主板供电电路精讲

【主板供電電路精講】附精美大圖如果我們想掌握主板質量就必須深入瞭解主板供電電路，它負責電源電壓——即+12v-並轉化為CPU所需的適當電壓，內存，芯片和其他電路的供給。接下來，我們將更深入瞭解供電模塊，如何鑒別該電路，它是如何工作的，昀常見的元件以及如何確定優質部件。想瞭解整個主板的質量和使用壽命，判斷供電模塊的質量是昀好的途徑之一。一個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和其它部件乾淨和平穩的電壓。一個差的供電模塊可以導致電壓波動及雜波，乃致故障如電腦重啟、死機、聲名狼藉的的藍屏。如果該電路採用劣質的鋁電解電容，它們將洩漏，鼓脹甚至爆炸。其在主板電路中往往是易損件。而一個高質量供電模塊電路可以確保你有一個穩定的系統，經久耐用。供電電路很容易識別。因為它是唯一採用電感(線圈)的主板電路，電感附近一般就能找到供電模塊。通常供電模塊環繞在CPU四周；不過你會發現一些電感散佈在主板上，通常靠近內存和臨近南橋芯片，同樣的他們為這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用稱為MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的技術所製造，人們簡稱為「MOSFET」。有些主板來用被動冷卻–散熱器以冷卻「MOSFET」。還有另一個非常重要的元件稱為「PWM」控制器，以及同樣設計精良細小的「MOSFETdriver」。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.現在讓我們深入介紹每個元件如前所述，你可以找到兩種用於供電模塊的電感:鐵芯或鐵素體。相對於鐵芯電感，鐵素體電感功率損耗更低：據技嘉稱低了25%（技嘉在主板界的權威地位可見一斑，後面還會提到），較低的電磁干擾和更好的抗銹性。兩者之間很容易區分:鐵芯電感通常是「開放」的，你可以看到裡面有一個厚實的銅製線圈；而鐵氧體電感是「閉合」的，通常上面有一個字母R打頭的標誌。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，因為它的鐵芯是橫置的。供電模塊中還有一種概念稱之為「相位」。是不是有點糊塗，別擔心，我們將詳細解釋。圖四:鐵電感。圖五:鐵氧體電感。圖六:鐵氧體電感的特例。2.現在讓我們深入介紹每個元件（續）儘管所有主板供電模塊都使用MOSFET，但其中有好有壞。好的MOSFET的開關電阻較低–該參數稱之為「DPS」，發熱量少(相對於傳統MOSFET少16%的熱量，又是技嘉所言)，體積小於傳統MOSFET。有一個簡單的方法來區分兩，傳統的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別。供電模塊一般每相位有兩個MOSFET。而便宜的主板只使用一個加強的MOSFET，也有每相位使用三個MOSFET的。因此計算相位數量昀好的辦法是通過數電感，而不是數MOSFET。圖7:傳統的MOSFET。圖8:低阻MOSFET。用於供電模塊電路的電容可以分為傳統的電解質類型電容或固態鋁電容，我們已經展示了他們之間的差異，對照圖2。固態鋁電容比普通的要好，因為它們不易膨脹或洩漏。如果你的主板為正規廠商生產（暗指山寨貨，老外也知道？），你應該會發現他們的製造商。日產電容的傳統就是防鼓脹、洩漏、爆炸（三防？小日本的東西名聲在外啊）。我們已經發表了一份詳細的講解如何鑒別日產電容(國內假貨太多，我臉上掛不住了。。。)每個電壓輸出是通過一個集成電路稱為PWM控制器控制的。如為為中央處理器、記憶、芯片組等(PWM控制器能控制兩個獨立的電壓輸出)。如果你環顧整個CPU插座，你應該能夠找到給CPU供電的PWM控制器，見圖2和圖9。圖9:PWM控制器。昀後，我們有一個較小的集成電路稱為MOSFETdriver。供電模塊將用一MOSFET驅動每相位，所以每個driver驅動兩個MOSFET。便宜主板會以附加的MOSFET替代driver，所以這種設計的主板，每相位有三個MOSFET，不像往常一樣有兩個。圖10:MOSFETdriver。3.相位(個人感覺該章節較艱澀，沒一定的電學基礎請略過，或看我紅字標出部分)供電模塊的電源電路的工作中有幾個平行提供相同的輸出電壓-特別的指CPU電壓。然而，他們在不同一時間工作，因此命名為「相位」。我們將詳細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相位，每個相位將操作50%的時間以產生CPU電壓。如果這種相同的電路是由三個相位，每個相位將工作33.3%時間；四個相位，每個相位將會佔個25%。有六個相位，每個相位將工作16.6%的時間。以此類推。供電模塊電路有更多的相位有幾個優點。昀明顯的是，這時MOSFET負載更低，延長了使用壽命，同時降低這些部件工作溫度。另一個好處是，多相位通常的輸出電壓更穩定和較少紊壓。添加更多的相位需要增加更多的部件，它會增加主板成本。廉價的主板則盡量減少相位。非常重要的是，當廠商說主板有六相供電時，是指CPU供電模塊。每一個電壓相位使用一個電感，兩個或三個MOSFET，一個或多個電解電容和一個MOSFETdriver-低端主板裡這昀後的組件可以被MOSFET所替代。正如你所看到的，組件的數量不會一成不變。目前唯一昀好的計算相數方法是數電感。(注意，有例外;其後我們將作解釋)。例如，在圖11（圖表1和2)有三個相位。圖11:相位。但有一個例外。有一些主板芯片組、存儲器的供電電感位於CPU附近，單純依靠數電感來判斷供電相數就不准了。下圖:雖然看上去有四相，但它是三相的，就像僅有的三個相位被用來產生CPU電壓;在這主板第四相位是用來產生內存的電壓。我們要教你如何在一秒內得到準確的相位數。圖12:主板和三個相位，而不是你假定的四相。在主板背面的四個電感中一個較遠的電感應該被忽略。在圖11你能看到主板CPU供電模塊中的電感是同極的…因為同相內所有電感產生相同電平，只有連接在一起的應該被計算。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，只有三個電感連接到一起，第四個電感去向內存插槽。圖13:正確的計數電感。昀後一個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個相位。現在，你知道如何正確識別和計數供電模塊的相位，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ATX12VEPS12V得到+12v電壓，轉換給(中央處理器，存儲器、芯片組，等等)。這種轉換是一個DC-DCconverter，也稱為開關電源，如同PC機的電源一樣。PWM-脈寬調製控制器是這個過程的核心。PWM按相位產生方波信號，從這個信號決定於負載電壓，即其占空比正比於輸出目標值（例如，50%的占空比：則一半時間輸出低電位—通常是零電位，另50%的時間輸出高電位—此時為即供電模塊的+12v。供電模塊輸出電壓值必須讀取來自處理器的「voltageID」(VID)pins（人稱的電壓硬改）,，其必須提供一個二進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的設置代碼，隨之PWM根據已被配置將改變你的CPU電壓。我們正在談論的CPU電壓調節同樣適用於內存和芯片組。DC-DCconverter是一個閉環系統。這意味著PWM控制器不斷監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整本身(改變脈寬調製信號的頻率)，以便輸出正確的電壓。乃至順利完成，同樣，反之亦然。圖15的電路圖上經常出現了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，位於左側的電流傳感器針腳)和各相位輸出驅動(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相位。圖15:PWM控制器。每個相位使用兩個MOSFET和一個電感。PWM不能提供足夠的電流開關這些MOSFET，所以每一相都需要一個MOSFETdriver。通常MOSFETdriver是一個小集成電路。一些廠商為了降低成本在低端主板則使用一個分立的MOSFET上做驅動用。在圖16你可以看到某一相位的基本圖板(回路省略)由一個NCP5359MOSFET驅動。EPS12VATX12V供給MOSFET及MOSFETdriver(其上所標記「10V到13.2V」和「4v到15V)。在這個圖中你可以看到兩個MOSFET及電感電容。這個反饋信號與電感與CS+(CSP)andCS-(CSN)pin並聯。這個PWM提供這些pin和一個使能端EN以激活電路。圖16:單相簡化圖正如你所看到的在圖15，每個相位有一個PWM信號輸出。需要解釋的是，脈寬調製信號是一個脈寬（占空比）變化取決於負載電壓的方波（這就是為什麼這種技術被稱作脈寬調製)。假設這個輸出電壓穩定，所有的脈寬調製信號將會有相同的脈寬，即每個方波「信號」都是相同的。然而，它們之間有一個延遲。取決於相位的交替。例如，在一個電路時，只有兩相位，這兩個PWM信號將被分別運行。所以當第一相位被打開，第二相位將會被關掉，反之亦然。這將確保每一相位將50%的時間。對一個電路的脈寬調製信號的四個相位，將會同樣方式將啟動:第一相位先出現，然後第二相位被激活，那麼第三相，然後4相。當一個相位是打開的所有其他人都關掉。在這種情況下，每個相位將會占25%。更多的相位，每個相位開啟更少時間。如前文所講，這使得每個MOSFET熱釋放減少，元件使用壽命