主板供電電路精講

1、【主板供電電路精講】 文中藍(lán)字為個(gè)人愚見，紅字為綱領(lǐng)，如嫌本文太長或過于專業(yè)，可直接閱讀紅字部分如果我們想掌握主板質(zhì)量就必須深入了解主板供電電路，它負(fù)責(zé)電源電壓即+ 12v -并轉(zhuǎn)化為CPU所需的適當(dāng)電壓，內(nèi)存，芯片和其他電路的供給。接下來，我們將更深入了解供電模塊，如何鑒別該電路，它是如何工作的，最常見的元件以及如何確定優(yōu)質(zhì)部件。 想了解整個(gè)主板的質(zhì)量和使用壽命，判斷供電模塊的質(zhì)量是最好的途徑之一。一個(gè)好的供電模塊輸出將不會有任何的電壓波動或雜波，其提供了CPU和其它部件干凈和平穩(wěn)的電壓。一個(gè)差的供電模塊可以導(dǎo)致電壓波動及雜波，乃致故障如電腦重啟、死機(jī)、聲名狼藉的的藍(lán)屏。 如果該電路采用劣質(zhì)

2、的鋁電解電容，它們將泄漏，鼓脹甚至爆炸。其在主板電路中往往是易損件。而一個(gè)高質(zhì)量供電模塊電路可以確保你有一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，經(jīng)久耐用。 供電電路很容易識別。因?yàn)樗俏ㄒ徊捎秒姼?線圈)的主板電路，電感附近一般就能找到供電模塊。通常供電模塊環(huán)繞在CPU四周；不過你會發(fā)現(xiàn)一些電感散布在主板上，通常靠近內(nèi)存和臨近南橋芯片，同樣的他們?yōu)檫@些組件提供所需電壓。 圖1:供電模塊的電路。 解釋工作原理前，先讓讓你熟悉供電模塊的主要部件。 1.認(rèn)識一下主要元件 供電模塊的主要元件，前面已提到的，1電感（可以由兩種材料組成，鐵芯或鐵素體）、2.晶體管、3.電容(好的主板將提供耐久的鋁電解電容)。 晶體管供電模塊電路

3、用稱為MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管) 的技術(shù)所制造，人們簡稱為“MOSFET”。有些主板來用被動冷卻 散熱器以冷卻“MOSFET”。還有另一個(gè)非常重要的元件稱為“PWM”控制器，以及同樣設(shè)計(jì)精良細(xì)小的“MOSFET driver”。接下來將解釋他們的功用。 圖2:供電模塊的特寫 圖3:主板上的被動冷卻方式：散熱器 2.現(xiàn)在讓我們深入介紹每個(gè)元件 如前所述，你可以找到兩種用于供電模塊的電感: 鐵芯或鐵素體。相對于鐵芯電感，鐵素體電感功率損耗更低：據(jù)技嘉稱低了25%（技嘉在主板界的權(quán)威地位可見一斑，后面還會提到），較低的電磁干擾和更好的抗銹性。兩者之間很容易區(qū)分: 鐵芯電感通常是“開

4、放”的，你可以看到里面有一個(gè)厚實(shí)的銅制線圈；而鐵氧體電感是“閉合”的，通常上面有一個(gè)字母R打頭的標(biāo)志。在圖四、圖五可比較出他們之間的差別。但是鐵氧體電感也有一個(gè)例外，其大又圓而且是“開放”的，如圖6。這種鐵氧體扼流圈是很容易識別的，因?yàn)樗蔫F芯是橫置的。 供電模塊中還有一種概念稱之為“相位”。是不是有點(diǎn)糊涂，別擔(dān)心，我們將詳細(xì)解釋。 圖四:鐵電感。 圖五:鐵氧體電感。 圖六:鐵氧體電感的特例。 2.現(xiàn)在讓我們深入介紹每個(gè)元件（續(xù)） 盡管所有主板供電模塊都使用MOSFET，但其中有好有壞。好的MOSFET的開關(guān)電阻較低該參數(shù)稱之為“DPS”，發(fā)熱量少(相對于傳統(tǒng)MOSFET少16%的熱量，又是技

5、嘉所言)，體積小于傳統(tǒng)MOSFET。有一個(gè)簡單的方法來區(qū)分兩，傳統(tǒng)的MOSFET有三條引腳，中心的引腳通常被低斷而懸空，低阻的MOSFET有四個(gè)或更多的引腳且都焊接到主板上。比較圖7號和圖8你可以看到兩者的區(qū)別。 供電模塊一般每相位有兩個(gè)MOSFET。而便宜的主板只使用一個(gè)加強(qiáng)的MOSFET，也有每相位使用三個(gè)MOSFET的。因此計(jì)算相位數(shù)量最好的辦法是通過數(shù)電感，而不是數(shù)MOSFET。 圖7:傳統(tǒng)的MOSFET。 圖8:低阻MOSFET。 用于供電模塊電路的電容可以分為傳統(tǒng)的電解質(zhì)類型電容或固態(tài)鋁電容，我們已經(jīng)展示了他們之間的差異，對照圖2。固態(tài)鋁電容比普通的要好，因?yàn)樗鼈儾灰着蛎浕蛐孤Ｈ?/p>

6、果你的主板為正規(guī)廠商生產(chǎn)（暗指山寨貨，老外也知道？），你應(yīng)該會發(fā)現(xiàn)他們的制造商。日產(chǎn)電容的傳統(tǒng)就是防鼓脹、泄漏、爆炸（三防？小日本的東西名聲在外?。?。我們已經(jīng)發(fā)表了一份詳細(xì)的講解如何鑒別日產(chǎn)電容(國內(nèi)假貨太多，我臉上掛不住了。) 每個(gè)電壓輸出是通過一個(gè)集成電路稱為PWM控制器控制的。如為為中央處理器、記憶、芯片組等(PWM控制器能控制兩個(gè)獨(dú)立的電壓輸出)。如果你環(huán)顧整個(gè)CPU插座，你應(yīng)該能夠找到給CPU供電的PWM控制器，見圖2和圖9。 圖9:PWM控制器。 最后，我們有一個(gè)較小的集成電路稱為MOSFET driver。供電模塊將用一MOSFET驅(qū)動每相位，所以每個(gè)driver驅(qū)動兩個(gè)MOSF

7、ET。便宜主板會以附加的MOSFET替代driver，所以這種設(shè)計(jì)的主板，每相位有三個(gè)MOSFET，不像往常一樣有兩個(gè)。 圖10:MOSFET driver。 3.相位 (個(gè)人感覺該章節(jié)較艱澀，沒一定的電學(xué)基礎(chǔ)請略過，或看我紅字標(biāo)出部分) 供電模塊的電源電路的工作中有幾個(gè)平行提供相同的輸出電壓-特別的指CPU電壓。然而，他們在不同一時(shí)間工作，因此命名為“相位”。我們將詳細(xì)地解釋一下其如何工作，所以不要害怕（老外挺可愛）。就像很多廠商和愛好者討論主板的供電相數(shù)問題，我們希望引申這一主題。 咱們以CPU供電模塊為例。如果該電路具有兩個(gè)相位，每個(gè)相位將操作50%的時(shí)間以產(chǎn)生CPU電壓。如果這種相同的

8、電路是由三個(gè)相位，每個(gè)相位將工作33.3%時(shí)間；四個(gè)相位，每個(gè)相位將會占25%。有六個(gè)相位，每個(gè)相位將工作16.6%的時(shí)間。以此類推。 供電模塊電路有更多的相位有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。最明顯的是，這時(shí)MOSFET負(fù)載更低，延長了使用壽命，同時(shí)降低這些部件工作溫度。另一個(gè)好處是，多相位通常的輸出電壓更穩(wěn)定和較少紊壓。 添加更多的相位需要增加更多的部件，它會增加主板成本。廉價(jià)的主板則盡量減少相位。 非常重要的是，當(dāng)廠商說主板有六相供電時(shí)，是指CPU供電模塊。 每一個(gè)電壓相位使用一個(gè)電感，兩個(gè)或三個(gè)MOSFET，一個(gè)或多個(gè)電解電容和一個(gè)MOSFET driver-低端主板里這最后的組件可以被MOSFET所替代。

9、正如你所看到的，組件的數(shù)量不會一成不變。目前唯一最好的計(jì)算相數(shù)方法是數(shù)電感。 (注意，有例外;其后我們將作解釋)。例如，在圖11（圖表1和2)有三個(gè)相位。 圖11:相位。 但有一個(gè)例外。有一些主板芯片組、存儲器的供電電感位于CPU附近，單純依靠數(shù)電感來判斷供電相數(shù)就不準(zhǔn)了。下圖:雖然看上去有四相，但它是三相的，就像僅有的三個(gè)相位被用來產(chǎn)生CPU電壓;在這主板第四相位是用來產(chǎn)生內(nèi)存的電壓。我們要教你如何在一秒內(nèi)得到準(zhǔn)確的相位數(shù)。 圖12:主板和三個(gè)相位，而不是你假定的四相。 在主板背面的四個(gè)電感中一個(gè)較遠(yuǎn)的電感應(yīng)該被忽略。在圖11你能看到主板CPU供電模塊中的電感是同極的 因?yàn)橥鄡?nèi)所有電感產(chǎn)生

10、相同電平，只有連接在一起的應(yīng)該被計(jì)算。這可以通過敷銅面看出。在圖13我們展示了電感被焊在一起。圖12中正如你所看到的，只有三個(gè)電感連接到一起，第四個(gè)電感去向內(nèi)存插槽。 圖13:正確的計(jì)數(shù)電感。 最后一個(gè)例子是我們想帶你見識一下10相供電的高檔主板(見圖)。去MOSET上掉精美的散熱器，我們才拍這張照片（真是燒包啊）。 如圖14:非常高端主板和10個(gè)相位。 現(xiàn)在，你知道如何正確識別和計(jì)數(shù)供電模塊的相位，這一次，讓我們來解釋供電模塊電路是如何工作的。 4.它是如何工作的 供電模塊電路從ATX12V EPS12V得到+ 12v電壓，轉(zhuǎn)換給(中央處理器，存儲器、芯片組，等等)。這種轉(zhuǎn)換是一個(gè)DC-DC

11、 converter，也稱為開關(guān)電源，如同PC機(jī)的電源一樣。 PWM-脈寬調(diào)制控制器是這個(gè)過程的核心。PWM按相位產(chǎn)生方波信號，從這個(gè)信號決定于負(fù)載電壓，即其占空比正比于輸出目標(biāo)值（例如，50%的占空比：則一半時(shí)間輸出低電位通常是零電位，另50%的時(shí)間輸出高電位此時(shí)為即供電模塊的+ 12v。 供電模塊輸出電壓值必須讀取來自處理器的“voltage ID” (VID) pins（人稱的電壓硬改）,，其必須提供一個(gè)二進(jìn)制代碼和精確的電壓值。有些主板在BIOS中允許讓你手動更改CPU電壓。也就是改變PWM的設(shè)置代碼，隨之PWM根據(jù)已被配置將改變你的CPU電壓。我們正在談?wù)摰腃PU電壓調(diào)節(jié)同樣適用于內(nèi)

12、存和芯片組。 DC-DC converter是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。這意味著PWM控制器不斷監(jiān)測輸出供電模塊的輸出電壓。如果電壓的增加或減少輸出電路將調(diào)整本身(改變脈寬調(diào)制信號的頻率)，以便輸出正確的電壓。乃至順利完成，同樣，反之亦然。 圖15的電路圖上經(jīng)常出現(xiàn)了CPU供電模塊的PWM控制器的 (NCP5392)。你可以很容易識別的電壓定義針腳(VID0 到 VID7)、回路針腳(CS，位于左側(cè)的電流傳感器針腳)和各相位輸出驅(qū)動 (座落在右邊G針，)。正如你所看到的，該集成電路可以控制四個(gè)相位。 圖15:PWM控制器。 每個(gè)相位使用兩個(gè)MOSFET和一個(gè)電感。PWM不能提供足夠的電流開關(guān)這些MOSFE

13、T，所以每一相都需要一個(gè)MOSFET driver。通常MOSFET driver是一個(gè)小集成電路。一些廠商為了降低成本在低端主板則使用一個(gè)分立的MOSFET上做驅(qū)動用。 在圖16你可以看到某一相位的基本圖板(回路省略)由一個(gè)NCP5359 MOSFET驅(qū)動。EPS12V ATX12V供給MOSFET及MOSFET driver(其上所標(biāo)記“10 V到13.2 V”和“4v到15 V )。在這個(gè)圖中你可以看到兩個(gè)MOSFET及電感電容。這個(gè)反饋信號與電感與CS+ (CSP) and CS- (CSN) pin并聯(lián)。這個(gè)PWM提供這些pin和一個(gè)使能端EN以激活電路。 圖16:單相簡化圖 正如你所看到的在圖15，每個(gè)相位有一個(gè)PWM信號輸出。需要解釋的是，脈寬調(diào)制信號是一個(gè)脈寬（占空比）變化取決于負(fù)載電壓的方波（這就是為什么這種技術(shù)被稱作脈寬調(diào)制)。假設(shè)這個(gè)輸出電壓穩(wěn)定，所有的脈寬調(diào)制信號將會有相同的脈寬，即每個(gè)方波“信號”都是相同的。然而，它們之間有一個(gè)延遲。取決于相位的交替。 例如，在