以往CPU的頻率比較低，因此當(dāng)我們對(duì)其進(jìn)行超頻的時(shí)候，很容易就可以獲得明顯的性能提升，從而改善我們的使用體驗(yàn)，而現(xiàn)在的CPU大都以較高的主頻示人，大部分時(shí)間里其原廠性能就可以滿足我們的使用需求，超頻所帶來(lái)的紅利已經(jīng)沒(méi)有以前那么明顯。但是這并不意味著超頻已經(jīng)不再是diy玩家的日常，事實(shí)上現(xiàn)在仍然有很多玩家熱衷于超頻，因?yàn)槌l不僅可以帶來(lái)性能上的提升，玩家也可以從超頻的過(guò)程中獲得充分的滿足感，可以算得上是“雙份的快樂(lè)”。
因此對(duì)于配置了Z490以及X570芯片的高端主板來(lái)說(shuō)，超頻能力算得上是一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而影響主板超頻能力的因素可以分為軟件和硬件兩方面，其中軟件主要體現(xiàn)在BIOS設(shè)定上，而硬件方面的影響則主要體現(xiàn)在CPU供電上。也正因?yàn)槿绱耍靼骞╇娨?guī)模的高低也就成為了一塊主板能否成為好主板的重要判斷因素。
我們都知道影響CPU超頻的因素有很多 ，CPU的超頻潛力也就是我們常說(shuō)的“CPU體質(zhì)”固然重要，但CPU的散熱環(huán)境和供電環(huán)境對(duì)CPU能否發(fā)揮出其超頻潛力也是至關(guān)重要的，可以這三方面有任何一面落后，都會(huì)影響到玩家在CPU超頻上的體驗(yàn)。那么CPU的供電環(huán)境是如何影響CPU超頻的呢？道理其實(shí)很簡(jiǎn)單，CPU超頻后功耗會(huì)有明顯上升，這意味著CPU對(duì)電壓和電流的要求會(huì)更高，如果主板上的CPU供電無(wú)法在CPU超頻的情況下仍然可以提供穩(wěn)定的電壓和電流，CPU的超頻潛力自然會(huì)受到制約，無(wú)法得到充分發(fā)揮。
主板是怎樣為CPU供電進(jìn)行供電的呢？
那么怎樣的主板供電才能滿足CPU超頻的需求呢？我們首先從主板上的CPU供電組成開(kāi)始講起。主板上的供電電路其實(shí)有很多，除了我們常說(shuō)的CPU供電外，內(nèi)存、PCI-E以及配置在主板上的各種芯片都有自己的供電電路，只是由于CPU供電的重要性很高，而且CPU本身就是用電大戶，因此大家說(shuō)起主板供電的時(shí)候，一般指代的就是CPU供電。CPU供電主要采用開(kāi)關(guān)電源電路， 這是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間和比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種供電模式，不僅在技術(shù)上成熟可靠，而且擁有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍大、穩(wěn)壓效果好、供電電流充足等多個(gè)優(yōu)勢(shì)。
組成一組完整的開(kāi)關(guān)電源電路通常需要有電容、電感、MosFET場(chǎng)效應(yīng)管以及PWM脈沖寬度調(diào)制芯片四類元件組成，其組成原理圖如上所示，圖中電容的作用是穩(wěn)定供電電壓，濾除電流中的雜波，讓電流更為純凈；電感線圈則是通過(guò)儲(chǔ)能和釋能，來(lái)起到穩(wěn)定電流的作用；PWM芯片則是開(kāi)關(guān)電路控制模塊的主要組成部分，電路輸出電壓的 高低與電流的大小基本上是由這個(gè)控制模塊；MosFET場(chǎng)效應(yīng)管則分為上橋和下橋兩部分，電壓的調(diào)整就是通過(guò)上下橋MosFET配合工作實(shí)現(xiàn)的。
開(kāi)關(guān)電源電路開(kāi)始工作時(shí)，外部電流輸入通過(guò)電感L1和電容C1進(jìn)行初步的穩(wěn)流、穩(wěn)壓和濾波，輸入到后續(xù)的調(diào)壓電路中。由PWM芯片組成的控制模塊則發(fā)出信號(hào)導(dǎo)通上橋MosFET，對(duì)后續(xù)電路進(jìn)行充能直至兩端電壓達(dá)到設(shè)定值。隨后控制模塊關(guān)閉上橋MosFET，導(dǎo)通下橋MosFET，后續(xù)電路對(duì)外釋放能量，兩端電壓開(kāi)始下降，此時(shí)控制模塊關(guān)閉下橋MosFET，重新導(dǎo)通上橋MosFET，如此循環(huán)不斷。
上文中所述的“后續(xù)電路”實(shí)際上就是原理圖中的L2電感與C2電容， 在上述原理圖中，C1和L1其實(shí)并不是必須的，其存在更多地只是確保外部輸入的電流足夠穩(wěn)定。但是C2與L2則不一樣，它們是整個(gè)開(kāi)關(guān)電源電路中不可或缺的一部分，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源電路的MosFET所輸出的并不是穩(wěn)定的電流，而是包含有雜波成分的脈沖電流，這樣的脈沖電流是無(wú)法直接在終端設(shè)備上使用的。此時(shí)L2電感與C2電容就共同組成了一個(gè)類似于“電池”作用的儲(chǔ)能電路，上橋MosFET導(dǎo)通時(shí)“電池”進(jìn)行充能，而在下橋MosFET導(dǎo)通時(shí)“電池”進(jìn)行釋能， 這樣才能使進(jìn)入終端設(shè)備的電流與兩端電壓維持穩(wěn)定。
以上就是CPU供電電路的原理圖，放在現(xiàn)實(shí)中相當(dāng)于主板上的單相供電。但我們都知道，現(xiàn)在主板上的CPU供電都不是單相的，往往是由多相供電組成，這是因?yàn)镃PU對(duì)供電電流有較高的要求， 我們以酷睿i9-10900K為例，其在運(yùn)行AIDA64 FPU測(cè)試時(shí)，CPU核心電壓為1.2V，功耗則在210W左右，算下來(lái)已經(jīng)是175A的電流，如采用單相供電的話，那么你首先需要一個(gè)能夠承受150A以上電流的電感，這樣的電感體積非常巨大，此外電容的也需要有足夠的容量，這也是需要用體積來(lái)?yè)Q的， 此外可以承擔(dān)175A電流的MosFET以及PCB線路也是“登天級(jí)”的難度，這放在主板上顯然是不可能的事情。
因此主板上的CPU供電都是多相供電的方式來(lái)分?jǐn)傌?fù)載壓力，175A的供電電流分?jǐn)偟?相就是每相43.75A，8相供電就是每相21.875A，這樣每相電路的負(fù)載顯然要比單相供電更加合理，供電電路的安全和發(fā)熱量也就更容易控制了。
那么怎樣的主板供電才能滿足CPU超頻使用呢？
我們以技嘉的Z490I AORUS ULTRA主板為代表，給大家講解一下如何去判斷主板上的CPU供電能否滿足CPU超頻的需求。CPU供電電路多數(shù)情況下是布置在CPU插槽的旁邊，多數(shù)情況下是在左側(cè)和上方，右側(cè)和下方的位置則是留給內(nèi)存、PCI-E擴(kuò)展插槽與CPU的通信線路使用的。現(xiàn)在大多數(shù)的主板都會(huì)給CPU供電電路配置專門(mén)的散熱模塊，以確保其在高負(fù)載的情況下也仍然可以維持穩(wěn)定的輸出，因此我們需要拆卸散熱模塊后才能完全確定主板的供電規(guī)模。
不過(guò)由于拆卸主板供電的散熱模塊有可能會(huì)導(dǎo)致保修服務(wù)失效，因此我們并不建議玩家自行拆卸查看，通過(guò)多查看外界資訊例如我們的相關(guān)評(píng)測(cè)文章來(lái)確認(rèn)會(huì)是一個(gè)比較靠譜的方式，當(dāng)然大家也可以用比較常見(jiàn)的方式例如“數(shù)電感”等來(lái)評(píng)估主板供電規(guī)模，只是這些方式有較大的局限性，最多只能作為臨時(shí)的參考而不能作為評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。
從我們的拆解可以看到，技嘉Z490I AORUS ULTRA主板采用的是8+1+1相供電設(shè)計(jì)，8相為CPU核心供電，1相為核芯顯卡供電，1相為I/O供電，配置的MosFET均為一體式的DrMos，并配置有貼片式的鐵素體電感、輸入濾波為固態(tài)電容，輸出濾波則為聚合物電容，這樣的供電規(guī)模放在Mini-ITX主板上算是相當(dāng)豪華的，即便是在標(biāo)準(zhǔn)ATX主板上也稱得上是高端配置。不過(guò)這樣的供電規(guī)模可以為CPU提供怎樣的供電能力呢？下面我們就來(lái)對(duì)主板的供電電路進(jìn)行簡(jiǎn)單解析。
PWM脈沖寬度調(diào)制芯片
要看一款主板的供電能力，其PWM供電控制芯片的性能可以說(shuō)是起到?jīng)Q定性作用。PWM也就是Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱脈沖寬度調(diào)制，是利用數(shù)字輸出的方式來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種技術(shù)手段，可以對(duì)模擬信號(hào)電平實(shí)現(xiàn)數(shù)字編碼。其依靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，并通過(guò)改變脈沖調(diào)制的周期來(lái)控制其輸出頻率。PWM芯片的選擇與供電電路的相數(shù)息息相關(guān)，產(chǎn)品擁有多少相供電，PWM芯片就必須擁有對(duì)應(yīng)數(shù)量的控制能力。
技嘉Z490I AORUS ULTRA主板采用的是8+1+1相供電設(shè)計(jì)，因此原則上其PWM供電控制芯片就最少能提供8+1+1相的供電能力。實(shí)際上技嘉Z490I AORUS ULTRA主板配置的ISL69269IRZ也確實(shí)擁有這個(gè)能力，其支持3路控制輸出，分別為8+2+2相，完全可以滿足這款主板的供電控制需求。
像這樣的供電配置方式，我們一般稱其為“原生供電控制”，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“有多少相供電就配置能控制多少相的PWM芯片”，這樣的設(shè)計(jì)在電流控制的響應(yīng)速度以及電壓控制的精度上都有最好的表現(xiàn)。
另外現(xiàn)在也有不少主板產(chǎn)品有采用倍相、并聯(lián)等“等效相數(shù)”的供電電路，例如通過(guò)4相控制的PWM芯片搭配倍相器的方式來(lái)控制8相供電，或者是每2相供電并聯(lián)組成“加強(qiáng)型供電”，再通過(guò)4相PWM芯片進(jìn)行控制。這樣的“等效8相”組合雖然在供電能力上相比原生控制不會(huì)有很大差別，但是在電壓控制精度與響應(yīng)時(shí)間上相比原生控制會(huì)弱勢(shì)一些。
MosFET開(kāi)關(guān)管
如果說(shuō)PWM芯片決定主板對(duì)供電電壓的控制精度以及響應(yīng)時(shí)間，那么MosFET的供電能力就相當(dāng)于是決定CPU供電的電流上限了。MosFET在供電電路中的作用是電流開(kāi)關(guān)，它可以在電路中實(shí)現(xiàn)單向?qū)ǎㄟ^(guò)在控制極也就是柵極加上合適的電壓，就可以讓MosFET實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通，而調(diào)壓功能則是可以通過(guò)PWM芯片控制通斷比實(shí)現(xiàn)。
MosFET有四項(xiàng)重要參數(shù)，分別是最大電流（能承受的最大電流）、最大電壓（能承受的最大電壓）、導(dǎo)通電阻（導(dǎo)通電阻越低電源轉(zhuǎn)換效率越高）以及承受溫度（所能承受的溫度上限），原則上來(lái)說(shuō)最大電流越大、最大電壓越高、導(dǎo)通電阻越低、承受溫度越高的MosFET品質(zhì)越好。當(dāng)然 這樣的完美產(chǎn)品并不存在，不同MosFET會(huì)有不同優(yōu)勢(shì)，選擇什么樣的MosFET是需要從實(shí)際情況出發(fā)考慮的。
在開(kāi)關(guān)電源供電電路中，MosFET是分為上橋和下橋兩組，運(yùn)作時(shí)分別導(dǎo)通。一般來(lái)說(shuō)上橋MosFET在規(guī)模上是小于等于下橋MosFET，這個(gè)與上下橋MosFET所需要承擔(dān)的電流不同有關(guān)。上橋MosFET承擔(dān)是的外部輸入電流，一般來(lái)說(shuō)是12V電壓，因此在同樣功率的前提下，上橋MosFET導(dǎo)通的時(shí)間更短，承擔(dān)的電流更低，所需要的規(guī)模自然可以低一些；而下橋MosFET承擔(dān)的是CPU的工作電壓，一般來(lái)說(shuō) 是在1V左右，因此在相同功率的環(huán)境下，其承擔(dān)的電流是上橋MosFET的10倍，導(dǎo)通的時(shí)間更長(zhǎng)，所需要的規(guī)模自然更高了。
比較常見(jiàn)的MosFET是分離式設(shè)計(jì)，也就是上橋MosFET與下橋MosFET是獨(dú)立元件，這樣的設(shè)計(jì)便于根據(jù)產(chǎn)品的定位來(lái)改變?cè)骷加玫目臻g是比較多的，因此現(xiàn)在有不少主板廠商會(huì)在中高端產(chǎn)品上使用整合式的MosFET，這種MosFET我們一般稱之為DrMos，其上橋MosFET以及下橋MosFET均封裝在同一芯片中，占用的PCB面積更小，更有利于布線，而且DrMos在轉(zhuǎn)換效率以及熱量控制上相比傳統(tǒng)分離式MosFET也有一定優(yōu)勢(shì)。
技嘉Z490I AORUS ULTRA主板的8相CPU核心核心供電采用的都是型號(hào)為ISL99390HRZ的DrMos元件，這顆DrMos的供電能力最高可達(dá)90A，這就意味著在8相供電的情況下，主板可以提供最高720A的CPU核心供電電流，完全可以滿足旗艦級(jí)處理器如酷睿i9-10900K在超頻時(shí)所需要的供電。
不過(guò)按照酷睿i9-10900K的功耗，技嘉Z490I AORUS ULTRA主板的供電規(guī)模可以算得上是3倍于CPU的需求，我們真的有必要選用如此高規(guī)模供電的主板嗎？其實(shí)事情并沒(méi)有大家想想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)镸osFET的實(shí)際供電能力與其工作時(shí)的溫度有很大的關(guān)系，總體來(lái)說(shuō)工作時(shí)溫度越低，可以負(fù)載的電流就越大；而MosFET的溫度又和其工作時(shí)所承擔(dān)的電流有關(guān)，電流越高溫度也會(huì)越高。
因此技嘉Z490I AORUS ULTRA主板上配置了8相總計(jì)720A電流的供電規(guī)模，除了讓主板擁有更高的功率上限外，同時(shí)還可以分?jǐn)偯肯喙╇姷碾娏鳎屆肯嚯娐范脊ぷ髟诤侠淼呢?fù)載范圍內(nèi)，溫度自然也會(huì)控制在合理范圍內(nèi)，在加上帶有熱管的散熱片，就可以進(jìn)一步壓制供電發(fā)熱，使DrMos可以工作在較低的溫度里，始終維持最佳的工作狀態(tài)，以保證輸出電流的強(qiáng)度以及電壓的精度不受影響。
電容與電感線圈
電容與電感線圈在開(kāi)關(guān)電源供電電路中一般是搭配使用，其中電容的作用是穩(wěn)定供電電壓，濾除電流中的雜波，而電感線圈則是通過(guò)儲(chǔ)能和釋能來(lái)起到穩(wěn)定電流的作用。電容是最常用的也是最基本的電子元器，其在CPU和GPU的供電電路主要是用于“隔直通交”和濾波。由于電容一般是并聯(lián)在供電電路中，因此電流中的交流成分會(huì)被電容導(dǎo)入地線中，而直流成分則繼續(xù)進(jìn)入負(fù)載中。同時(shí)由于電容可以通過(guò)充放電維持電路電壓不變，因此其不僅可以濾除電流中的高頻雜波，同時(shí)也減少電路的電壓波動(dòng)。
而電感線圈的作用則是維持電路中的電流穩(wěn)定性，當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的減小。
供電電路中的電容與電感
由于在開(kāi)關(guān)電源電路中，電感與電容需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行上萬(wàn)次的充放電，因此它們的品質(zhì)將直接影響開(kāi)關(guān)電源供電電路的性能表現(xiàn)。目前CPU供電電路中多使用固態(tài)電容以及封閉式電感，前者具備低阻抗、耐高紋波、溫度適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，后者則有體積小、儲(chǔ)能高、電阻低的特性，比較適合用于低電壓高電流的CPU和GPU供電電路中。 技嘉Z490I AORUS ULTRA主板采用的就是這樣的配置，其供電輸入濾波電容是定制自FPCAP的固態(tài)電容，電感則是貼片式的鐵素體電感，這些元件在中高端主板上很常見(jiàn)，除了有體積小占位小的優(yōu)點(diǎn)外，也是目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“高性能”搭配。
主板背面的聚合物電容
而對(duì)于供電輸出濾波來(lái)說(shuō)，有一種電容比起固態(tài)電容會(huì)更適合使用，那就是聚合物電容，例如技嘉Z490I AORUS ULTRA主板背面的鋁聚合物電容以及著名的“小黃豆”鉭電容 等。聚合物電容擁有極強(qiáng)的高頻響應(yīng)能力，因此在每秒充放電上萬(wàn)次的開(kāi)關(guān)電源供電電路中，它們常常被用于輸出端的濾波電路中，可以大大提升電流的純凈度。
優(yōu)秀的CPU供電在實(shí)際使用中是怎樣的表現(xiàn)？
那么優(yōu)秀的CPU供電在實(shí)際使用中會(huì)有怎樣的表現(xiàn)呢？一般來(lái)說(shuō)優(yōu)秀的CPU供電可以帶來(lái)更穩(wěn)定的電流和電壓，可以讓CPU穩(wěn)定地運(yùn)行在高頻率，特別是在超頻時(shí)，CPU供電是否足夠優(yōu)秀，是直接會(huì)影響到CPU超頻潛力的發(fā)揮以及超頻之后的穩(wěn)定性。同時(shí)優(yōu)秀的供電電路也會(huì)擁有比較高的轉(zhuǎn)換效率，不僅有利于省電，也可以有效減少發(fā)熱，降低平臺(tái)對(duì)散熱系統(tǒng)的需求。
我們?cè)诩技蝂490I AORUS ULTRA主板上對(duì)英特爾酷睿i9-10900K處理器進(jìn)行超頻，在頻率提升至5.2GHz時(shí)，其CPU功耗在265W左右，而在CPU供電接口處測(cè)得的輸入功率則為279W，這樣簡(jiǎn)單計(jì)算下來(lái)即可得出，主板CPU供電電路的轉(zhuǎn)換效率是為265W/279W*100%=94.9%，可以看出其轉(zhuǎn)換效率非常高。
而從熱成像圖來(lái)看，主板上的發(fā)熱點(diǎn)確實(shí)是在CPU供電部分，從溫度上看是70℃到72℃左右，可以看出其溫度控制還是很不錯(cuò)的，畢竟MosFET特別是DrMos在工作時(shí)的發(fā)熱是可以達(dá)到100℃的水平，屬于高溫工作元件。從這里我們也可以看出，主板供電的用料規(guī)模與散熱規(guī)模是必須要對(duì)等的，這樣才能讓主板供電有良好的工作環(huán)境，以發(fā)揮出最高效能。在這一點(diǎn)上，技嘉Z490I AORUS ULTRA主板無(wú)疑是讓人滿意的。
另外在這里我們也可以看出技嘉Z490I AORUS ULTRA主板的720A供電電流上限的必要性，其不僅能在CPU滿載時(shí)讓供電電路處于最佳工作負(fù)載區(qū)間，實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也是預(yù)留有充足的安全空間，可以在相對(duì)惡劣的散熱環(huán)境下，或者瞬時(shí)供電峰值的時(shí)候，也能維持足夠穩(wěn)定的電壓和電流，保證系統(tǒng)可以平穩(wěn)工作。
總結(jié)：供電優(yōu)秀的主板是CPU超頻的最佳搭配
相信大家從我們的講解中就可以看出，主板的CPU供電是否強(qiáng)悍，與電容、電感、MosFET以及PWM芯片的配置是相關(guān)的，電容與電感決定了主板的電流是否足夠穩(wěn)定和純凈，MosFET決定供電電流的上限，PWM芯片則決定了主板供電的電壓精度和電流響應(yīng)速度。這四方面需要相互配合才能達(dá)成最佳的效果，任何一方面存在明顯的短板，都會(huì)讓主板的供電能力大打折扣。
以技嘉Z490I AORUS ULTRA主板的供電配置為例，其供電配置在Mini-ITX主板上顯然是佼佼者，不僅在有限的空間里提供了8相供電配置，而且采用的是在控制精度和響應(yīng)時(shí)間上都非常有利的原生PWM供電控制，輸入濾波采用的是低阻抗、耐高紋波和耐高溫的固態(tài)電容，輸入則采用了封閉式電感與聚合物電容，這種搭配是目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“高性能”配置，可以說(shuō)無(wú)論在供電用料以及供電設(shè)計(jì)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了旗艦級(jí)CPU的需求。
因此技嘉Z490I AORUS ULTRA主板的供電配置即便是放到ATX主板上也是名列前茅的，對(duì)于喜歡迷你平臺(tái)，同時(shí)有喜歡超頻的玩家來(lái)說(shuō)，這樣的主板顯然是難得的最佳搭配。
