1、畢業設計（論文）標 題： cpu電源供電電路的分析 學生姓名： 曾光玉 系 部： 汽車電子系 專 業： 計算機硬件與外設 班 級： 1001班 指導教師： 肖永忠 株洲職業技術學院教務處制 目錄摘要31、cpu供電電路的組成41.1cpu供電電路的功能41.2cpu供電電路的組成 4 2、cpu供電電路的工作原理及分析8 2.1單相cpu供電電路詳解8 2.2兩相cpu供電電路詳解113、cpu供電電路故障檢修14 3.1cpu供電電路的易損元件14 3.2cpu供電電路的檢修方法14 3.3cpu供電電路的檢修流程15結論16參考文獻17后記18 摘要 現在我們生活在信息泛濫的時代，電腦已經

2、普及到每家每戶。但是買電腦容易，修電腦難，如果送去維修又太不劃算而且費時，所以在生活中我們掌握一些簡單的維修技術不僅節約了寶貴的時間同時又節約了一些不必要的開支。 這本書主要詳細講解了主板的八大電路中其中之一的cpu供電電路。從cpu供電電路的組成到cpu供電電路的維修一一做了比較詳細的分析。 本書在編寫的過程中參考了大量的資料，筆者在此對這些作者表示衷心的感謝。由于本書編寫時間匆促，加上作者水平有限，難免有錯漏之處，請讀者批評指正。關鍵詞：cpu供電電路原理、電源管理芯片、導通、截止。1. cpu供電電路的組成1.1cpu供電電路的功能 主板的CPU供電電路最主要的功能是為CPU提供電能，保

3、證CPU在高頻，大電流工作狀態下穩定地運行。同時，由于現在的CPU功耗非常大，從低負荷到滿負荷，電流的變化非常大，為了保證CPU能夠在減速的負荷變化中，不會因為電流供應不上而無法工作，CPU供電電路要求具有非常快速的大電流響應能力。   另外，CPU供電電路同時也是主板上信號強度最大的地方，處理得不好會產生串擾效應，而影響到較弱信號的數字電路部分，因此CPU供電部分的電路設計制造要求通常都比較高。簡單來說，CPU供電部分的最終目的就是在CPU電源輸入端達到CPU對電壓和電流的要求。1.2cpu供電電路的組成 主板的CPU供電電路主要由電源管理芯片、電感線圈、場效應管（MOS

4、FET管）和電解電容等元器件組成。如下圖所示 。輸入端的濾波電容和扼流電感；輸出端的貼片MOSFET管；輸出端的扼流電感；輸出端的濾波電容；輸出端的MOSFET管驅動芯片；北橋供電的PWM主控芯片；供電電路的PWM主控芯片；北橋供電的扼流電感和MOSFET管驅動芯片。 1.2.1電源管理芯片 電源管理芯片主要負責識別CPU供電幅值，產生相應的短矩波，推動后級電路進行功率輸出。常見的電源管理芯片有：（1）、hip系列的hip6301、hip6302、hip6601、hip6602、hip6004b、hip6016、hip6018b、hip6020、hip6021等。（2）、rt系列的rt9227

5、、rt9237、rt9238、rt9241、rt9137、rt9174等。（3）、sc系列的sc1150、sc1152、sc1153、sc2643、sc1189等。（4）、rc系列的rc5051、rc5057等。（5）、adp系列的adp3168、adp3418等。（6）、lm系列的lm2636、lm2637、lm2638、lm2639等。（7）、isl系列的isl6556、isl6537等。（8）、ka7500和tl494等。如下圖所示。 主要電源管理芯片有的是雙列直插芯片，而有的是表面貼裝式封裝，其中HIP630x系列芯片是比較經典的電源管理芯片，由著名芯片設計公司Intersil設計。它

6、支持兩/三/四相供電，支持VRM9.0規范，電壓輸出范圍是1.1V-1.85V，能為0.025V的間隔調整輸出，開關頻率高達80KHz，具有電源大、紋波小、內阻小等特點，能精密調整CPU供電電壓。下面以HIP6301為例，講解電源管理芯片各個引腳的功能。引腳功能VID4-VID0(15腳)CPU核心電壓檢測COMP(6腳)電源信息反饋FB（7腳）基準電壓輸入FS/DIS（8腳）基準電壓輸入控制GND（9腳）接地VSEN（10腳）電壓反饋PWM3（11腳）控制脈沖輸出3ISEN3（12腳）電流反饋3ISEN2（13腳）電流反饋2PWM2（14腳）控制脈沖輸出2PWM1（15腳）控制脈沖輸出1IS

7、EN1（16腳）電流反饋1ISEN4（17腳）電流反饋4PWM4(18腳）控制脈沖輸出4PGOOD(19腳）電源準備好信號VCC(20腳）5V供電1.2.2電感線圈 電感線圈是由導線在鐵氧體磁芯環或磁棒上繞制數圈而成，有線圈式、直立式和固態式等幾種，如下圖所示。 主板cpu供電電路中的電感線圈主要包括兩種，一種是用來對電流進行濾波的，稱為濾波電感；一種是用來儲能的，它和場效應管、電容配合使用為cpu供電。實際電路中通常利用電感和電容組成低通濾波系統，過濾供電電路中的高頻雜波。1.2.3濾波電容CPU供電電路中的電容一般采用的就是大家通常講的“普通電容”，它的形狀如下圖所示。 在電路中具有“隔直

8、通交”特性，它的作用包括一下幾方面：一是濾波，一般來說大容量適用于濾除低頻雜波，而小容量濾除高頻雜波；二是信號去耦，防止信號在電路間串擾；三是信號耦合，用于將兩個電路的直流電位進行隔離時使信號在電路間傳送。 在單相供電電路中，電容和電感線圈的規格越高以及場效管的數量越多，就代表了供電電路的品質越好。一般情況下，日系的SANY（三洋）、Rubycon（紅寶石）、KZG電容比較優秀，臺系的TAICON、OST、TEAPO、CAPXON等品牌的電容也可以考慮。少數高端的超頻版主板還會采用穩定性極好的固態電容，徹底杜絕了電容爆漿現象的發生。1.2.4場效應管（mos管） 場效應管是金屬氧化物半導體場效

9、應管的簡稱，具有開關速度極快、內阻小、輸入阻抗高、驅動電流小（0.1uA左右）、熱穩定性好、工作電流大、能夠進行簡單并聯等特點，非常適合作為開關管使用。CPU供電電路中常見的場效應管如下圖所示。 通常其兩側的引腳分別為源極（s）和柵極（g），中間的為漏極（d）。 場效應管在供電電路中的作用是在電源管理芯片的脈沖信號的驅動下，不斷地導通與截止，然后將ATX電源輸出的電能存儲在電感中，然后釋放給負載。在主板供電電路中，場效應管的性能和數量，通常決定著供電電路的性能。2. CPU供電電路的工作原理及分析CPU供電電路通常采用pwm開關電源方式供電，即由電源管理芯片根據cpu工作電壓需求，向連接的場效

10、應管發出脈沖控制信號，然后控制場效應管的導通和截止，將電能存儲在電感中，然后再通過電容濾波后向cpu輸出工作電壓。當電腦開機后，電源管理芯片在獲得atx電源輸出的+5V或+12V供電后，為cpu提供電壓，接著cpu電壓自動識別引腳發出電壓識別信號VID給電源管理芯片，電源管理芯片再根據cpu的VID電壓，發出驅動信號，控制兩個場效應管的導通的順序和頻率，使其輸出的電壓與電流達到cpu核心供電要求，為cpu提供工作需要的供電。 以上供電原理是所有主板最基本的供電原理，在實際的主板中，根據不同型號cpu工作的需要，cpu供電的方式又分為多種，主要有單相供電電路，兩相供電電路，三相供電電路，四相供電

11、電路，六相供電電路和多組供電電路等幾種，下面具體講解單相供電電路，兩相供電電路及三相供電電路。2.1單相供電電路詳解 單相供電電路可以提供最大25A的電流，主要應用在搭配功率較低的cpu的主板中，作為cpu的供電方式，已經不用。單相供電通常由輸入部分的一個濾波電感線圈，一個濾波電容組成。下圖所示為單相供電電路的工作原理圖。 單相供電電路的工作原理如下。當按下開關鍵松開后，ATX電源開始向主板供電，接著ATX電源輸出的+12V電壓通過濾波電容濾波后接到電源管理芯片的VCC端為電源管理芯片供電。而ATX電源輸出的+5V電壓通過濾波電感L7及濾波電容CE37、CE38等后分成兩路，一路接到電源管理芯

12、片的OCSET引腳，將輸出控制端電壓設為高電平；另一路連接到場效應管Q15的D極，為其提供+5V的供電電壓，同時cpu通過電源管理芯片的VID0-VID4引腳向電源管理芯片輸出VID電壓識別信號。 在ATX電源啟動500ms后，ATX電源的第八腳輸出PG信號，此信號經過處理后送到電源管理芯片的PGOOD引腳。電源管理芯片接收到PG信號后，使電源管理芯片復位。接著電源管理芯片開始工作，從UGATE引腳和LGATE引腳分別輸出35V且互為反相的驅動脈沖控制信號，這樣將是場效應管Q15和Q17分別導通，下圖為單相供電電路各個時刻不同地點的電壓波形圖。 圖中，t1時刻時，電源管理芯片的UGATE引腳輸

13、出高電平控制信號給場效應管Q15的G極，LGATE引腳輸出低電平控制信號給場效應管Q17的G極。這時，Q15導通，Q17截止，電流通過濾波電感L7流入儲能電感L8，并輸出cpu主供電。同時，電源管理芯片的電壓反饋端（FB和COMP）會將輸出的cpu主供電電壓反饋給電源管理芯片同cpu的標準識別電壓作比較。如果輸出電壓與標準電壓不相同（誤差在7%以內視為正常），電源管理芯片將調整UGATE引腳和LGATE引腳輸出的方波的幅寬，調整輸出的cpu主供電電壓，直到與標準電壓一致（Q15導通的時間長短，將影響S極的電壓高低，時間越長，電壓越高）。供電電路在給cpu供電的同時，還會給儲能電感L8和電容CE

14、42CE46充電。 當t1時刻結束，進入t2時刻時，電源管理芯片的UGATE引腳輸出低電平控制信號，LGATE端輸出高電平控制信號。這時，場效應管Q15截止，Q17導通。由于場效管Q17的S極接地，Q17將L8上多余的電量對地釋放，從而保證輸出的cpu的主供電的電壓幅值。2.2兩相cpu供電電路詳解單相cpu供電電路一般可以提供最大25A的電流，而現在常用的cpu的功率遠遠大于這個數字，Pentium4 cpu的功率可以達到70W到80W，工作電流甚至達到50A。Pentium4 cpu需要的大電流，單相cpu供電電路已經無法提供，所以現在主板的cpu供電電路一般采用兩相甚至多相供電電路的設計

15、。兩相cpu供電電路的電源管理芯片一般有兩種，一種是由單個電源管理芯片輸出4路脈沖驅動信號，分別控制4個場效應管來實現兩相供電輸出；一種是由主、從電源管理芯片組成的供電電路實現兩相輸出。兩相供電的工作原理與單相供電的工作原理基本相同，只是兩相供電電路中每相之間是有相位差的，相位差的大小為180度。兩相供電電路的工作原理如下。 當按下開關鍵松開后，ATX電源開始向主板供電，接著ATX電源輸出的+12V電壓通過濾電容濾波后接到電源管理芯片（HIP6602）的VCC端為其供電。而ATX電源輸出的+5V電壓則接到主電源管理芯片（HIP6302）的VCC端為其供電。同時+12V還通過c1濾波后加到場效應

16、管Q1的漏極（D極）為其提供電壓。同時cpu通過主電源管理芯片的VID腳向主電源管理芯片輸出VID電壓識別信號，主電源管理芯片開始工作。從pwm1端和pwm2端分別輸出兩路脈沖驅動信號到從電源管理芯片，從電源管理芯片收到pwm信號后開始工作。從UGATE端和LGATE端分別輸出35V的且互為反相的脈沖驅動信號（即UGATE輸出高電平時，LGATE端輸出低電平，或相反），這樣將使Q1和Q2、Q3和Q4分別導通。下圖所示為兩相供電電路各個時刻不同地點的電壓波形圖。 圖中，t1時刻時，主電源管理芯片從pwm1端向從電源管理芯片發出控制信號（如上圖中A點的電壓波形）。從電源接收到pwm1控制信號后，從

17、UGATE1端輸出高電平控制信號給Q1的G極，同時從LGATE1端輸出低電平給控制信號給Q2的G極。這時，Q1導通，Q2截止，電流通過濾波電感L1流入儲能電感L2并輸出供電電壓（如圖中C1點的電壓波形）。 當t1時刻結束，進入t2時刻時，從電源管理芯片的UGATE1端輸出低電平控制信號，LGATE1端輸出高電平控制信號。這時，場效應管Q1截止，Q2導通。由于場效應管Q2的S極接地，Q2將Q1送來的多余的電量以電流的形式對地釋放，從而保證輸出的cpu主供電的電壓幅值。 同時在進入1/2(t1+t2)時刻，主電源管理芯片從pwm2端向從電源管理芯片發出控制信號（如上圖中的B點的電壓波形）。從電源管

18、理芯片接到pwm2控制信號后，從UGATE2端輸出高電平控制信號給場效應管Q3的G極，同時從LGATE2端輸出低電平控制信號給場效應管Q4的G極。這時，Q3導通，Q4截止，電流通過Q3流入儲能電感L3，并輸出供電電壓（如上圖中C2點的電壓波形）。 當進入1/2(t1+t2)+t1時，從電源管理芯片的UGATE2端輸出低電平控制信號，LGATE2端輸出高電平控制信號。這時，場效應管Q3截止，Q4導通。由于場效應管Q4的S極接地，Q4將Q3送來的多余的電量以電流的形式對地釋放，從而保證輸出的cpu主供電的電壓幅值。 最后這兩相供電電壓相互疊加，并經過濾波電容濾波后，輸出更為平滑純凈的電流，為cpu

19、供電。 與此同時，主電源管理芯片的電壓反饋（FB和COMP）會將輸出的cpu主供電電壓反饋給電源管理芯片同cpu的標準識別電壓作比較。如果輸出的電壓與標準電壓不相同（誤差在7%以內為正常）,主電源管理芯片將調整pwm1端和pwm2端輸出的方波的幅寬，最終調整輸出的cpu主供電電壓與標準電壓一致。 另外，ISEN1和ISEN2為電流反饋端，它時刻監測主供電的電流。當供電路中有元器件短路，導致電路中電流增大時，主電源管理芯片內部的過流監測電路通過ISEN1和ISEN2端監測到后，主電源管理芯片會停止輸出pwm控制信號，停止cpu供電，使電腦停止工作。 通過兩相供電，輸到cpu的主供電電流更加平滑，

20、電流更大。下圖所示分別為單相供電電路和兩相供電電路中cpu主供電輸出的最終電壓波形。3.CPU供電電路的故障檢修 3.1cpu供電電路的易損元件 CPU供電電路因工作在大電流、高溫度環境下使得它的故障率最高。尤其是大體積的電解電容、供電場效管、電源管理芯片。如發現CPU供電濾波電解電容中的任意一個損壞，最好最徹底的方法是把附近與之相同規格的其他電容全部更換，因為只要其中一個損壞，其他就會存在不同程序的問題。3.1.1cpu供電濾波電解電容CPU供電濾波電解電容是位于cpu插槽附近的相同的大體積、大容量電容。損壞損壞多有外在表現（如鼓包、爆裂、漏液等），造成cpu供電低或紋波大，引起死機、不亮機

21、等現象。3.1.2cpu主供電場效應管CPU主供電場效應管是位于cpu插槽附近的216個大型場效應管，常見型號為70N03、3055等。損壞后會使cpu主供電異常，造成不開機、不亮機、死機、不檢cpu。3.1.3cpu電源管理芯片 CPU電源管理芯片是位于cpu底座最近的雙列或四面引腳，引腳數量在28及以上的中小體積芯片，易損壞、易虛焊。造成cpu主供電及內核、外核供電異常，引起不亮機、不開機、死機等。3.1.4cpu主濾波電感CPU主供電濾波電感一般位于cpu插槽附近、體積較大，一般有2個及以上，易虛焊或燒壞。燒壞的原因多是cpu短路或主板漏電，造成流經此電感的電流過大。損壞后會引起不亮機或

22、死機。3.2cpu供電電路的檢修方法3.2.1目測法 對于工作時間較長的計算機，首先觀察的是cpu插槽附近的大體積電解電容、大體積場效應管。這些電容長時間受cpu烘烤，很容易發生頂部鼓包、防爆凹槽開裂、電解液溢出，造成電解電容漏電或容量小甚至失效，導致cpu供電偏低、濾波不良，計算機不開機或運行時常死機或自動重啟。 對于不通電不能開機的主板，還要目測電源管理芯片，它也位于cpu附近，如有鼓包、裂紋、燒暴都為損壞。3.2.2cpu假負載法CPU假負載法是判斷cpu主供電是否正常，最方便、最簡捷也是最安全的方法。即用假負載代替真cpu，然后用萬用表測試假負載上標準的核心電壓、內核電壓、外核電壓測試點，有的cpu假負載上還直接標注了電壓的正常值，因此使用起來很是直觀方便。3.3cpu供電電路的檢修流程