主板供电.doc

主板供电全解析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( PWM Controller )、 MOSFET 驱动芯片( MOSFET Driver )、每相的 MOSFET 、每相的扼流圈( Choke )、输出滤波的电解电容( Electrolytic Capacitors )、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。(图) PWM 控制器( PWM Controller IC) 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。 MOSFET 驱动芯片( MOSFET Driver ) MOSFET 驱动芯片( MOSFET Driver )。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。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。 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 。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。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 、 POWER SO-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。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。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。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 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 微亨要小很多。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。输出滤波的电解电容( Ele