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Pg电子平台:开关电源供电模块元件组成知识讲解

发布时间:2025-07-14 12:10:47点击量:

  主板和显卡的开关电源供电模块主要供CPU和GPU使用,通常是由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制芯片四类元件组成。

  电容与电感线圈在开关电源供电电路中一般是搭配使用,其中电容的作用是稳定供电电压,滤除电流中的杂波,而电感线圈则是通过储能和释能来起到稳定电流的作用。

  电容是最常用的也是最基本的电子元器,其在CPU和GPU的供电电路主要是用于“隔直通交”和滤波。由于电容一般是并联在供电电路中,因此电流中的交流成分会被电容导入地线中,而直流成分则继续进入负载中。同时由于电容可以通过充放电维持电路电压不变,因此其不仅可以滤除电流中的高频杂波,同时也减少电路的电压波动。而电感线圈的作用则是维持电路中的电流稳定性,当通过电感线圈的电流增大时,电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反,阻止电流的增加,同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时,自感电动势与电流方向相同,阻止电流的减小,同时释放出存储的能量,以补偿电流的减小。

  由于在开关电源供电电路中,电感与电容需要在短时间内进行上万次的充放电,因此它们的品质将直接影响开关电源供电电路的性能表现。目前CPU和GPU的供电电路中多使用固态电容以及封闭式电感,前者具备低阻抗、耐高纹波、温度适应性好等优点,后者则有体积小、储能高、电阻低的特性,比较适合用于低电压高电流的CPU和GPU供电电路中。

  值得一提的是,在部分高端产品的供电输出端我们还可以看到聚合物电容,如铝聚合物电容以及著名的“小黄豆”钽电容。由于这种聚合物电容拥有极强的高频响应能力,因此在每秒充放电上万次的开关电源供电电路中,它们常常被用于输出端的滤波电路中,可以大大提升电流的纯净度。

  MosFET在供电电路中的作用是电流开关,它可以在电路中实现单向导通,通过在控制极也就是栅极加上合适的电压,就可以让MosFET实现饱和导通,而MosFET的调压功能则是可以通过PWM芯片控制通断比实现。

  MosFET有四项重要参数,分别是最大电流(能承受的最大电流)、最大电压(能承受的最大电压)、导通电阻(导通电阻越低电源转换效率越高)以及承受温度(所能承受的温度上限),原则上来说最大电流越大、最大电压越高、导通电阻越低、承受温度越高的MosFET品质越好。当然了完美的产品并不存在,不同MosFET会有不同优势,选择什么样的MosFET是需要从实际情况出发考虑的。

  在开关电源供电电路中,MosFET是分为上桥和下桥两组,运作时分别导通。而有注意MosFET布置的玩家可能会发现,多数开关电源供电电路中的上桥MosFET往往在规模上不如下桥MosFET,实际上这个与上下桥MosFET所需要承担的电流不同有关。上桥MosFET承担是的外部输入电流,一般来说是12V电压,因此在同样功率的前提下,上桥MosFET导通的时间更短,承担的电流更低,所需要的规模自然可以低一些;而下桥MosFET承担的是CPU或GPU的工作电压,一般来说仅在1V左右,因此在相同功率的环境下,其承担的电流是上桥MosFET的10倍,导通的时间更长,所需要的规模自然更高了。

Pg电子平台:开关电源供电模块元件组成知识讲解(图1)

  而除了常见的分离式MosFET布置外,我们还会看到有整合式的MosFET,这种MosFET我们一般称之为DrMos,其上桥MosFET以及下桥MosFET均封装在同一芯片中,占用的PCB面积更小,更有利于布线。同时DrMos在转换效率以及发热量上相比传统分离式MosFET有更高的优势,因此其常见于中高端产品中。

  不过DrMos也不见得一定就比分离式MosFET更好,实际上由于DrMos承受温度的能力较高,因此当它的温度超过承受值并烧毁的时候,往往还会进一步烧穿PCB,致使整卡完全报废。而分离式MosFET由于承受温度的上限较低,因为过温而烧毁时,往往不会破坏PCB,反而会给产品留下了“抢救一下”的机会。当然了最佳的做法是不让MosFET有机会因为过温而烧毁,因此显卡显卡上往往也会给供电电路配置足够的散热片。

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  另外值得一提的是,同样规格的MosFET实际上也可以有多种不同的封装方式,以适应不同的使用坏境。虽然说不同的封装模式对MosFET的散热有一些影响,从而也影响其性能表现。但是相比于内阻、耐压、电流承受能力等硬性指标,不同封装带来的影响几乎可以忽略不计,因此我们不能简单地通过封装模式来判断MosFET的好坏。

  PWM也就是Pulse Width Modulation,简称脉冲宽度调制,是利用数字输出的方式来对模拟电路进行控制的一种技术手段,可是对模拟信号电平实现数字编码。它依靠改变脉冲宽度来控制输出电压,并通过改变脉冲调制的周期来控制其输出频率。PWM芯片的选择与供电电路的相数息息相关,产品拥有多少相供电,PWM芯片就必须拥有对应数量的控制能力。

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