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小电路大学问!A75主板供电模块详析!

- 编辑:宜春市空间模块有限公司 -

小电路大学问!A75主板供电模块详析!

  很多人在买主板的时候,经常听人谈及主板多少相供电,怎样的供电才是最好的。但是对于主板供电的组成和起工作原理,笔者猜想许多人不一定懂,甚至一知半解。故此笔者花了点时间,为大家介绍下主板供电模块的组成以及其工作原理,希望给那些想学知识的朋友提供一些帮助。

  一个完整的供电电路是由PWM(脉宽调制)芯片、Driver IC(驱动芯片)、MOSFET(高压侧1个、低压侧1-2个)、电感和电容这五部分构成,本文以双敏狙击手TAC75 ULTRA3主板为例,为大家介绍主板的供电模块。

  PWM(脉宽调制)芯片主要负责:从CPU中获取工作电压代码,并将电压代码转换成实际的电压信号,从而控制MOS管准确的输出电压。除此之外,PWM还监视CPU的工作电流变化,根据CPU的负载调整输出电流。

  PWM芯片作为CPU供电路的核心元件,可以说是供电路的“司令部”。在CPU的芯片上有专门的电压识别针脚(一般为8个),这8个针脚的编码代表CPU核心的工作电压,在主板上也有专门的CPU VID识别电路。当开机加电时,先给CPU VID识别电路加电,进而读取CPU VID针脚的编码,从而判定CPU核心的电压。只有将VID电压编码送到CPU VID识别电路,PWM芯片才能依据CPU VID编码确定PWM的脉冲宽度并将其输出给驱动芯片,然后驱动芯片驱动MOSEFT工作,正式给CPU供电。

  PWM芯片还有电压监控模块,负责监控CPU的工作电压和电流,以便通过调整输出的脉冲宽度来调整电压。电压监控可以有效防止电压过大,保护CPU。现在的PWM芯片还有CPU电流监控功能,可以依据CPU的负载来调控MOSEFT的工作频率,以便节能。

  驱动芯片(Driver IC)的主要作用是把PWM发出的信号放大,达到一定数值后以驱动MOS管工作。

  驱动芯片给MOS管的控制极(栅极)加高电压信号,MOS管就导通;加低电压信号,MOS管就断开。驱动芯片给MOS管的高/低信号是一个脉冲式的信号。当上MOS管导通之后,电感的输出电压从0 V上升到1.2V需要一定的时间,高电压信号也就要维持一定的时间,同时驱动芯片给下MOS管的低电压信号也要维持相同的时间,这段时间叫做“脉冲宽度”。脉冲宽度决定了供给CPU的输出电压的高低:脉冲越宽,电压就越高;反之,电压就越低。

  我们都知道,CPU在工作的时候,要经历一个从负载到满载的变化过程。然而,在CPU变化的过程中与之相对应的供应电流,变化也是非常大的。为了保证CPU在性能变化时有合适的电流供应,这就需要CPU的供电电路具有非常快速的反应能力,而这一快速反应能力自然就离不开供电电路系统中的场效应管(MOSFET管)、电感以及电容,(不同品牌的电子元件在性能表现上也会有差异),下面我们就针对这几个方面分别谈下。

  PS:CPU供电电路最为合理的搭配是:最快速的场效应管(MOSFET管)、高磁通量粗导线的电感线圈、超低ESR的输入输出电容。

  MOS管有时也被称为“场效应管”。在主板上的电源稳压电路中,MOS管扮演的角色是判断电位,为配件提供稳定的电压。MOS管是根据PWM芯片的“命令”进行工作的,当产生宽度可调的脉冲信号时,MOS管的上桥和下桥就开始轮番导通。

  当负载两端的电压(如CPU需要的电压)降低时,MOS管的开关作用开始生效,外部电源对电感进行充电并达到其所需的额定电压;当负载两端的电压升高时,通过MOS管的开关作用,外部电源供电断开,电感释放出存储能量,此时电感就变成了“电源”,继续对负载供电。

  随着电感上存储能量的不断消耗,负载两端的电压又开始逐渐降低,外部电源通过MOS管的开关作用又要充电。这样循环不断地进行充电和放电,从而形成一种稳定的电压,永远使负载两端的电压不会升高也不会降低。

  上桥和下桥都可以通过并联两三颗代替一颗来提高导通能力,这样一来,更多的MOS管可以减少承受热量的时间,还能增加供电系统的稳定性。因此,对于普通消费者来说,一定程度上可以从MOSFET的数量来判断供电电路的优劣。另外,由于MOS管承载电流较大,因此它也是主板积热最高的地方,所以许多主板都在MOS管上加装了散热器,以起到辅助控制热量作用。

  电感主要用来阻止电流的变化。电感具有蓄能特性,它能在一定时间内通过“通直流,阻交流”来抵御电流的变化。主板的稳定工作,离不开纯净、充足的电流。电感在滤波方面也起着不小作用:当原始电流经过电感,电感可以初步过滤掉一些高频杂波,进而再转交电容进一步过滤,净化,拉平(把峰形波拉成方波)。

  PS:当一根导线中拥有恒定电流流过时,总会在导线周围激发恒定的磁场。如果我们把这根导线弯曲成螺旋线圈,螺旋线圈中就会产生磁场;如果把这个螺旋线圈放在某个电流回路中,当这个回路中的直流电变化时,电感中的磁场也会发生变化。变化的磁场会带来变化的“新电流”,由于这个“新电流”同原来的直流电方向相反,从而在短时间内对直流电的变化形成一定的抵抗力。当两种力达到平衡时,电流就会稳定下来。

  目前,主板中常用的电感为全封闭铁素体电感,模块箱尺寸这种电感的电气性能要强于“裸体”电感,因为一体化的成型结构设计(利用铁素体材料约束电感线圈的磁场)不仅能够很好的避免噪音的产生,还能够提供更高的电子阻抗、更低的工作温度、更低的EMI电磁干扰。全封闭铁素体电感在增强本身性能的同时,还能获得比传统电感更长的寿命。

  电容作为储存电荷的容器,它的作用是保证电源对主板及相关配件的稳定供电,过滤掉电流中的杂波,将纯净的电流输出给cpu和内存等配件。电容对主板稳定性也有着较大的影响,尤其是主板供电电路所使用的电容,这部分电容主要对输入电流做第一次过滤,如果这部分电容出现问题,将直接影响电脑的稳定性。

  电容的组成方面,通常是由大小两种电容构成。小电容一般指0.1或小于0.1的贴片电容,其规格为0805,主要是用来过滤高频杂波,这种电容的频率响应范围比较大;大电容指的是1000以上的电容,它的频响范围主要在低频区,所以一般用它来过滤低频杂波。

  电容的发展历程,从液态电容发展到全固态电容。目前大部分的主板都采用了全固态电容。不同的电容品牌以及产地都会对电容的性能产生重要影响,一般来说,电容的性能趋势是:日系电容>

  台系电容>

  国产电容。

  不过,并不是采用日系电容的主板超频性就一定好,因为主板的超频性能不仅和电容有关,还和主板电路设计、时钟芯片、BIOS设计等都有关。

  随着晶体管规模的提升和制程的进化,芯片也向着低电压、大电流的方向发展,处理器的“功耗”也从最初的80A转变为100A甚至向120A迈进。然而,单相供电所能输出的电流只能维持在30A左右,所以多相供电的技术就成为了必需。另外,随着处理器频率的不断提升,对处理器内部的高/低电压之间的切换速度也有了更高的要求。想要实现高/低电压之间的快速切换,就需要供电系统能够提供强有力的保障。

  在供电电路中使用多相供电,可以将电流平均分配到每一相,以便提供更大电流,从而满足更高级处理器的工作需求。另外,由于每相供电平均分配电流,使得平均的工作时间和发热量都能够减少。多相供电不仅可以使输出电压更加平稳,还能有效降低电路温度,延长电子元件寿命。一般情况下,主板CPU供电电路的“相数”越多越好,不过,相数越多,成本也越高,对设计也提出了更高的要求。

  双敏狙击手TAC75 ULTRA3作为AMD APU最佳搭档,专为AMD APU处理器设计了豪华的八项供电方案,且在用料方面全部采用日系固态电容及封闭式烤瓷电感,并搭配了一体式散热片辅助控制热量,在保证APU供电纯净稳定的同时,降低供电系统的温度,保证平台长期温度运行。模块箱尺寸

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