第二章 CPU供电

会员852245

第二章　CPU供电
2.1　CPU供电标准
CPU是计算机最关键的部件，CPU工作电压的稳定性和精确性将直接影响到整机的性能。质量不合格的CPU供电不仅影响计算机系统的稳定，严重的还会烧毁CPU和主板。
目前标准的主板CPU供电都采用PWM模式和参照VRM标准，先进的还采用了Intel的VRD10.1
PWM，Pulse-Width Modulation， 脉宽调制，就是利用脉冲控制信号控制开关MOS管产生方波经滤波后形成平直电流。
VRM， Voltage Regulator Module ，电压调节组件，就是利用控制脉宽调制模式调节CPU电压的控制器。Intel为其制定了一系列的标准，目前最新的标准是VRM10.0，我们这里所用到的是VRM9.0。
2.2　CPU供电原理
采用PWM模式供电的原理图如下：
　　12V电源通过由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个MOS管组成的开关电路，此电路受到PMW控制器（控制MOS管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求）的控制输出所要求的电压和电流，图中箭头处的波形图可以看出输出随着时间变化的情况。此方波再经过L2和C2组成的滤波电路后，得到平滑稳定的电压，这个稳定的电压就是供给CPU的核心（Core）电压。

采用原理图所示的电路最多不过能产生25A的电流，而现在的P4　CPU功率达到70~80瓦，电流也达到50A以上。实际应用的供电电路中一般都采用不止一组MOS管，而是用2到3组甚至4组MOS管供电。这就是我们平常说的“多相”供电。2相供电原理图如下：












2.3　VRM9.0
　　不同型号的CPU其核心工作电压不同，在设计时就已按VRM标准设定。VRM模块的输出电压由VID（0..4）5个电压识别（Voltage ID ）信号控制。根据VID电平高低的组合，按照VRM9.0标准设计的VRM模块的输出电压范围为1.100~1.850。具体的VID组合和输出电压对照如下：
2.4　CPU供电电路模式
　　以目前使用最多的3相供电为例来说明CPU供电电路的模式。一般有两种，如图：







模式一中CPU根据自身工作电压的需要发出VID组合代码给VRM，将VRM的部分VID信号电压拉低。VRM依据VID组合代码发出3路占空比相同但相位相差120度的脉冲信号。这3路脉冲信号每路两个，相位正好相反，即一个为高电平时另一个为低电平。每一路脉冲信号分别驱动每组MOSFET的的导通与截止，将12V的电源转换为方波输出。再经过电感和电容组成的整流滤波电路，变成CPU所需要的平滑稳定的直流电源。电源的电压和电流可以通过调整脉冲信号的占空比和频率来改变，这就是所谓的脉宽调制模式。
模式二和模式一的不同在于模式二把VRM模块分为了2级。第一级只根据VID的组合发出3个脉宽调制信号，称之为PWM模块。第二级为驱动级，由3个相同的驱动模块组成。驱动模块的作用是将脉宽调制信号分为两个脉冲信号，将其中一个提高脉冲电压输出，将另一个反向输出。输出的这两个反向的脉冲信号就如模式一中的一样驱动MOS管工作，产生CPU电压。
2.5　典型CPU供电电路
该电路是由ADP3165芯片组成VRM的第一级，3个ADP3418芯片组成VRM第二级的目前使用较多的典型电路P4 CPU供电电路。因为现在主流CPU的功率都比较大， VRM9.0标准要求输出电流要达到60A，所以P4主板的VRM系统由ATX P4 Power提供一个专用的12V电压供电。
工作过程：
1.CPU拉低部分VID电平，ADP3165，U2开始工作，从Pin16、Pin17和Pin18输出3路PWM信号分别给ADP3418：U30、U31、U32。
2. ADP3418将第二脚输入的PWM信号驱动为DRVH和DRVL两个反相的脉冲信号从Pin8和Pin5输出。
3.每组脉冲信号分别连接两个N型MOS管的栅极，控制其导通与截止。
4.＋12V电源在高端MOS管导通时输出，在低端MOS管导通时截止，故在电感L6、L7、L8的左端输出为方波。
5.方波经过电感L6、L7、L8和右端的电容组成的整流滤波电路成为平稳的直流电VCCP供给CPU。
6.VCCP经过反馈电路，即通过电阻R736到达U2的Pin9。
7.U2检测到CPU电压VCCP达到标准后通过Pin11输出VRMPG信号给主板其它组件，表示CPU供电正常。
2.6　CPU供电电路波形分析
（1）脈寬調制信號的驅動輿轉換：
　　　A到B、C
　　A点　PWM信号，平均电压和峰－峰值都比较低。


B点　DRVH信号，平均电压低，峰－峰值高。


C点　DRVL信号，平均电压高，峰－峰值低。


AB相位相同；BC相位相反；ABC频率相等

（2）三路脈寬調制信號的比較：
三相PWM信号波形频率相同，相位相差三分之一周期，即120度。

（3）直流到直流的電壓轉換：
1點、2點、3點，12V直流到脈沖交流到VCCP直流







＋12V直流电压转换为峰峰值19V
平均值1.2V的方波








峰峰值19V平均值1.2V的方波
转换为1.2V的直流电






（4）輸出方波輿反饋信號的比較：
2點：輸出方波；4點：反饋波形
CH2测量的是2点即SW信号，CH1测量的是4点即BST信号。两者波形，频率、峰峰值相同，平均电压BST比SW高约10V。
2.7　典型CPU供电电路芯片分析
（1）ADP3165
ADP3165引脚图如下：










ADP3165功能模塊图如下：













ADP3165芯片为TSSOP封装，20Pin，各引脚功能如下：
Pin1-5，VID4-VID0 ，电压识别输入。由内部的3V电压上拉保持为高电平。当有电压被拉低时VRM开始工作。
Pin6，SHARE，电流共享输出。与另一个VRM系统的SHARE信号连接，分配两个VRM系统的输出电流。一般为悬空。
Pin7，COMP，错误放大输出。当其电压小于0.8V时将使整个VRM系统的震荡器停止工作，即输出给CPU的电压为0V。
Pin8，GND，接地脚。FB,REF 和 VID DAC部分的参考接地。
Pin9，FB，反馈输入。侦测VRM输出电压，号调整输出电压的精确性。
Pin10，CT，电容脚。接一电容，容值决定VRM脉宽调制信号的频率。
　　Pin11，PWRGD，电源OK输出。VRM输出电压达到稳定合格标准时输出。
Pin12-13，CS+、CS-，电流感应输入。侦测VRM输出电流。
Pin14，PGND，电源接地。所有电源和逻辑输出信号的参考接地。
Pin15，PC，相位控制输入。控制脉宽调制信号输出相数和每相的相位。
Pin16-18，PWM3-PWM1，脉宽调制信号输出。分别控制3相脉冲信号驱动器。
Pin19，REF，参考电压输出。3.0V，一般通过一个电阻连接COMP信号脚。可以作为放大器的校准电压。
Pin20，VCC，工作电压。 ADP3165芯片的工作电压输入脚。
（2）ADP3418
ADP3418的引脚图如下：









ADP3418功能模塊图如下











ADP3418芯片为SOP封装，8Pin，各引脚功能如下：
Pin1，BST，自激供给电压输入。一个动态的自激荡电压，供给MOSFET驱动信号的驱动开关。
Pin2，IN，脉宽调制信号输入。初级驱动信号，提供两个脉冲信号的输出。
Pin3，OD，输出禁止。当此电压为低时禁止DRVH、DRVL输出。
Pin4，VCC，工作电压。 ADP3418芯片的工作电压输入脚。
Pin5，DRVL，同步校正输出。驱动低端MOSFET。
Pin6，PGND，电源接地。电源和信号的参考接地。
Pin7，SW，开关信号输入。监控高端MOSFET输出的开关电压。
Pin8，DRVH，脉冲驱动信号输出。驱动高端MOSFET。

会员894108

感谢 楼主

会员822535

谢谢楼主的分享

会员421359

看不到图，在我的电脑上

会员157538

我也看不到图片

会员1002481

还是没有看到图片。。。

会员191458

值得学习，看来我得多看看，是要好好学了