主板CPU供电电路知识贴
2005-02-05 08:59:44
相信大家看主板导购文章的时候经常听到说这块主板是三相供电，那块是两相供电的说法，而且一般总是推荐三相供电的主板。那么两相三相到底代表什么，对于普通消费者来说应该怎么选择呢？本文将就这个问题展开，尽量让大家能够自己分辨出主板到底几相供电，并且提供一点购买建议。
CPU供电电路原理图
我们知道CPU核心电压有着越来越低的趋势，我们用的ATX电源供给主板的12V，5V直流电不可能直接给CPU供电，所以我们要一定的电路来进行高直流电压到低直流电压的转换，这种电路不仅仅用在CPU的供电上，但是今天我们把注意力集中在这里。我们先简单介绍一下供电电路的原理，以便大家理解。
一般而言，有两种供电方式。
1.线性电源供电方式：通过改变晶体管的导通程度来实现,晶体管相当于一个可变电阻,串接在供电回路中。
[/img]
上图只要是学过初中物理的都懂，通过电阻分压使得负载（这里想像为CPU）上的电压降低。虽然方法简单，但由于可变电阻与负载流过相同的电流，要消耗掉大量的能量并导致升温，电压转换效率非常低，一般主板不可能用这种方法。
2.开关电源供电方式：我们平时用的主板基本都用这种方式，原理图如下。
其工作原理比刚刚的电路复杂很多，笔者只能简单说说：ATX供给的12V电通过第一级LC电路滤波（图上L1，C1组成），送到两个场效应管和PWM控制芯片组成的电路，两个场效应管在PWM控制芯片的控制下轮流导通，提供如图所示的波形，然后经过第二级LC电路滤波形成所需要的Vcore。
上图中的电路就是我们说的“单相”供电电路，使用到的元器件有输入部分的一个电感线圈、一个电容，控制部分的一个PWM控制芯片、两个场效应管，还有输出部分的一个线圈、一个电容。强调这些元器件是为了后文辨认几相供电做准备。
由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。
多相供电的引入
单相供电一般能提供最大25A的电流，而现今常用的处理器早已超过了这个数字，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。
上图就是一个两相供电的示意图，其实就是两个单相电路的并联，因此它可以提供双倍的电流。
三相供电当然就是三个单相电路并联而成的，因此可以提供三倍的电流。
上图是一个典型的三相供电电路，读者抓住本质的话，就可以看到此图和上面图片的一致。
区分两相和三相
有些用户很关心怎么从主板上看出到底是两相还是三相供电。一般的读者可能会说通过在CPU插槽附近的供电电路有多少电感线圈来判断。这种说法有它的道理，但不太全面。笔者这里提供更加合理的方法供大家借鉴。
1.根据元器件的数量来分辨。
首先我们要找到主板CPU插槽附近的供电电路，下图是一个典型的三相供电电路。一般来说，判断标准是一个线圈、两个场效应管和一个电容构成一相电路。图中上面三个是电容（左边那个不算），中间两个脚的是场效应管，下面三个是线圈，大家要认准了。
再看一个两相供电电路，可以看到有两个电容（中间有一个竖的线圈，这个是一级电感），四个场效应管。
总结来说，电容的个数并不一定。看到一个电感加上两个场效应管就认为是一相。但是近来也有并联多个电感或者多个场效应管的情况发生，这个时候就要综合考虑，挑数目少的那种元器件来判断。顺便说一句，因为很多情况第一级电感线圈也做在附近，所以一般也有线圈数目－1＝相数的说法。上面两个例子里面我们都看到多出一个电感。
我们再看一个例子，下图中有三个电感，六个场效应管，但它不是三相供电的，而是两相，因为左边的电感是一级电感，所以这里用两个电感和六个场效应管构成的是两相供电电路。
2.根据PWM控制芯片的型号来分辨。
因为PWM芯片的功能在出厂的时候都已经确定，所以我们可以根据主板使用的PWM控制芯片的型号来分辨。比如下图中的这块主板使用了常见的Richtek RT9241芯片。
这块PWM芯片就用在笔者上面最后一个例子里面的主板上面，下面笔者说说从这块芯片上怎么看出是两相供电的，我们上Richtek的查询产品页面，我们看到RT9241是一个两相的控制芯片，当然不可能用这块芯片做出三相的供电电路来的。
笔者刚刚用的第一个例子里三相供电用的芯片入下图所示，也来自Richtek，型号是RT9237，这就是一个2-4相的控制芯片，再通过观察元器件数量，可以判断是三相供电。
下图是另外一个常见品牌的芯片，Intersil的HIP6301芯片，使用在著名的NF7主板上。
在Intersil网站上可以查到它是一块支持4相供电的控制芯片。所以很多三相甚至四相供电的主板都使用它。
顺便说一句，通过查询这块芯片，我们还可以知道主板支持Intel的VRM（VRD）版本，比如上面的RT9241和RT9237都支持VRM9.0/9.2规范，而要支持最新的VRD 10.X规范就要用比如RT9243或者RT9245这样的控制芯片了，在支持Prescott的主板上这是很重要的。
三相VS两相
首先要强调除去设计导致的不稳定因素，三相供电总是好过两相供电的。
的好处很多：
可以提供更大的电流，当然笔者认为不能简单认为可以提供的电流成倍增长，因为电感，场效应管本身的选择也对能够承受的最大电流产生重要影响，选择承载电流强度大的元器件同样可以提高电流的承载能力，但是三相供电能够提供更大电流毋庸置疑。
2.可以降低供电电路的温度，因为电流多了一路分流，每个器件的发热量自然减少了。其实供电电路是主板上温度最高的区域之一，甚至比处理器本身还热，有很多厂家已经对这部分电路增加散热措施，如果长时间工作在高温下，显然对器件不利，对主板的稳定不利。三相电路可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流，以维持各功率组件的热平衡，在器件发热这项上三相供电具有优势。
3.利用三相供电获得的核心电压信号也比两相的来得稳定。
上图反映了三相供电滤波之后的电压比两相更加平滑，更加稳定。
当然三相供电也有一些缺点，在成本上，三相总是大一些。对设计的要求也更高一些。而且一般说来元器件越多越不利散热，出现故障的概率越大，相互之间的干扰也较高，而且笔者已经说了，元器件的选择同样重要，如果因为三相供电对元器件的要求降低的话，效果到底是怎样就不一定了。
选购策略
我们都知道，一款成功的产品出厂的时候必定经过多次测试，不可能因为供电模块使用两相而导致不稳定，在设计阶段厂商肯定会考虑到这一点。而且，使用什么供电策略，使用什么元器件都是主板工程师们决定的，只要稳定，只要设计合理，没有理由拒绝两相供电的产品。
当然我们再次强调，同样设计下的三相供电理论上优于两相供电，而且一般三相供电的控制芯片总是优于两相供电的控制芯片，在功能上也是如此，这样一来在很大程度上保证日后升级新处理器的时候有优势。
所以笔者的意见是不要盲目相信三相供电的炒作广告，也不要盲目相信所谓两相更稳定的说法，我们选购主板的时候还是应该更关注品牌，关注口碑。而且供电电路只是主板上的小小部分而已，整块主板的运行情况并不由它决定。
那么为什么市场上Intel架构的主板大多使用三相以上的供电，而AMD的板子使用两相的不少呢？我们选择不同处理器的时候对供电部分的关注是否也有区别呢？笔者特意找来一些处理器电流的参考值。
首先是奔腾4的数据。
上图中是800MHz的P4的最大电流，可以看到3G的已经达到65A左右。
上图是Prescott核心的数据，最大竟然达到91A，实在惊人。 再看看AMD的数据。
这是毒龙的电流数据，最大38A，比Intel的数据低不少。
T-BRED核心的Athlon XP的数据，最大也就41.4A。
我们看到BARTON核心的最大电流也就在45A左右，笔者告诉大家3200+的最大电流是46.5A。另外，Athlon 64的最大电流在57.8A。
从上面我们可以看到，如今主流的AMD的BARTON处理器最大的电流不到50A，如果我们认为单相电流能够达到25A，那么设计得当的两相供电完全可以适用于所有的Athlon XP处理器。所以我们看到最新的芯片组也有很多使用两相供电，因为这就足够了。我们为Athlon XP选择搭配的主板时可以放心使用两相供电的主板。
反观奔腾4处理器，超过70A的最大电流没有三相供电是不能保证的，所以最新支持800MHz的主板一般总是三相供电，甚至四相供电的。而如果你想以后升级到3.2G以上的Prescott处理器，那么还是选用四相供电的主板吧，91A的最大电流太可怕了。
总结与展望
我们看到随着处理器的功耗和电流不断攀升，两相供电已经走到了生命的尽头。新一代的AMD和Intel处理器都对供电提出了更高的要求，所以我们将看到三相供电成为标配，而且已经出现很多四相供电的主板了。
上图就是四相和三相的对比图，看了今天的文章，我们应该也不难回答到底是三相好还是四相好的问题。只要设计合理，供电模块几相供电其实并不太重要。但是如果你买来系统目的就是要超频，就是让它工作在非标准状态，那么还是选择更强劲的供电模块吧，就象应该选择更强劲的散热系统一样。
我们甚至看到技嘉推出的高端产品里面使用到了DPS技术，简单来说就是双供电系统，在主板上有一个扩展槽，可以插入另一组供电模块，与主板上的三相供电模块构成一共六相供电。
上图就是扩展卡，我们看到上面有一个散热风扇，可见供电系统发热量巨大。在六相供电支持下，技嘉号称能够支持最大150A的电流，并且支持10GHz的处理器，呵呵，谁知道到那个时候处理器要多大电流才能工作呀。
总之，供电模块随着处理器的发展一同发展。我们应该牢记最好的系统是各方面平衡的系统，我们不必为了系统里面的某一点过分斤斤计较。希望通过这篇文章让大家更多了解关于供电的知识，就能自己分辨出供电系统的构成。
[ 此贴被txbthy在2007-01-16 21:32重新编辑 ]
