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主闆和顯卡是如何給CPU和GPU供電的?

時間:2017-02-10 06:53來源:未知 作者:dns783f.top 點擊:
就如電源是PC的心髒一樣,主闆和顯卡上的供電模塊也是它們各自的心髒,搭載在身上的各種芯片能否正常工作,就看它們的供電電路是否足夠強悍了。因此在我們的顯卡和主闆評測中

 就如電源是PC的心髒一樣,主闆和顯卡上的供電模塊也是它們各自的心髒,搭載在身上的各種芯片能否正常工作,就看它們的供電電路是否足夠強悍了。因此在我們的顯卡和主闆評測中,它們的供電模塊會是一個很重要的評分項目。那麼主闆和顯卡上的供電模塊由什麼元件組成,又是如何工作的呢?今天我們就來扒一扒那些關于闆卡供電模塊的二三事。

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主闆和顯卡到底是如何給CPU和GPU供電的? (電腦入門到精通網 dns783f.top)

典型的4相供電電路 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

顯卡與主闆的供電模塊的主要作用是調壓、穩壓以及濾波,以此讓CPU或者GPU獲得穩定、純淨且電壓合适的電流。從它們所用到的技術和原理來說,顯卡和主闆的供電電路其實并沒有本質上的區别,僅僅是供電電壓和電流有所不同,因此我們這次就不分開講解了。

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主闆/顯卡上的供電模塊有哪些? (電腦入門到精通網 dns783f.top)

目前主闆和顯卡上使用的供電模塊主要有三種,一種是為三端穩壓供電,這種供電模塊組成簡單,僅需要一個集成穩壓器即可,但是它提供的電流很小,不适合用在大負載設備上,主要是對DAC電路或者I/O接口進行供電。 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

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三端穩壓供電芯片7805,組成簡單但輸出電流較低 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

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第二種則是場效應管線性穩壓,這種供電模塊主要由信号驅動芯片以及MosFET組成,有着反應速度快、輸出紋波小、工作噪聲低的優點。但是場效應管線性穩壓的轉換效率較低而且發熱量大,不利于産品功耗和溫度控制,因此其多數用在更早年之前的顯存或者内存的供電電路上,而且僅限于入門級産品,中高端産品往往會使用更好的供電組成,也就是第三種供電模塊——開關電源。

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現在主闆和顯卡上給CPU和GPU供電的都是開關電源供電電路

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開關電源是控制開關管開通和關斷的時間和比率,維持穩定輸出電壓的一種供電模塊,主要由電容、電感線圈、MosFET場效應管以及PWM脈沖寬度調制IC組成,發熱量相比線性穩壓更低,轉換效率更高,而且穩壓範圍大、穩壓效果好,因此它成為了目前CPU與GPU的主要供電來源。

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由于前兩種供電模式都在存在着明顯的不足,因此它們在顯卡和主闆産品上的地位并不高,多數是作為輔助型供電或者為低功耗芯片供電而存在,這次就不再詳細叙述,我們把重點放在第三種供電模塊也就是開關電源供電上。 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

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開關電源供電模塊由哪些元件組成? (電腦入門到精通網 dns783f.top)

主闆和顯卡的開關電源供電模塊主要供CPU和GPU使用,通常是由電容、電感線圈、MosFET場效應管以及PWM脈沖寬度調制芯片四類元件組成。

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電容與電感線圈 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

電容與電感線圈在開關電源供電電路中一般是搭配使用,其中電容的作用是穩定供電電壓,濾除電流中的雜波,而電感線圈則是通過儲能和釋能來起到穩定電流的作用。

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供電電路中的電容與電感 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

電容是最常用的也是最基本的電子元器,其在CPU和GPU的供電電路主要是用于“隔直通交”和濾波。由于電容一般是并聯在供電電路中,因此電流中的交流成分會被電容導入地線中,而直流成分則繼續進入負載中。同時由于電容可以通過充放電維持電路電壓不變,因此其不僅可以濾除電流中的高頻雜波,同時也減少電路的電壓波動。

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而電感線圈的作用則是維持電路中的電流穩定性,當通過電感線圈的電流增大時,電感線圈産生的自感電動勢與電流方向相反,阻止電流的增加,同時将一部分電能轉化成磁場能存儲于電感之中;當通過電感線圈的電流減小時,自感電動勢與電流方向相同,阻止電流的減小,同時釋放出存儲的能量,以補償電流的減小。

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由于在開關電源供電電路中,電感與電容需要在短時間内進行上萬次的充放電,因此它們的品質将直接影響開關電源供電電路的性能表現。目前CPU和GPU的供電電路中多使用固态電容以及封閉式電感,前者具備低阻抗、耐高紋波、溫度适應性好等優點,後者則有體積小、儲能高、電阻低的特性,比較适合用于低電壓高電流的CPU和GPU供電電路中。 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

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在高端産品上使用的聚合物電容 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

值得一提的是,在部分高端産品的供電輸出端我們還可以看到聚合物電容,如鋁聚合物電容以及著名的“小黃豆”钽電容。由于這種聚合物電容擁有極強的高頻響應能力,因此在每秒充放電上萬次的開關電源供電電路中,它們常常被用于輸出端的濾波電路中,可以大大提升電流的純淨度。

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MosFET

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MosFET在供電電路中的作用是電流開關,它可以在電路中實現單向導通,通過在控制極也就是栅極加上合适的電壓,就可以讓MosFET實現飽和導通,而MosFET的調壓功能則是可以通過PWM芯片控制通斷比實現。

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很常見的“一上二下”型MosFET布置 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

MosFET有四項重要參數,分别是最大電流(能承受的最大電流)、最大電壓(能承受的最大電壓)、導通電阻(導通電阻越低電源轉換效率越高)以及承受溫度(所能承受的溫度上限),原則上來說最大電流越大、最大電壓越高、導通電阻越低、承受溫度越高的MosFET品質越好。當然了完美的産品并不存在,不同MosFET會有不同優勢,選擇什麼樣的MosFET是需要從實際情況出發考慮的。

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在開關電源供電電路中,MosFET是分為上橋和下橋兩組,運作時分别導通。而有注意MosFET布置的玩家可能會發現,多數開關電源供電電路中的上橋MosFET往往在規模上不如下橋MosFET,實際上這個與上下橋MosFET所需要承擔的電流不同有關。上橋MosFET承擔是的外部輸入電流,一般來說是12V電壓,因此在同樣功率的前提下,上橋MosFET導通的時間更短,承擔的電流更低,所需要的規模自然可以低一些;而下橋MosFET承擔的是CPU或GPU的工作電壓,一般來說僅在1V左右,因此在相同功率的環境下,其承擔的電流是上橋MosFET的10倍,導通的時間更長,所需要的規模自然更高了。 (電腦入門到精通網 dns783f.top)

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