电脑主板CPU供电电路原理图解.docx
- 文档编号:24662717
- 上传时间:2023-05-30
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:569.37KB
电脑主板CPU供电电路原理图解.docx
《电脑主板CPU供电电路原理图解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电脑主板CPU供电电路原理图解.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电脑主板CPU供电电路原理图解
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PulseWidthModulation(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)。
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。
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。
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
5两相的控制芯片RichtekRT9241
注:
有的控制芯片是有一定的弹性的,比如RichtekRT9237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PentiumD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。
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ATiRS482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。
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浆事件后无奈而又明智的做法)。
关于Intel的供电规X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。
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。
就是典型的两相供电示意图,其本质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。
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。
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。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电脑 主板 CPU 供电 电路 原理 图解
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)