主板和显卡是怎么给CPU和GPU供电【步骤介绍】

主板和显卡是怎么给CPU和GPU供电【步骤介绍】

正如电源是PC的心脏一样，主板和显卡上的电源模块也是如此。身上的各种芯片能否正常工作，取决于它们的供电电路是否足够强大。所以在显卡和主板的评测中，它们的电源模块也是非常重要的评分项目。那么主板和显卡上的电源模块是由什么组成的，它们是如何工作的？以下是关于板卡电源模块的一些事情。

显卡主板电源模块的主要作用是稳压、稳压、滤波，使CPU或GPU获得稳定、纯净、合适的电压电流。从它们使用的技术和原理来看，显卡和主板的供电电路其实没有本质区别，只是供电电压和电流不同。

一、主板/显卡上的电源模块有哪些？

目前主板和显卡上使用的电源模块主要有三种:三端稳压电源、场效应晶体管线性稳压电源和开关电源。

1.三端稳压电源

三端稳压电源这种电源模块组成简单，只需要一个集成稳压器。但其电流很小，不适合大负载设备，主要为DAC电路或I/O接口供电。

三端稳压电源芯片7805，组成简单但输出电流小。

2.场效应晶体管的线性稳压。

这种电源模块主要由信号驱动芯片和MosFET组成，具有反应速度快、输出纹波小、工作噪声低等优点。而FET线性稳压转换效率低，发热量大，不利于产品功耗和温度的控制。所以早些年以前多用于显存或内存条的供电电路中，而且只限于入门级产品。中高端产品往往采用更好的电源构成，即第三个电源模块&mdash&mdash开关电源。

3.开关式电源

目前，开关电源电路用于为主板和显卡上的CPU和GPU供电。

开关电源是一种控制开关时间和开关比例，维持稳定输出电压的电源模块。它主要由电容、电感、MosFET和PWM脉宽调制集成电路组成。与线性调压相比，发热量更低，转换效率更高，调压范围广，调压效果好，因此成为目前CPU和GPU的主要供电来源。

因为前两种供电方式都有明显的缺点，所以在显卡和主板产品中并不高，大部分都是作为辅助电源或者低功耗芯片的电源而存在。这次重点介绍第三个电源模块，也就是开关电源。

二、开关电源模块由哪些元件组成？

主板和显卡的开关电源模块主要供CPU和GPU使用，通常由电容、电感、MosFET和PWM脉宽调制芯片四类元件组成。

开关电源电路中一般是电容和电感线圈一起使用，其中电容的作用是稳定电源电压，滤除电流中的杂波，而电感线圈则是通过储存和释放能量来稳定电流。

电容是最常用和最基本的电子器件，它在CPU和GPU中的供电电路主要用于直通和过滤。因为电容器通常并联在电源电路中，所以电流的交流分量将通过电容器被引入到地中，而DC分量将继续进入负载。同时，由于电容可以通过充放电使电路的电压保持恒定，不仅可以滤除电流中的高频杂波，还可以减小电路的电压波动。

电感的作用是保持电路中电流的稳定性。当通过电感的电流增大时，电感产生的自感电动势与电流方向相反，阻止了电流的增大，同时将一部分电能转化为磁场能量储存在电感中。当通过电感线圈的电流减小时，自感应电动势与电流同向，阻止电流减小，释放储存的能量补偿电流减小。

在开关电源电路中，电感和电容需要在短时间内充放电数万次，因此它们的好坏将直接影响开关电源电路的性能。目前CPU和GPU的供电电路多采用固体电容和封闭式电感。前者具有低阻抗、高耐纹波、温度适应性好的优点，后者具有体积小、储能高、电阻低的特点，更适用于低压大电流的CPU和GPU供电电路。

三。高端产品中使用的聚合物电容器

我们还可以在一些高端产品的电源输出端看到聚合物电容，比如铝聚合物电容和著名的小黄豆钽电容器。由于这些聚合物电容具有很强的高频响应能力，在每秒充放电数万次的开关电源电路中，常被用在输出端的滤波电路中，可以大大提高电流的纯度。

1、MosFET

MosFET在电源电路中的作用是电流开关，可以实现电路中的单向导通。通过对控制极即栅极施加适当的电压，MosFET可以实现饱和导通，通过控制PWM芯片的开关比，可以实现MosFET的调压功能。

MosFET有四个重要参数，即最大电流(最大电压)、最大电压(最大电压)、导通电阻(较低的导通电阻导致较高的功率转换效率)和耐受温度(温度上限)。原则上，最大电流越高，最大电压越高，导通电阻越低，耐受温度越高，MosFET质量越好。当然，完美的产品是不存在的，不同的MosFETs有不同的优势。选择什么样的MOSFET需要从实际情况考虑。

在开关电源电路中，MosFET分为上下两组，工作时分别导通。但关注MOSFET排列的玩家可能会发现，大部分开关电源电路中的上桥MosFET往往没有下桥MosFET大，这其实与上桥MosFET和下桥MosFET需要承受的电流不同有关。上桥MosFET承受外部输入电流，一般为12V电压。因此，在相同功率的前提下，上桥MosFET的导通时间更短，电流更低，所需规模自然可以更低。而下桥MosFET承担CPU或GPU的工作电压，一般只有1V左右。所以在同样的功率环境下，它的电流是上桥MosFET的10倍，导通时间更长，要求的规模自然更高。

除了常见的分离式MosFET布置，我们还可以看到集成式MosFET，通常称为DrMos。上桥MosFET和下桥MosFET都封装在同一个芯片中，占用的PCB面积更小，更利于布线。同时，DrMos在转换效率和发热量方面比传统的分体式MosFET具有更高的优势，因此在高端产品中普遍使用。

但是，DrMos不一定比分体式MosFET好。事实上，由于DrMos具有很高的耐温性，当其温度超过耐受范围而烧坏时，往往会进一步烧穿PCB，导致整卡彻底报废。但由于温度上限较低，当分离的MosFET因过温烧坏时，不会损坏PCB，但会离开产品保存它机会。当然最好的办法是不要让MosFET因为温度过高而烧坏，所以显卡往往会为电源电路配备足够的散热片。

同样值得一提的是，同样规格的MosFET，其实可以用不同的方式封装，以适应不同的环境。虽然不同的封装方式对MosFET的散热有一定影响，但也影响其性能。但相对于内阻、耐压、载流量等硬性指标来说，不同封装的影响几乎可以忽略不计，所以不能简单的以封装方式来判断MosFET的好坏。

4.PWM脉宽调制芯片

PWM(PulseWidthModulation)，简称脉宽调制，是一种以数字输出控制模拟电路的技术手段，但模拟信号电平是数字编码的。它通过改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变脉冲调制周期来控制输出频率。PWM芯片的选择与电源电路的相数密切相关。PWM芯片必须具有与产品提供的相数相对应的控制能力。

动词（verb的缩写）开关电源电路是如何工作的？

电源的原理图如下所示。图中的电容用于稳定电源电压，滤除电流中的杂波，使电流更加纯净。电感可以通过储存和释放能量来稳定电流。PWM芯片是开关电路控制模块的主要组成部分，电路的输出电压和电流基本上由这个控制模块控制。MosFET分为两部分:上桥和下桥。电压调节通过上下桥MOSFETs的配合实现。

当开关电源电路开始工作时，外部输入的电流经过电感L1和电容C1初步稳压、稳压和滤波，然后输入到后续的调压电路。由PWM芯片组成的控制模块发出信号，开启上桥MosFET，对后续电路充电，直到两端电压达到设定值。然后控制模块关断上桥MosFET，导通下桥MosFET，后续电路向外释放能量，两端电压开始下降。此时，控制模块关闭下桥MosFET，再次打开上桥MosFET，等等。

上面提到的后续电路实际上，它是原理图中的L2电感和C2电容。与线性稳压电路相比，开关电源具有转换效率高、输出电流大的优点，但其MosFET的输出不是稳定电流，而是含有杂波的脉冲电流，不能直接用于终端设备。此时，L2电感和C2电容一起构成了一个类似的电池储能电路，当上桥MosFET导通时电池充电，当下桥MosFET导通时电池释放能量保持进入终端设备的电流和两端电压稳定。

6.主板和显卡为什么要多相供电？

以上是CPU和GPU供电电路的常见组成和工作原理。其实因为CPU和GPU对供电电流的要求更高，以RX480显卡为例，全卡满载功耗在210W左右。即使GPU电源占整个卡电源的70%，GPU满载功率已经达到150W的水平，相当于工作电压1.1V时的136A电流，如果采用单相电源，100A以上的单体电感会很大，单相纹波足够低，那么电感会更大，显然各方面都无法接受。

所以显卡和主板都需要分担各个电源的负载，以维持供电电路的安全性和发热量的可控性。一些中高端产品甚至引入了动态调整供电相数的技术。当负载较低时，关闭部分供电电路，当CPU或GPU负载增加时，再自动开启。这样既能满足高负载时的供电需求，又能在低负载时起到进一步的节能作用。