從CPU多相供電到CPU供電電路的維修
從CPU多相供電到CPU供電電路的維修
昨天看了基地發過來的關于CPU供電電路的視頻(主板學員用的),現結合自己的經驗,談幾點自己的看法,希望與大家多多交流.本文文字主要來自網絡,個人作了一些修改.
一、PWM電路——實現CPU穩定供電的關鍵
ATX電源輸出的電壓包括 5V、 12V、 3.3V、-5V、-12V、 5VSB等等，需要通過DC→DC（直流→直流）轉換將這些電壓降壓后才能提供給CPU等部件使用，其中提供給CPU使用的是 5V或 12V電壓。隨著晶體管加工工藝的進步，CPU的工作電壓在不斷的降低，而CPU的功耗隨著頻率的提升卻是有增無減，因此CPU的供電電流越來越大，現在主流CPU的工作電壓在1.5V-1.6V左右，最大工作電流已達到了50A或更高，這種低電壓大電流的情況使得主板需要使用多相供電來滿足CPU工作的需求。 常見的DC→DC轉換方式有兩種：
1．線性調節
負載與電阻進行串接,通過分壓電阻分擔多余的電壓，保證負載上獲得較低的工作電壓，而實際電路上我們可以用三極管來代替分壓電路，通過控制三極管的導通來調整分擔電壓的多少，如果加入取樣和調整電路，還可以根據負載兩端電壓的變化自動調整三極管的導通程度，這樣無論外界電壓如何的變化，三極管都會自動調整自己所分擔的電壓，讓負載上的電壓保持恒定不變，這樣的電路就具備了穩壓的功能。
線性調節電路結構簡單，但分壓電阻串連在電路中就要通過與負載相同的電流，因此會消耗大量的能量并導致溫度上升，電壓轉換效率較低，尤其在CPU供電這種需要大電流的供電電路中，線性電源根本就無法勝任，必須使用特殊的DC→DC（直流→直流）轉換電路。
2．PWM（脈沖寬度調制）
先跟大家談談開關電源的原理。主板上CPU供電電路部分采用的是開關電源的方式，利用電感、電容等的充放電特性進行降壓、穩壓的，其原理示意圖如下：
圖2中K1開關閉合而K2開關斷開時，外部電源對電感進行充電，負載兩端并聯的電容起穩定負載兩端的電壓并讓電感充電的作用，當負載兩端電壓逐漸上升并達到額定電壓后K2閉合而K1斷開，電感接地并釋放出剛才充入的能量，這時電感就變成電源繼續對負載供電。隨著電感上儲存能量的消耗，負載兩端的電壓開始逐漸降低，此時K1閉合而K2斷開，外部電源重新對電感充電，負載兩端的電壓也開始逐漸升高。依此類推，只要控制好K1、K2閉合斷開的時間就能讓負載兩端的電壓在設定范圍內波動，需要輸出低電壓時就減少K1導通的時間而增加K2導通的時間，反之則增加K1導通的時間而減少K2導通的時間。如果加入取樣和調整功能，該電路就能通過這種轉換方式實現降壓、穩壓，同時還能為負載提供足夠大的電流，而且避免了線性電源在電路中串接電阻部分消耗大量能量的問題。
實際電路中是使用開關速度極快的MOSFET（場效應管）來作為開關，并使用專門的供電控制芯片（PWM控制器芯片）來控制MOSFET的導通、斷開以及調整電壓輸出。送往MOSFET的開關脈沖信號的頻率往往是固定的，通過調整每個周期中“開”、“關”信號的比例來控制MOSFET的導通與關閉，就能實現對輸出電壓的調整。這種采用脈沖寬度調制方式調整電壓輸出的電路就稱為PWM（Pulse Width Modulation）電路，它具有轉換效率高、響應速度快等特點，還能實現過壓、過流保護等功能。電源、CPU供電電路等都是采用PWM方式工作的。
二、單相、多相供電的原理及應用
圖3是CPU核心供電電路原理的簡單示意圖，其實就是一個簡單的開關電路。電源電壓（ 5V或 12V）通過一個由電感線圈和電解電容組成的輸入端LC濾波電路，然后進入MOSFET管組成的電路，MOSFET管受PWM控制器的控制輪流導通從而輸出所要求的電壓和電流，再經過L1和C1（EMI濾波電容）組成的LC濾波電路后，就可以得到比較平滑穩定的電壓曲線，在輸出端達到電壓要求，這就是大家常說的“多相”供電中的“一相”。
而現在的主板一般都采用了多相供電，這是因為單相供電一般只能提供最大25A－30A左右的持續電流，而現在主流處理器的需求早已超過了這個數字，功率可以達到70W－80W，工作電流甚至達到45A－50A，而啟動時瞬間電流還要大！單相供電已無法滿足需求，因此多相供電應運而生。多相供電的作用，首先就是為CPU提供足夠可靠的電能；其次是由于分流的作用使得每路MOSFET管的負擔也減輕了，從而降低了供電電路的溫度，使主板運行更加穩定；而且從圖3中可以看出，一對輪流開關的MOSFET管就能構成CPU的電源電路，此時負載上的電壓總是在一定幅度內圍繞著額定電壓上下波動（圖4），產生的波紋比較大，如果在負載電壓開始降低的時候再讓另一對MOSFET管對電感線圈進行充電，那么輸出端電壓上下波動的幅度就會進一步降低，依此類推，加入更多的MOSFET管就能為CPU提供更加穩定的電壓、更加強勁的電流。多相供電的好處就體現在這些地方了。 www.dngz.net
因此，現在主板的供電電路設計都采用了兩相甚至多相的設計，以滿足高功耗CPU的需求。不少主板廠商在設計兩相、三相電路時，仍然選用了具備四相輸出能力的PWM控制器芯片，此外還需要專門搭配幾個從屬驅動芯片才能驅動MOSFET管工作，此時由PWM控制器芯片向從屬驅動芯片輸出相位控制信號，而從屬驅動芯片向MOSFET管輸出PWM脈沖信號。各MOSFET管按照一定的相位順序輪流導通，經過平滑濾波后，在輸出端達到電壓要求，為負載供電。圖5是一個四相供電電路的示意圖，其實就是由四個單相電路并聯而成，每相都有一顆從屬驅動芯片。
