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1、毕业设计（论文）标 题： cpu电源供电电路的分析 学生姓名： 曾光玉 系 部： 汽车电子系 专 业： 计算机硬件与外设 班 级： 1001班 指导教师： 肖永忠 株洲职业技术学院教务处制 目录摘要31、cpu供电电路的组成41.1cpu供电电路的功能41.2cpu供电电路的组成 4 2、cpu供电电路的工作原理及分析8 2.1单相cpu供电电路详解8 2.2两相cpu供电电路详解113、cpu供电电路故障检修14 3.1cpu供电电路的易损元件14 3.2cpu供电电路的检修方法14 3.3cpu供电电路的检修流程15结论16参考文献17后记18 摘要 现在我们生活在信息泛滥的时代，电脑已经
2、普及到每家每户。但是买电脑容易，修电脑难，如果送去维修又太不划算而且费时，所以在生活中我们掌握一些简单的维修技术不仅节约了宝贵的时间同时又节约了一些不必要的开支。 这本书主要详细讲解了主板的八大电路中其中之一的cpu供电电路。从cpu供电电路的组成到cpu供电电路的维修一一做了比较详细的分析。 本书在编写的过程中参考了大量的资料，笔者在此对这些作者表示衷心的感谢。由于本书编写时间匆促，加上作者水平有限，难免有错漏之处，请读者批评指正。关键词：cpu供电电路原理、电源管理芯片、导通、截止。1. cpu供电电路的组成1.1cpu供电电路的功能 主板的CPU供电电路最主要的功能是为CPU提供电能，保
3、证CPU在高频，大电流工作状态下稳定地运行。同时，由于现在的CPU功耗非常大，从低负荷到满负荷，电流的变化非常大，为了保证CPU能够在减速的负荷变化中，不会因为电流供应不上而无法工作，CPU供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力。 另外，CPU供电电路同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此CPU供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。简单来说，CPU供电部分的最终目的就是在CPU电源输入端达到CPU对电压和电流的要求。1.2cpu供电电路的组成 主板的CPU供电电路主要由电源管理芯片、电感线圈、场效应管（MOSFET管）和电解电容等元
4、器件组成。如下图所示 。输入端的滤波电容和扼流电感；输出端的贴片MOSFET管；输出端的扼流电感；输出端的滤波电容；输出端的MOSFET管驱动芯片；北桥供电的PWM主控芯片；供电电路的PWM主控芯片；北桥供电的扼流电感和MOSFET管驱动芯片。 1.2.1电源管理芯片 电源管理芯片主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。常见的电源管理芯片有：（1）、hip系列的hip6301、hip6302、hip6601、hip6602、hip6004b、hip6016、hip6018b、hip6020、hip6021等。（2）、rt系列的rt9227、rt9237、rt92
5、38、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。如下图所示。 主要电源管理芯片有的是双列直插芯片，而有的是表面贴装式封装，其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片，由著名芯片设计公司Intersil设计。它支持两/三/四相供电，支
6、持VRM9.0规范，电压输出范围是1.1V-1.85V，能为0.025V的间隔调整输出，开关频率高达80KHz，具有电源大、纹波小、内阻小等特点，能精密调整CPU供电电压。下面以HIP6301为例，讲解电源管理芯片各个引脚的功能。引脚功能VID4-VID0(15脚)CPU核心电压检测COMP(6脚)电源信息反馈FB（7脚）基准电压输入FS/DIS（8脚）基准电压输入控制GND（9脚）接地VSEN（10脚）电压反馈PWM3（11脚）控制脉冲输出3ISEN3（12脚）电流反馈3ISEN2（13脚）电流反馈2PWM2（14脚）控制脉冲输出2PWM1（15脚）控制脉冲输出1ISEN1（16脚）电流反馈
7、1ISEN4（17脚）电流反馈4PWM4(18脚）控制脉冲输出4PGOOD(19脚）电源准备好信号VCC(20脚）5V供电1.2.2电感线圈 电感线圈是由导线在铁氧体磁芯环或磁棒上绕制数圈而成，有线圈式、直立式和固态式等几种，如下图所示。 主板cpu供电电路中的电感线圈主要包括两种，一种是用来对电流进行滤波的，称为滤波电感；一种是用来储能的，它和场效应管、电容配合使用为cpu供电。实际电路中通常利用电感和电容组成低通滤波系统，过滤供电电路中的高频杂波。1.2.3滤波电容CPU供电电路中的电容一般采用的就是大家通常讲的“普通电容”，它的形状如下图所示。 在电路中具有“隔直通交”特性，它的作用包括
8、一下几方面：一是滤波，一般来说大容量适用于滤除低频杂波，而小容量滤除高频杂波；二是信号去耦，防止信号在电路间串扰；三是信号耦合，用于将两个电路的直流电位进行隔离时使信号在电路间传送。 在单相供电电路中，电容和电感线圈的规格越高以及场效管的数量越多，就代表了供电电路的品质越好。一般情况下，日系的SANY（三洋）、Rubycon（红宝石）、KZG电容比较优秀，台系的TAICON、OST、TEAPO、CAPXON等品牌的电容也可以考虑。少数高端的超频版主板还会采用稳定性极好的固态电容，彻底杜绝了电容爆浆现象的发生。1.2.4场效应管（mos管） 场效应管是金属氧化物半导体场效应管的简称，具有开关速度
9、极快、内阻小、输入阻抗高、驱动电流小（0.1uA左右）、热稳定性好、工作电流大、能够进行简单并联等特点，非常适合作为开关管使用。CPU供电电路中常见的场效应管如下图所示。 通常其两侧的引脚分别为源极（s）和栅极（g），中间的为漏极（d）。 场效应管在供电电路中的作用是在电源管理芯片的脉冲信号的驱动下，不断地导通与截止，然后将ATX电源输出的电能存储在电感中，然后释放给负载。在主板供电电路中，场效应管的性能和数量，通常决定着供电电路的性能。2. CPU供电电路的工作原理及分析CPU供电电路通常采用pwm开关电源方式供电，即由电源管理芯片根据cpu工作电压需求，向连接的场效应管发出脉冲控制信号，然
10、后控制场效应管的导通和截止，将电能存储在电感中，然后再通过电容滤波后向cpu输出工作电压。当电脑开机后，电源管理芯片在获得atx电源输出的+5V或+12V供电后，为cpu提供电压，接着cpu电压自动识别引脚发出电压识别信号VID给电源管理芯片，电源管理芯片再根据cpu的VID电压，发出驱动信号，控制两个场效应管的导通的顺序和频率，使其输出的电压与电流达到cpu核心供电要求，为cpu提供工作需要的供电。 以上供电原理是所有主板最基本的供电原理，在实际的主板中，根据不同型号cpu工作的需要，cpu供电的方式又分为多种，主要有单相供电电路，两相供电电路，三相供电电路，四相供电电路，六相供电电路和多组
11、供电电路等几种，下面具体讲解单相供电电路，两相供电电路及三相供电电路。2.1单相供电电路详解 单相供电电路可以提供最大25A的电流，主要应用在搭配功率较低的cpu的主板中，作为cpu的供电方式，已经不用。单相供电通常由输入部分的一个滤波电感线圈，一个滤波电容组成。下图所示为单相供电电路的工作原理图。 单相供电电路的工作原理如下。当按下开关键松开后，ATX电源开始向主板供电，接着ATX电源输出的+12V电压通过滤波电容滤波后接到电源管理芯片的VCC端为电源管理芯片供电。而ATX电源输出的+5V电压通过滤波电感L7及滤波电容CE37、CE38等后分成两路，一路接到电源管理芯片的OCSET引脚，将输
12、出控制端电压设为高电平；另一路连接到场效应管Q15的D极，为其提供+5V的供电电压，同时cpu通过电源管理芯片的VID0-VID4引脚向电源管理芯片输出VID电压识别信号。 在ATX电源启动500ms后，ATX电源的第八脚输出PG信号，此信号经过处理后送到电源管理芯片的PGOOD引脚。电源管理芯片接收到PG信号后，使电源管理芯片复位。接着电源管理芯片开始工作，从UGATE引脚和LGATE引脚分别输出35V且互为反相的驱动脉冲控制信号，这样将是场效应管Q15和Q17分别导通，下图为单相供电电路各个时刻不同地点的电压波形图。 图中，t1时刻时，电源管理芯片的UGATE引脚输出高电平控制信号给场效应
13、管Q15的G极，LGATE引脚输出低电平控制信号给场效应管Q17的G极。这时，Q15导通，Q17截止，电流通过滤波电感L7流入储能电感L8，并输出cpu主供电。同时，电源管理芯片的电压反馈端（FB和COMP）会将输出的cpu主供电电压反馈给电源管理芯片同cpu的标准识别电压作比较。如果输出电压与标准电压不相同（误差在7%以内视为正常），电源管理芯片将调整UGATE引脚和LGATE引脚输出的方波的幅宽，调整输出的cpu主供电电压，直到与标准电压一致（Q15导通的时间长短，将影响S极的电压高低，时间越长，电压越高）。供电电路在给cpu供电的同时，还会给储能电感L8和电容CE42CE46充电。 当t1时刻结束，进入t2时刻时，电源管理芯片的UGATE引脚输出低电平控制信号，LGATE端输出高电平控制信号。这时，场效应管Q15截止，Q17导通。由于场效管Q17的S极接地，Q17将L8上多余的电量对地释放，从而保证输出的cpu的主供电的电压幅值。2.2两相cpu供电电路详解单相cpu供电电路一般可以提供最大25A的电流，而现在常用的cpu的功率远远大于这个数字，Pentium4 cpu的功率可以达到70W到80W，工作电流甚至达到50A。Pentium4 cpu需要的大电流，单相cpu供电电路已经无法提供，所以现在主板的cpu供电电路一
