先讲一下CPU的供电方式。
大家都知道PC使用的电源能够提供12v、5v、3.3v的电压。可是现在的CPU都是1.4-1.8v左右的电压,甚至更低。那么主板是如何转换的呢?
根据高中物理知识,首先想到的就是在供电电路里串联一个可变电阻,这样到达负载端(CPU)时电压可以下降到需要的数值。但是这样做的坏处就是分压电阻上会消耗大量电能并散发大量热量,在如今是完全不可行的。现在普遍的设计是PWM开关电路,一般由MOSFET管、PWM IC芯片、扼流线圈和滤波电容等部分完成。
在启动时,主板BIOS将CPU所提供的VID(默认电压)信号送到PWM芯片,如果主板BIOS具有可设定CPU电压的功能,主板会按设定的电压与VID的对应关系产生新的VID信号代替默认电压信号送到PWM芯片。然后PWM芯片将其转换为基准电压,发出脉冲信号控制MOSFET场效应管轮流导通和关闭。当如CPU需要的电压(VCORE)降低时,通过MOSFET管的开关作用,外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当VCORE升高时,通过MOSFET管的开关作用,外部电源供电断开,电感释放出刚才充入的能量对CPU供电。随着电感上存储能量的消耗,VCORE开始逐渐降低,外部电源通过MOSFET管的开关作用再充电。依此类推在不断地充电和放电的过程中就行成了一种稳定的电压,使CPU的电压保持在一个允许的很小范围内。另外由于MOSFET管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,不存在浪费大量电能的问题。
明白了主板对CPU供电的原理,下面再讲讲3相供电为何物。
简单的说,“一相”就是由1个扼流线圈、1~2个MOSFET场效应管和一组一定数量一定容量的滤波电容组成的供电回路。“n相供电”就是由上面n个“一相”回路并联输出,并和PWM IC控制芯片组合起来的供电电路。
其中,每相的扼流线圈是不能少的,它的作用前面已经讲过是作为储能电感使用并与相接的电容组成LC振荡电路,说白了也就是CPU“真正的”电源。MOSFET场效应管全名巨长,叫“金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor )”,其作用前面也讲过了主要是起开关作用控制电感的充放电。我们现在常说看主板是几相只要看有几个MOSFET管,除以2就是相数。这个判断方法现在来说基本适用,但是放到以前P2时代就有问题了,那时的主板很多都是每相一个MOSFET管。为什么会这样呢?这要从CPU的进步和MOSFET本身的发热来说了。大家从prescott知道了FMB1.5和VRM10.0规范,也就是对主板支持电压和电流输出能力的要求,这是由于新的高端CPU集成晶体管越来越多功耗越来越大,但是电压却在逐年下降,因此实际电流不断在提高。而另一方面,主板上用的MOSFET管在持续导通电流大于20A时发热很厉害,温度非常高,长时间使用高热量引起的升温又导致MOSFET管导通电阻增加可达平时的两倍以上,将使管耗增加,再致温度增高,如此恶性循环,如果此时再不注意机箱散热就要冒烟了。 再一方面,MOSFET管高温时导通电阻增加将使作为CPU供电电源的LC电路内阻增加,使对CPU供电非常重要的电流瞬态响应指标降低,导致CPU工作不稳定。因此,随着CPU功率和电流的大幅攀升,主板制造商采用了每相双MOSFET管的设计,两个MOSFET管交替工作,这样可以大幅缓解MOSFET管的高温。除此之外,越来越多的厂商和DIYer为MOSFET管添加了散热片辅助散热,技嘉甚至推出了外接的第二供电系统插卡和MOSFET管风扇,升技也推出了颇有新意的OTES整体散热方案。
很多朋友喜欢降压超频,其实如果理解了主板供电的方式就应该知道降压超频的原理:同样的CPU,在相同主频下晶体管的内阻基本不变,根据公式P=U2/R,功率与电压平方成正比,电流与电压成正比,因此可以推断此时CPU的发热量能够大幅减少,内部电流也能得到控制。举个例子:1.65v下3200+的功率假设为66w,此时电流为40A,如果降压到1.5v,则功率可以下降到54.5w,而电流也减小为36A。这一方面可以降低CPU工作温度,提高系统稳定性;另一方面能缓解电子迁移现象,延长CPU寿命;再一方面电流减小后对主板供电方面的要求也得以降低,这种好处在用料做工良好的3相供电主板上可能还得不到体现,但是在2相供电主板上就值得关注了。这需要作一个计算:主板PWM电路中电感线圈的铜线线径一般在1.3-1.4mm左右,可以算出线截面为1.5平方毫米。根据公式I=φS(φ——导体的电流密度,电感线圈一般取6~10安培每平方毫米,持续超过10安培每平方毫米后发热就有点高了。S——导体的横截面积)可知每相的持续电流输出能力为15A左右,一般最大22~23A(但不能长期运行)。所以我们就能够推算出2相供电的主板在CPU电压为1.65v时额定输出功率为1.65v*15A*2=50w左右,最大功率能够支持到1.65v*22A*2=73w。而三相供电的主板在1.65v时则能够支持74-109w的功率,差距还是很大的。结合上面降压超频的实例,在主板供电电流紧张的时候适当降压也有助于主板供电电路的稳定。
当然了,现在也有一些厂家为了降低成本,虽采用2相供电,但是可能采用更粗线径的电感线圈(还美其名曰符合intel VRM10.0规范的“线圈单股粗线绕制”),理论上同样也能达到更高的电流输出能力。但是不可否认的是,相数越多供电输出的波头越多,输出的CPU电压波动也越小, 经过滤波后直流电的纹波系数就会越小,因此供电质量更高。同时,由于电源供应是并联的n相平均分担,相数较多时可以比较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,从而有效地控制PWM供电电路自身的发热量,这对降低主板温度是非常有利的。因此有些厂商宣传的2相足够,3相多余的理论不能说错误,但至少是片面的,同样价钱为什么不买3相的呢?
说了这么多大家是否真正明白? |