CPU供电电路分析及故障检修

兴宁528 · 发表于 2012/2/16 01:56

供电是所有电子元件工作的先决条件，供电电路也是最容易坏的单元，主板的供电电路主要有CPU供电，内存供电和芯片组供电，其中尤以CPU供电电路的故障率为高，下面我们就对CPU供电电路作一个分析。     因为CPU核心电压比较低而且有着越来越低的趋势，ATX电源供给主板的12V和5V直流电不可能直接给CPU供电，所以需要一定的供电电路来进行高直流电压到低直流电压的转换（即DC-DC），这些转换电路就是CPU的供电电路。 一、CPU供电电路组成 1．CPU供电电路的功能:    主板的CPU供电电路最主要的功能是为CPU提供电能，保证CPU在高频，大电流工作状态下稳定地运行。同时，由于现在的CPU功耗非常大，从低负荷到满负荷，电流的变化非常大，为了保证CPU能够在减速的负荷变化中，不会因为电流供应不上而无法工作，CPU供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力。    另外，CPU供电电路同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此CPU供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。简单来说，CPU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。 2．CPU供电电路的组成:    主板的CPU供电电路主要由电源管理芯片、电感线圈、场效应管（MOSFET管）和电解电容等元器件组成。 （1）电源管理芯片    电源管理芯片主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。常用电源管理芯片的瑾有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。    主要电源管理芯片有的是双列直插芯片，而有的是表面贴装式封装，其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片，由著名芯片设计公司Intersil设计。它支持两/三/四相供电，支持VRM9.0规范，电压输出范围是1.1V-1.85V，能为0.025V的间隔调整输出，开关频率高达80KHz，具有电源大、纹波小、内阴小等特点，能精密调整CPU供电电压。下面发HIP6301为例，讲解电源管理芯片各个引脚的功能。 （2）电感线圈     电感线圉是由导线在铁氧体磁芯环或磁棒上绕制数圈而成，有线圈式、直立式和固态式等到几种。主板CPU供电电路中的电感中的电感线圈主要包括两种，一种是用来对电流进行滤波的，称为滤波电感；另一种电感线圈是用来储能的。经和场效应管、电容配合使用来为CPU供电。另外根据线圈的蓄能的特点，实际电路中通常利用电感和电容组成低通滤波系统，过滤供电电路中的高频杂波，以便向CPU提供干净的供电电流。 （3）滤波电容     CPU供电电路中的电容一般采用的就是大家通常所讲的“普通电容”。     在电路中电容具有“隔直通交”特性，它的作用包括以下几方面：一是滤波，大部分都用在了直流转换之后的滤波电路中，利用其充放电特性，在储能电感的配合下，将脉冲直流电变成较为平滑的直流电，一般说来大容量电容适用于滤除低频杂波，而小容量电容滤除较高频杂波的效果比较好；三是信号去耦，防止信号在电路间串扰；三是信号耦合，用于将两个电路的直流电位进行隔离时使信号在电路间传送。    在单相供电电路中，电容和电感线圈的规格越高以及场效应管的数量越多，就代表了供电电路的品质越好。一般情况下，日系的SANY（三洋）、Rubycon（红宝石）、KZG电容比较优秀，台系的TAICON、OST、TEAPO、CAPXON等品片的电容也可以考虑。少数高端的超频版主板还会采用化学稳定性极好的固态电容，彻底杜绝了电容爆浆现象的发生。 （4）场效应管    场效庆管是金属氧化物半导体声效应晶体管（Metallic Oxide Semiconductor Fidld Effect Transistor）的简称，具有开关速度极快、内阻小、输入阻抗高、驱动电流小（0.1uA左右）、热稳定性好、工作电流大、能够进行简单并联等特点，非常适合作为开关管使用。CPU供电电路中常见的场效应管，通常其两侧的引脚分别为源极（S）和栅极（G），中间的引脚为漏极（D）。    场效应管在供电电路中的作用是在电源管理芯片的脉冲信号的驱动下，不断的导通与截止，然后将ATX电源输出的电能存储在电感中，然后释放给负载。在主板供电电路中，场效应管的性能和数量。通常决定着供电电路的性能。 二、CPU供电电路的工作原理    CPU供电电路通常采用PWM开关电源方式供电，即由电源管理芯片根据CPU工作电源需求，向连接的场效应管发出脉冲控制信号，然后控制场效应管的导通和截止，将电能储存在电感中，然后再通过电容滤波后向CPU输出工作电压。     CPU供电的基本原理，当电脑开机后，电源管理芯片在获得ATX的电源输出的+5V或+12V供电后，为CPU提供电压，接着CPU电压自动识别引脚发出电压识别信号VID给电源管理芯片。电源管理芯片再根据CPU的VID电压，发出驱动控制信号，控制两个场效应管导通的顺序和频率，使其输出的电压与电源达到CPU核心供电需求，为CPU提供工作需要的供电。     以上供电原理是所有主板最基本的供电原理，在实际的主板中，根据不同的型号CPU工作的需要，CPU的供电方式又分为许多种，主要有单相供电电路、两相供电电路、三相供电电路、四相供电电路、六相供电电路和多组供电电路等几种。