主板电路详解

主板电路详解

主板可是一台电脑的基石，但是在茫茫主板海洋当中要选择一款好的主板实属难事！一款主板如果要想能够稳定的工作，那么主板的供电部分的用料和做工就显得极为的重要。相信大家对于许多专业媒体上经常看到在介绍主板的时候都在介绍主板的是几相电路设计的，那么主板的几相电路到底是怎样区分的呢？其实这个问题也是非常容易回答的！用一些基本的电路知识就可以解释的清楚。

其实主板的CPU 供电电路最主要是为CPU 提供电能，保证CPU 在高频、大电流工作状态下稳定的运行，同时它也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰(cross

talk) 效应，而影响到其它较弱信号的数字电路部分，因此供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。简单来说，供电部分的最终目的就是在CPU 电源输入端达到CPU 对电压和电流的要求，就可以正常工作了。但是这样的设计是一个复杂的工程，需要考虑到元件特性、PCB 板特性、铜箔厚度、CPU 插座的触点材料、散热、稳定性、干扰等等多方面的问题，它基本上可以体现一个主板厂商的综合研发实力和技术经验。

图1是主板上CPU 核心供电电路的简单示意图，其实就是一个简单的开关电源，主板上的供电电路原理核心即是如此。+12V是来自ATX 电源的输入，通过一个由电感线圈和电容组成的滤波电路，然后进入两个晶体管（开关管）组成的电路，此电路受到PMW control （可以控制开关管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求）部分的控制可以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。再经过L2和C2组成的滤波电路后，基本上可以得到平滑稳定的电压曲线（Vcore ，现在的P4处理器Vcore=1.525V），这个稳定的电压就可以供CPU “享用”啦，这就是大家常说的“多相”供电中的“一相”。看起来是不是很简单呢！只要是略微有一点物理电路知识的人都能看出它的工作原理。

单相供电一般可以提供最大25A 的电流，而现今常用的CPU 早已超过了这个

数字，P4处理器功率可以达到70-80瓦，工作电流甚至达到50A ，单相供电无法提供足够可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。如图2就是一个两相供电的示意图，很容易看懂，就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流供给，理论上可以绰绰有余地满足目前CPU 的需要了。但上述只是纯理论，实际情况还要添加很多因素，如开关元件性能，导体的电阻，都是影响Vcore 的要素。实际应用中存在供电部分的效率问题，电能不会100%转换，一般情况下消耗的电能都转化为热量散发出来，所以我们常见的任何稳压电源总是电器中最热的部分。要注意的是，温度越高代表其效率越低。这样一来，如果电路的转换效率不是很高，那么采用两相供电的电路就可能无法满足CPU 的需要，所以又出现了三相甚至更多相供电电路。但是，这也带来了主板布线复杂化，如果此时布线设计如果不很合理，就会影响高频工作的稳定性等一系列问题。目前在市面上见到的主流主板产品有很多采用三相供电电路，虽然可以供给CPU 足够动力，但由于电路设计的不足使主板在极端情况下的稳定性一定程度上受到了限制，如要解决这个问题必然会在电路设计布线方面下更大的力气，而成本也随之上升了，而真正在此设计出色的厂商寥寥无几。

大家可能对以下问题感到兴趣：提供三相供电的主板比起提供两相供电的主板较为稳定吗？答案是，不一定。道理很简单：其一，那是因为目前提供三相供电电路设计的主板厂商电路设计水平大多不是很好，其二，一个好的主板设计厂商，其研发工程师会因避免放置数量太多元件在主板上所产生的不必要干扰，所以采取最简洁、最稳定的两相供电电路设计不失为明智之举。今后随着CPU 的速度提高，两相供电大限将至，肯定会无法满足需要。下面，小编就带大家来看看在目前的主流的主板市场当中所采用的几相供电电路设计。

上面的图表示的是采用“两相电源回路”的主板,

对于一相电源回路来说，其目前已经从主流主板市场当中消失了，目前其已经

不是主板的主流供电形式了，目前主板市场当中主要以两相电源回路、三相电源回路、三相电源回路加强版、四相电源回路设计。其中采用两项电源回路设计的多数都为I845系列芯片组、SIS6XX 系列芯片组主板产品，在两项电源回路当中我们就拿以上面的主板中的CPU 供电部分为例。

两相供电电路为了给CPU 提供足够的电力, 就需要它的高效率，可以看出为了通过大电流，电路中的元件使用了相应的元件, 如图中画圈的部分，+12V输入部分采用约1.5毫米直径的材料绕制的电感，其横截面积可以使它在通过较大电流的时候不会过热。 而画方框处两个电感都采用2股直径1毫米的材料绕制，提供了更大的横截面积，这样，电流在通过电感时候的损耗可以降低到最小。其它厂商在此处大多使用单根材料绕制，会产生更多电力损耗，引起电感的发热。

上图的主板的供电部分采用的是“三相电源回路”

三相电源回路主板上用的电感线圈一般用16AWG （AWG ：美国线规）在磁环上缠绕5～20匝做成。太粗的线不太好在磁环上缠绕，不便于规模生产，成本高，所以采用的少。

电感线圈（其实也是一般导体的）的导通电流能力 I=φS

（φ——导体的电流密度，变压器一般取2.5～5安培每平方毫米——因线圈层层缠绕易热积累故选小些，对电感线圈一般取6～10安培每平方毫米——因线圈单层缠绕导线裸露散热一般故可选稍大些），持续超过10安培每平方毫米后发热就有点高了。S ——导体的横截面积，16AWG 的导线S=1.5平方毫米（线径在1.3～1.4mm ）

这样：I=10×1.5=15A

，即主板上所提供给CPU 的持续电流是15A ，按设计规范最大不超过22A （不能长时间持续），否则易发热烧毁MOSFET 和电感线圈。

我们以上面的图为例，其采用的是标准的三相电源回路设计，但如何提高主板

持续供电能力呢？现在流行的办法是所谓的多相（多路）供电即采用多个MOSFET 及电感线圈组合并联输出技术，以增大供电能力。所谓“一相”，是由至少一个MOSFET 管和1个扼流线圈以及一定数量的滤波电容——这样的组合才构之为一相回路！而不是所谓的主板上有几个线圈便是几相回路供电。主板供电是一入N 出的，常见的主板供电有：单相供电——一进一出；两相供电——一进两出；三相供电——一进三出。如现在的Pentium 4及Athlon

XP 主板很多采用三路并联的三相供电模式，可使提供给CPU 的持续电流达45A ，按设计规范最大不超过66A （不能长时间持续），当电压是1.5V 时输出功率已可达67.5～99W ，可以满足对Pentium

4及Athlon XP大功率CPU 的供电要求。

上图的主板的供电部分采用的是“三相加强版”

而在电子市场当中的出现的三相电源回路加强版则是目前主板市场当中的新生力量，这样的设计可以使主板的运行会更加稳定，入上图这款主板号称可以支持1.2GHZ 的前端总线，而在1.2GHZ 的前端总线的情况下如何能够保证主板稳定运行了，有个别出心裁的方法，那就是采用三相电源回路加强版的设计。不过所谓的三相电源回路加强版设计与三相电源回路设计并没有本质的工作区别，只是在输出部分做了更为细致的改良设计。

上图的主板的供电部分采用的“四相”

而在主板市场当中比较难见的四相供电回路则可以看作是四个单相电源结合周围的MOSFET （这里每相两个）、电容（包括高频SMD 电容）等构成的新型供电电路。

从本质上讲，大电流低电压的DC-DC 直流转换供电需求无外乎几点：电源转换效率要高（相对来说损耗小，这样浪费的能量以热量形式表现出来也少）；稳定——具体来说电源开关电路曲线很平稳，波动小。四相供电有较大的电流/电压余量，因此在大功率供电下的表现自然比较优秀。