主板常用电源电路简介

主板常用电源电路简介主板常用电源电路简介内容简介内容简介1.认识主板电源2.电路介绍2.1Linear电路2.1.1OPA+MOS电路2.1.2LDO电路2.2Switching电路2.2.1单相buck2.2.2多相buck2.2.3boost电路2.2.4buck-boost电路3.主板电源设计的挑战培训目的及要求培训目的及要求y了解和熟悉主板的常用供电形式；y了解和掌握主板电源常用电路的形式及其应用；y掌握单相buck和linear（LDO和OPA+MOS）电路的基本工作原理；y掌握单相buck电路占空比和电感感值的计算；y考试形式开卷，独立答题。1.1.认识主板电源认识主板电源大家都知道我们用的计算机使用的是220V交流电源，220V的交流电源经过ATXpowersupply后输出+5V，+12V，-12V，+5VSB，+3.3V（不同类型的powersupply输出电压种类不一样）等直流电压，然后再给主板供电。交流220V输入但为计算机所提供的电源却不仅仅只有ATX电源。目前，公司的主板产用到的供电形式就有AT、CPCI、适配器…等等1.11.1主板电源之源主板电源之源主板和给主板供电的电源我们都看过了，我们从上面的章节可以看到我们只提到了5VSB、3.3V、5V、12V，是不是我们主板上就只用到这些电压呢？实际上，我们从主板上用到的device的datasheet中就可以看到，主板上所需要的电压远不止这些，如CPU用到的电压就有1.2V、1.5V、1.05V、0.8V～1.4V，内存(DDR2)用到的电压有1.8V、0.9V等等，种类有很多，但是这些电压又是如何提供给主板的，来保证主板的正常工作呢？是通过什么方式得到的呢？下面我们看几张主板上的电源的图片，先让大家有一个感性的认识！1.21.2认识主板电源认识主板电源特点：电压低，电流大，对电源的性能要求严格zCPUcore电压转换电路不同的内存类型对电压的需求也不一样，如DDR2要求电压为1.8V、0.9V；DDR3要求电压为1.5V、0.75V。其功率需求也不同。DDR的电压通常采用开关电源转换得到。z内存电压转换电路除了上面的开关电路外，主板上还用到了linear电路，如+3.3VSB、audio所需的5V电压都是通过linear电路转换得到的。z主板上其他的转换电路2.2.基本电路介绍基本电路介绍上一节对主板上电源常用电路做了一个简单的介绍，我们可以看到转换电路有不同的方式，比如CPUcore电压采用的是多相同步BUCK，内存DDR的电压转换电路为单相同步buck，+3.3VSB则采用的是LDO…等等。那么我们会有疑问为什么采用的形式不一样？主板上用到转化电路形式都有哪些呢？主板上电源常用电路包括2类——开关电路和linear电路。开关电路中常用的拓扑结构为buck，也有boost和buck-boost；linear电路常用的有LDO和OPA+MOS两种形式。本节重点对这几种电路作介绍。主板电源电路类型主板电源电路类型主板电源开关电路Switching线性电路Linear多相Buck电路Multi-PhaseLDOOP(运放)+MOSCPUPower3.3VSBPowerAudioPowerOtherPower单相Buck电路Single-PhaseDDRPowerI/OPowerboost电路Buck-boost电路VCC12VCC12VCC-5VCC-122.1Linear电路首先我们先看一下linear电路的种类，如上图所示。linear电路有很多形式，本文档中仅介绍IntegratedCircuit中的LDO形式和DiscreteCircuit中的OPA+MOS形式。LinearRegulatorShuntRegulator{GeneralType–78XX,79xx,317LowDropOutVoltage–1117,1085CMOS–8810,8824,LX8211IntegratedCircuitDiscreteCircuit{DiscreteCircuit{IntegratedCircuit{OPA+MOSFETorBJT431+MOSFETorBJT431,432ZenerDiodeZenerDiode+BJTSeriesRegulator{OP+BJT组成的基本电路如图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。OP+BJT基本电路取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。2.1.1OPA+MOS方式虚线框内的器件也可以用MOS电路工作原理BJT的选用1.计算线性稳压电路中消耗功率Pc=(Vin-Vout)xIout2.从MOSFET规格表中找出昀小所需之闸极-源极电压3.计算MOSFET昀大所需导通电阻值RDS(ON)＜(Vin-Vout)/Iout@VGS=Vcon-Vout4.计算MOSFET内部半导体接面温度Tj=Tc+(Rth(JC)*Pdis)5.SOA(Safeoperatingarea)Iout=IE=IB+IC=IB(1+hfe)hfe＞(IE/IB)-1=(Iout/10mA)-1设计注意事项设计注意事项MOSFET选用2.1.2LDO电路低压差线性稳压器(LDO)的内部结构如图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器组成。低压差线性稳压器内部结构LDO的工作原理同OP+MOS线性稳压电路。LDOLDO的基本原理的基本原理输出电压信号采样参考电压误差放大器利用电压控制电流放大电流LDOLDO主要参数主要参数y输出电压(OutputVoltage)y最大输出电流(MaximumOutputCurrent)y输入输出电压差(DropoutVoltage)y接地电流(GroundPinCurrent)y负载调整率(LoadRegulation)y线性调整率(LineRegulation)y电源抑制比(PSSR)LDOLDO电路在主板上典型应用电路在主板上典型应用yAuodio供电电路，一般由12V转5V；常用器件：78L05y3.3VSB电压；一般由5VSB转换得到；常用器件1084、1117y显示供电用的2.5V，一般由3.3V或5V转换得到；y……实例实例GNDR2205Ohm12R1120Ohm12C10.1UF/16V12GND+CE1330uF/6.3V12+5VQ1AME1117ACGT123ADJOUTVINGND+3.3VLDO：AME1117电路原理图VCCGNDU1ALM324DR123411PR921KOhm12GNDGND+3.3V+2.5VGND+2.5VREF+PCE301500UF/6.3V12+12VPC641000PF/50Vc040212PC500.1UF/16V12GSD321Q13AP9915GHOP+MOS：LM324电路原理图2.2Switching2.2Switching电路电路2.2.1单相buckBuck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器，是开关电源中DC/DC转换方式中的常用电路拓扑之一。Buck电路适用于输出电压Uo小于输入电压Ui，极性相同的场合。Buck电路也是目前我们主板电源用得昀多的转换形式。基本拓扑结构框图同步buck异步buck单相buck类型单相buck分为两种：异步buck和同步buck拓扑结构对比：BuckBuck电路的工作原理电路的工作原理1T关闭T打开BuckBuck电路的工作波形电路的工作波形（（aa）电感电流连续（）电感电流连续（CCMCCM）方式）方式（（bb）电感电流不连续（）电感电流不连续（DCMDCM）方式）方式（1）占空比DBuck电路基本参数推导soSonVVTtD==S闭合时S打开时ononLLosonLtiLdtdiLVVV__**∆==−=offoffLLooffLtiLdtdiLVV__**∆===T截止T导通1（1）占空比D(DutyCycle)soSonVVTtD==∵在电感电流连续（CCM）方式下，?iL_on=iL_offoffLonLii__∆=∆soffonTtt=+offoutonoutintLVtLVV**=−inoutSonVVTtD===∴sonDTt=soffTDt)1(−=思考题：在电感电流不连续的方式下，占空比D又是什么呢？（2）纹波电压Outputinductorripplecurrentwaveformt∆iLOutputCapacitorripplecurrentwaveformt∆iCOutputCapacitorripplevoltagewaveformt∆VCt1t2})()({1)(1212121∫∫∫++==∆ononoffonontttttCCttCCdttidttiCdttiCV})](*21[)21(*{12121∫∫+−−∆+−−=ononoffonontttttonoutLonoutindtttLVidtttLVVC])*21(*[1210)1(210∫∫−−∆+−=SSDTTDoutLoutindttLVitdtLVVCSLTCi8∆=ontt211=offonttt212+=其中，单相同步buck电路的工作原理+Co1DSGQH143GateControl1Co2Voutload1Ci2VinDSGQL14321Lo+Ci1说明：绿色线代表QH打开，QL关断时的电流流向；红色线代表QH关断，QL打开时的电流流向；思考1：1）在同步buck电路中，QH、QL是如何动作的呢？2）在同步buck电路中，对QH、QL的导通和截止有什么要求呢？单相同步buck电路MOS的驱动原理Q1与Q2交替开通,但它们在交替开关时应有一个Death-Time，防止Q1与Q2同时导通，造成短路现象。IoIcinTdGNDVoGSD341Q2Load+Cin12GNDIQ2IQ1GNDVINTon+Co12Lo21IinGSD341Q1ToffdeathtimeILIcoUP-GATEdriverturn-on:LOW-GATEdriverturn-on:实际电路举例ISL6545的典型应用实例一1.8V/5A1C7961000PF50V1C7871uF16VR8310Ω5%21L272.2uH9ADCR11.5mΩR84019.6K1%R8351K1%U64ISL6545IBZ12345867BOOTUGATEGNDLGATE/OCSETVCCPHASEFBCOMP/SD1C79712PF50VR8384.99K1%VCC1_8LAN+CE18470uF6.3VR82910Ω5%1C7900.22uF25VR8412.49K1%1C7980.01uF25V1C7880.1uF16VVCC5SBVCC3_3DUALR8372K1%R8332.2Ω5%1C7921000PF50VD1S1GS2S3D2D3D4Q59IRF782241532678+CE19680uF4VR8300Ω5%1C7910.1uF16V1C78910uF6.3V理论计算OutputVoltage:1.802VD1S1GS2S3D2D3D4Q61IRF782241532678实例二实例二2.2.2多相同步buck电路图2相同步buck电路和典型波形多相同步buck电路是单相同步buck电路应用的一种延伸，其工作原理类似于单相同步buck电路。多相同步buck电路主要特点是：适用于大输出电流、低电压、对电压质量要求较高的场合。目前在主板上的多相buck电路主要用于CPU电压转换。多相同步buck电路工作波形21Lo1+Co1DSGQL2143VoutVin21Lo2+Ci1load1Ci21Co2DSGQH1143GateControlDSGQL1143DSGQH2143PWM1PWM21Li∆2Li∆ci∆TsTs/22相buck电路典型电路