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标题: CPU供电电路基本常识 [打印本页]

作者: sunweipeng 时间: 2009-10-29 08:10
标题: CPU供电电路基本常识
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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-29 08:11
下图是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

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-29 08:11
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。

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作者: sunweipeng 时间: 2009-10-29 08:12
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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