从CPU供电电路设计看主板选购.docx

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从CPU供电电路设计看主板选购

CPU供电电路分析及故障检修

相信大家看主板导购文章的时候经常听到说这块主板是三相供电，那块是两相供电的说法，而且一般总是推荐三相供电的主板。

那么两相三相到底代表什么，对于普通消费者来说应该怎么选择呢？

本文将就这个问题展开，尽量让大家能够自己分辨出主板到底几相供电，并且提供一点购买建议。

　　CPU供电电路原理图

　　我们知道CPU核心电压有着越来越低的趋势，我们用的ATX电源供给主板的12V，5V直流电不可能直接给CPU供电，所以我们要一定的电路来进行高直流电压到低直流电压的转换，这种电路不仅仅用在CPU的供电上，但是今天我们把注意力集中在这里。

我们先简单介绍一下供电电路的原理，以便大家理解。

一般而言，有两种供电方式。

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　　1.线性电源供电方式：

通过改变晶体管的导通程度来实现,晶体管相当于一个可变电阻串接在供电回路中。

　　雷傲上图只要是学过初中物理的都懂，通过电阻分压使得负载（这里想像为CPU）上的电压降低。

虽然方法简单，但由于可变电阻与负载流过相同的电流，要消耗掉大量的能量并导致升温，电压转换效率非常低，一般主板不可能用这种方法。

　　2.开关电源供电方式：

我们平时用的主板基本都用这种方式，原理图如下。

其工作原理比刚刚的电路复杂很多，笔者只能简单说说：

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，两个场效应管在PWM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电压了。

　　上图中的电路就是我们说的“单相”供电电路，使用到的元器件有输入部分的一个电感线圈、一个电容，控制部分的一个PWM控制芯片、两个场效应管，还有输出部分的一个线圈、一个电容。

强调这些元器件是为了后文辨认几相供电做准备。

　　由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。

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　　多相供电的引入

　　单相供电一般能提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，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。

　　雷傲超级论坛--雷　　　

上图就是一个两相供电的示意图，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流。

　　三相供电当然就是三个单相电路并联而成的，因此可以提供三倍的电流。

　　上图是一个典型的三相供电电路，读者抓住本质的话，就可以看到此图和上面图片的一致。

区分两相和三相有些用户很关心怎么从主板上看出到底是两相还是三相供电。

一般的读者可能会说通过在CPU插槽附近的供电电路有多少电感线圈来判断。

这种说法有它的道理，但不太全面。

笔者这里提供

更加合理的方法供大家借鉴。

　　1.根据元器件的数量来分辨,rb7N

　　首先我们要找到主板CPU插槽附近的供电电路，下图是一个典型的三相供电电路。

一般来说，判断标准是一个线圈、两个场效应管和一个电容构成一相电路。

图中上面三个是电容（右边那个不算），中间被散热片覆盖的是场效应管，下面三个是线圈，大家要认准了。

　　再看一个两相供电电路，可以看到有两个电容（中间有一个竖的线圈，这个是一级电感），四个场效应管。

　　总结来说，电容的个数并不一定。

看到一个电感加上两个场效应管就认为是一相。

但是近来也有并联多个电感或者多个场效应管的情况发生，这个时候就要综合考虑，挑数目少的那种元器件来判断。

顺便说一句，因为很多情况第一级电感线圈也做在附近，所以一般也有线圈数目－1＝相数的说法。

上面两个例子里面我们都看到多出一个电感。

2I/4我们再看一个例子，下图中有三个电感，六个场效应管，但它不是三相供电的，而是两相，因为左边的电感是一级电感，所以这里用两个电感和六个场效应管构成的是两相供电电路。

　　三相VS两相

　　首先要强调除去设计导致的不稳定因素，三相供电总是好过两相供电的。

　　三相的好处很多：

　　1.可以提供更大的电流，当然笔者认为不能简单认为可以提供的电流成倍增长，因为电感，场效应管本身的选择也对能够承受的最大电流产生重要影响，选择承载电流强度大的元器件同样可以提高电流的承载能力，但是三相供电能够提供更大电流毋庸置疑。

　　2.可以降低供电电路的温度，因为电流多了一路分流，每个器件的发热量自然减少了。

其实供电电路是主板上温度最高的区域之一，甚至比处理器本身还热，有很多厂家已经对这部分电路增加散热措施，如果长时间工作在高温下，显然对器件不利，对主板的稳定不利。

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。

　　3.利用三相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定。

　　上图反映了三相供电滤波之后的电压比两相更加平滑，更加稳定。

　　当然三相供电也有一些缺点，在成本上，三相总是大一些。

对设计的要求也更高一些。

而且一般说来元器件越多越不利散热，出现故障的概率越大，相互之间的干扰也较高，而且笔者已经说了，元器件的选择同样重要，如果因为三相供电对元器件的要求降低的话，效果到底是怎样就不一定了。

　　选购策略

　　笔者经常看到一些网友对供电很重视，而且很偏执的认为一定要选择三相。

其实我们都知道，一款成功的产品出厂的时候必定经过多次测试，不可能因为供电模块使用两相而导致不稳定，在设计阶段厂商肯定会考虑到这一点。

而且，使用什么供电策略，使用什么元器件都是主板工程师们决定的，只要稳定，只要设计合理，没有理由拒绝两相供电的产品。

　　当然我们再次强调，同样设计下的三相供电理论上优于两相供电，而且一般三相供电的控制芯片总是优于两相供电的控制芯片，在功能上也是如此，这样一来在很大程度上保证日后升级新处理器的时候有优势。

　　所以笔者的意见是不要盲目相信三相供电的炒作广告，也不要盲目相信所谓两相更稳定的说法，我们选购主板的时候还是应该更关注品牌，关注口碑。

而且供电电路只是主板上的小小部分而已，整块主板的运行情况并不由它决定。

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由于MOSFET发热量较大，此款主板还在MOSFET上面加装了散热片，体现了捷波大厂的风范。

由于固态电容的采用，从而彻底杜绝电容暴浆的隐患。

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供电是所有电子元件工作的先决条件，供电电路也是最容易坏的单元，主板的供电电路主要有CPU供电，内存供电和芯片组供电，其中尤以CPU供电电路的故障率为高，下面我们就对CPU供电电路作一个分析。

    因为CPU核心电压比较低而且有着越来越低的趋势，ATX电源供给主板的12V和5V直流电不可能直接给CPU供电，所以需要一定的供电电路来进行高直流电压到低直流电压的转换（即DC-DC），这些转换电路就是CPU的供电电路。

    一、CPU供电电路组成

    1．CPU供电电路的功能:

    主板的CPU供电电路最主要的功能是为CPU提供电能，保证CPU在高频，大电流工作状态下稳定地运行。

同时，由于现在的CPU功耗非常大，从低负荷到满负荷，电流的变化非常大，为了保证CPU能够在减速的负荷变化中，不会因为电流供应不上而无法工作，CPU供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力。

    另外，CPU供电电路同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此CPU供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。

简单来说，CPU供电部分的最终目的就是在CPU电源输入端达到CPU对电压和电流的要求。

    2．CPU供电电路的组成:

    主板的CPU供电电路主要由电源管理芯片、电感线圈、场效应管（MOSFET管）和电解电容等元器件组成。

（1）电源管理芯片

    电源管理芯片主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。

常用电源管理芯片的瑾有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。

    主要电源管理芯片有的是双列直插芯片，而有的是表面贴装式封装，其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片，由著名芯片设计公司Intersil设计。

它支持两/三/四相供电，支持VRM9.0规范，电压输出范围是1.1V-1.85V，能为0.025V的间隔调整输出，开关频率高达80KHz，具有电源大、纹波小、内阴小等特点，能精密调整CPU供电电压。

下面发HIP6301为例，讲解电源管理芯片各个引脚的功能。

（2）电感线圈

    电感线圉是由导线在铁氧体磁芯环或磁棒上绕制数圈而成，有线圈式、直立式和固态式等到几种。

主板CPU供电电路中的电感中的电感线圈主要包括两种，一种是用来对电流进行滤波的，称为滤波电感；另一种电感线圈是用来储能的。

经和场效应管、电容配合使用来为CPU供电。

另外根据线圈的蓄能的特点，实际电路中通常利用电感和电容组成低通滤波系统，过滤供电电路中的高频杂波，以便向CPU提供干净的供电电流。

    （3）滤波电容

    CPU供电电路中的电容一般采用的就是大家通常所讲的“普通电容”。

    在电路中电容具有“隔直通交”特性，它的作用包括以下几方面：

一是滤波，大部分都用在了直流转换之后的滤波电路中，利用其充放电特性，在储能电感的配合下，将脉冲直流电变成较为平滑的直流电，一般说来大容量电容适用于滤除低频杂波，而小容量电容滤除较高频杂波的效果比较好；三是信号去耦，防止信号在电路间串扰；三是信号耦合，用于将两个电路的直流电位进行隔离时使信号在电路间传送。

    在单相供电电路中，电容和电感线圈的规格越高以及场效应管的数量越多，就代表了供电电路的品质越好。

一般情况下，日系的SANY（三洋）、Rubycon（红宝石）、KZG电容比较优秀，台系的TAICON、OST、TEAPO、CAPXON等品片的电容也可以考虑。

少数高端的超频版主板还会采用化学稳定性极好的固态电容，彻底杜绝了电容爆浆现象的发生。

    （4）场效应管

    场效庆管是金属氧化物半导体声效应晶体管（Metallic Oxide Semiconductor Fidld Effect Transistor）的简称，具有开关速度极快、内阻小、输入阻抗高、驱动电流小（0.1uA左右）、热稳定性好、工作电流大、能够进行简单并联等特点，非常适合作为开关管使用。

CPU供电电路中常见的场效应管，通常其两侧的引脚分别为源极（S）和栅极（G），中间的引脚为漏极（D）。

    场效应管在供电电路中的作用是在电源管理芯片的脉冲信号的驱动下，不断的导通与截止，然后将ATX电源输出的电能存储在电感中，然后释放给负载。

在主板供电电路中，场效应管的性能和数量。

通常决定着供电电路的性能。

    二、CPU供电电路的工作原理

    CPU供电电路通常采用PWM开关电源方式供电，即由电源管理芯片根据CPU工作电源需求，向连接的场效应管发出脉冲控制信号，然后控制场效应管的导通和截止，将电能储存在电感中，然后再通过电容滤波后向CPU输出工作电压。

    CPU供电的基本原理，当电脑开机后，电源管理芯片在获得ATX的电源输出的+5V或+12V供电后，为CPU提供电压，接着CPU电压自动识别引脚发出电压识别信号VID给电源管理芯片。

电源管理芯片再根据CPU的VID电压，发出驱动控制信号，控制两个场效应管导通的顺序和频率，使其输出的电压与电源达到CPU核心供电需求，为CPU提供工作需要的供电。

    以上供电原理是所有主板最基本的供电原理，在实际的主板中，根据不同的型号CPU工作的需要，CPU的供电方式又分为许多种，主要有单相供电电路、两相供电电路、三相供电电路、四相供电电路、六相供电电路和多组供电电路等几种。