电脑主板供电全解析（祥图）

从奔三后期开始，玩家逐渐接触到多相供电这个概念。时至今日，CPU三相供电已经成为基本配置，最高供电相数可达夸张的16相，而内存和芯片组供电也开始用上两相乃至三相供电。数电路相数的时候玩家有时会犯一点错误，甚至一些见多识广的编辑也免不了要犯错，那么如何准确地识别主板供电的相数呢？2010-1-1222:14回复givinglee154位粉丝3楼“应该熟悉的元件一”首先让我们来认识一下CPU供电电路的器件，找一片技嘉X48做例子。上图中我们圈出了一些关键部件，分别是PWM控制器芯片（PWMController）、MOSFET驱动芯片（MOSFETDriver）、每相的MOSFET、每相的扼流圈（Choke）、输出滤波的电解电容（ElectrolyticCapacitors）、输入滤波的电解电容和起保护作用的扼流圈等。下面我们分开来看。2010-1-1222:16回复givinglee154位粉丝4楼（图）PWM控制器（PWMControllerIC）在CPU插座附近能找到控制CPU供电电路的中枢神经，就是这颗PWM主控芯片。主控芯片受VID的控制，向每相的驱动芯片输送PWM的方波信号来控制最终核心电压Vcore的产生。2010-1-1222:16回复givinglee154位粉丝5楼MOSFET驱动芯片（MOSFETDriver）MOSFET驱动芯片（MOSFETDriver）。在CPU供电电路里常见的这个8根引脚的小芯片，通常是每相配备一颗。每相中的驱动芯片受到PWM主控芯片的控制，轮流驱动上桥和下桥MOS管。很多PWM控制芯片里集成了三相的Driver，这时主板上就看不到独立的驱动芯片了。2010-1-1222:17回复givinglee154位粉丝6楼早一点的主板常见到这种14根引脚的驱动芯片，它每一颗负责接收PWM控制芯片传来的两相驱动信号，并驱动两相的MOSFET的开关。换句话说它相当于两个8脚驱动芯片，每两相电路用一个这样的驱动芯片。2010-1-1222:18回复givinglee154位粉丝7楼MOSFET，中文名称是场效应管，一般被叫做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。2010-1-1222:18回复givinglee154位粉丝8楼下面这种有三个引脚的小方块是一种常见的MOSFET封装，称为D-PAK（TO-252）封装，也就是俗称的三脚封装。中间那根脚是漏极（Drain），漏极同时连接到MOS管背面的金属底，通过大面积焊盘直接焊在PCB上，因而中间的脚往往剪掉。这种封装可以通过较大的电流，散热能力较好，成本低廉易于采购，但是引线电阻和电感较高，不利于达到500KHz以上的开关频率。2010-1-1222:19回复givinglee154位粉丝9楼下面这种尺寸小一些的黑方块同样是MOSFET，属于SO-8系列衍生的封装。原本的SO-8封装是塑料封装，内部是较长的引线，从PN结到PCB之间的热阻很大，引线电阻和电感也较高。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，因而各大厂家如瑞萨、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，通过改变结构、使用铜夹板代替引线、在顶部或底部整合散热片等措施，改善散热并降低寄生参数，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。目前主板和显卡供电上常见这种衍生型。在玩家看来，SO-8系的YY度要好于D-PAK，但实际效果要根据电路设计、器件指标和散热情况来判断，而原始的SO-8因为散热性能差，已经不适应大电流应用了。2010-1-1222:20回复givinglee154位粉丝10楼另外，近日IR公司的DirectFET封装也在一些主板上出现了，同样是性能非常棒的封装，看上去也非常YY，找到实物大图以后会补充进来。2010-1-1222:21回复givinglee154位粉丝11楼“应该熟悉的原件二”输出扼流圈（Choke），也称电感（Inductor）。每相一般配备一颗扼流圈，在它的作用下输出电流连续平滑。少数主板每相使用两颗扼流圈并联，两颗扼流圈等效于一颗。主板常用的输出扼流圈有环形磁粉电感、DIP铁氧体电感（外形为全封闭或半封闭）或SMD铁氧体电感等形态，上图为半封闭式的DIP铁氧体功率电感。2010-1-1222:22回复givinglee154位粉丝12楼上面是两种铁氧体电感，外观都是封闭式。左边是DIP直插封装，内部为线绕式结构，感值0.80微亨（“R”相当于小数点）。右边是SMD表贴封装，内部只有一匝左右的导线，感值0.12微亨要小很多。2010-1-1222:23回复givinglee154位粉丝13楼上面是三种环形电感。环形电感的磁路封闭在环状磁芯里，因而磁漏很小，磁芯材料为铁粉（左一）或Super-MSS等其它材料。随着板卡空间限制提高和供电开关频率的提高，磁路不闭合的铁氧体电感、乃至匝数很少的小尺寸SMD铁氧体功率电感以其高频区的低损耗，越来越多地取代了环形电感，但是在电源里因为各种应用特点，环形电感还在被大量使用。2010-1-1222:23回复givinglee154位粉丝14楼输出滤波的电解电容（ElectrolyticCapacitor）。供电的输出部分一般都会有若干颗大电容（BulkCapacitor）进行滤波，它们属于电解电容。电容的容量和ESR影响到输出电压的平滑程度。电解电容的容量大，但是高频特性不好。2010-1-1222:24回复givinglee154位粉丝15楼除了铝电解电容外，CPU供电部分常见固态电容。我们常见的固态电容称为铝-聚合物电容，属于新型的电容器。它与一般铝电解电容相比，性能和寿命受温度影响更小，而且高频特性好一些，ESR低，自身发热小。关于固态电容的诸多优点我们就不再细说了。2010-1-1222:25回复givinglee154位粉丝16楼Hi-cCap此外还能见到钽电容和钽-聚合物电容（图：三洋POSCAP系列）等，性能也比一般的铝电解电容优异得多，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。网上已经有很详细的介绍。2010-1-1222:25回复givinglee154位粉丝17楼插座中央这种电容叫做多层陶瓷电容（MLCC），它的单颗容量比电解电容小很多，然而高频特性好很多，ESR很低。电解电容高频特性不好，因而主板CPU插座周围和CPU插座内部会有几十颗MLCC用作高频去耦，和大容量的电解电容搭配，提供更好的滤波效果和动态性能。近年来高端板卡开关频率较高的数字供电电路，就利用MLCC高频特性好的特点，直接使用很多颗MLCC进行滤波，但是总容量上不去，只有很高的开关频率才适合用。2010-1-1222:26回复givinglee154位粉丝18楼输入滤波的大电容也是电解电容，它为多相供电电路提供源源不断的能量，同时防止MOS管开关时的尖峰脉冲对其它电路形成串扰，也可以滤除电源电压中的纹波干扰。输入滤波电容同样可能用固态电容。分辨输入滤波电容和输出滤波电容的方法是看额定电压，输出电容的额定电压一般是6.3V、2.5V之类的数值，而输入滤波电容要接在+12V输入上，额定电压往往是16V。2010-1-1222:27回复givinglee19楼154位粉丝输入电路有时会串联一个扼流圈。这个扼流圈的作用是防止负载电流的瞬态变化影响到上一级电路。它的形状可能是线圈绕在棒子上，也可能是绕在环形磁芯上的线圈。2010-1-1222:28回复givinglee154位粉丝20楼还可能是封闭式的。很多主板上并没有这个扼流圈，或者有焊位，但把它省略掉了。此外在供电部分我们还可以看到一些细小的起保护、缓冲等作用的料件。好了，了解完这些主要元件，下面我们来看看如何识别CPU供电电路的相数。2010-1-1222:29回复21楼“常规情况例子分析一”givinglee154位粉丝这是一个常规的四相供电的连接方式。为了便于理解我们不画出电路图，而只是画出它们之间的连接关系。2010-1-1222:30回复givinglee154位粉丝22楼CPU将n位的VID信号输送给PWM控制芯片作为产生Vcore电压的基准。主控芯片产生四路脉宽可调的方波，每相错开90度相位（三相就是三路方波，每相错开120度，以此类推），送到四相的MOSFET驱动芯片去。驱动芯片受到方波的控制，以一定的间隔向上桥和下桥MOS管的栅极轮流送去方波，在一个周期的一定时间里上桥导通，另一段时间里下桥导通，电流分别经过上桥和下桥流过扼流圈，四相的电流合在一起，由滤波电容平滑就得到了输出给CPU的Vcore。当负载变化或者输出电压有偏差时，主控芯片监测到变化，相应地调整PWM方波信号的脉宽占空比，输出电压就受调节回到预定值。2010-1-1222:31回复23楼在上面这个结构图里，我们可以看到n相有1个主控芯片，n个输出扼流圈，n个驱动芯片，n组MOS管，若干个并联的输出滤波电容，若干个并联的输入滤波电容，以及输入扼流圈。我们来看几个例子对照一下。givinglee154位粉丝2010-1-1222:31回复givinglee154位粉丝24楼三相供电的IntelDG45ID的供电部分。一般说来每相供电有一个扼流圈，我们看到3个扼流圈，可以推测是三相供电。跟着我们可以找到9个MOSFET分成3组，每组3个，每组旁边还有对应的1个MOSFETDriver芯片，这些可以验证我们三相供电的判断。不过这块主板+12V输入的地方没有加扼流圈。每相三颗MOSFET属于“一上两下”的设计。MOSFET分为上桥（High-sideMOSFET）和下桥（Low-sideMOSFET），上桥的损耗中开关损耗占主要成分，受开关速度影响，和开关频率成正比，要降低开关损耗需要提高开关速度；而下桥的损耗主要是导通损耗，与导通时间、导通内阻、电流的平方成正比，降低导通内阻可以减少导通损耗。因而每相使用多于两颗MOS的时候，首先是并联多颗下桥以降低导通损耗。2010-1-1222:32回复givinglee154位粉丝25楼“常规情况分析二”六相供电的技嘉EP45-UD3。我们可以看到六个扼流圈，MOSFET共18个正好每3个和一个输出扼流圈搭配。我们还能看到每相旁边小小的MOSFETDriver芯片。最后我们还看到CPU插座一角方形的PWM主控芯片，它是intersilISL6336，支持最高到6相供电。由此我们可以确认这是6相供电，每相MOSFET采用一上两下配置的主板。每相使用的三颗MOS管属于SO-8衍生型封装，是具备低导通内阻（LowRds-on）的MOSFET。2010-1-1222:33回复givinglee154位粉丝26楼四相供电的技嘉EP43-DS3L，每相一颗扼流圈、一颗Driver和三颗MOSFET都能对号入座。主控芯片是最高支持4相工作的intersilISL6334，因而它是4相供电。2010-1-1222:33回复givinglee154位粉丝27楼“特殊情况分析一”常规情况里MOSFET驱动芯片也有集成进主控芯片的情况。MOS管的驱动是通过给栅极加上高电平或者低电平实现的，MO