噱头?华硕A8N32八相电源回路之解析

互联网 | 编辑: 2005-12-16 00:00:00转载

A8N32-SLI Deluxe推出后,ASUS于CPU核心供电VRM(Voltage Regulation Module,电源调整模块)使用八相设计,号称能比市面上使用3相、4相VRM设计的主机板要来的好,到底何谓"相"的定义呢?以下跟各位做个简单的说明。

本文出处:沧者极限 LSI狼

A8N32-SLI Deluxe推出后,ASUS于CPU核心供电VRM(Voltage Regulation Module,电源调整模块)使用八相设计,号称能比市面上使用3相、4相VRM设计的主机板要来的好,到底何谓"相"的定义呢?以下跟各位做个简单的说明。

单相降压(Bulk)系统简图如下:

可以见到一个High side MOSFET(Q1)跟Low side MOSFET(Q2),一个输出电感(L)以及一个输出电容(C),这样构成了最简单的单相交换式降压电路。

各端点波形如下:

这时可以见到单相电路于电感端输出电压及波形会随着每相ON-OFF交换而变动,这时就需要电容、电感储能来于截止时释放能量,所以当负载增大时,便需要更大的电感器以及更多的电容器,以储存更多能量。

且为改善瞬时响应,必须提升交换频率,但过度提升交换频率代表需要使用高速开关组件,然而MOSFET高速特性并不优异,所以会导致切换效率下降,进而导致转换效率不佳。

HIGH SIDE MOSFET必须承受导通时负载所需电流,LOW SIDE MOSFET于截止时承受电容电感释放储能的能量,为了得到更大输出时也需使用更大容量的产品,不仅发热量高,成本也增加不少。
所以大电流应用场合,多使用多相位式设计。

下图为二相降压系统的简图:

可以见到两组单相电路输出并联,但光只是电路并联并没有用,控制波形也要进行相位偏移动作,让两组电路交互动作,波形特性如下:

由波形看到,两组电路因为相位偏移,使输出波形得以重迭,就像一组以两倍频率运作的电路,所以多相电路,可以以较低的交换频率,各相累加后总交换频率也可以提高。

以上可以整理出多相式VRM有以下的优点:

1.因为输出电流分配至各相位,所以每对HS/LS MOSFET所承载的电流会比较小。

2.因为MOSFET电流降低,导通时散发的热量变少,且散布到各相区域,所以热密度较小,散热问题比较简单。

3.流过每相电感的电流变少,所以可选择饱和电流以及有效电流较低的产品。

4.总涟波电流因为相数增加的关系,每个相位的涟波电流较低,输出电容的数目得以减少。

5.因为总输出频率 = 单一相位交换频率 * 相位数,较高的输出频率使得瞬时响应也获得了改善。

6.因为各相电流减小,每相MOSFET数目减少,可简化MOSFET驱动器驱动能力的问题。

然而采用多相位输出主要难处在于如何去平衡每个相位的电流,假设电流平衡做的不好,在大电流输出的相位将依电流平方的比例产生功率消耗,不仅导致过热,并造成VRM效率降低。

下图取自JEFFCHEN兄的A8N32-SLI Deluxe照片,可以看到八相电源的布局。

上面使用了ADI产制的ADP3186 5BIT可程序化2/3/4相同步式降压式交换电路控制器,还有ADG333A四路SPDT(单刀双掷)电子开关,因为电子开关在一般多相式VRM中是不需要的,加上仅有单颗4相控制器,故推测是否利用四相控制器及电子开关,采用A/B切换式运作,以四个一组方式来交替运转。

但经仪器测量后,波形明确表示出该电源电路的运作方式,以下图形是以太克四信道数字示波器量测出前四相运作输出情形。

经由图形表示出,各路波形分别占有1/8周期,也就是说每组电路分别在周期八个时间点内动作,的确满足八相电路运作模式。

每相频率为263KHZ,代表电路总交换频率为263KHZ*8=2104KHZ,对于交换系统来说算是相当高的数值。那四路SPDT电子开关到底用途为何呢?据指出该SPDT用来切换各相的回授信号,使其符合原始四相系统,至于如何将原始四相控制信号产生成八相信号,这部分电路结构就有待更深一层的研究。

个人认为,电源稳定度并非相数越多就表示越好,而是扎实的设计,才能使电路以及组件完全发挥,过度增加电路复杂性,容易增加故障机率。不如采用简洁有效的设计,将成本反映在售价或是其它组件方面,更是有利无害。

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