CPU动力源泉主板多相供电技术简介

2011-2-25 14:52:44 2495

CPU动力源泉主板多相供电技术简介

随着CPU的频率提升已经多核心的设计CPU对电源的要求也越来越高，从以前奔腾3时代的几十瓦到现在四核CPU的一百多瓦，CPU的功耗已经翻了几倍。从以前的单相供电设计到现在的3相4相甚至“恐怖”的24相供电。从以前的Mos管，电容，线圈的供电部分设计，到现在的数字供电，DrMos技术，随着CPU的功耗变化，主板的供电设计越来越先进，提供的功率越来越大。

　　主板CPU供电部分设计主要包括主控芯片，每一相的电源控制芯片，Mosfet(Mos管)，线圈和电容，而近年来部分厂商在高端主板上采用数字供电设计，令到主板的供电部分占用的面积大大降低，而且供电更为稳定，但是成本也上涨不少，而微星更采用DrMos的设计，将供电部分的控制芯片和Mosfet集成在一颗芯片上。

　　为使CPU工作在较高的时钟频率，要求其电源电压具有极高精度。并且必须在静态和动态负载下都能保持高精度指标。通过采用精密的片上基准，以及最大程度地降低失调电压和偏置电流，可获得良好的静态精度。而动态电压精度则与电压调节器的控制环路带宽以及调节器输出端的大容量电容有关。由于调节器不能立刻响应CPU的电流突变，因此设计电路需要大容量的电容。调节器控制环路带宽越高，响应CPU动态需求的速度就越高，并可快速补充大容量输出电容的暂态电流。

单相供电电路

　　对CPU电压调节器的要求并非不计成本，裸片尺寸和引脚数都与调节器提供的相数成比例。高精度电压基准要求采用成熟、完善的设计方案和校准技术。用于电压和电流检测、电压调节以及有源均流的放大器必须保证高速工作，并具有较低的失调误差和偏置电流，而且相对于工艺和温度保持稳定。

　　近段时间主板的节能技术已经成为一个热门话题，随着CPU的工艺改进，已及CPU节能技术的普及，主板的节能设计日新月异，但始终都是通过调节CPU供电部分的供电相数来实现主板的节能功能，主板的节能功能也涉及到主板的供电部分设计问题。

数字供电

　　主板的CPU供电部分对于主板来说有举足轻重的作用，CPU供电部分设计会直接影响CPU的运作，如果供电部分出现问题会使得CPU罢工，甚至会造成CPU烧毁。现在由于CPU的功耗已经不以前的产品高不少，所以对于主板的CPU供电部分设计更加严格，以确保CPU的供电充足。CPU供电部分往往也是影响CPU超频的关键，如果供电部分设计合理，会非常有利于CPU的超频，究竟CPU供电部分的设计是遵循什么规则呢？CPU供电部分的设计原理是什么呢？不同的供电相数会对CPU供电带来什么影响呢？下面带着这些问题来探讨一下主板的CPU供电设计。

2011-2-25 14:52:44　　评论 淘帖0 举报

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2 个讨论

0 CPU多相供电设计：　　众所周知现在主板CPU供电部分设计都是采用多相回路的设计，现在CPU的电压只有1v到1.5v之间，而CPU的功耗最高可以达到160W以上，通过CPU的电流高达70A至100A，而对于低功耗的CPU的电流也有50A左右。对于这么大的电流如果采用单相供电设计，会对供电部分带来非常大的压力，综合考虑各种因素后，只能利用采用PWM实现的DC-DC降压电路，采用12V作为DC-DC的输入电压，因此采用多相供电实际上是一种迫不得已的解决方案。现在主板的CPU供电多数采用3相以上的供电设计，对于一些高端的主板因为要顾及CPU超频的需要甚至采用10相以上的供电，技嘉在Computerx上甚至展出了24相供电的主板。　　CPU功耗高而主板采用多相供电设计来提供更高的功率，那么什么是“相”呢？“相”数就是主板提供CPU供电的通道数，依据可用空间和散热等因素，每相可提供25W至40W的功率。对于Pentium 3而言，单相电压调节器就可满足要求，而最新一代CPU则需要采用3相或4相甚至更多的相电压调节器。按照每相可提供25W至40W的功率可以计算出主板CPU供电部分的功率，采用3相供电功率大概是75W到120W的功率，对于Intel的Core 2 Duo双核或者65W的四核心处理器已经足够，但对于AMD的125W功耗的四核或者Intel的高端四核处理器3相供电是不足够的。　　以四相供电为例分析一下多相供电的原理。可以看到供电部分采用12V的直流输入，通过DC-DC降压电路将12V降到CPU所需的低电压，PWM控制部分采用主从结构，主控芯片输出相位信号，从控芯片S1、S2、S3和S4向MOSFET输出PWM驱动信号。各相MOSFET按照一定的相位关系轮流导通，经平滑滤波后驱动负载。　　多相设计的另外一个好处就是可以获得更稳定的电压，因为在多相供电最后一步是将电流平滑滤波，如果相数越多滤波后直流电的纹波系数越少，电压电流更为稳定，因此供电质量更高，为CPU稳定工作奠定了坚实基础。

2011-2-25 14:53:07 评论举报 1^# 陈瑞华

0 多相供电与节能：　　现在不少的主板都打着节能的旗号，多少的节能技术是通过减少CPU的供电相数来降低CPU的功耗，因为CPU供电部分每一相都会提供相同的功率，但CPU闲置时不需要太高功率，每一相的供电功率会降低，如果直接关闭其中的一相或者多相使供电集中在剩下的供电相数上，可以降低不必要的功耗损失。在CPU运行过程中关闭供电相数会对CPU有影响吗？　　在设计多相电源所面临的挑战之一便是合理分配各相电流(功率)。如果某相电流严重地不成比例，会加大元器件的负荷并缩短使用寿命。实际上，所有多相电压调节器都包含了能够主动均衡各相电流的电路。同样的道理如果CPU供电相数减少，CPU供电部分会自动调节相电流的电路，使得电流和电压不会产生大的变化，保持稳定的供电。　　其实多相供电的还有一个好处就是可以将功耗平均分配在各个供电相位上，相数越多每一相所承担的功耗就越少，每一相的供电压力就越少。以125W的CPU为例，如果采用5相供电每一相要承担25w的功耗，如果采用10相供电每一相的功耗就会降低一半只有12.5w，每一相的供电压力降低每一相里面的mos管的发热降低，可以更加稳定运行。总结：　　CPU的供电部分设计是不少用户选择主板的时候一个衡量主板坏的标准，不少的用户选择主板时都会认为主板CPU的供电相数越多越好，虽然供电相数对于主板十分重要，其实供电部分的做工用了都是十分重要，现在市场上有不少采用3相供电的底端主板，虽然这些主板采用比较简单的三相供电，但这些主板的性能也不差，部分同样拥有不错的超频能力

2011-2-25 14:53:26 评论举报 2^# 陈瑞华