图文详解：电脑主板供电电路

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更多发布于：2011-10-08 14:00

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	对于大多数DIY用户而言，在攒机的过程中，确定选择哪个平台是至关重要的，但其实主板和cpu的搭配才是最应该慎重考虑的。可能有人会问，“主板和CPU有什么好搭配呢？不就是接口匹配不就可以了么？”事实上，接口匹配其实只是表面问题，如果你是超频爱好者，那么主板的供电电路要满足CPU的需求才是你要认真思考的。那么，主板的供电电路要怎样才能满足CPU的需求呢？要搞明白这个问题，这就要从看懂主板的供电电路开始。图片：10_3710_0ad5104d4f938fc.jpg 供电电路是怎么组成的从架构上而言，主板的供电电路与显卡的是基本一样的，都是由PWM主控芯片、MOSFET管(场效应管)驱动芯片、MOSFET管和扼流圈（电感）、电容等元器件组成。其中，PWM主控芯片可能只有1个也可能有2个（多于2个的情况很少见），而其他元器件则根据相数的多寡来配备。图片：10_3710_81b9398e1a89e26.jpg 流电感；某主板的供电电路元器件分布图：①输入端的滤波电容和扼②输出端的贴片MOSFET管；③输出端的扼流电感；④输出端的滤波电容；⑤输出端的MOSFET管驱动芯片；⑥北桥供电的PWM主控芯片；⑦供电电路的PWM主控芯片；⑧北桥供电的扼流电感和MOSFET管驱动芯片。主板的供电电路架构在上面我们提供的主板供电电路图中，可以看到供电电路部分的元器件非常多，其中大部分的电容、电感、MOSFET管的排列非常整齐，MOSFET管驱动芯片的排列则是无序的，那么各个部分之间到底是如何衔接起来的呢？实际上，整个供电电路可以分成输入端和输出端两个部分。其中，输入端就是直接与电源衔接的一端，由4Pin或8Pin CPU供电接口、1个电感和若干个滤波电容组成。输出端则是将输入端的电流通过PWM主控芯片后，分流给CPU和北桥芯片使用，因而它又可分成给CPU供电以及给北桥芯片供电两个部分。但在一些低端的主板上，北桥芯片的功耗并不是很高，因此它可能不就没有专门的供电电路。图片：10_3710_95fa8458e70f90d.jpg 某主板的供电电路部分：①输入端：8Pin电源接口、扼流电感和滤波电容；②输出端：主板供电电路的PWM主控芯片；③④⑤输出端的CPU供电：MOSFET整合芯片，扼流电感和滤波电容；⑥输出端的北桥供电：MOSFET整合芯片和扼流电感。图片：10_3710_79ab491e0c76a81.jpg CPU供电的MOSFET整合芯片：型号为R2J20602，整合了PWM、MOSFET管驱动以及MOSFET管，可以控制1～2相供电。图片：10_3710_85b4f1b1981fde0.jpg 北桥供电的MOSFET整合芯片：同样是RENESAS出品的整合了MOSFET管和驱动芯片，型号为R2J20651。供电电路都是如何工作的我们都知道，电源的CPU供电接口出来的电压为+12V，而电流则根据CPU的需求而动态变化，但是这个电流是比较大的，纹波还比较明显而不够平稳，但是CPU和北桥芯片都是非常精细的器件，经不起大风大浪的折腾。因此，供电电路就必须将大电流逐步分成更小、更平稳的小电流，然后再提供给CPU或北桥芯片使用。过程是这样的：首先输入端将从电源流出来的“大而粗糙”的电流分成几路（目前以3路和4路最为常见），然后流入到下级电路，这样电流就会相对小一些，不过对于CPU而言还比较大，而且纹波依然明显，因此供电电路的输出端还需要将电流分得更小，并且把纹波彻底过滤掉。小知识：为何输入端元器件比输出端少？在大多数主板的供电电路上，输入端的电容和电感数量都要远远少于输出端的，甚至品质上也有差距，为什么要这样设计呢？其实，这个很容易理解：我们把电源比作楼顶的水塔，供电电路的输入端就是直接连接水塔的大水管，而输出端则是从大水管中再分出来给每家每户使用的小水管。大水管流量大但数量少（输入端的电容容量大但数量少），而小水管却很多（输出端的电容容量小但数量多）。数一数主板到底有几相供电和显卡供电是一样的道理，平时我们所说的某主板采用X相供电，通常是指输出端有1个PWM主控芯片、X个电感、X个MOSFET驱动芯片、X组MOSFET管、X组电感及若干个电容。不过，由于MOSFET驱动芯片和MOSFET管的发热量很大，做工好一点的主板都会设置辅助散热器，在购买主板的时候又不能把散热器拆下来，因此判断主板有多少相供电最简单的方法是数一数电感的个数。图片：10_3710_97b2bde4c25808d.jpg 实例1：4个1R0全封闭电感和1个1R5全封闭电感，构成“4+1”相供电。图片：10_3710_60e8f005e9f79ae.jpg 实例2：4个R60及另外区分的一个R60全封闭电感，构成4+1相供电系统。其次，我们还可以通过主板上的PWM主控芯片来判断。一般来说，作为“X+n”相的供电系统，会由1个PWM主控芯片负责控制CPU供电回路，而在离主板北桥附近也会有1个PWM主控芯片负责单独为北桥供电，有的时候两者是整合一起的。不过不管怎样，你都需要找到PWM主控芯片并记下它的型号，然后在搜索引擎或者相关厂商网站中就可以查到该PWM芯片的性能参数。图片：10_3710_84316fc205c96fd.jpg 实例3：技嘉P35-DS4主板上的ISL6327 PWM芯片，经查证是6相位控制芯片，与主板参数相符。此外，在一些采用纯数字供电设计的主板上，你可以看不到电感、MOSFET管及其驱动新品，那么又该如何判断主板的供电呢？当然，如果你能找得出整个电路的PWM主控新品，通过资料查询来判别，但是有时候供电的相数可能少于PWM的最大控制数，那么你还可以通过电容的组队情况来判断。图片：10_3710_25536670ce722e8.jpg 实例4：这是来自富士康的一款i975主板，采用4+1相供电，主控芯片为Volterra VT1115MF（最多控制8相供电），每相使用的是VT1135SF驱动芯片（一共5颗），电感为一颗5合1连体式薄型电感（型号为CPL-5-50），输出滤波电容都是MLCC（一共5组，每组7颗）。小知识：什么是MLCC 通常大家所说的贴片电容是指片式多层陶瓷电容(Multilayer Ceramic Capacitors)，简称MLCC，又叫做独石电容。它是在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以电极桨材料，叠合后一次烧结成一块不可分割的整体，外面再用树脂包封而成的。具有小体积、大容量、Q值高、高可靠和耐高温等优点。图片：10_3710_475fc4e5fdc1957.jpg 主板上的随处可见的MLCC PWM芯片如何识别一般情况下，主板的供电电路中可能有1～2个PWM主控芯片，通常会设置在4Pin或8Pin CPU电源接口附近。目前，主要的PWM主控芯片厂商有包括IGS、CMA、ITE、CW、Winbond、Atmel、SANYO、intersil以及Richtek等，大多采用CSP(Chip Scale Package)封装技术，因此识别起来是比较容易的。其中，CSP封装是最新一代的芯片封装技术，可以让芯片面积与封装面积之比大约为1:1.14，相当接近1:1的理想情况，因此芯片不但体积小，同时也更薄。在外观上，采用CSP封装的PWM芯片大多为正方形（也有部分为长方形），中心引脚通过一个个锡球焊接在PCB板上，焊点和PCB板的接触面积较大，这样在运行过程中所产生的热量很容易地传导到PCB板上并散发出去。图片：10_3710_22a03e26c4352f6.jpg 各种采用CSP(Chip Scale Package)封装的芯片算一算，主板和CPU是否匹配目前，中高端的主板大多会采用“N+1”相供电设计方案，不同的供电设计决定了产品对处理器支持的表现。其中，“1”是专为北桥芯片使用，这样可以让三级缓存、北桥总线、内存控制器等组件使用的电压与CPU核心电压分开来，而“N”则是专门供给CPU，N值越大，供电越稳定，主板的超频潜力就越大。那么，究竟需要多少相的供电回路才适合呢？两个相关的基础知识： 1、关于CPU的功率由于CPU功率由静态功率和动态功率组成，动态功率和CPU核心电压的平方以及CPU频率成正比，而静态功率产生于CPU内部电路的漏电。一般情况下，制程工艺越精细，漏电就越不明显。在大多数情况下，为了保证有较大的冗余，我们建议按照TDP的10%来计算。 2、关于单相供电电路的最大电流考虑到大电流和大电压可能对人体造成伤害，因此在一个电路设计中，电压和电流的乘积不能超过240VA，这一规格在很多电脑设备上都会有所体现。比如电源的+12V输出的最大电流不得超过20A，因此大功率电源必须是多路+12V输出。在主板上，供电电路也遵循同样的规则，也就是单相供电电路的最大电流不超过20A。我们以amd羿龙?? X3 720（默认频率2.8GHz）为例，它的TDP为95W，电压为1.35V，则供电电流大约70A左右。如果是4相供电设计，每相的电流约18A；如果是5相供电设计，则每相的电流约14A，其他依次类推。在CPU超频后，我们对以下两种状态进行分析：情况1：在不加电压，超频至3.2GHz。超频后平台满载运行，那么CPU动态功率的峰值约为95W×（3.2÷2.8）≈108W，考虑到超频后由于温度变化，CPU内部静态功率还可能有所增加，为了保证足够的冗余，以功率上浮10％为标准，那么超频后CPU的功率为108W×(100%+10%)≈119W。情况2：在加电压5%，超频至3.6GHz。超频后平台满载运行，CPU动态功率的峰值约为95W×1.05×1.05×（3.6÷2.8）≈135W，再考虑到CPU内部静态功率可能有所增加，那么加电压超频后CPU的功率则为135W×(100%+10%)=148W。通过上述分析，在默认电压超频和提高5%电压再超频，满载运行的CPU需要的电流分别为：119÷1.35≈88A和148÷（1.35×1.05）≈104A。那么，原来只需要4相供电系统就能满足的话，超频后可能需要“4+1”相，甚至“5+1”相的供电系统才能满足需求。小知识：什么是CPU的TDP TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文直译是“散热设计功耗”。CPU TDP值对应系列CPU的最终版本在满负荷(CPU利用率为100%时)可能会达到的最高散热热量，散热器必须保证在处理器TDP最大的时候，处理器的温度仍然在设计范围之内。由于CPU的核心电压与核心电流时刻都处于变化之中，这样CPU的实际功耗也会不断变化，因此TDP值并不等同于CPU的实际功耗。比如，Pentium E5300的TDP为65W，而实际运行中的平均功耗仅15W。(灯火互联网)