计技术的发展，有好多配件的安装或外在形式都发生了变化，如图7中的加固线圈，将线圈包住可以减少电磁干扰并对线圈起到加固作用，在场效应管上 加上散热片来加强散热等等。还有某些主板竟然将场效应管“竖立”安装（既省空间又利用散热）。最后，希望本文对您轻松分辨供电电路的相数有一定帮助，并通过对供电电路的了解轻松选购高品质主板。原理图分析主板的供电部分设计好坏，关系到主板工作的稳定性和安全性，历来是广大DIYer 评价一块主板优劣的重要依据之一。供电部分的电路设计制造要求通常都比较高，一套好的设计，需要考虑到PCB 板及元器件特性、铜箔厚度、CPU 插座的触点材料、散热、稳定性、干扰等等多方面的问题，它基本上可以体现一个主板厂商的综合研发实力和经验。现在的主板基本上都为开关电源供电方式，将输入的直流电通过一个开关电路转换为宽度可调的脉冲电流，然后再通过滤波电路转换回直流电。通过PWM控制器 IC 芯片发出脉冲信号控制MOSFET 场效应管轮流导通和关闭。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -其工作原理为 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?WM 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。因为 CPU 工作于大电流、低电压状态，所以一个开关电路无法很可靠地给它供电，必须采用多个开关电路并连工作的方式才行，因此绝大部分主板都采取了两相、三相甚至多相的电路设计。上图就是典型的两相供电示意图，其本质就是两个单相电路的并联，因此可以提供双倍的电流。但上述只是纯理论，实际情况还要添加很多因素，如开关元件性能，导体的电阻，都是影响 Vcore 的要素。实际应用中存在供电部分的效率问题，电能不会100%转换，一般情况下消耗的电能都转化为热量散发出来，所以我们常见的任何稳压电源总是电器中最热的部分。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -为了降低开关电源的工作温度，最简单的方法就是把通过每个元器件的电流量降低，把电流尽可能的平均分流到每一相供电回路上，所以又产生了三相、四相电源等设计。上图是一个典型的三相供电电路，原理与两相供电是一致的，就是由三个单相电路并联而成。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。电源回路采用多相供电可以提供更平稳的电流，从控制芯片 PWM 发出来的是那种脉冲方波信号，经过LC震荡回路整形为类似直流的电流，方波的高电位时间很短，相越多，整形出来的准直流电越接近直流。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -