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PC的主板是如何给CPU和GPU供电的?

时间:02-10 来源:expreview 点击:

低电源转换效率越高)以及承受温度(所能承受的温度上限),原则上来说最大电流越大、最大电压越高、导通电阻越低、承受温度越高的MosFET品质越好。当然了完美的产品并不存在,不同MosFET会有不同优势,选择什么样的MosFET是需要从实际情况出发考虑的。

在开关电源供电电路中,MosFET是分为上桥和下桥两组,运作时分别导通。而有注意MosFET布置的玩家可能会发现,多数开关电源供电电路中的上桥MosFET往往在规模上不如下桥MosFET,实际上这个与上下桥MosFET所需要承担的电流不同有关。上桥MosFET承担是的外部输入电流,一般来说是12V电压,因此在同样功率的前提下,上桥MosFET导通的时间更短,承担的电流更低,所需要的规模自然可以低一些;而下桥MosFET承担的是CPU或GPU的工作电压,一般来说仅在1V左右,因此在相同功率的环境下,其承担的电流是上桥MosFET的10倍, 导通的时间更长,所需要的规模自然更高了。

而除了常见的分离式MosFET布置外,我们还会看到有整合式的MosFET,这种MosFET我们一般称之为DrMos,其上桥MosFET以及下桥MosFET均封装在同一芯片中,占用的PCB面积更小,更有利于布线。同时DrMos在转换效率以及发热量上相比传统分离式MosFET有更高的优势,因此其常见于中高端产品中。

不过DrMos也不见得一定就比分离式MosFET更好,实际上由于DrMos承受温度的能力较高,因此当它的温度超过承受值并烧毁的时候,往往还会进一步烧穿PCB,致使整卡完全报废。而分离式MosFET由于承受温度的上限较低,因为过温而烧毁时,往往不会破坏PCB,反而会给产品留下了"抢救一下"的机会。当然了最佳的做法是不让MosFET有机会因为过温而烧毁,因此显卡显卡上往往也会给供电电路配置足够的散热片。

另外值得一提的是,同样规格的MosFET实际上也可以有多种不同的封装方式,以适应不同的使用坏境。虽然说不同的封装模式对MosFET的散热有一些影响,从而也影响其性能表现。但是相比于内阻、耐压、电流承受能力等硬性指标,不同封装带来的影响几乎可以忽略不计,因此我们不能简单地通过封装模式来判断MosFET的好坏。

PWM脉冲宽度调制芯片

PWM也就是Pulse Width ModulaTIon,简称脉冲宽度调制,是利用数字输出的方式来对模拟电路进行控制的一种技术手段,可是对模拟信号电平实现数字编码。它依靠改变脉冲宽度来控制输出电压,并通过改变脉冲调制的周期来控制其输出频率。PWM芯片的选择与供电电路的相数息息相关,产品拥有多少相供电,PWM芯片就必须拥有对应数量的控制能力。

开关电源供电电路是如何工作的?

开关电源组成原理图如下所示,图中电容的作用是稳定供电电压,滤除电流中的杂波,让电流更为纯净;电感线圈则是通过储能和释能,来起到稳定电流的作用;PWM芯片则是开关电路控制模块的主要组成部分,电路输出电压的大小 与电流的大小基本上是由这个控制模块;MosFET场效应管则分为上桥和下桥两部分,电压的调整就是通过上下桥MosFET配合工作实现的。

开关电源供电电路开始工作时,外部电流输入通过电感L1和电容C1进行初步的稳流、稳压和滤波,输入到后续的调压电路中。由PWM芯片组成的控制模块则发出信号导通上桥MosFET,对后续电路进行充能直至两端电压达到设定值。随后控制模块关闭上桥MosFET,导通下桥MosFET,后续电路对外释放能量,两端电压开始下降,此时控制模块关闭下桥MosFET,重新导通上桥MosFET,如此循环不断。

上文中所述的"后续电路"实际上就是原理图中的L2电感与C2电容,与线性稳压电路相比,开关电源虽然有转换效率高,输出电流大的优点,但是其MosFET所输出的并不是稳定的电流,而是包含有杂波成分的脉冲电流,这样的脉冲电流是无法直接在终端设备上使用的。此时L2电感与C2电容就共同组成了一个类似于"电池"作用的储能电路,上桥MosFET导通时"电池"进行充能,而在下桥MosFET导通时"电池"进行释能,让进入终端设备的电流与两端电压维持稳定。

最后一问,为什么主板和显卡要采用多相供电?

以上就是常见的CPU以及GPU供电电路组成及运行原理,实际上由于CPU和GPU对供电电流有较高的要求,以RX 480显卡为例,其整卡 满载功耗为210W左右, 即使按GPU供电占整卡供电70%计算,GPU的满载功率也达到了150W的水平,以运行电压1.1V计算,相当于136A的电流,如采用单相供电的话,那么单体承受100A以上的电感会非常巨大,而且要保证单相有足够低的纹波,感值也会很大,那样电感就更加巨大了,这显然在各个方面来看都是无法让人接受的。

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