与微星的工程师谈主板的供电设计

　　主板的用料与供电设计

　　Q6．很多用户在购买主板产品时，非常看重固态电容所占的比重，认为主板上使用固态电容就一定要比普通的电解液电容好，请问您是如何来看待这个问题的呢？

　　工程师：大家通常所说的固态电容全称叫做“固态铝质电解电容”，它与普通电容(即液态铝质电解电容)最大的差别就在于使用了不同的介电材料，液态铝电容的介电材料是电解液，而固态电容的介电材料则是导电性高分子。

　　普通电容在超过它的耐温指标后，长时间使用会因为热膨胀而导致爆炸(爆浆)；另外，如果主板在长时间内不通电，电容内的电解液容易与氧化铝发生化学反应，造成开机或通电时爆炸。不过这些年来随着电解液技术的进步，这两类爆炸故障已经非常罕见了。

图5 固态铝质电解电容和液态铝质电解电容。在液态铝质电解电容的头上通常都有“K”字型或者“十”字形的开槽，这也是区别其与固态铝质电解电容的显著特征

　　固态电解电容使用导电的高分子材料作为介电质，其不会与氧化铝产生化学作用；同时因为是固态产品，自然也不会由于受热膨胀而导致爆裂的现象发生。固态电解电容具有环保、低阻抗、高低温稳定、耐高纹波以及高信赖度等优越特性，是目前电解电容的高阶产品，所以固态电容确实比普通电容要好，但是价格也比较高，因此多出现在高端主板，以及要求比较高的CPU供电模块上。

　　Q7．很多玩家喜欢自己动手将主板上原有的电容换成更大耐压和容量的电容，以为那样可以显著提高主板的性能，请问这种做法可不可取呢？

　　工程师：如果用户对电路技术比较精通，又有较好的焊接技术，自己更换电容未尝不可；但是至于是否有作用就很难说了，因为电容不是增加供电能力的决定性因素，起决定作用的是MOSFET。

　　Q8．有些用户热衷于一些“超频主板”，我想请教工程师一个问题——以“超频”为卖点的主板产品，它们在设计上有什么特殊的要求？或者说它们有什么比较惹眼的“卖相”值得大家去关注呢？

　　工程师：超频时将导致通过处理器的电流量激增，因此必须有足够的供电保障，所以在供电电路的设计上就要留有余地。比方说在使用06版LGA 775处理器(Core 2 Duo)时，原本使用三相供电就可以满足要求了，但是超频之后要稳定工作就需要用到四相供电，另外就是MOSFET要选择功率大一点的，电容也要保质保(容)量。

　　除此之外，主板的辅助散热设计也很重要，例如在主板背面大面积敷铜，一来可以降低信号的干扰，二来可以起到快速导热和辅助散热的作用。还有一点就是超频主板在南北桥芯片上一般都会采用主动散热措施(风扇+散热片等)。

　　Q9．现在很多主板上都使用了封闭式扼流线圈，它与传统的扼流线圈相比看起来更加整洁，除此之外二者在性能上有何差异？

　　工程师：封闭式扼流线圈的体积更加小巧，所以在布线时灵活性更好，传统的扼流线圈因需要一个大的圆形磁环，在插件以及布线时就不是很方便。除此之外，封闭式扼流线圈在抗干扰能力以及电磁屏蔽性能方面表现更加优异，所以现在已经被主板厂商广泛采用。

图6 封闭式扼流线圈(上)与传统的扼流线圈(下

　　主板上其它配件的供电设计

　　Q10．现在很多用户对给处理器供电的模块非常关注，而对内存和显卡部分的供电设计却不甚了解；但事实上我们知道它们对系统的影响也不可小觑，工程师能跟我们介绍一下这方面的内容吗？

　　工程师：其实现在主板上的内存供电、PCI-E显卡供电，乃至芯片组供电都采用与CPU供电模块相同的DC-DC转换电路，只不过它们的供电电路更加简化，占用面积也小。在使用内存独立供电模块的主板上，我们能找到独立的电感(不一定非要线圈)，还有一对MOSFET。

图7 主板上的内存供电模块

　　对显卡供电电路一般都严格按照PCI-E的供电标准来设计的，个别主板为了加强对PCI-E显卡的供电能力，会在显卡插槽旁边设置一个大4Pin接口；由于显卡本身有着比较完备的供电电路设计，所以对主板的要求并不高。

　　Q11．刚才在介绍VRM的时候，您提到VRM不光只是对供电部分作出了要求，其中还包括一些过载保护的内容，能跟我们介绍一下过载保护在主板上是怎样实现的吗？

　　工程师：处理器的过载保护电路(过压、过流)一般都在PMW芯片内，芯片生产企业在生产PMW产品是就已经将这些因素考虑在内；而处理器的过热保护设在处理器的内部。所以对于主板厂商来说，在生产时只要按照VRM规范的要求使用相应的PMW模块，在设计时按需要设计相关的走线以及在BIOS内添加相关的微代码就可以实现过载/过热保护的功能。

　　Q12．现在又出现了一种采用集成供电模块的主板(如DFI的LANParty UT CFX3200－M2R)，请问这种集成供电模块的方式与现在广为使用的供电系统相比都有哪些优点？

　　工程师：DFI的这种供电电路采用了大容量的贴片电容、BGA封装的MOSFET以及一体成型的电感。不过这种技术还不能说是集成型的供电模块，集成型的供电模块应该将整个供电电路集成在一个模块之内，然后插在主板上；DFI所采用的这种方式仍然是分立器件，它与常规的供电方式相比在体积上更小一点，主要优点是可以节省所占用的主板面积，功耗小、磁封闭好以及EMI(干扰)小。从技术上来说有一定的优势，但是这种技术现在还不是很成熟，到完全大规模的应用仍然有很长的路要走。

图8 DFI LANParty UT CFX3200－M2R首次在台式机主板上使用了集成化的供电模块，以往这种技术只用在高端服务器主板上

　　写在最后

　　围绕着主板的供电设计、性能以及稳定性等话题，一直存在着种种误区。此次我们邀请微星方面的资深工程师崔庆礼老师来就大家所关心的一些问题答疑解惑。相信在读完此文之后，读者朋友们已经对主板的供电电路以及与供电相关的设计已经有了一个大致的了解。这样在以后无论是自己选购主板，还是帮朋友挑选产品的时候，都可以做到“知其然”而且“知其所以然”，希望此篇文章对广大读者朋友们会有所帮助。