主板和显卡的供电模块由什么元件组成? CPU/GPU供电原理

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我是靠谱客的博主跳跃小虾米，最近开发中收集的这篇文章主要介绍主板和显卡的供电模块由什么元件组成? CPU/GPU供电原理，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

就如电源是PC的心脏一样，主板和显卡上的供电模块也是它们各自的心脏，搭载在身上的各种芯片能否正常工作，就看它们的供电电路是否足够强悍了。因此在我们的显卡和主板评测中，它们的供电模块会是一个很重要的评分项目。那么主板和显卡上的供电模块由什么元件组成，又是如何工作的呢？今天我们就来扒一扒那些关于板卡供电模块的二三事。

典型的4相供电电路

显卡与主板的供电模块的主要作用是调压、稳压以及滤波，以此让CPU或者GPU获得稳定、纯净且电压合适的电流。从它们所用到的技术和原理来说，显卡和主板的供电电路其实并没有本质上的区别，仅仅是供电电压和电流有所不同，因此我们这次就不分开讲解了。

一、主板/显卡上的供电模块有哪些？

目前主板和显卡上使用的供电模块主要有三种，一种是为三端稳压供电，这种供电模块组成简单，仅需要一个集成稳压器即可，但是它提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，主要是对DAC电路或者I/O接口进行供电。

三端稳压供电芯片7805，组成简单但输出电流较低

第二种则是场效应管线性稳压，这种供电模块主要由信号驱动芯片以及MosFET组成，有着反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的优点。但是场效应管线性稳压的转换效率较低而且发热量大，不利于产品功耗和温度控制，因此其多数用在更早年之前的显存或者内存的供电电路上，而且仅限于入门级产品，中高端产品往往会使用更好的供电组成，也就是第三种供电模块——开关电源。

现在主板和显卡上给CPU和GPU供电的都是开关电源供电电路

开关电源是控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种供电模块，主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成，发热量相比线性稳压更低，转换效率更高，而且稳压范围大、稳压效果好，因此它成为了目前CPU与GPU的主要供电来源。

由于前两种供电模式都在存在着明显的不足，因此它们在显卡和主板产品上的地位并不高，多数是作为辅助型供电或者为低功耗芯片供电而存在，这次就不再详细叙述，我们把重点放在第三种供电模块也就是开关电源供电上。

二、开关电源供电模块由哪些元件组成？

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

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。

供电电路中的电容与电感

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。

在高端产品上使用的聚合物电容

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

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。

很常见的“一上二下”型MosFET布置

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。

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。

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脉冲宽度调制芯片

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。

三、开关电源供电电路是如何工作的？

开关电源组成原理图如下所示，图中电容的作用是稳定供电电压，滤除电流中的杂波，让电流更为纯净；电感线圈则是通过储能和释能，来起到稳定电流的作用；PWM芯片则是开关电路控制模块的主要组成部分，电路输出电压的大小与电流的大小基本上是由这个控制模块；MosFET场效应管则分为上桥和下桥两部分，电压的调整就是通过上下桥MosFET配合工作实现的。

开关电源供电电路开始工作时，外部电流输入通过电感L1和电容C1进行初步的稳流、稳压和滤波，输入到后续的调压电路中。由PWM芯片组成的控制模块则发出信号导通上桥MosFET，对后续电路进行充能直至两端电压达到设定值。随后控制模块关闭上桥MosFET，导通下桥MosFET，后续电路对外释放能量，两端电压开始下降，此时控制模块关闭下桥MosFET，重新导通上桥MosFET，如此循环不断。

上文中所述的“后续电路”实际上就是原理图中的L2电感与C2电容，与线性稳压电路相比，开关电源虽然有转换效率高，输出电流大的优点，但是其MosFET所输出的并不是稳定的电流，而是包含有杂波成分的脉冲电流，这样的脉冲电流是无法直接在终端设备上使用的。此时L2电感与C2电容就共同组成了一个类似于“电池”作用的储能电路，上桥MosFET导通时“电池”进行充能，而在下桥MosFET导通时“电池”进行释能，让进入终端设备的电流与两端电压维持稳定。

四、为什么主板和显卡要采用多相供电？

以上就是常见的CPU以及GPU供电电路组成及运行原理，实际上由于CPU和GPU对供电电流有较高的要求，以RX 480显卡为例，其整卡满载功耗为210W左右，即使按GPU供电占整卡供电70%计算，GPU的满载功率也达到了150W的水平，以运行电压1.1V计算，相当于136A的电流，如采用单相供电的话，那么单体承受100A以上的电感会非常巨大，而且要保证单相有足够低的纹波，感值也会很大，那样电感就更加巨大了，这显然在各个方面来看都是无法让人接受的。