主板供电全解析 芯片和分立器件详细讲解

上图中我们圈出了一些关键部件，分别是PWM控制器芯片（PWM Controller）、MOSFET驱动芯片（MOSFET Driver）、每相的MOSFET、每相的扼流圈（Choke）、输出滤波的电解电容（Electrolytic Capacitors）、输入滤波的电解电容 和起保护作用的扼流圈等。下面我们分开来看。

（图）PWM控制器（PWM Controller IC）

MOSFET驱动芯片（MOSFET Driver）

早一点的主板常见到这种14根引脚的驱动芯片，它每一颗负责接收PWM控制芯片传来的两相驱动信号，并驱动两相的MOSFET的开关。换句话说它相当于两个8脚驱动芯片，每两相电路用一个这样的驱动芯片。

下面这种尺寸小一些的黑方块同样是MOSFET，属于SO-8系列衍生的封装。原本的SO-8封装是塑料封装，内部是较长的引线，从PN结到PCB之间的热阻很大，引线电阻和电感也较高。现有CPU、GPU等芯片需要MOSFET器件在较高电流和较高开关频率下工作，因而各大厂家如瑞萨、英飞凌、飞利浦、安森美、Vishay等对SO-8封装进行了一系列改进，演化出WPAK、LFPAK、LFPAK-i、 POWERPAK、POWER SO-8等封装形式，通过改变结构、使用铜夹板代替引线、在顶部或底部整合散热片等措施，改善散热并降低寄生参数，使得SO-8的尺寸内能通过类似D- PAK的电流，还能节省空间并获得更好的电气性能。目前主板和显卡供电上常见这种衍生型。在玩家看来，SO-8系的YY度要好于D-PAK，但实际效果要根据电路设计、器件指标和散热情况来判断，而原始的SO-8因为散热性能差，已经不适应大电流应用了。

另外，近日IR公司的DirectFET封装也在一些主板上出现了，同样是性能非常棒的封装，看上去也非常YY，找到实物大图以后会补充进来。

输出扼流圈（Choke），也称电感（Inductor）。每相一般配备一颗扼流圈，在它的作用下输出电流连续平滑。少数主板每相使用两颗扼流圈并联，两颗扼流圈等效于一颗。主板常用的输出扼流圈有环形磁粉电感、DIP铁氧体电感（外形为全封闭或半封闭）或SMD铁氧体电感等形态，上图为半封闭式的DIP铁氧体功率电感。

上面是两种铁氧体电感，外观都是封闭式。左边是DIP直插封装，内部为线绕式结构，感值0.80微亨（“R”相当于小数点）。右边是SMD表贴封装，内部只有一匝左右的导线，感值0.12微亨要小很多。

上面是三种环形电感。环形电感的磁路封闭在环状磁芯里，因而磁漏很小，磁芯材料为铁粉（左一）或Super-MSS等其它材料。随着板卡空间限制提高和供电开关频率的提高，磁路不闭合的铁氧体电感、乃至匝数很少的小尺寸SMD铁氧体功率电感以其高频区的低损耗，越来越多地取代了环形电感，但是在电源里因为各种应用特点，环形电感还在被大量使用。

Hi-c Cap

输入滤波的大电容也是电解电容，它为多相供电电路提供源源不断的能量，同时防止MOS管开关时的尖峰脉冲对其它电路形成串扰，也可以滤除电源电压中的纹波干扰。输入滤波电容同样可能用固态电容。分辨输入滤波电容和输出滤波电容的方法是看额定电压，输出电容的额定电压一般是6.3V、2.5V之类的数值，而输入滤波电容要接在+12V输入上，额定电压往往是16V。
好了，了解完这些主要元件，下面我们来看看如何识别CPU供电电路的相数。
常规情况里MOSFET驱动芯片也有集成进主控芯片的情况。MOS管的驱动是通过给栅极加上高电平或者低电平实现的，MOS管栅极有很大的电容，要驱动 MOS管快速开关，驱动芯片就要输出一定的电流，而这么大的电流集成到主控芯片里就有可能因为发热对主控芯片（属于模拟集成电路）的工作精度造成影响，从而影响到输出电压的准确性。因而主控芯片里最多集成三相的MOS驱动器。三相以内主板目前往往直接使用集成MOS驱动的主控芯片，没有独立的MOSFET Driver。而4相、5相供电的主板，一般使用4个、5个独立的MOSFET Driver，也有使用集成三相MOS驱动的主控，第四相、第五相用独立驱动芯片驱动的方案。下面是几个例子。
映泰Tforce 945P 映泰TA790GX 128M 昂达魔剑P35 我们先来看这种容易导致困惑的情况。一些主板厂商选择每相使用两颗并联的扼流圈。一般用户的认知是一颗扼流圈对应一相，看到豪华的十颗十二颗扼流圈就只有惊叹的份了，这样在豪华程度上也迅速地与其它厂商拉开了差距。
我们并不清楚厂商用两个电感并联代替一个电感有什么技术上的理由。两个电感可以允许两倍大的电流通过，相同大小的损耗分担到两个电感上每个电感温升更小，不过和真正分成两相相比，纹波还是要输一些。

上面这些主板包括台系和大陆的知名品牌，其共同点在于每相使用两颗并联电感代替一颗，看上去是2n相供电的，其实是n相。我们来看看如何识破它们。
首先我们回到这个老祖宗，EPOX 8RDA3I PRO。前面我们说过它是两相而非四相的设计，理由是如下两点：

• PWM主控芯片和driver数量都表明这是两相供电的方案；
• 6个MOSFET，只能是两相，每相3个，而不可能是4相。

可以看到EPOX的智慧比这些后来者们足足早了三年有余！
然后是梅捷超烧族P45，可以看到它也很容易看透。尽管有10个扼流圈，可MOS总数只有5对，只能是5相供电、每相一对MOS管的配置。此外在供电的两角我们还可以看到两颗driver芯片，是驱动第四相、第五相的。
下面这个就比较tricky了，翔升P45T。8个扼流圈8对MOS管，怎么看都是8相供电嘛！不过等等，我们可以找到它的主控芯片是支持4相控制的ISL6312，旁边还能找到1颗MOSFET Driver（已圈出）。这是典型的使用内置3组driver和一个外置driver控制的四相电路，每相两个扼流圈并联，4颗MOSFET每两个并联为一组。
类似地还有技嘉DQ6系列。这个“12相”供电是由支持6相控制的ISL6327/ISL6336控制芯片配合6个ISL6609 driver芯片驱动的，通过主控芯片的规格和driver数量我们可以得知它是6相供电。技嘉官方已经承认DQ6系列的设计是“虚拟12相”。早期 DQ6主板每相配备4颗MOSFET，到了EX48-DQ6上，每相配备了5颗，这样通过MOSFET数量也能自动排除12相的可能。
容易被混淆的输入扼流圈（Input Choke）前面我们提到供电的输入部分可能有一个扼流圈。通常它紧挨着+12V输入的4pin/8pin插座。
这个扼流圈常常以磁棒的形态出现。
然而有的时候它也是一个封闭电感的样子

磐正8RDA+
梅捷SY-15P-FG供电部分相信没有人会把它认成5相供电了。只要注意位置和外观的差异，识别输入扼流圈并不是难事。
真8相和真16相供电是如何实现的？（"True 8-phase/16-phase" voltage regulators）主流的PWM控制芯片最多支持到6相（本文完成前夕，台湾uPI已经推出了原生12/8相的VR11控制器uP6208）。然而华硕很高调地宣称他们的主板具备真8相甚至真16相供电，这是如何做到的？
华硕P5Q供电部分 台湾网友LSI狼对8相供电的早期型号A8N32 SLI Deluxe进行过分析。A8N32 SLI Deluxe的主控芯片是支持4相工作的ADI ADP3186，配合了ADG333A四路的二选一开关。据我分析这样的工作方式是让ADP3186输出4相的相位信号，单刀双掷开关在第一个周期里把四相信号输送给第1、2、3、4个driver，第二个周期里把四相信号输送给第5、6、7、8个信号。这样8相的driver就能错开相位轮流导通，实现 8相工作方式——第一代8相供电主板就是这样实现的。由此推测，真16相的做法可能是两个8相交替开关动作或者4个4相交替动作。
在 P5Q主板的8相供电电路中我们只找到一颗打着EPU2标记的PWM控制芯片，而没有看到类似电子开关的额外芯片。在P5Q Deluxe这样16相供电设计的主板上除了EPU还能找到一颗名为PEM的芯片。对它们的具体功能我们找不到公开资料，结合华硕的说法来看，EPU是一颗原生控制8相的PWM控制器，而PEM作为电子开关一类的器件负责将8相信号送到16相的驱动芯片实现16相与8相可切换的工作方式。
K10 的分离供电与N+1相供电设计（K10\'s Split-Plane design and "N+1" phase power delivery circuits）AMD K10处理器引入了分离电源层（Split Power Plane）的设计。分离电源层是指，CPU内部被划分成处理器内核（每个核心以及L2缓存）和片上北桥（L3缓存、HTT3.0控制器、内存控制器等等）两部分，处理器内核使用名为VDD的电源，片上北桥使用名为VDDNB的电源，这两个电源的工作电压我们分别称为内核电压和北桥电压。在不同的工作状态下两组电压可以独立地进行控制，实现更好的节能效果。
要获得两组独立的电压，就需要两个独立的供电电路。在分离供电设计的主板上，一个传统的N相供电电路根据VID信号中内核VID的指示提供VDD电源，另外还有一个独立的单相供电电路根据VID中北桥VID的指示提供独立的VDDNB电源，这就是所谓“N+1相”设计。N+1相供电设计的主板在插上单一电源设计的K8 CPU时，只有N相的VDD电源工作，产生VDD电压提供给CPU。
K10的供电需求对VDD电源的输出电流要求最高可达100A，TDP最高达到140W（Phenom 9950 2.6GHz），需要四相供电支持，否则供电电路会发热过大不够稳定。因此K10主板常见的供电设计是4+1相，面向低端的整合主板常见3+1相的设计，而部分超频主板甚至做到了5+1相。
MA770- DS3H的供电部分在供电部分我们看到五颗输出扼流圈，标称感值都是0.50微亨，不过供电部分的MOSFET总共有14颗（旁边还有一颗风扇调速用器件，不属于CPU供电电路）。此外我们能找到主控芯片是最高支持4+1相供电设计的ISL6324（CPU内核支持2~4相供电，并内建2个 driver），还能找到一颗driver芯片。MOS管数量14=3*4+2，于是VDD是4相供电每相3颗MOS管，VDDNB是1相供电2颗MOS 管。由于ISL6324的VDD供电内建2个driver，VDD供电的第三第四相是通过两颗外置driver来驱动的。由此我们可以判断其为4+1相供电设计。在MA78GH-S2H上面我们能看到14颗MOS管和4颗0.60微亨扼流圈，ISL6323主控芯片配合1颗外挂driver，同理可推断为 3+1相供电。

K10发布以后intersil推出了对应的混合式电源管理方案ISL6323和ISL6324，这两个芯片都支持最高4+1相供电设计，如果看到这个控制芯片，那基本上就是N+1相的方案了。
映泰TF8200 A2+供电部分 精英A780GM-A供电部分 Nehalem的分离供电设计（Split-Plane power delivery design on Nehalem）这一阵子关注X58主板的网友应该已经注意到，Nehalem主板除了环绕CPU的一圈供电以外，还要多出几相不知道给谁的供电。
内存和芯片组供电（Memory and Chipset power delivery circuits）主板的内存VDD/VDDq以及芯片组VDD供电在以往是需求不高的，还能见到用线性供电为芯片组或内存提供电力，从+5V 或+3.3V通过一般是LDO（低压差稳压器）一类的器件转换出需要的电压，中间差值的部分就消耗在稳压器上变成了发热。随着内存工作电压由3.3V降低到2.5V再降低到1.8V、1.5V，芯片组核心电压也从1.5V降低至1.1V而需要的电流上升，线性电源的低效率和高发热变得不可接受，内存与芯片组供电纷纷转向了开关电源。
ABIT GD8 pro通常来讲，内存供电位于内存槽的附近，可能是靠近南桥一侧，也可能是远离南桥一侧。芯片组供电则可能位于显卡插槽附近或者北桥与IO挡板之间的位置。这张图示意芯片组供电和内存供电可能出现在ATX主板上的常见位置。
开关供电电路的标志性元件就是那个输出扼流圈，如果没有输出扼流圈那肯定不是开关供电电路。要确定供电的方式，我们就得找出这些扼流圈，在前面的图上我用红圈做了标记。
注意，内存和芯片组的开关供电就是单相或者多相的开关供电电路，和CPU供电一样会有输入输出滤波电容，同样也可能有输入扼流圈来减小输出对上一级电路的影响。在这张ABIT GD8主板上我们可以看到内存和芯片组供电的输入端都有一个黄色磁芯的环形扼流圈。输出电流比输入电流大，所以输出扼流圈采用了三股线并绕的方式，磁芯个头也要大一些。
富士康Black OPS 这张富士康Black OPS的内存和芯片组（X48）供电也使用了开关供电，我们可以看到扼流圈放在那里，内存供电有两个，芯片组供电也是两个。然而这两个扼流圈的感值分别是 1微亨和2微亨，不会都是输出扼流圈，其中一个是输出，一个是输入扼流圈。从尺寸上判断1微亨是输入扼流圈，2微亨是输出扼流圈。我们还可以通过附近滤波电容的耐压值来判断。
（图：技嘉X48-DQ6的内存供电与芯片组供电）
这是货真价实的两相供电，每相使用一颗1.2微亨输出扼流圈和两颗SO-8衍生型的低内阻MOSFET。两个两相供电分别使用了一颗ISL6312进行控制，这可是4相供电的主板会用到的标准配置！在芯片组供电这边我们还能看到一颗1.2微亨的输入扼流圈，别搞错了哦。