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主板和显卡是如何给CPU和GPU供电的?

时间:2017-02-10 06:53来源:未知 作者:yenicati.com 点击:
就如电源是PC的心脏一样,主板和显卡上的供电模块也是它们各自的心脏,搭载在身上的各种芯片能否正常工作,就看它们的供电电路是否足够强悍了。因此在我们的显卡和主板评测中

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 就如电源是PC的心脏一样,主板和显卡上的供电模块也是它们各自的心脏,搭载在身上的各种芯片能否正常工作,就看它们的供电电路是否足够强悍了。因此在我们的显卡和主板评测中,它们的供电模块会是一个很重要的评分项目。那么主板和显卡上的供电模块由什么元件组成,又是如何工作的呢?今天我们就来扒一扒那些关于板卡供电模块的二三事。

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主板和显卡到底是如何给CPU和GPU供电的?

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典型的4相供电电路

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显卡与主板的供电模块的主要作用是调压、稳压以及滤波,以此让CPU或者GPU获得稳定、纯净且电压合适的电流。从它们所用到的技术和原理来说,显卡和主板的供电电路其实并没有本质上的区别,仅仅是供电电压和电流有所不同,因此我们这次就不分开讲解了。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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主板/显卡上的供电模块有哪些?

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目前主板和显卡上使用的供电模块主要有三种,一种是为三端稳压供电,这种供电模块组成简单,仅需要一个集成稳压器即可,但是它提供的电流很小,不适合用在大负载设备上,主要是对DAC电路或者I/O接口进行供电。

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三端稳压供电芯片7805,组成简单但输出电流较低 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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第二种则是场效应管线性稳压,这种供电模块主要由信号驱动芯片以及MosFET组成,有着反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的优点。但是场效应管线性稳压的转换效率较低而且发热量大,不利于产品功耗和温度控制,因此其多数用在更早年之前的显存或者内存的供电电路上,而且仅限于入门级产品,中高端产品往往会使用更好的供电组成,也就是第三种供电模块——开关电源。

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现在主板和显卡上给CPU和GPU供电的都是开关电源供电电路

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开关电源是控制开关管开通和关断的时间和比率,维持稳定输出电压的一种供电模块,主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成,发热量相比线性稳压更低,转换效率更高,而且稳压范围大、稳压效果好,因此它成为了目前CPU与GPU的主要供电来源。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

 

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由于前两种供电模式都在存在着明显的不足,因此它们在显卡和主板产品上的地位并不高,多数是作为辅助型供电或者为低功耗芯片供电而存在,这次就不再详细叙述,我们把重点放在第三种供电模块也就是开关电源供电上。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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开关电源供电模块由哪些元件组成?

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主板和显卡的开关电源供电模块主要供CPU和GPU使用,通常是由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制芯片四类元件组成。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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电容与电感线圈

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电容与电感线圈在开关电源供电电路中一般是搭配使用,其中电容的作用是稳定供电电压,滤除电流中的杂波,而电感线圈则是通过储能和释能来起到稳定电流的作用。

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供电电路中的电容与电感

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电容是最常用的也是最基本的电子元器,其在CPU和GPU的供电电路主要是用于“隔直通交”和滤波。由于电容一般是并联在供电电路中,因此电流中的交流成分会被电容导入地线中,而直流成分则继续进入负载中。同时由于电容可以通过充放电维持电路电压不变,因此其不仅可以滤除电流中的高频杂波,同时也减少电路的电压波动。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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而电感线圈的作用则是维持电路中的电流稳定性,当通过电感线圈的电流增大时,电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反,阻止电流的增加,同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时,自感电动势与电流方向相同,阻止电流的减小,同时释放出存储的能量,以补偿电流的减小。

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由于在开关电源供电电路中,电感与电容需要在短时间内进行上万次的充放电,因此它们的品质将直接影响开关电源供电电路的性能表现。目前CPU和GPU的供电电路中多使用固态电容以及封闭式电感,前者具备低阻抗、耐高纹波、温度适应性好等优点,后者则有体积小、储能高、电阻低的特性,比较适合用于低电压高电流的CPU和GPU供电电路中。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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在高端产品上使用的聚合物电容

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值得一提的是,在部分高端产品的供电输出端我们还可以看到聚合物电容,如铝聚合物电容以及著名的“小黄豆”钽电容。由于这种聚合物电容拥有极强的高频响应能力,因此在每秒充放电上万次的开关电源供电电路中,它们常常被用于输出端的滤波电路中,可以大大提升电流的纯净度。

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MosFET (电脑入门到精通网 yenicati.com)

MosFET在供电电路中的作用是电流开关,它可以在电路中实现单向导通,通过在控制极也就是栅极加上合适的电压,就可以让MosFET实现饱和导通,而MosFET的调压功能则是可以通过PWM芯片控制通断比实现。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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很常见的“一上二下”型MosFET布置

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MosFET有四项重要参数,分别是最大电流(能承受的最大电流)、最大电压(能承受的最大电压)、导通电阻(导通电阻越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。

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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。 (电脑入门到精通网 yenicati.com)

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