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CPU供电电路设计看主板


     相信大家看主板导购文章的时候经常听到说这块主板是三相供电,那块是两相供电的说法,而且一般总是推荐三相供电的主板。那么两相三相到底代表什么,对于普通消费者来说应该怎么选择呢?本文将就这个问题展开,尽量让大家能够自己分辨出主板到底几相供电,并且提供一点购买建议。  

CPU供电电路原理图

我们知道CPU核心电压有着越来越低的趋势,我们用的ATX电源供给主板的12V,5V直流电不可能直接给CPU供电,所以我们要一定的电路来进行高直流电压到低直流电压的转换,这种电路不仅仅用在CPU的供电上,但是今天我们把注意力集中在这里。我们先简单介绍一下供电电路的原理,以便大家理解。

一般而言,有两种供电方式。

1.线性电源供电方式

通过改变晶体管的导通程度来实现,晶体管相当于一个可变电阻串接在供电回路中。




上图只要是学过初中物理的都懂,通过电阻分压使得负载(这里想像为CPU)上的电压降低。虽然方法简单,但由于可变电阻与负载流过相同的电流,要消耗掉大量的能量并导致升温,电压转换效率非常低,一般主板不可能用这种方法。

2.开关电源供电方式

我们平时用的主板基本都用这种方式,原理图如下。




其工作原理比刚刚的电路复杂很多,笔者只能简单说说:ATX供给的12V电通过第一级LC电路滤波(图上L1,C1组成),送到两个场效应管和PWM控制芯片组成的电路,两个场效应管在PWM控制芯片的控制下轮流导通,提供如图所示的波形,然后经过第二级LC电路滤波形成所需要的电压了。

上图中的电路就是我们说的“单相”供电电路,使用到的元器件有输入部分的一个电感线圈、一个电容,控制部分的一个PWM控制芯片、两个场效应管,还有输出部分的一个线圈、一个电容。强调这些元器件是为了后文辨认几相供电做准备。

由于场效应管工作在开关状态,导通时的内阻和截止时的漏电流都较小,所以自身耗电量很小,避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。

多相供电的引入

单相供电一般能提供最大25A的电流,而现今常用的处理器早已超过了这个数字,单相供电无法提供足够可靠的动力,所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。




上图就是一个两相供电的示意图,其实就是两个单相电路的并联,因此它可以提供
双倍的电流。




三相供电当然就是三个单相电路并联而成的,因此可以提供三倍的电流。  
上图是一个典型的三相供电电路,读者抓住本质的话,就可以看到此图和上面图片的一致。

区分两相和三相

有些用户很关心怎么从主板上看出到底是两相还是三相供电。一般的读者可能会说通过在CPU插槽附近的供电电路有多少电感线圈来判断。这种说法有它的道理,但不太全面。笔者这里提供更加合理的方法供大家借鉴。 
 
1.根据元器件的数量来分辨

首先我们要找到主板CPU插槽附近的供电电路,下图是一个典型的三相供电电路。一般来说,判断标准是一个线圈、两个场效应管和一个电容构成一相电路。图中上面三个是电容(右边那个不算),中间被散热片覆盖的是场效应管,下面三个是线圈,大家要认准了。




再看一个两相供电电路,可以看到有两个电容(中间有一个竖的线圈,这个是一级电感),四个场效应管。




总结来说,电容的个数并不一定。看到一个电感加上两个场效应管就认为是一相。但是近来也有并联多个电感或者多个场效应管的情况发生,这个时候就要综合考虑,挑数目少的那种元器件来判断。顺便说一句,因为很多情况第一级电感线圈也做在附近,所以一般也有线圈数目-1=相数的说法。上面两个例子里面我们都看到多出一个电感。 2I/4我们再看一个例子,下图中有三个电感,六个场效应管,但它不是三相供电的,而是两相,因为左边的电感是一级电感,所以这里用两个电感和六个场效应管构成的是两相供电电路。




三相VS两相

  首先要强调除去设计导致的不稳定因素,三相供电总是好过两相供电的。

  三相的好处很多:

  1.可以提供更大的电流,当然笔者认为不能简单认为可以提供的电流成倍增长,因为电感,场效应管本身的选择也对能够承受的最大电流产生重要影响,选择承载电流强度大的元器件同样可以提高电流的承载能力,但是三相供电能够提供更大电流毋庸置疑。

  2.可以降低供电电路的温度,因为电流多了一路分流,每个器件的发热量自然减少了。其实供电电路是主板上温度最高的区域之一,甚至比处理器本身还热,有很多厂家已经对这部分电路增加散热措施,如果长时间工作在高温下,显然对器件不利,对主板的稳定不利。三相电路可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流,以维持各功率组件的热平衡,在器件发热这项上三相供电具有优势。

  3.利用三相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定。




上图反映了三相供电滤波之后的电压比两相更加平滑,更加稳定。

  当然三相供电也有一些缺点,在成本上,三相总是大一些。对设计的要求也更高一些。而且一般说来元器件越多越不利散热,出现故障的概率越大,相互之间的干扰也较高,而且笔者已经说了,元器件的选择同样重要,如果因为三相供电对元器件的要求降低的话,效果到底是怎样就不一定了。

选购策略

  笔者经常看到一些网友对供电很重视,而且很偏执的认为一定要选择三相。其实我们都知道,一款成功的产品出厂的时候必定经过多次测试,不可能因为供电模块使用两相而导致不稳定,在设计阶段厂商肯定会考虑到这一点。而且,使用什么供电策略,使用什么元器件都是主板工程师们决定的,只要稳定,只要设计合理,没有理由拒绝两相供电的产品。

  当然我们再次强调,同样设计下的三相供电理论上优于两相供电,而且一般三相供电的控制芯片总是优于两相供电的控制芯片,在功能上也是如此,这样一来在很大程度上保证日后升级新处理器的时候有优势。

  所以笔者的意见是不要盲目相信三相供电的炒作广告,也不要盲目相信所谓两相更稳定的说法,我们选购主板的时候还是应该更关注品牌,关注口碑。而且供电电路只是主板上的小小部分而已,整块主板的运行情况并不由它决定。

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