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昨天看了基地发过来的关于CPU供电电路的视频(主板学员用的),现结合自己的经验,谈几点自己的看法,希望与大家多多交流.本文文字主要来自网络,个人作了一些修改.
一、PWM电路——实现CPU稳定供电的关键
ATX电源输出的电压包括 5V、 12V、 3.3V、-5V、-12V、 5VSB等等，需要通过DC→DC（直流→直流）转换将这些电压降压后才能提供给CPU等部件使用，其中提供给CPU使用的是 5V或 12V电压。随着晶体管加工工艺的进步，CPU的工作电压在不断的降低，而CPU的功耗随着频率的提升却是有增无减，因此CPU的供电电流越来越大，现在主流CPU的工作电压在1.5V-1.6V左右，最大工作电流已达到了50A或更高，这种低电压大电流的情况使得主板需要使用多相供电来满足CPU工作的需求。
常见的DC→DC转换方式有两种：
1．线性调节
负载与电阻进行串接,通过分压电阻分担多余的电压，保证负载上获得较低的工作电压，而实际电路上我们可以用三极管来代替分压电路，通过控制三极管的导通来调整分担电压的多少，如果加入取样和调整电路，还可以根据负载两端电压的变化自动调整三极管的导通程度，这样无论外界电压如何的变化，三极管都会自动调整自己所分担的电压，让负载上的电压保持恒定不变，这样的电路就具备了稳压的功能。
线性调节电路结构简单，但分压电阻串连在电路中就要通过与负载相同的电流，因此会消耗大量的能量并导致温度上升，电压转换效率较低，尤其在CPU供电这种需要大电流的供电电路中，线性电源根本就无法胜任，必须使用特殊的DC→DC（直流→直流）转换电路。
2．PWM（脉冲宽度调制）
先跟大家谈谈开关电源的原理。主板上CPU供电电路部分采用的是开关电源的方式，利用电感、电容等的充放电特性进行降压、稳压的，其原理示意图如下：
图2中K1开关闭合而K2开关断开时，外部电源对电感进行充电，负载两端并联的电容起稳定负载两端的电压并让电感充电的作用，当负载两端电压逐渐上升并达到额定电压后K2闭合而K1断开，电感接地并释放出刚才充入的能量，这时电感就变成电源继续对负载供电。随着电感上储存能量的消耗，负载两端的电压开始逐渐降低，此时K1闭合而K2断开，外部电源重新对电感充电，负载两端的电压也开始逐渐升高。依此类推，只要控制好K1、K2闭合断开的时间就能让负载两端的电压在设定范围内波动，需要输出低电压时就减少K1导通的时间而增加K2导通的时间，反之则增加K1导通的时间而减少K2导通的时间。如果加入取样和调整功能，该电路就能通过这种转换方式实现降压、稳压，同时还能为负载提供足够大的电流，而且避免了线性电源在电路中串接电阻部分消耗大量能量的问题。
实际电路中是使用开关速度极快的MOSFET（场效应管）来作为开关，并使用专门的供电控制芯片（PWM控制器芯片）来控制MOSFET的导通、断开以及调整电压输出。送往MOSFET的开关脉冲信号的频率往往是固定的，通过调整每个周期中“开”、“关”信号的比例来控制MOSFET的导通与关闭，就能实现对输出电压的调整。这种采用脉冲宽度调制方式调整电压输出的电路就称为PWM（Pulse Width Modulation）电路，它具有转换效率高、响应速度快等特点，还能实现过压、过流保护等功能。电源、CPU供电电路等都是采用PWM方式工作的。
二、单相、多相供电的原理及应用
图3是CPU核心供电电路原理的简单示意图，其实就是一个简单的开关电路。电源电压（ 5V或 12V）通过一个由电感线圈和电解电容组成的输入端LC滤波电路，然后进入MOSFET管组成的电路，MOSFET管受PWM控制器的控制轮流导通从而输出所要求的电压和电流，再经过L1和C1（EMI滤波电容）组成的LC滤波电路后，就可以得到比较平滑稳定的电压曲线，在输出端达到电压要求，这就是大家常说的“多相”供电中的“一相”。
而现在的主板一般都采用了多相供电，这是因为单相供电一般只能提供最大25A－30A左右的持续电流，而现在主流处理器的需求早已超过了这个数字，功率可以达到70W－80W，工作电流甚至达到45A－50A，而启动时瞬间电流还要大！单相供电已无法满足需求，因此多相供电应运而生。多相供电的作用，首先就是为CPU提供足够可靠的电能；其次是由于分流的作用使得每路MOSFET管的负担也减轻了，从而降低了供电电路的温度，使主板运行更加稳定；而且从图3中可以看出，一对轮流开关的MOSFET管就能构成CPU的电源电路，此时负载上的电压总是在一定幅度内围绕着额定电压上下波动（图4），产生的波纹比较大，如果在负载电压开始降低的时候再让另一对MOSFET管对电感线圈进行充电，那么输出端电压上下波动的幅度就会进一步降低，依此类推，加入更多的MOSFET管就能为CPU提供更加稳定的电压、更加强劲的电流。多相供电的好处就体现在这些地方了。 www.dngz.net
因此，现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计，以满足高功耗CPU的需求。不少主板厂商在设计两相、三相电路时，仍然选用了具备四相输出能力的PWM控制器芯片，此外还需要专门搭配几个从属驱动芯片才能驱动MOSFET管工作，此时由PWM控制器芯片向从属驱动芯片输出相位控制信号，而从属驱动芯片向MOSFET管输出PWM脉冲信号。各MOSFET管按照一定的相位顺序轮流导通，经过平滑滤波后，在输出端达到电压要求，为负载供电。图5是一个四相供电电路的示意图，其实就是由四个单相电路并联而成，每相都有一颗从属驱动芯片。
此外，还有如图6所示的这种四相供电电路，由于从属驱动芯片具备双路驱动能力，可以驱动两路（例如四颗）MOSFET管，所以从属驱动芯片只需要两颗即可。
说到这里，再谈谈如何准确判断是几相供电。一般来说，所谓“一相”是由至少1个电感、2颗MOSFET管以及一定数量的滤波电容组成，而几相就是由几组这样的组合构成。当然，还有每相2个电感、3或4个MOSEFT管的设计。注意在CPU插座周围一侧可能有单独的一个电感，那个不是单独属于某一相回路的，而是在供电电路中分流到每相回路之前的LC滤波电路中的。
其实多相供电的效果与提高MOSFET管开关速度的作用基本相同，但是PWM控制器芯片所能输出的脉冲频率是不能随意提高的，只能通过特殊电路对脉冲信号的相位进行延迟而输出多路相位不同的脉冲信号。多相供电利用频率相同但相位不同的多路脉冲信号来分别驱动不同的MOSFET管（图7），这样只要使用较低频率的脉冲信号就能获得很好的稳压效果。
例如对于四相供电设计来说，四个脉冲信号的频率虽然相同，但是相位相差360/4＝90度，迭加的效果类似于将脉冲信号频率提升到四倍（图7），使输出端波纹系数大大减小
上面全是CPU供电路的原理,下面谈谈本人在实践中如何利用原理来进行维修的.
一:观察发,看电容,电感有没有坏的(当然电感坏的少,电容坏的怎么看不用说了吧.)因为在供电电路中电容和电感的作用我个人认为是很像似的,都是滤波和储能,基地的资料上只说L2有储能作用,其实我个人认为那个滤波电容同时也是在储能的,起到稳压的作用.为L2放电时提供稳压作用.还有要说的一点就是,这多相供电中,只要有任何一相出现问题,CPU工作电压就会不正常,因为它们是轮流通导给CPU供电的,不是同时的.还有就是电容的代换问题,耐压值只能大不能小，容量上下波动不过１０个点．有人会问容量大些不行吗？？那我们还是来分析原理看可不可以．电容在电路中的作用是滤波和储能，从储能的角度来看，好像是越大越好，这也是很多人认为主板上ＣＰＵ供电部分大电容越多主板越好的原因．但是我们从滤波的角度上来看，大电容滤波是会漏掉很多波形的．所以当你把主板上的1000μ换成2000μ可能主板就启动不了啦．
二：电路分板法，从ＣＰＵ的供电电路图我们可以看出，主要是由ＰＷＭ电路，电感，电容，ＭＯＳ管．所以重点看这些的ＩＣ和元件的工作条件，比如ＰＷＭ，看它的开启信号，工作电压，时钟．只有这些都正常我们才能判断ＰＷＭ本身是否有问题．我们来举个实例：如果ＣＰＵ无ＶＣＯＲＥ：我们先看Ｌ１电感和电源芯片的电压输入脚有没有电压，如果没有，查１２Ｖ供电到电感之间的线路．如果有，再看上管Ｇ极有无电压，如果没有，看查电源芯片的ＶＩＤ信号，如果有ＶＩＤ没有输出，那么重点看ＰＷＭ芯片了．如果芯片好，Ｄ极有电压，Ｇ极也有控制电压，无ＶＣＯＲＥ，那么就只能是ＭＯＳ管的问题了．
[ 本帖最后由 徐浩军 于 2008-10-31 19:03 编辑 ] |
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狗仔卡
发表于 2008-10-31 17:47:33
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