主板运行源动力供电模式用料浅析.docx

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主板运行源动力供电模式用料浅析

主板供电模式&用料浅析

对于主板的选购，多数朋友会主要关注芯片组。

扩展性能和售价，往往不会注意到他们运行的源动力——供电模块，其实越是在这种细节之处才约能够直观体现出不同品牌和不同档次的主板差异。

供电模块是“电容+电感+场效应管（MOSFET管）”组成的，其中电容是决定供电性能差异的主要方面，电容有品牌和种类之分，所以厂商可以任意挑选品牌和种类不同的电容来控制成本。

而对于主板的供电模式来说，也并非像理论上宣传的一样。

例如理论上说供电的电源相数越多越好，但是也要考虑mos管的数量，4相供电每项3mos明显要优于5相供电每项2mos的供电回路；还有就是目前似乎成为了标配的“全固态电容”，大家也都有所了解，除了发热量巨大的供电部分，其他地方使用固态电容对电脑性能没有任何提升，所以多数所谓全固态，还是炒作成分大于实用指数的。

5相供电图示

那么究竟怎样才能分辨出各种各样的供电设计呢？

在接下来的时间笔者就带领大家一起去初步了解下主板供电模式以及用料方面的知识，方便用户在选购时能够站稳自己的立场，从细节之处找到产品的最恰当定位。

主板供电图

我们先来认识一下主板上的不同供电模块，根据主板的组成部分，主要分为显卡供电、南桥供电、北桥供电。

内存供电和CPU供电几个部分，都是分布在相应供电目标或接口的附近。

从相数说开去

说到主板的供电不得不提到的一个词便是“相数”随着供电设计的不断完善，处理器供电电路已经从过去的N相供电发展成独立供电，即先在的N+1相和N+1+1相供电。

以微星H55M-E33主板的供电电路为例，这款主板采用了典型的3+1+1多相独立供电设计，一个“1”是为了给处理器集成的PCI-E总线、内存控制器等北桥工作供电，而另一个“1”是为了给独立的GPU核心供电，3相供电为CPU核心供电。

微星H55M-E33供电部分

供电相数的判断

一个标准CPU供电模块，圈起来的部分刚好就是两个电容、两个场效应管、一个电感线圈，它们组成了一个回路。

然后我们可以看到它的旁边也有两个类似“回路组”，所以就一共有三个回路，这样我们可以判断这块主板是三相供电。

供电相数回路组

主板的供电相数是针对CPU供电回路而言的，供电回路中MOS管的数量不定可以是两个也可能是三个，在这种情况下可根据其他的元件（例如电感）的排布来判断相数，如下图所示。

内存和显卡供电模块

相比CPU供电模块，内存和显卡插槽供电模块是最容易被遗忘的，它的存在形式也和CPU供电模块类似，特别是好的内存供电模块电感线圈、电容、场效应管一应俱全。

只不过我们这些普通用户就无需这么好的供电模块，只要厂家不全部去掉，适当替换一下电容也是可以接受的

内存供电模块图

南北桥供电模块

南桥和北桥的供电模块就不能和内存的供电模块一样允许省掉，因为以前我们讲过北桥和南桥的工作量比较大，这就需要足够的电量来支持。

所以它们身边的供电模块即便是对于普通用户来讲，仍是必不可少的。

电容&电感

电容的类型有三种：

分别为电解电容、固态电容和钽电容，在CPU的供电电路中，总电容值不能少于9000μF。

因此在每块主板CPU的插槽附近，都分布了许多大容量的电容，以便充分滤除CPU供电电流的杂波。

足够多的电容可以说是供电的保障，一般用户也可以通过电容的颗数来判断供电是否充足。

电解电容

固态电容

钽电容用料更加豪华

似乎觉得固态电容还不能避免爆浆问题的出现，因此在某些MINI-ITX板型主板或高端主板采用了更加豪华的钽电容供电用料，钽-聚合物电容具有好于一般固态电容的ESR、高频特性和更小的尺寸。

三代电感进化

充足而纯净的电流是保证主板稳定工作的重要条件。

因此，主板上设计了很复杂的电路已完成对供电电流进行滤波处理。

其中电感和电容主要是用来对电流进行滤波的。

由于电感有蓄能的特点，所以电流先流过电感以便滤掉一部分高频杂波，再流过电容进一步滤掉其余的杂波，因此电感的性能就充分影响到了整个主板供电的纯净度。

MOS管作用

除了电容、电感外，处理器供电用料发生改变的还包括场效应管（MOSFET），一般被叫做MOS管。

MOSFET应用于电流的放大，由于MOSFET的输入阻抗很高，因此MOSFET非常适合用作阻抗变换。

常用于多级放大器的输入级作阻抗变换，同时用作可变电阻，以获得恒流源。

MOS管

MOS管这个黑色方块在供电电路里表现为受到栅极电压控制的开关。

每相的上桥和下桥轮番导通，对这一相的输出扼流圈进行充电和放电，就在输出端得到一个稳定的电压。

每相电路都要有上桥和下桥，所以每相至少有两颗MOSFET，而上桥和下桥都可以用并联两三颗代替一颗来提高导通能力，因而每相还可能看到总数为三颗、四颗甚至五颗的MOSFET。

SO-8封装8脚贴片MOS管

MOS管的封装类型种类繁多，多数厂商都会对传统的封装类型进行改造，例如英飞凌、飞利浦、安森美、Vishay等对SO-8封装进行了一系列改进，演化出WPAK、LFPAK、LFPAK-i、POWERPAK、POWERSO-8等封装形式，使得SO-8的尺寸内能通过类似D-PAK的电流，还能节省空间并获得更好的电气性能。

电容的区分

所谓“液态”或“固态”是指电解质的形态。

电解电容以液态的电解液作为介电材料，固态电容则以固状的功能性导电高分子聚合物作为介电材料。

电解电容和固态电容

使用固态电容的优点，首先是不会爆浆。

实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。

传统的液态电容因为工作时产生热量，会导致液体与铝制外壳发生水合作用，于是水分逐渐减少，从而导致电容功能不断降低和温度的升高，于是形成了一个死循环，最终电容鼓凸漏液，也就是常说的爆浆，所以为了安全通常会在电容器顶部留有防爆槽，让电解质可以渗漏出来以避免爆炸。

而固态电解质基本不用担心这个问题，只要将空气抽净基本不会因受热膨胀发生爆炸，所以此类电容器一般没有防爆槽。

不过并不绝对，电解质的形态和防爆槽没有绝对的联系，所以我们不能单纯的通过防爆槽去判断。

有防爆槽的电解电容

全固态电容

另外固态电容在高频下呈现较低的阻抗，从而即使是在超频的状态下，仍能稳定工作，固态电容能耐高涟波电流，固态电容具有超长的寿命，不同的温度下比液态电容寿命高60%到300%。

最后，就是具有耐高温性。

钽电容

钽电容主板

钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸烧制，本身几乎没有电感，但这也限制了它的容量。

此外，由于钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。

钽电容的特点是寿命长、耐高温、准确度高、滤高频谐波性能极好。

但其容量较小、价格也比较昂贵，而且耐电压及电流能力较弱。

电感&MOSFET管

电感分为3种类型，开放式电感，半封闭式电感，全封闭式电感。

其中以开放式电感最差，全封闭式电感最优异。

因为电感通电后，会产生电磁，开放式电感因为没有外围屏蔽，会有一定的电磁外泄从而增加了干扰其他元件稳定工作的可能性，原则上尽可能的选择使用全封闭式电感的主板。

电感线圈

主板MOSFET管用料

MOSFET管在供电电路里表现为受到栅极电压控制的开关。

每相的上桥和下桥轮番导通，对这一相的输出扼流圈进行充电和放电，这样就在输出端得到一个稳定的电压。

由于每相电路都要有上桥和下桥，每相供电电路所承受的电流都要经过MOSFET的开关分流，而在同一时间MOSFET并非同时开启（轮流工作），因此每相供电电路至少有两颗MOSFET。

英飞凌mosfet管

上桥和下桥都可以用并联两三颗代替一颗来提高导通能力，因而每相供电还可能用到三颗、四颗甚至五颗的MOSFET。

更多的MOSFET能让每颗MOSFET休息的周期延长，减少承受热量的时间，进而令主板的供电系统更加稳定。

因此对于普通消费者可以从MOSFET的数量来判断供电电路的优劣。

一相电路中的两颗MOSFET

MOSFET的另一个功能是降压。

在供电电路中，MOSFET组成的推挽式开关电源，将正5V电压降到合适的值给CPU供电。

由于现有CPU、GPU等芯片需要MOSFET器件在较高电流和较高开关频率下工作，因此MOSFET的品质非常重要。

瑞萨、英飞凌、飞利浦、安森美、Vishay等品牌MOSFET品质上乘，其中APM系列超快MOSFET应用到超频中比较广泛！

PCB及层数识别

最后我们说一下主板的基础用料——PCB板，PCB主要由玻璃纤维和树脂构成。

玻璃纤维与树脂相结合、硬化，变成了一种隔热、绝缘，且不容易弯曲的板，这就是PCB基板。

当然，光靠玻璃纤维和树脂结合而成的PCB基板是不能传导信号的，所以在PCB基板上，生产厂商会在表面覆盖一层铜，因此PCB基板也可以叫做覆铜基板。

PCB板

PCB的一个重要参数是PCB的层数，这个参数也一直是网友衡量主板优劣的一个标准。

那PCB的层数是越多越好吗？

答案是否定的。

以目前销售的H55主板为例，由于H55系列主板采用单芯片设计，主板布线相对简单，因此无论是华硕等一线品牌还是本土同路品牌，H55主板均采用了4层PCB基板。

4层PCB

目前主板基本都采用4层PCB，除非你要超频，对信号和抗干扰要求极高，否则4层PCB已足够！

虽然PCB层数能够让主板信号干扰减少，从某种程度上说提升超频性，不过所花费的代价是巨大的，如一款6层PCB的主板超频性能大概会比4层PCB的主板高5%左右，而价格却会高出30%以上！

因此，除了极少数极端发烧友，4层PCB已经足够使用了，从目前市场上所售主板看，无论国内品牌还是台系品牌，都是采用的4层PCB，因此PCB设计上其实并无太大差异。

6层PCB

PCB层数的识别方法

多层板的电路连接是通过埋孔和盲孔技术，主板和显示卡大多使用4层的PCB板，也有些是采用6、8层，甚至10层的PCB板。

要想看出是PCB有多少层，通过观察导孔就可以辩识，因为在主板和显示卡上使用的4层板是第1、第4层走线，其他几层另有用途（地线和电源）。

所以，同双层板一样，导孔会打穿PCB板。

如果有的导孔在PCB板正面出现，却在反面找不到，那么就一定是6/8层板了。

如果PCB板的正反面都能找到相同的导孔，自然就是4层板了。

写在最后：

主板的供电系统是主板运行的源动力，而各种档次供电元件用料的排列组合便组成了现在市场上层次分明的主板系列，具体的区分方法也是万变不离其宗，而这个“宗”就是主板的基本构成以及供电模式的基础构架，当我们真正去了解它们时，会发现也有值得回味的小乐趣和营销者的策略包涵其中，了解供电是我们认识主板的基础，当我们将主板的各个要素一一击破时，那么就可以做到心中有数地去选购自己心仪的DIY硬件了。