第十二 CPU供电电路分析及故障检修

第十二CPU供电电路分析及故障检修主讲：郑小发高级工程师供电是所有电子元件工作的先决条件，供电电路也是最容易坏的单元，主板的供电电路主要有CPU供电，内存供电和芯片组供电，其中尤以CPU供电电路的故障率为高，下面我们就对CPU供电电路作一个分析。因为CPU核心电压比较低而且有着越来越低的趋势，ATX电源供给主板的12V和5V直流电不可能直接给CPU供电，所以需要一定的供电电路来进行高直流电压到低直流电压的转换（即DC-DC），这些转换电路就是CPU的供电电路。一、CPU供电电路组成1．CPU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。2．CPU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）和电解电容等元器件组成。（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。常用电源管理芯片的瑾有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。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、内阴小等特点，能精密调整CPU供电电压。下面发HIP6301为例，讲解电源管理芯片各个引脚的功能。（2）电感线圈电感线圉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、直立式和固态式等到几种。主板CPU供电电路中的电感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；另一种电感线圈是用来储能的。经和场效应管、电容配合使用来为CPU供电。另外根据线圈的蓄能的特点，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，以便向CPU提供干净的供电电流。（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所讲的“普通电容”。在电路中电容具有“隔直通交”特性，它的作用包括以下几方面：一是滤波，大部分都用在了直流转换之后的滤波电路中，利用其充放电特性，在储能电感的配合下，将脉冲直流电变成较为平滑的直流电，一般说来大容量电容适用于滤除低频杂波，而小容量电容滤除较高频杂波的效果比较好；三是信号去耦，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应管的数量越多，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等品片的电容也可以考虑。少数高端的超频版主板还会采用化学稳定性极好的固态电容，彻底杜绝了电容爆浆现象的发生。（4）场效应管场效庆管是金属氧化物半导体声效应晶体管（MetallicOxideSemiconductorFidldEffectTransistor）的简称，具有开关速度极快、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，通常其两侧的引脚分别为源极（S）和栅极（G），中间的引脚为漏极（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，不断的导通与截止，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。二、CPU供电电路的工作原理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工作电源需求，向连接的场效应管发出脉冲控制信号，然后控制场效应管的导通和截止，将电能储存在电感中，然后再通过电容滤波后向CPU输出工作电压。CPU供电的基本原理，当电脑开机后，电源管理芯片在获得ATX的电源输出的+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，发出驱动控制信号，控制两个场效应管导通的顺序和频率，使其输出的电压与电源达到CPU核心供电需求，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，根据不同的型号CPU工作的需要，CPU的供电方式又分为许多种，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供电电路等几种。CPU供电电路原理及检修流程最近很多朋友在Q群或Q里问我，测试卡跑FF00的，该修哪里啊，CPU不工作了，怎么测啊，等等，问得多了也麻烦，干脆我就把《CPU供电电路原理及检修流程》写一下，谁要是再问，就自己来看看行了。显示器点不亮，检修重点在CPU主供电电路，CPU主供电电路是在维修中最易损坏的一个区域，它损坏后测试卡显示FF00。主板可以加电，但CPU不工作，因为CPU需要一个稳定供电电流，才能工作。CPU主供电损坏的特征，如一些网吧的，个人用户，单位用户可以很明显的看到周围电容鼓包漏液，电容防爆槽爆开，接到这样的主板，首先将鼓包漏液的电容进行更换，更换的耐压值可以大一点，容量可以误差不超过20%。场效应管击穿，用万用表打在蜂鸣档上就可以判断出是哪个场效应管击穿。通过测ATX电源的接口对地数值也可以判断出来是5V不是12V击穿根据电容的特征去修。一般CPU主供电电路所有与之相关电路都设置在CPU插座附近。不会在主板上的任何地方设置它的主供电电路。电压识别管脚VID0—VID4，也就是说CPU需要量多大的电压，需要多大的电流。如P3的CPU需要的电压稍高，P4CPU需要的电压比较低，针对不同频率的CPU需要的电压也是一样的，所以这个主板CPU需要多大的电压必需要将自己的信息告诉电源管理芯片，电源管理芯片经过内部编程之后，输出CPU所需要正确电压。相知道CPU供电电压是多少，自己去下载CPU底视图，里面有教你如何测CPU供电。整个工作流程：主电的产生，电路由电源控制芯片（CPU的供电芯片U1）、声效应管（其中场效应管Q1是起电压调整作用，Q2为续流稳压作用），滤波电容（C1~CN）、电感（L1、L2）、稳压二极管（D）和一些帖片电阻电容元件等构成。其中电源控制器的供电为12V，由ATX电源的黄线直接提供。场效应管的供电为5V，由ATX电源红线提供（P4以上的主板由附加电源共色线提供12V）。主板空载：主板空载，就是主板在未装CPU的情况下，按PS—ON键，U1由于得到一个12V供电电压，控制场效应管通过电感、电容会产生一个功率很低的主电压或者U1不工作，这时电压输出为零，其主要原因是CPU没有提供一个电压识别信号，来控制电源管理器产生CPU所需要的电压。根据不同品牌不同型号的主板，此电压值一般有以下几种可能：0.?V、1.?V、2.0V、5.0V。原因是因为在未装CPU的情况下，电源控制器的电压识别管脚（VID0~~VID4）没有得到CPU加过来的电压识别指令，无电平信号。所以电源控制器芯片内部电路就不能完全工作，也就是说电源控制器输出时不知把该电压控制在多少伏，同时电源控制器也不会向场效应管的G极输出脉冲控制电压，场效应管就不会工作。所以主板在空载的情况下，只会输出以上几个不同的电压值。即使偶尔在空载时，能测出2.0V电压值，此时的电压功率也是很小的，因为场效应管没有完全工作。主板插上CPU：当主板装上CPU之后，CPU的5个电压识别管脚就会自动的固定一组电压识别指令信号，将电平信号加到电源控制器的电压识别引脚上，这时电源控制器内部电路就会完全工作，然后根据CPU加来不同的电压识别指令信号，氢电压自动的调整在CPU工作时所需要的电压。它是通过向场效应管G极输出脉冲控制电压，让两个场效应管轮流导通，使其工作在开关状态。其具体工作原理如下：当主板在加电的瞬间，12V、5V、3.3V等电压进入主板，这时CPU的5个电压识别管脚就会提供固定的一组电压识别指令，给电源管理器，电源管理器在供电和VID信号的作用下，其芯片内部电路完全工作。当电源管理器的高端门向场效应管Q1的栅极（G极）输出高电平，此时Q1导通，同时，电源管理器的低端门向场效应管Q2栅极（G极）输出低电平，Q2截止。电源Vcc的5V通过Q1调整，由电感电容滤波加入负载CPU，这时电感L2产生一个感应电动势（左正、右负），阻止电流增大，电感这时处于一个储能状态，电感具滤波储能的作用，当Q1截止，Q2导通，电感为阻止电流变小，也会产生一个感应电动势（左负、右正），给电容充电。当Q1属于截止状态的时候它内部存储的电容经过CPU消耗以后经过Q2形成一个回路，Q2在这个位置主要起到一个储留和保护的作用。往往它这个特定的作用决定它不是一个容易受损坏的一个元件，当这个电感的电流或电压增大，最容易烧坏我们的场效应管，当下一周期到来时，重复上面的动作，这样周而复始，CPU就会得到恒定的电压能量。因此，通过Q1，Q2的导能和截止，电感和电容滤波整流，产生CPU所需要的稳定电压。这就是它的一个整体的工作流程。这是多项供电中的供电中的单项原理，370主板接口的内核电压1.5V和2.5Ｖ的产生，各个主板是不同的１、直接通过电源管理芯片外的电阻产生，一般1.5Ｖ电流比较大，不会使用这种方法２、电源管理芯片输出并控制场效应管Ｇ极和三极管Ｂ极，一般在场效应管Ｄ极或三极管Ｃ极上接5V或是3.3V电压，Ｓ极输出。３、1.5V与2.5V线性模块降压等得到，一般输入电压为3.3V。478的CPU只有一个供电CPU通过电源识别管脚告诉电源管理芯片所需要的电压，电源管理芯片控制场效应管，通过电感，电容产生ＣＰＵ所需要的电压。在478中，CPU需要电流很大，一对场效应管不能满足要求，需要并联４个或６个场效应管，俗称多项供电。!像现在的CPU供电电路，一般是三对场效应管，这属于多项工作原理，三组供电，在现在一般的CPU工作功率达到了80瓦，所需要的电流是非常大的。这时为CPU能在高频大电流下稳定的运行，稳定的工作，必需采用多项供电，那这就是多项供电中的单项工作原理。在以后遇到主板，检修CPU主供电电路的时候，同样只要会单项中的原理，多项供电检修原理是一样的。在主板插上CPU以后，测示卡显示的是FF00，那就证明CPU没有工作，CPU没有工作，第一个检查的就是它的工作条件——供电主板上的所有设备，要想保证其工作稳定或工作正常，首要问题就是它的动力源也就是供电源必需，其次时钟也就是芯脉跳动必需正常，检修它的复位是否正常。:L在主板的Q1X极，场效应管的X极就可以测定供电是是否正常。将万用表打在直流20V档上，红表笔接地，黑表笔点测试点Q2的D极或者说点Q1的X极；或者点电感线圈L2，即可判断出供电电压是否正常。那哪个才是Q1哪个才是Q2，Q1D极接的是红色5V或者12V，这时将万用表打在蜂鸣档上，一支表笔放在ATX电源的黄SE12V里面，另一支去连接Q1的Ｄ极，点哪个Ｄ极，响有蜂鸣声哪个就是Q1。当找到Ｑ１，那Q2就容易找到，当我们确定Q1以后，，红表笔点入Ｑ1的X极，黑表笔在它旁边找跟Q2的地极哪个相连或蜂鸣，那就可以确定出它的单组供电，确定出一项供电。那像有些主板它属于三相供电，在主板中多项供电也