Схема питания процессора - описание и схема

Задача питания современных процессоров сложна уже потому, что им требуется до 130 Вт, при токах нагрузки до 80 ампер. Это не простая задача не только для источника питания, но для линий подачи питания. Поскольку при напряжении питания 1,65 - 1,5 В, потеря на проводах, разъемах, пайках хотя бы 0,3 В приводит не только к их разогреву, но и нестабильности напряжения, поскольку потребляемый процессором ток меняется в зависимости от его загрузки.

Для решения этой проблемы существовало простое и оригинальное решение - это получение нужного напряжения в непосредственной на системной плате от преобразователя напряжения с индуктивным накопительным элементом (инвертора). Кроме способности формировать необходимые напряжения, простого его регулирования данное устройство имеет высокий КПД. Из последнего вытекает способность потреблять от блока питания компьютера меньший ток чем отдается в нагрузку.

Из соотношения P_бп = 1/КПД х P_проц следует  I_бп = 1/КПД х А х I_проц . Здесь А = U_проц /U _бп для U_проц = 1,65 В и U_бп = 5 В имеем А =0,33. При КПД равном 85% (минимальный 75%) ток потребляемый от БП (блока питания) компьютера составляет I_проц = 50 А. Этот ток меньше потребляемого процессором почти в 2 раза.

У такой схемы был один недостаток мощность такого инвертора при малых габаритах не превышает 30 Вт. Но был найден выход, он заключался в параллельном включении нескольких синхронно работающих инверторов, они работают со сдвигом по времени равным T/N. T - период следования одного инвертора, а N - число инверторов Такая схема названа многофазной. Количество фаз определяется количеством параллельно включенных инверторов. Широкое применение нашли трех фазные инверторы, но сейчас в связи с ростом потребляемой процессором мощности уже появились и четырех фазные.

Схема инвертора

Внешний вид инвертора

Нижний график - осциллограммы 3х фаз инверторов (каждая своим цветом), верхний- результирующая осциллограмма с утроенной частотой.

Processor power circuit - description and diagram

The task of powering modern processors is difficult already because they require up to 130 watts, at load currents up to 80 amperes. This is not an easy task, not only for the power supply, but for the supply lines. Since at a supply voltage of 1.65 - 1.5 V, a loss of at least 0.3 V on wires, connectors, solders leads not only to their heating, but also to voltage instability, since the current consumed by the processor varies depending on its load.

To solve this problem, there was a simple and original solution - it was getting the required voltage directly on the motherboard from a voltage converter with an inductive storage element (inverter). In addition to the ability to form the required voltages, its simple regulation, this device has a high efficiency. The latter implies the ability to consume less current from the computer's power supply than is given to the load.

Such a scheme had one drawback, the power of such an inverter, with its small dimensions, does not exceed 30 W. But a way out was found, it consisted in the parallel connection of several synchronously operating inverters, they work with a time shift equal to T / N. T is the repetition period of one inverter, and N is the number of inverters. Such a circuit is called polyphase. The number of phases is determined by the number of parallel connected inverters. Three-phase inverters have found widespread use, but now, due to the increase in power consumption by the processor, four-phase ones have already appeared.

Inverter circuit

How is the power supply of the CPU of the motherboard organized?

The lower graph - oscillograms of 3 phases of inverters (each with its own color), the upper graph - the resulting oscillogram with triple frequency.

处理器电源电路-说明和图表

为现代处理器供电的任务已经很困难，因为它们在负载电流高达80安培时需要高达130瓦的功率。不仅对于电源，而且对于电源线来说，这都不是容易的任务。由于在1.65-1.5 V的电源电压下，导线，连接器，焊料上的损失至少0.3 V，不仅会导致其发热，还会导致电压不稳定，因为处理器所消耗的电流会根据其负载而变化。

为了解决这个问题，有一个简单而原始的解决方案-它是通过​​带有电感存储元件（逆变器）的电压转换器直接在主板上获得所需的电压。除了能够形成所需电压外，它的调节简单，该器件还具有很高的效率。后者意味着从计算机电源消耗的电流要少于负载所消耗的电流。

这种电路有一个缺点，这种逆变器的功率小，不超过30W。但是找到了一种方法，它包括几个同步运行的逆变器的并联连接，它们的时移等于T / N。 T是一个逆变器的重复周期，N是逆变器的数量，这种电路称为多相。相数由并联逆变器的数量决定。三相逆变器已经得到广泛使用，但是现在，由于处理器功耗的增加，已经出现了四相逆变器。

逆变电路

主板CPU的电源如何组织？

下图-逆变器的三相波形（每相都有自己的颜色），上图-所得的三倍频波形图。

  июнь 2006 г.