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CPU供电电路基本常识

来源:本站整理 作者:东城影 时间:2013-09-10 15:17:29

介绍CPU供电电路的基本常识。 ①单相供电电路的组成和原理
CPU电路主要有PWM芯片,MOSEFT管,电感、电容四种元件。其中的MOSEFT管就是一个电子开关(如上图中的K1、K2),只不过开关的频率很高,每秒开关1万到1.5万次。电感和电容在这里起2个作用,储存电能和滤波。
左图是K1闭合,K2断开。12V直流电流经过电感给电容充电同时给CPU供电。电流经过电感的时候,由于电感的阻抗,从电感出来的电压不是12V,是从0V慢慢上升的。供给CPU的电压不会是12V。电流经过电感是有部分电能转换成磁能存储在电感中。电容充电也存储电能。右图是K1断开,K2闭合。12V供电电源断开。电感的原正极(+)端经K2与负极接通。电感把储存的磁能转换成电流释放出来,给电容充电和给CPU供电。此刻电感成为供电电源。电感提供的电压是很低的。前面说到,K1闭合时,12V直流经过电感时,电压是从0V慢慢上升的。所以K1闭合的时间越长,供给CPU的电压越高。控制K1和K2的开关时间就可以把12V电压降到适合CPU的电压。专业术语叫“占空比”。 K1、K2开关时间是由PWM芯片控制的,PWM的意思就是脉(冲)宽(度)调制。因为控制K1、K2(MOSEFT开关管)的信号是高电平是闭合(导通),低电平是关开(关断),这种高低电平信号由于时间很短,就像一个个脉冲。脉冲的宽度就是时间。所以叫做脉宽调制。脉宽调制是现在最常用的电压变换技术。PC的电源供应器就是利用脉宽调制把220V的交流电转换成PC用的各种直流低电压。 K1、K2是否还有同时“闭合”或同时“断开”的情况?同时“断开”是可以的,同时“闭合”是绝对不能允许的,因为同时“闭合”,12V的正极和负极就连接到一起,那就是“短路”了,供电电路要烧毁,CPU也会烧毁。为了防止出现K1、K2同时“闭合”导通情况出现,K1、K2轮流开关一次,就要同时都“断开”一次。同时“断开”的时间叫做“死区时间”,因为这段时间K1和K2都不工作,白白消耗电能,所以CPU供电电路的“死区时间”越短,效率就越高,也就越节能。从上面的原理介绍,我们明确以下3点: ●K1(上MOSEFT管,也叫“进”)和K2(下MOSEFT管,也叫“出”)是轮流开关的。 ●K1的负担较轻(导通的时间短,关断的时间长,为了降压),K2的负担最重(导通的时间长,关断的时间短,为了降压),所以K!一般会用1个,K2会用2个,一般习惯称之为“一进二出”。 ●MOSEFT管的开关频率越高,输出的电流越大,功率也就越高。供电电路的供电能力首先与每相的供电功率(电流)密切相关,相数的多少取决于单相的供电能力,还要看CPU需要的最大电流。比如现在的Intel功耗最大的CPU需要125安培电流。如果每一相可提供40安培,那么4相就足够了。如果每相能提供20安培,可能需要8相。这里请注意,“4相就足够了”,并不是指4相供电的总电流就是把每一相的供电电流加在一起。 ②多相供电电路结构和原理
PWM芯片输出1-4相控制信号给4颗驱动芯片,这4颗驱动芯片驱动4组MOSEFT轮流“开关”。下面我们在看看4相供电是如何工作的,一般人都会认为4相是同时工作的,其实不然,实际上,这些“相”也是轮流工作的,就是说某一时刻,只有1“相”工作,其他“相”都在休息。 我们看看4相供电的电压波形图。


上图表示出了4个时钟周期的4相供电,在每一个周期里,每1相仅工作1/4周期的时间,在一个周期里,4“相”轮流工作。控制这些“相”工作时序的也是PWM芯片。 PWM芯片不仅通过脉冲控制MOSEFT的“开关”,还控制着4相供电电路的工作时序。因此,决定供电相数的是PWM芯片,当然,也有通过驱动芯片或其他芯片扩展相数的。所以一般以电感的数量判断供电相数是不准确的。既然4相不是同时工作,4相总供电电流就不是简单的把每一相供电电流加在一起。每一相在工作时都是给电容充电,CPU实际上主要是从电容获取电流。电容就像水库,库容量越大,存储的电流越多,供电能力越强。区分供电的“相”就是看这些“相”工作时序是否相同,如果相同的,那么就属于同一相。比如有两组电感和MOSEFT,如果是工作时序不同的,就是两相,如果是工作时序相同的,就是1相(假2相)。那么供电能力40安培的1相供电,是否可以提供125安培的电流?从理论上讲只要电容够大,供电电路不断向电容充电,是可以的。但这是超负载工作,很累,供电电路很难长期承受超负载工作,增加供电相数就是增加向电容充电的充电器,使输入给电容的电流大于输出的电流,减轻1相供电的负担。从上面的原理介绍,我们明确以下6点:
●无论是几相供电,某一时刻只有1相工作。
●多相供电的实质是减轻单相的负载,提高给电容充电的能力,总电流不是简单的算术相加,相数越多并不代表供电能力高。
●供电电路有一个转换效率的问题,如果转换效率不是很高,那么相数较多的设计其实际供电能力未必会好过相数较少的设计。
●相数较多的设计使布线复杂化,越复杂越容易出毛病,如果解决不好会带来串扰效应(cross talk),影响主板在极端情况下的稳定性。
●供电元件都有一个可靠性,电容又是寿命最短的元件,而系统总体可靠性则是所有元件可靠性的乘积,元件越多则可靠性越低。
●相数、元件太多只会白白浪费其供电能力,增加制造成本。 看了这些 大家就好好研究一下市面上的那些有很多项CPU供电的主板吧

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