小彩硬件对话向您展示神秘的图形电源

1电源系统的分类

图形卡最重要的部分是什么？也许大多数人认为这是GPU. 毕竟，图形卡显示功能的组成部分是GPU. 但是我认为图形卡的电源部分与GPU一样重要. 如果GPU是图形卡的“大脑”，则电源部分是图形卡的“”. 没有“”作为基础，无论“大脑”多么强大，它都无法工作，因此显卡的电源不可忽略. 此外，电源的设计也会影响图形卡的性能. 强大的GPU需要强大的电源系统来支持它. 这也是该芯片的顶级图形卡和普通图形卡之间的主要区别之一.

直言不讳，显卡GPU需要运行的是适当的电压和电流，而显卡电源系统的主要功能是使GPU通过电压获得稳定，纯净和适度的电压和电流. 调节，稳定和过滤. 当前. 那么电源部分的哪些组件在完成相关工作中起着作用？让我们今天讨论一下图形卡电源的组件，以便每个人都对图形卡电源有全面的了解.

首先，我们需要对电源系统有一个全面的了解: 应用于显卡的电源系统分为三种类型，即三端电压调节器电路，场效应管电压调节器电路和开关电路. 工作方式为采用降压工作方式，即输出电压始终低于输入电压. 三端稳压器电路历史悠久，是一种相对简单的图形电源系统. 该电路只需要一个集成的稳压器即可工作，但是可以提供的电流非常小，因此不适合在重负载设备中使用. 诸如GPU之类的需要高电流和高电压的组件无法被其驱动. 当前图形卡的主要目的是为DAC电路或接口供电.

场效应管稳压器电路

FET稳压器电路也是一种很早就出现在图形卡上的电源系统. 该电源系统主要由信号驱动芯片和MosFET组成. 该电路系统具有响应速度快，输出纹波小，工作噪声低，成本低的优点，但场效应管调压电路的转换效率低，发热量大，不利于控制. 产品的功耗和温度控制因此，它主要用于视频存储器的电源电路中，并且主要用于低端图形卡产品. 随着技术的进步，这种电源系统已经淡出每个人的视野.

三端稳压电源芯片

三端稳压器电路历史悠久，也是一种相对简单的图形电源系统. 该电路只需要一个集成的稳压器即可工作，但是可以提供的电流非常小，因此不适合在重负载设备中使用. 诸如GPU之类的需要高电流和高电压的组件无法被其驱动. 当前图形卡的主要目的是为DAC电路或接口供电.

开关电路系统

最后讲一下开关电路系统，它是目前使用最广泛的图形电源系统. 对于GPU，前两个电源系统显然不能满足其高负载需求，因此图形卡制造商使用了更高级的开关电路. 开关电路是一种电源系统，它控制开关管的接通和断开的时间和比例，并保持稳定的输出电压. 它主要由电容器，电感器，MosFET场效应管和PWM脉冲宽度调制IC组成. 该电路系统发热低，转换效率高，稳压范围大，稳压效果好，已成为图形卡的主要供电方式. 接下来，我们将说明开关电路系统中组件的功能和识别方法，以便您可以进行简单的图形卡PCB分析.

2开关电路的工作原理

开关电路的工作原理

图形卡开关电路的工作原理图如下所示. 首先，PCI-E接口和辅助电源接口提供12V电压输入. 为了确保电流的稳定性，首先必须通过一个较大的电容器进行滤波. 过滤后，进入由PWM芯片控制的电路. 由于无法将12V直接输入至内核（GPU的工作电压为1.2V或更低），因此必须在此时执行必要的降压，并相应地调整由PWM控制的MOSFET，并关闭下桥通过打开上桥. 然后关闭上桥并打开下桥. 连续运行会产生特定频率的波形电压，并且该波形电压的频率会影响其电压值. 通过PWM控制所需的电压，可以生成所需的输出电压值.

开关电路的工作原理图（网上图片）

尽管获得了适当的电压，但这种情况下的电流却被一一断开. 此时，需要使用电感器的储能功能. 通过大容量电感器的充电和放电效果，生成趋于平直. 在流经由小容量电容器组成的输出滤波电容器之后，可以输出理想的GPU电压. PWM的功能是控制电源各相电压的微调，以准确达到控制的理想电压值；电容器的作用是稳定电源电压，滤除电流中的杂波，使电流更纯净. 电感通过能量存储和释放来稳定电流.

GTX1050和GTX1070非公开版本产品电源系统的比较

就电路的工作原理而言，开关电路越简单越好，因为就概率而言，每个组件都存在“故障率”问题. 使用的组件越多，系统的总故障就越大. 速率越大，电源电路越简单，减少问题发生的可能性就越大. 但是，图形卡的末端越高，功耗就越高. 如果单相电路需要由大功率和大电流的元件组成，那么发热量将很可怕，而且成本也不小，因此几乎所有图形卡都采用多相电源设计.

主板的供电系统类似于显卡

多相电源具有许多优点. 首先，它可以提供更多电流；其次，由于电流通过一种方式分流，并且每个设备产生的热量自然减少，因此可以降低电源电路的温度. 多相电源电路可以非常精确地平衡每个相电源电路输出的电流，以保持每个电源组件的热平衡. 第三，使用多相电源获得的核心电压信号也比单相稳定. 多相电源的缺点是成本较高，并且对布线设计和散热的要求也较高. 因此，高端产品使用更多的电源阶段. 介绍了开关电路的组成和工作原理，让我们来谈谈构成开关电流的元件.

3电容和电感的作用

电容和电感的作用

当然，在电源系统的组件中必须提到电容器和电感. 这也是判断显卡材料是否牢固的最明显标准. 电容器的全称是电容器. 它是存储电荷的组件. 它广泛用于阻止直流，耦合，旁路，滤波，调谐环路，能量转换和电压稳定的电路中. 图形卡中的电容器起主要作用. 作用是过滤和稳定. 电感（电感的全称）是可以将电能转换为磁能并进行存储的组件. 它广泛用于直流和直流电阻，调谐，信号滤波，噪声滤波，电流稳定和电磁干扰抑制的电路. 电感的主要作用是稳定电流.

图形卡PCB上的电源系统局部图

上图是Zotac GTX1080PGF Player Power Supreme的局部PCB图. 带有单词“ AIO”的长方体是电感器. 这是我们判断图形卡电源相数的标准，因为图形卡上使用的电感器基本上很高. 大的长方体使其易于识别. 以该卡为例，一排有16个电感，在PCB的左侧并排排列有2个，因此我们说该卡采用16 + 2相电源设计. 电感器根据其结构可分为绕线电感器和非绕线电感器. 一些较旧的低端图形卡使用线绕电感器. 现在，几乎所有图形卡都使用非绕线电感器.

G337钽电容器

AIO电感器旁边的圆柱体是电容器. 它们被称为铝电解电容器. 它们的特点是容量大，但泄漏量大，稳定性差，正极性和负极性，适用于电源滤波或低频电路. 在铝电解电容器的另一侧，中间两侧的“小豆”也是电容器，上图中的黑色电容器被认为是钽电容器中的贵族电容器. 钽电容器具有出色的性能. 它们体积小，可以达到较大的电容产品. 他们在电源滤波和交流旁路方面几乎没有竞争对手. 它们可以大大提高电流的纯度，但是价格相对较高. 因此，使用钽电容器还可以指示图形卡是否为高端.

在这里看到的一些网民可能会问，为什么电容器可以滤波和稳定，而电感器可以稳定电流？如果您真的对组件原理感兴趣，建议您阅读高中物理课本或百度. 有电容器，电感器甚至电阻器的详细原理. 考虑到本文只是为了教您一些基本概念和组件识别方法，急急，我不会为每个人开发这些深刻的东西.

4MOSFET管的作用

MOSFET管的作用

MOSFET管是Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor的缩写，它是FET管. 我们通常将其称为MOS管而不会引起混淆. . 显卡电源系统中MOSFET的主要功能是电压控制，即判断电势并为组件提供稳定的电压. MOSFET具有输入电阻高，噪声低，功耗低，动态范围大，易于集成，无二次击穿，安全工作范围广的优点，因此比双极晶体管和功率晶体管使用更广泛.

使用上下两个MOSFET管

MOSFET管通常以两个或两个以上的组出现在图形卡上，分为上组和下组，分别称为上桥和下桥. 上桥式MOSFET承受外部输入电流，导通时间短，电流低；下桥MOSFET承受GPU工作所需的电压，其电流是上桥MOSFET的10倍以上. 更长的时间. 因此，下桥式MOSFET的规模通常大于上桥式MOSFET的规模. 如上图所示，上桥式MOSFET仅具有一个水平管，而下桥式具有两个垂直管. 这种一上两下的设计是图形卡MOSFET行. 布的经典布局.

上下桥的MOSFET管就像水塔一样工作，顶部充满水，底部排出水. 当水塔快满时，停止浇水（MOSFET上桥关闭），并在水塔变干时（MOSFET上桥打开）开始浇水，以使下面的连续排水流量趋于稳定，并且GPU可以获得稳定的电压. 有利于表现.

集成MOSFET管

除了常见的上下两下分开的MOSFET管布局外，还有一个集成的MOSFET也很常见. 该MOSFET称为DrMOS. DrMos技术属于Intel在2004年推出的服务器主板节能技术. 其上桥MosFET和下桥MosFET封装在同一芯片中，占用的PCB面积较小，更有利于布线. DrMOS的面积是分离MOSFET的1/4，功率密度是分离MOSFET的3倍，这增加了过电压和超频的可能性. 使用DrMOS的主板可以具有节能，高效超频和低温等功能. 它的工作温度比传统MOSFET管的工作温度低约一半，但是成本相对较高，因此现在主要归功于高端图形产品.

Inzhong的电源和冷却模块

一个细心的玩家可能会注意到，普通显卡的MOSFET区域也有相应的散热装置，或者是散热垫，或者是像英中冰龙这样的有源散热模块. 这是因为MOSFET管的热量也很大，如果散热不好，图形卡在高负载下运行时很容易烧掉. 谈到这一点，我们需要提到的是，由于DrMOS可以承受比MOSFET高的温度，因此一旦被烧毁，它就会在PCB板上燃烧，从而导致显卡无法维修； MOSFET承受温度的能力较低. 由于PCB在烧毁时通常不会因过热而损坏，因此可以通过更换MOSFET对其进行维修. 简而言之，冷却MOSFET是制造优质显卡的必要步骤.

5PWM芯片的作用

PWM芯片的作用

我们要介绍的最后一件事是PWM芯片. PWM芯片的全名是脉冲宽度调制芯片. 芯片根据相应负载的变化来调制MOSFET栅极的偏置，以实现MOSFET导通时间的变化. 通过改变脉冲，调制周期用于控制输出频率，从而实现开关电源输出的改变. PWM芯片的选择与电源电路的相数密切相关. PWM芯片必须具有相应数量的控制功能，以控制产品具有多少相.

台湾力智uP9511P 8相PWM芯片

PWM芯片直接连接到MOSFET，从而允许电流在特定电压下通过或断开，因此它有点像电路开关，这是开关电路名称的由来. PWM是控制MOSFET决定是否让电流通过. 当MOSFET的上桥导通而下桥关断时，电流可以通过. 当MOSFET的上桥截止并且下桥导通时，电流无法通过. 一般来说，一排MOSFET是由PWM芯片控制的，但是PWM芯片可以控制的相数不一定与图形卡的电源相数相对应.

例如，上图是一个相对高端的8相PWM芯片. 我们熟悉的GTX1080FoundersEdition使用此芯片. GTX1080的电源相位为6相；但是uP9511P可以控制图形卡上的16个相位. 在电源方面，堆垛机King Sothai用它来控制GTX1080PGF上的16相电源，这表明芯片的质量非常好.

普通R22大电流电感器

在上一篇文章中，我们讨论了多相电源的好处. 让我们以旗舰显卡为例进行详细说明. 我们来谈谈新发布的GTX1080TiFoundersEdition. 该卡的TDP为250W，GPU功耗约占卡的70％. GP102-350内核的功耗为175W，工作电压为1.2V，电流为146A. 使用单相电源时，可以承受如此大电流的电感器的尺寸非常大，并且发热量也非常惊人，这对于小尺寸的图形卡PCB显然是不合理的.

豪华10 + 2相电源设计

如果采用多相电源设计，则在将PWM芯片分流后，电源的每一相只会分配给较小的电流. 不仅电感器体积合理，发热量也得到控制，整体输出将更加稳定，因此显卡需要多相供电，TDP越高，对电源数量的需求越高供应阶段. 此外，更多的供电阶段意味着图形卡可以承受更高的负载. 换句话说，图形卡会影响更高的频率. 这就是每个旗舰非公开图形卡都有夸大的电源相号设计的原因. ，而且导致频率远远超过公开版本的原因.

我认为，通过以上介绍，每个人都必须对图形卡供电系统的组成和原理有一个总体的了解. 有兴趣的朋友可以拆卸他们的图形卡，以了解其图形卡PCB的设计方式. 今天我们小碟硬件讨论的结尾. 欢迎大家继续关注本专栏. 我会不时带给您有关硬件的轶事和知识. 下期见！

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shenmilingyu/article-290163-1.html