【红叶网探索分享】

视频地址：https://www.ixigua.com/i6726388587866096135/

之前呢也有不少人讲过主板的供电原理，不过在倍相与并联的优缺点上都只是一笔带过，讲得都不够详细。导致现在很多人把供电看成了一种玄学，我觉得还是有点必要再详细地讲一下。这段视频定位属于更深层次的，也就是对主板供电原理有一定了解的“同志”。

主板的供电采用的是DCDC技术，从字面上我们也可以知道其输入是直流，输出也是直流。不需要像传统电源一样需要逆变器、变压器、整流滤波等过多元器件。

我知道你们平时在学校上物理课都是想睡觉，如果直接讲电压你们可能犯困，所以干脆谈钱吧，毕竟没有人对钱过意不去。

假如你每天有一百块的零花钱。

什么？你连一百块都没有？那你真是家境贫寒啊。

万一那天你睡过头了，你母亲去上班了，没钱了，那怎么办？

这时候可以选择一星期给你七百，或者俩星期给你一千四。虽然每次给的钱和时间不一样，但是算下来每天还是一百元。这种基于平均值的控制方式也有一个专业的说法叫：“脉冲宽度调制“，洋文简称为：“PWM“。

其中单词脉冲宽度除以周期的值叫做占空比。等效平均值就是输入值乘以占空比。

以零花钱为例子，一天给你700元，你们输入值就是700。脉冲宽度为一天，周期一个星期也就是七天，那么占空比就是1/7。700乘以1/7就是你的每天零花钱100。我们把钱换成输入电压12v，你要得到输出的电压是1v，那么你只要保证开启的占空比是1/12就行。

如果开关这样工作，那么整个电路都是处于断断续续的不稳定状态，很多设备是没法正常工作的。

所以我们还需要一套滤波电路，让这样断断续续的 电压电流稳如老狗。其中电容，你可以想象成一个非化学能的电池，是用于储存电能，在开关开启时充电，关闭时放电，保持两端电压不变。电感你可以看成是增大电流惯性的元器件，当电压加大或者减小时，电流的增长降低不会一瞬间完成，而是有一个“加速时间”，其原理就是电磁感应。如果还是不明白，可以自行查看高中物理或者百度搜一下原理，我们就暂时不详细讲解了，毕竟我们还要照顾那些九年义务教育比较优秀的同学。有了电感就可以防止开关管因为开启时瞬间电流过大而烧毁。同时也可以存储磁能，让开关关闭时保持回路中有稳定的电流。

当开关关闭时整个回路会出现断开的情况，那咋办呢？

人类还是有智慧滴！可以在这里加一个单相导通的二极管，在开关关闭时开启，当上面开关开启的时候还是去歇歇吧，毕竟没钱给工资。

不过为了更高的效率，这个二极管在CPU的供电电路中换成了MOS，也就是同步整流。

稍微改一下位置，就是另一种常见的图。

这样的DCDC技术看起来很简单，但是有一个问题，那就是对元器件的要求非常高。在关断时，MOS两端加上了输入端的电压，在导通时有需要承受低压的大电流。所以这种DCDC技术并不适用于输入和输出压差较大的情况，不然交流电早就淘汰了，你家用的将全是直流电。

这里单独提一下，很多人会注意到MOS的下管一般会比上管大很多。大部分人解释道：相同功率低压处电流更大。实际上认真听了我刚才的讲解的同志应该知道，无论上管还是下管，通过的电流都是一样的，唯一的不同是占空比不一样，下管的占空比会远大于上管。一般来说电阻越小的MOS标称的电流也越大，或者说为了降低电阻并联多个MOS。所以下管更大并不是因为流过的电流更大，而是为了降低电阻减少发热。

刚刚大致讲了下供电的基础原理，现在进入今天最关键的主题，倍相与并联的区别，以及各自的优缺点。供电电路在工作时，开关处于连续开启和关闭的状态，也使得电压不断波动，这种叠加在直流上的交流抖动叫做纹波，当然也有的人叫波纹，反正你们懂这个意思就行了。

如果纹波太大，那么在波谷会因为电压过低造成死机，到了波峰又会因为电压过高造成发热太大，甚至还会造成硬件不可逆的损坏。加大电容和电感确实可以有效降低纹波，但是也会带来成本和体积的升高。

另一种办法就是提高开关的频率。在很多人眼里面MOS管的关闭是瞬间就完事了。然而实际上MOS可以看作是一个可调电阻，关断就是电阻从小增大的过程，这部分叫做开关时间。逐渐增大的电阻和大电流相互作用会产生大量的发热，俗称“开关损耗”。如果盲目提升开关频率，就会增大“开关损耗”。

于是人们便提出了多相供电，将各相供电错开。相比于传统的同步并联，错开之后当其中一路在处于低谷时，另外一相供电突然来上了一发，从而降低纹波。以图片中的两相供电为例其等效频率相当于翻倍，八相电路等效于频率提升了八倍。这样就可以做到在开关损耗不变的前提下大幅降低纹波。

同理，我们也可以选择在相同等效频率的情况下，减少总开关的次数。以这个图片为例，直接并联总共需要八次开关，第二相错开后只需要开关四次就可以获得一样的等效频率，开关损耗减少了一半。

不过现在的多相控制器也只有八相而已，要得到更高的相数还得使用倍相技术。为了更准确地讲倍相供电的原理，我们直接使用IR3599倍相芯片的官方数据手册（Datasheet），也就是牙膏厂表演28核5.0G时用的那个主板使用的倍相器。

这个倍相器有两种工作模式，分别是两倍相和四倍相。通常16相以下采用两倍相，四倍相时最高可以做到32相供电。

通过这张图我们可以看出，倍相器相当于一个计数器。第一次收到脉冲信号时，开启第一路，第二次就是第二路以此类推，当到了第五次时，又回到了第一路。这样输出的等效频率不变，但是每一路供电频率只有原来的四分之一，也就是开关损耗减少到了原来的四分之一。

当然最终决定是倍相还行并联，最关键的还是看各路之间有没有同步开启的情况。必须要是完全错开，没有同时开启的设计才是真正的倍相。

这里举一个极端的例子，在倍相之后正好出现某两路同时开启的情况。这样结构上虽然有倍相器，但是实际表现却是并联，不过也不会有吃饱了没事干的工程师做这样的设计。

倍相电路看似是一个很巧妙提升相数从而降低发热的设计，不过任何投机取巧的技术都是一把双刃剑。当负载突然发生变化时，就需要调节开关的占空比。

由于并联的开关信号是在一起的，所以可以让这一路的所有开关一起调节。倍相只有正在使用的一部分可以调节占空比，其余的供电一直处于上管关闭，下管导通的状态，占空比不能改变（二倍相只有1/2的电路具备调节能力，四倍相是四分之一），同时倍相芯片工作时也是有延时的，会使得开关的动作总比控制信号慢半拍，正是这些原因会使得倍相电路响应速度低，动态响应差。

并联虽然可以省去倍相芯片，但是要达到相同的纹波，每一相供电的频率也要更高，这样就不得不使用开关速度更快的MOS以及更好的电容、电感等元器件，这就是为何并联对用料的要求会高于倍相的原因。

在使用液态氮进行极限超频时，并不会长时间满载，而且有着液态氮的辅助降温，供电发热的影响也不大。这时候使用并联的方式可以获得更强的动态响应性能，在突然起来的高负荷下，没那么容易出现电压把持不住造成超频失败的尴尬场面。比如华硕的Z390主板，没有使用倍相供电被普通玩家骂得很惨，但是在极限超频玩家手中，却可以屡屡刷新世界纪录。

比如PCEVA的讲解中说到了，倍相可以延长开关导通时间的间隔，所以发热低。这句话确实没有错，不过却有很多人在理解上出现了偏差。

很多人以为使用倍相之后，频率可以更低，因为是交错开启，绿色的这部分发热就没了。

实际上为了保证电压一样，我们会发现无论倍相还是并联，其占空比也就是开关时间占总时间的比例是不变的。简单地说就是：倍相之后虽然关闭的间隔翻倍，但是开启是时间也得翻倍，其导通时的发热量并不会降低。倍相真正降低的是开关瞬间的损耗。

之前在测量Vega峰值功耗时，有人就说我在黑AMD，因为达到这么高的峰值功率，显卡的供电吃不消。我的解释是因为显卡有多相供电，分摊之后的电流远低于MOS的极限。

然后就扔了电脑吧评测室的一篇文章。这文章中说到：多相是轮流供电，并没有分摊电流。不过实际上嘛，主板的供电还真分摊电流，如果不相信自己拆一个主板测测就知道了。

首先我们可以做一个计算，来看看不分摊电流到底有没有好处。这次我们用的就是初中的欧姆定律。

通过这个简单的计算我们可以发现发热量并没有减小，只是让发热没有那么集中了而已。不过讲电流分摊之后，总发热量就减小到原来的1/N。既然分摊电流，在电路差不多的情况下还可以降低发热量，何乐而不为呢？

我们再从另一个角度来计算一下，如果不分摊电流，那么MOS可以承受这么大的电流嘛？

之前我也提到了，DCDC电路无法应用在输入输出电压差距很大的场景，因为MOS需要具备同时承受输入处的高电压与输出处的高电流。MOS的输入电流和输出的电流时一样的。比如Intel的那个Awesome的28核CPU，使用液氮超频功耗达到1KW以上，就跟吃饭一样简单。而我们常用的MOS管也就60A，差一点的45A，根本无法满足1KW以上的核心供电需求。如果使用32相分摊电流，那么就可以提供1920A电流，这真是一个Amazing的结果。我们再乘以核心电压，完全可以满足2KW以上的供电需求，可以非常自如地给1KW的CPU供电。

为何很多人会产生这样错误的理解呢？

我猜测可能是这样的原因。一些科普的文章为了简化讲解，只说了上面这跟MOS的开关信号。忽略了电路中还有电感的存在，虽然开关的信号是错开的，但是在续流电感的帮助下，整个回路中的电流是一直都有的，并没有断开的情况。

总结：

倍相电路发热更低，适合于要求长时间高负荷稳定的使用环境，比如工作站。

并联电路的动态响应好，适合于超频或者游戏，这类CPU负载变化很快的场景。

不过有一点是要注意的：并不能光靠倍相并联的技术来判断供电的好坏，比如倍相的动态响应不够好，但是实际的使用中也没必要出现CPU负载突变时关机重启。使用并联的高端主板也没有在高功率CPU时出现供电过热的情况。供电质量更关键的还是看厂家的技术以及调教风格。

声明：本文内容仅代表作者个人观点，与本站立场无关。如有内容侵犯您的合法权益，请及时与我们联系，我们将第一时间安排处理。更多精彩内容请关注红叶网