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很多人在買主板的時候,經常聽人談及主板多少相供電,怎樣的供電纔是最好的。但是對於主板供電的組成和起工作原理,筆者猜想許多人不一定懂,甚至一知半解。故此筆者花了點時間,為大家介紹下主板供電模塊的組成以及其工作原理,希望給那些想學知識的朋友提供一些幫助。
一個完整的供電電路是由PWM(脈寬調制)芯片、Driver IC(驅動芯片)、MOSFET(高壓側1個、低壓側1-2個)、電感和電容這五部分構成,本文以雙敏狙擊手TAC75 ULTRA3主板為例,為大家介紹主板的供電模塊。
●PWM芯片的作用
PWM(脈寬調制)芯片主要負責:從CPU中獲取工作電壓代碼,並將電壓代碼轉換成實際的電壓信號,從而控制MOS管准確的輸出電壓。除此之外,PWM還監視CPU的工作電流變化,根據CPU的負載調整輸出電流。
PWM芯片作為CPU供電路的核心元件,可以說是供電路的“司令部”。在CPU的芯片上有專門的電壓識別針腳(一般為8個),這8個針腳的編碼代表CPU核心的工作電壓,在主板上也有專門的CPU VID識別電路。當開機加電時,先給CPU VID識別電路加電,進而讀取CPU VID針腳的編碼,從而判定CPU核心的電壓。只有將VID電壓編碼送到CPU VID識別電路,PWM芯片纔能依據CPU VID編碼確定PWM的脈衝寬度並將其輸出給驅動芯片,然後驅動芯片驅動MOSEFT工作,正式給CPU供電。
PWM芯片還有電壓監控模塊,負責監控CPU的工作電壓和電流,以便通過調整輸出的脈衝寬度來調整電壓。電壓監控可以有效防止電壓過大,保護CPU。現在的PWM芯片還有CPU電流監控功能,可以依據CPU的負載來調控MOSEFT的工作頻率,以便節能。
●驅動芯片的作用
驅動芯片(Driver IC)的主要作用是把PWM發出的信號放大,達到一定數值後以驅動MOS管工作。
驅動芯片給MOS管的控制極(柵極)加高電壓信號,MOS管就導通;加低電壓信號,MOS管就斷開。驅動芯片給MOS管的高/低信號是一個脈衝式的信號。當上MOS管導通之後,電感的輸出電壓從0 V上昇到1.2V需要一定的時間,高電壓信號也就要維持一定的時間,同時驅動芯片給下MOS管的低電壓信號也要維持相同的時間,這段時間叫做“脈衝寬度”。脈衝寬度決定了供給CPU的輸出電壓的高低:脈衝越寬,電壓就越高;反之,電壓就越低。
我們都知道,CPU在工作的時候,要經歷一個從負載到滿載的變化過程。然而,在CPU變化的過程中與之相對應的供應電流,變化也是非常大的。為了保證CPU在性能變化時有合適的電流供應,這就需要CPU的供電電路具有非常快速的反應能力,而這一快速反應能力自然就離不開供電電路系統中的場效應管(MOSFET管)、電感以及電容,(不同品牌的電子元件在性能表現上也會有差異),下面我們就針對這幾個方面分別談下。
PS:CPU供電電路最為合理的搭配是:最快速的場效應管(MOSFET管)、高磁通量粗導線的電感線圈、超低ESR的輸入輸出電容。
●MOS管的作用
MOS管有時也被稱為“場效應管”。在主板上的電源穩壓電路中,MOS管扮演的角色是判斷電位,為配件提供穩定的電壓。MOS管是根據PWM芯片的“命令”進行工作的,當產生寬度可調的脈衝信號時,MOS管的上橋和下橋就開始輪番導通。
當負載兩端的電壓(如CPU需要的電壓)降低時,MOS管的開關作用開始生效,外部電源對電感進行充電並達到其所需的額定電壓;當負載兩端的電壓昇高時,通過MOS管的開關作用,外部電源供電斷開,電感釋放出存儲能量,此時電感就變成了“電源”,繼續對負載供電。
隨著電感上存儲能量的不斷消耗,負載兩端的電壓又開始逐漸降低,外部電源通過MOS管的開關作用又要充電。這樣循環不斷地進行充電和放電,從而形成一種穩定的電壓,永遠使負載兩端的電壓不會昇高也不會降低。
上橋和下橋都可以通過並聯兩三顆代替一顆來提高導通能力,這樣一來,更多的MOS管可以減少承受熱量的時間,還能增加供電系統的穩定性。因此,對於普通消費者來說,一定程度上可以從MOSFET的數量來判斷供電電路的優劣。另外,由於MOS管承載電流較大,因此它也是主板積熱最高的地方,所以許多主板都在MOS管上加裝了散熱器,以起到輔助控制熱量作用。
●電感的作用
電感主要用來阻止電流的變化。電感具有蓄能特性,它能在一定時間內通過“通直流,阻交流”來抵御電流的變化。主板的穩定工作,離不開純淨、充足的電流。電感在濾波方面也起著不小作用:當原始電流經過電感,電感可以初步過濾掉一些高頻雜波,進而再轉交電容進一步過濾,淨化,拉平(把峰形波拉成方波)。
PS:當一根導線中擁有恆定電流流過時,總會在導線周圍激發恆定的磁場。如果我們把這根導線彎曲成螺旋線圈,螺旋線圈中就會產生磁場;如果把這個螺旋線圈放在某個電流回路中,當這個回路中的直流電變化時,電感中的磁場也會發生變化。變化的磁場會帶來變化的“新電流”,由於這個“新電流”同原來的直流電方向相反,從而在短時間內對直流電的變化形成一定的抵抗力。當兩種力達到平衡時,電流就會穩定下來。
目前,主板中常用的電感為全封閉鐵素體電感,這種電感的電氣性能要強於“裸體”電感,因為一體化的成型結構設計(利用鐵素體材料約束電感線圈的磁場)不僅能夠很好的避免噪音的產生,還能夠提供更高的電子阻抗、更低的工作溫度、更低的EMI電磁乾擾。全封閉鐵素體電感在增強本身性能的同時,還能獲得比傳統電感更長的壽命。
●電容的作用
電容作為儲存電荷的容器,它的作用是保證電源對主板及相關配件的穩定供電,過濾掉電流中的雜波,將純淨的電流輸出給cpu和內存等配件。電容對主板穩定性也有著較大的影響,尤其是主板供電電路所使用的電容,這部分電容主要對輸入電流做第一次過濾,如果這部分電容出現問題,將直接影響電腦的穩定性。
電容的組成方面,通常是由大小兩種電容構成。小電容一般指0.1μ或小於0.1μ的貼片電容,其規格為0805,主要是用來過濾高頻雜波,這種電容的頻率響應范圍比較大;大電容指的是1000μ以上的電容,它的頻響范圍主要在低頻區,所以一般用它來過濾低頻雜波。
電容的發展歷程,從液態電容發展到全固態電容。目前大部分的主板都采用了全固態電容。不同的電容品牌以及產地都會對電容的性能產生重要影響,一般來說,電容的性能趨勢是:日系電容>臺系電容>國產電容。
不過,並不是采用日系電容的主板超頻性就一定好,因為主板的超頻性能不僅和電容有關,還和主板電路設計、時鍾芯片、BIOS設計等都有關。
●多相供電的好處
隨著晶體管規模的提昇和制程的進化,芯片也向著低電壓、大電流的方向發展,處理器的“功耗”也從最初的80A轉變為100A甚至向120A邁進。然而,單相供電所能輸出的電流只能維持在30A左右,所以多相供電的技術就成為了必需。另外,隨著處理器頻率的不斷提昇,對處理器內部的高/低電壓之間的切換速度也有了更高的要求。想要實現高/低電壓之間的快速切換,就需要供電系統能夠提供強有力的保障。
在供電電路中使用多相供電,可以將電流平均分配到每一相,以便提供更大電流,從而滿足更高級處理器的工作需求。另外,由於每相供電平均分配電流,使得平均的工作時間和發熱量都能夠減少。多相供電不僅可以使輸出電壓更加平穩,還能有效降低電路溫度,延長電子元件壽命。一般情況下,主板CPU供電電路的“相數”越多越好,不過,相數越多,成本也越高,對設計也提出了更高的要求。
雙敏狙擊手TAC75 ULTRA3作為AMD APU最佳搭檔,專為AMD APU處理器設計了豪華的八項供電方案,且在用料方面全部采用日系固態電容及封閉式烤瓷電感,並搭配了一體式散熱片輔助控制熱量,在保證APU供電純淨穩定的同時,降低供電系統的溫度,保證平臺長期溫度運行。