主板电源电路检测

2.1.2　主板电源电路检测

主板工作的首要条件就是要有电源，主板上的电源通过电路提供，下面就分析主板的电源电路，主板电源电路主要有CPU电源电路、软开机电源电路、复位电路和电源好信号等。

1．CPU电源电路

（1）CPU电压

任何电器在工作的时候都需要电，自然也有对应的额定电压，CPU也不例外。目前CPU的工作电压有一个非常明显的下降趋势，较低的工作电压主要有三个优点。

1）采用低电压的CPU的芯片总功耗低。功耗低，系统的运行成本就相应降低，这对于便携式和移动系统来说非常重要，使其现有的电池可以工作更长时间，从而使电池的使用寿命大大延长。

2）功耗降低，发热量就减少，致使CPU的温度不高，可以与系统更好地配合。

3）降低电压是提高CPU主频的重要办法之一。

CPU的工作电压分为两个方面，CPU的核心电压与I/O电压。核心电压即驱动CPU核心芯片的电压，I/O电压则指驱动I/O电路的电压，通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。

早期（286～486时代）的CPU的核心电压与I/O设备电压一致，通常为5V。当时计算机的制造工艺相对落后，主板的设计没有考虑过多的要素，以致CPU的发热量过大，导致其寿命缩短。不过那时的CPU集成度很低，而目前的CPU集成度相当高，CPU发热量就更大。但随着CPU的制造工艺提高，主板设计考虑到散热的效果，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，目前台式机用CPU的核心电压通常在2V以内，笔记本专用CPU的工作电压相对更低，可以达到大幅减少功耗的目的，以降低CPU工作时的温度，延长其使用寿命。而且现在的CPU会通过特殊的电压ID（VID）引脚来指示主板中嵌入的电压调节器自动设置正确的电压级别。

CPU的工作电压和核心电压不尽相同，因此在维修中，需要根据主板提供的CPU接口和CPU电压选择合适的CPU进行维修主板的测量工作。

（2）供电方式

现在常见的CPU供电方式有单相供电和多相供电两种。现在的主板中主要采用多相供电方式。

1）单相供电

主板上CPU核心供电电路的原理，如图2-5所示。其实就是一个简单的开关电源，+12V是来自ATX电源的输入，通过一个由电感线圈L1和电容C1组成的滤波电路，然后进入两个晶体管开关管组成的电路，通过场效应管的开关作用，外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端的电压升高时，通过场效应管的开关作用，外部电源供电断开，电感释放出刚才充入的能量，这时的电感就变成了电源继续对负载供电。随着电感上存储能量的消耗，负载两端的电压开始逐渐降低，外部电源通过场效应管的开关作用又要充电。以此类推，在不断地充电和放电的过程中就行成了一种稳定的电压，使负载两端的电压不会升高也不会降低，这就是开关电源的最大优势。主板上的供电电路原理核心即是如此。此电路受到电源控制芯片（可以控制开关管导通的顺序和频率，从而可以在输出端达到电压要求）部分的控制，输出所要求的电压和电流，图中箭头处的波形图可以看出输出电压随着时间变化的情况。再经过L2和C2组成的滤波电路后，基本上可以得到平滑稳定的电压曲线（Vcore是负载电压，即CPU供电电压，现在的PIV CPU的Vcore大约1.525V）。

图2-5　CPU单相供电原理图

另外由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。这个稳定的电压就可以作为CPU工作电压，这就是单相供电的工作原理。

2）多相电源模块

单相供电一般可以提供最大25A的电流，而现今常用的CPU早已超过了这个数字，PIV处理器功率可以达到70～80W，工作电流甚至达到50A，单相供电已经无法提供足够、可靠的动力，所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的设计。图2-6就是一个两相和三相供电的原理图，很容易看出，其实两相或三相供电就是两个或三个单相电路的并联，因此它可以提供双倍或三倍的电流，多相供电可以让每个MOS管所分担的电流减小，这样MOS管发热量也减小了。其原理其实并不复杂，只要每相供电并联两个MOS管就可以了，不过这样需要在布线上进行重新的设计。举一个简单的例子，如果60A的电流要通过两个MOS管去推动，那么理论上每个MOS管要承担30A的电流，如果用4个去推动，那么每管承担电流就是15A了，负载的电流量小了，温度也就自然下降了。这样MOS管的发热量小了，CPU供电部分的电容的压力相应也变小，有效地杜绝了主板电路的爆浆问题，理论上可以绰绰有余地满足目前CPU的需要了。

（3）滤波电路

无论是单相还是多相给CPU供电，没有经过LC滤波电路的输出电压波形是方波，波动很大，会造成CPU供电电压不稳，图2-7的左边是滤波之前的波形，经过LC滤波电路以后，输出的波形是接近直线的波形，如图2-7右边所示是滤波之后的波形，这时的电压稳定，CPU工作正常。

图2-6　CPU多相供电原理图

（4）CPU供电实际电路图

图2-8是CPU供电线路图。VCC12、VCC5和VCC3_3三个电源电压是输入电压，VCC12是VR4的输入电压，VCC5是VR4输入电压和四个MOS管的输入电压，VCC3_3是为Reset信号提供电源；VCC5经过Q8和Q9后，输出电压，经过R53输入VR4和经过L13输出到CPU内核工作电压VCCVID，其中Q8、Q9、Q11和Q12四个MOS的控制极是由VR4来控制开关；VID0～VID3是CPU的工作核心电压的选择端，经RP7到VR4输入端，VID0～VID3输入电压的电压值不一样，CPU的内核工作电压VCCVID的值是不一样的，要根据CPU的信号进行跳线选择，选择控制是由JP3～JP6跳线控制；电路中有很多电容，大部分电容是和L13组合成LC滤波电路，因此这里用到的电容大部分是电解电容。

2．软开机电源电路

（1）软开机电路原理

软开机电源电路也叫主板通电或供电电路，主板打开电源开关以后，主板开始供电。分析掌握软开机电源电路，以便维修人员更好地检测主板不能加电的故障。PS-ON信号的电压有+3.3V、+5V和+3.2V等，一般情况下PS-ON经过电阻连接到门电路、南桥或者I/O芯片上，最后输出TTL低电平反馈给电源接口PW-OK（电源绿线）信号引脚，主板开始加电。图2-9是软开机电路原理图。

图2-7　CPU供电电压滤波图

（2）软开机电路

软开机电路，如图2-10所示。开机前由紫色线向主板的各个芯片提供了多组+5V电压，a点下面的两根插针是PS-ON开关，在开机前a点有3.3V电压，图中标记有Winbond的芯片是华邦的I/O芯片，标记为102、103、222、472的小长方形都是电阻，Q1和Q2是主板上的两个三极管。在开机前Q1一直导通，因为Vbe≥0.7V，Vce=0.3V；Q2的b极电压由于Q1的导通，被拉低，使Q2的Vbe<0.7V，Vce=Vcc，Q2处于截止状态。紫色线的+5V供电经过标记为103的电阻到绿线，由于是高电平，所以无法导通电源，此时计算机处于关机状态。当触发PS-ON的时候，a点由紫色+5V提供的+3.3V被拉到地，产生一个低电平，触发I/O的73脚，I/O工作，从69脚输出一个低电平，通过标记102的电阻到Q1的b极，Q1截止，Q2得以导通，绿线电压被拉到低电平，变为低电平后进入电源，电源工作。

图2-9　软开机电路原理图

图2-10　主板软开机电路图

3．主板复位电路

（1）复位电路原理

主板上的Reset按钮，是用来复位计算机的工作状态。Reset按钮按下，产生TTL电平跳变，经过一个电阻连接到门电路，然后到南桥芯片，由南桥芯片输出复位信号，初始化CPU、北桥、总线和I/O等设备控制芯片；其中输入南桥的信号包括PW-OK信号等经过南桥逻辑运算以后输出的才是真正的主板需要的复位信号，如图2-11所示。

图2-11　复位信号电路原理

（2）主板复位电路

机箱上的Reset键连接到主板的JP1跳线上，没有按下Reset开关时，JP1有3.3V电压，按下Reset键，电压跳变到低电平，这时74L132的输出是低电平，低电平输入到U2（74LVC06）中的输入端，这时74LVC06的输出端为高电平，PW-OK信号输入CPU，CPU进行初始化，同时PW-OK信号输入到南桥（ICH）、电源部分和I/O部分，开始进行初始化主板电路，图2-12是主板复位过程电路图。

图2-12　主板复位电路