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CPU供電電路基本常識


來源:長沙電腦維修 發布時間:2010-02-24 01:19:12 查看次數:

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介紹CPU供電電路的基本常識。 ①單相供電電路的組成和原理 CPU電路主要有PWM芯片,MOSEFT管,電感、電容四種元件。其中的MOSEFT管就是一個電子開關(如上圖中的K1、K2),只不過開關的頻率很高,每秒開關1萬到1.5萬次。電感和電容在這里起2個作用,儲存電能和濾波。 左圖是K1閉合,K2斷開。12V直流電流經過電感給電容充電同時給CPU供電。電流經過電感的時候,由于電感的阻抗,從電感出來的電壓不是12V,是從0V慢慢上升的。供給CPU的電壓不會是12V。電流經過電感是有部分電能轉換成磁能存儲在電感中。電容充電也存儲電能。右圖是K1斷開,K2閉合。12V供電電源斷開。電感的原正極(+)端經K2與負極接通。電感把儲存的磁能轉換成電流釋放出來,給電容充電和給CPU供電。此刻電感成為供電電源。電感提供的電壓是很低的。前面說到,K1閉合時,12V直流經過電感時,電壓是從0V慢慢上升的。所以K1閉合的時間越長,供給CPU的電壓越高。控制K1和K2的開關時間就可以把12V電壓降到適合CPU的電壓。專業術語叫“占空比”。 K1、K2開關時間是由PWM芯片控制的,PWM的意思就是脈(沖)寬(度)調制。因為控制K1、K2(MOSEFT開關管)的信號是高電平是閉合(導通),低電平是關開(關斷),這種高低電平信號由于時間很短,就像一個個脈沖。脈沖的寬度就是時間。所以叫做脈寬調制。脈寬調制是現在最常用的電壓變換技術。PC的電源供應器就是利用脈寬調制把220V的交流電轉換成PC用的各種直流低電壓。 K1、K2是否還有同時“閉合”或同時“斷開”的情況?同時“斷開”是可以的,同時“閉合”是絕對不能允許的,因為同時“閉合”,12V的正極和負極就連接到一起,那就是“短路”了,供電電路要燒毀,CPU也會燒毀。為了防止出現K1、K2同時“閉合”導通情況出現,K1、K2輪流開關一次,就要同時都“斷開”一次。同時“斷開”的時間叫做“死區時間”,因為這段時間K1和K2都不工作,白白消耗電能,所以CPU供電電路的“死區時間”越短,效率就越高,也就越節能。從上面的原理介紹,我們明確以下3點: ●K1(上MOSEFT管,也叫“進”)和K2(下MOSEFT管,也叫“出”)是輪流開關的。 ●K1的負擔較輕(導通的時間短,關斷的時間長,為了降壓),K2的負擔最重(導通的時間長,關斷的時間短,為了降壓),所以K!一般會用1個,K2會用2個,一般習慣稱之為“一進二出”。 ●MOSEFT管的開關頻率越高,輸出的電流越大,功率也就越高。供電電路的供電能力首先與每相的供電功率(電流)密切相關,相數的多少取決于單相的供電能力,還要看CPU需要的最大電流。比如現在的Intel功耗最大的CPU需要125安培電流。如果每一相可提供40安培,那么4相就足夠了。如果每相能提供20安培,可能需要8相。這里請注意,“4相就足夠了”,并不是指4相供電的總電流就是把每一相的供電電流加在一起。 ②多相供電電路結構和原理 PWM芯片輸出1-4相控制信號給4顆驅動芯片,這4顆驅動芯片驅動4組MOSEFT輪流“開關”。下面我們在看看4相供電是如何工作的,一般人都會認為4相是同時工作的,其實不然,實際上,這些“相”也是輪流工作的,就是說某一時刻,只有1“相”工作,其他“相”都在休息。 我們看看4相供電的電壓波形圖。 上圖表示出了4個時鐘周期的4相供電,在每一個周期里,每1相僅工作1/4周期的時間,在一個周期里,4“相”輪流工作。控制這些“相”工作時序的也是PWM芯片。 PWM芯片不僅通過脈沖控制MOSEFT的“開關”,還控制著4相供電電路的工作時序。因此,決定供電相數的是PWM芯片,當然,也有通過驅動芯片或其他芯片擴展相數的。所以一般以電感的數量判斷供電相數是不準確的。既然4相不是同時工作,4相總供電電流就不是簡單的把每一相供電電流加在一起。每一相在工作時都是給電容充電,CPU實際上主要是從電容獲取電流。電容就像水庫,庫容量越大,存儲的電流越多,供電能力越強。區分供電的“相”就是看這些“相”工作時序是否相同,如果相同的,那么就屬于同一相。比如有兩組電感和MOSEFT,如果是工作時序不同的,就是兩相,如果是工作時序相同的,就是1相(假2相)。那么供電能力40安培的1相供電,是否可以提供125安培的電流?從理論上講只要電容夠大,供電電路不斷向電容充電,是可以的。但這是超負載工作,很累,供電電路很難長期承受超負載工作,增加供電相數就是增加向電容充電的充電器,使輸入給電容的電流大于輸出的電流,減輕1相供電的負擔。從上面的原理介紹,我們明確以下6點:
●無論是幾相供電,某一時刻只有1相工作。
●多相供電的實質是減輕單相的負載,提高給電容充電的能力,總電流不是簡單的算術相加,相數越多并不代表供電能力高。
●供電電路有一個轉換效率的問題,如果轉換效率不是很高,那么相數較多的設計其實際供電能力未必會好過相數較少的設計。
●相數較多的設計使布線復雜化,越復雜越容易出毛病,如果解決不好會帶來串擾效應(cross talk),影響主板在極端情況下的穩定性。
●供電元件都有一個可靠性,電容又是壽命最短的元件,而系統總體可靠性則是所有元件可靠性的乘積,元件越多則可靠性越低。
●相數、元件太多只會白白浪費其供電能力,增加制造成本。 看了這些    大家就好好研究一下市面上的那些有很多項CPU供電的主板吧

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