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浅谈主板供电事理——倍相与并联的差异_电流_电压

萌界大人物 2025-01-11 02:21:11 0

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之前呢也有不少人讲过主板的供电事理,不过在倍相与并联的优缺陷上都只是一笔带过,讲得都不足详细。
导致现在很多人把供电算作了一种玄学,我以为还是有点必要再详细地讲一下。
这段视频定位属于更深层次的,也便是对主板供电事理有一定理解的“同道”。

主板的供电采取的是DCDC技能,从字面上我们也可以知道其输入是直流,输出也是直流。
不须要像传统电源一样须要逆变器、变压器、整流滤波等过多元器件。

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我知道你们平时在学校上物理课都是想睡觉,如果直接讲电压你们可能犯困,以是干脆谈钱吧,毕竟没有人对钱过意不去。

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(图片来自网络侵删)

如果你每天有一百块的零费钱。

什么?你连一百块都没有?那你真是家境贫寒啊。

万一那天你睡过分了,你母亲去上班了,没钱了,那怎么办?

这时候可以选择一星期给你七百,或者俩星期给你一千四。
虽然每次给的钱和韶光不一样,但是算下来每天还是一百元。
这种基于均匀值的掌握办法也有一个专业的说法叫:“脉冲宽度调制“,洋文简称为:“PWM“。

个中单词脉冲宽度除以周期的值叫做占空比。
等效均匀值便是输入值乘以占空比。

以零费钱为例子,一天给你700元,你们输入值便是700。
脉冲宽度为一天,周期一个星期也便是七天,那么占空比便是1/7。
700乘以1/7便是你的每天零费钱100。
我们把钱换成输入电压12v,你要得到输出的电压是1v,那么你只要担保开启的占空比是1/12就行。

如果开关这样事情,那么全体电路都是处于断断续续的不稳定状态,很多设备是没法正常事情的。

以是我们还须要一套滤波电路,让这样断断续续的 电压电流稳如老狗。
个中电容,你可以想象成一个非化学能的电池,是用于储存电能,在开关开启时充电,关闭时放电,保持两端电压不变。
电感你可以算作是增大电流惯性的元器件,当电压加大或者减小时,电流的增长降落不会一瞬间完成,而是有一个“加速韶光”,其事理便是电磁感应。
如果还是不明白,可以自行查看高中物理或者百度搜一下事理,我们就暂时不详细讲解了,毕竟我们还要照顾那些九年责任教诲比较精良的同学。
有了电感就可以防止开关管由于开启时瞬间电流过大而烧毁。
同时也可以存储磁能,让开关关闭时保持回路中有稳定的电流。

当开关关闭时全体回路会涌现断开的情形,那咋办呢?

人类还是有聪慧滴!
可以在这里加一个单相导通的二极管,在开关关闭时开启,当上面开关开启的时候还是去歇歇吧,毕竟没钱给人为。

不过为了更高的效率,这个二极管在CPU的供电电路中换成了MOS,也便是同步整流。

轻微改一下位置,便是另一种常见的图。

这样的DCDC技能看起来很大略,但是有一个问题,那便是对元器件的哀求非常高。
在关断时,MOS两端加上了输入真个电压,在导通时有须要承受低压的大电流。
以是这种DCDC技能并不适用于输入和输出压差较大的情形,不然互换电早就淘汰了,你家用的将全是直流电。

这里单独提一下,很多人会把稳到MOS的下管一样平常会比上管大很多。
大部分人阐明道:相同功率低压处电流更大。
实际上负责听了我刚才的讲解的同道该当知道,无论上管还是下管,通过的电流都是一样的,唯一的不同是占空比不一样,下管的占空比会远大于上管。
一样平常来说电阻越小的MOS标称的电流也越大,或者说为了降落电阻并联多个MOS。
以是下管更大并不是由于流过的电流更大,而是为了降落电阻减少发热。

刚刚大致讲了下供电的根本事理,现在进入本日最关键的主题,倍相与并联的差异,以及各自的优缺陷。
供电电路在事情时,开关处于连续开启和关闭的状态,也使得电压不断颠簸,这种叠加在直流上的互换抖动叫做纹波,当然也有的人叫波纹,反正你们懂这个意思就行了。

如果纹波太大,那么在波谷会由于电压过低造成去世机,到了波峰又会由于电压过高造成发热太大,乃至还会造成硬件不可逆的破坏。
加大电容和电感确实可以有效降落纹波,但是也会带来本钱和体积的升高。

另一种办法便是提高开关的频率。
在很多人眼里面MOS管的关闭是瞬间就完事了。
然而实际上MOS可以看作是一个可调电阻,关断便是电阻从小增大的过程,这部分叫做开关韶光。
逐渐增大的电阻和大电流相互浸染会产生大量的发热,俗称“开关损耗”。
如果盲目提升开关频率,就会增大“开关损耗”。

于是人们便提出了多相供电,将各相供电错开。
比较于传统的同步并联,错开之后当个中一起在处于低谷时,其余一相供电溘然来上了一发,从而降落纹波。
以图片中的两相供电为例其等效频率相称于翻倍,八相电路等效于频率提升了八倍。
这样就可以做到在开关损耗不变的条件下大幅降落纹波。

同理,我们也可以选择在相同等效频率的情形下,减少总开关的次数。
以这个图片为例,直接并联统共须要八次开关,第二相错开后只须要开关四次就可以得到一样的等效频率,开关损耗减少了一半。

不过现在的多相掌握器也只有八相而已,要得到更高的相数还得利用倍相技能。
为了更准确地讲倍相供电的事理,我们直策应用IR3599倍相芯片的官方数据手册(Datasheet),也便是牙膏厂演出28核5.0G时用的那个主板利用的倍相器。

这个倍相器有两种事情模式,分别是两倍相和四倍相。
常日16相以下采取两倍相,四倍相时最高可以做到32相供电。

通过这张图我们可以看出,倍相器相称于一个计数器。
第一次收到脉冲旗子暗记时,开启第一起,第二次便是第二路以此类推,当到了第五次时,又回到了第一起。
这样输出的等效频率不变,但是每一起供电频率只有原来的四分之一,也便是开关损耗减少到了原来的四分之一。

当然终极决定是倍相还行并联,最关键的还是看各路之间有没有同步开启的情形。
必须假如完备错开,没有同时开启的设计才是真正的倍相。

这里举一个极度的例子,在倍相之后恰好涌现某两路同时开启的情形。
这样构造上虽然有倍相器,但是实际表现却是并联,不过也不会有吃饱了没事干的工程师做这样的设计。

倍相电路看似是一个很奥妙提升相数从而降落发热的设计,不过任何投契取巧的技能都是一把双刃剑。
当负载溘然发生变革时,就须要调节开关的占空比。

由于并联的开关旗子暗记是在一起的,以是可以让这一起的所有开关一起调节。
倍相只有正在利用的一部分可以调节占空比,别的的供电一贯处于上管关闭,下管导通的状态,占空比不能改变(二倍相只有1/2的电路具备调节能力,四倍相是四分之一),同时倍相芯片事情时也是有延时的,会使得开关的动作总比掌握旗子暗记慢半拍,正是这些缘故原由会使得倍相电路相应速率低,动态相应差。

并联虽然可以省去倍相芯片,但是要达到相同的纹波,每一相供电的频率也要更高,这样就不得不该用开关速率更快的MOS以及更好的电容、电感等元器件,这便是为何并联对用料的哀求会高于倍相的缘故原由。

在利用液态氮进行极限超频时,并不会永劫光满载,而且有着液态氮的赞助降温,供电发热的影响也不大。
这时候利用并联的办法可以得到更强的动态相应性能,在溘然起来的高负荷下,没那么随意马虎涌现电压把持不住造成超频失落败的尴尬场面。
比如华硕的Z390主板,没有利用倍相供电被普通玩家骂得很惨,但是在极限超频玩家手中,却可以屡屡刷新天下记录。

比如PCEVA的讲解中说到了,倍相可以延长开关导通韶光的间隔,以是发热低。
这句话确实没有错,不过却有很多人在理解上涌现了偏差。

很多人以为利用倍相之后,频率可以更低,由于是交错开启,绿色的这部分发热就没了。

实际上为了担保电压一样,我们会创造无论倍相还是并联,其占空比也便是开关韶光占总韶光的比例是不变的。
大略地说便是:倍相之后虽然关闭的间隔翻倍,但是开启是韶光也得翻倍,其导通时的发热量并不会降落。
倍相真正降落的是开关瞬间的损耗。

之前在丈量Vega峰值功耗时,有人就说我在黑AMD,由于达到这么高的峰值功率,显卡的供电吃不消。
我的阐明是由于显卡有多相供电,分摊之后的电流远低于MOS的极限。

然后就扔了电脑吧评测室的一篇文章。
这文章中说到:多相是轮流供电,并没有分摊电流。
不过实际上嘛,主板的供电还真分摊电流,如果不相信自己拆一个主板测测就知道了。

首先我们可以做一个打算,来看看不分摊电流到底有没有好处。
这次我们用的便是初中的欧姆定律。

通过这个大略的打算我们可以创造发热量并没有减小,只是让发热没有那么集中了而已。
不过讲电流分摊之后,总发热量就减小到原来的1/N。
既然分摊电流,在电路差不多的情形下还可以降落发热量,何乐而不为呢?

我们再从另一个角度来打算一下,如果不分摊电流,那么MOS可以承受这么大的电流嘛?

之前我也提到了,DCDC电路无法运用在输入输出电压差距很大的场景,由于MOS须要具备同时承受输入处的高电压与输出处的高电流。
MOS的输入电流和输出的电流时一样的。
比如Intel的那个Awesome的28核CPU,利用液氮超频功耗达到1KW以上,就跟用饭一样大略。
而我们常用的MOS管也就60A,差一点的45A,根本无法知足1KW以上的核心供电需求。
如果利用32相分摊电流,那么就可以供应1920A电流,这真是一个Amazing的结果。
我们再乘以核心电压,完备可以知足2KW以上的供电需求,可以非常自若地给1KW的CPU供电。

为何很多人会产生这样缺点的理解呢?

我预测可能是这样的缘故原由。
一些科普的文章为了简化讲解,只说了上面这跟MOS的开关旗子暗记。
忽略了电路中还有电感的存在,虽然开关的旗子暗记是错开的,但是在续流电感的帮助下,全体回路中的电流是一贯都有的,并没有断开的情形。

总结:

倍相电路发热更低,适宜于哀求永劫光高负荷稳定的利用环境,比如事情站。

并联电路的动态相应好,适宜于超频或者游戏,这类CPU负载变革很快的场景。

不过有一点是要把稳的:并不能光靠倍相并联的技能来判断供电的好坏,比如倍相的动态相应不足好,但是实际的利用中也没必要涌现CPU负载突变时关机重启。
利用并联的高端主板也没有在高功率CPU时涌现供电过热的情形。
供电质量更关键的还是看厂家的技能以及调教风格。

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