【E问E答】PC的主板是如何给CPU和GPU供电的？

　　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。

　　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。

　　最后一问，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。

　　没有10相以上供电的主板都不好意思说自己的高端产品

　　因此显卡与主板上都需要采用多相供电的方式，来分摊每一路供电的负载，以维持供电电路的安全和发热量的可控性，部分中高端产品甚至引入了供电相数动态调节的技术，在负载较低是关闭部分供电电路，在CPU或GPU的负载提高时再自动打开，这样既可以满足高负载时的供电需求，也可以在低负载时起到进一步节能的作用。