显卡PCB中的供电系统及工作原理

显卡PCB最重要的部位是什么？可能大部分人觉得是GPU，毕竟显卡起到显示功能的元件就是GPU，但在我看来，显卡PCB中的供电部分和GPU有着同等的重要性。

一、供电系统的分类

供电部分和GPU在显卡PCB上有着同等的重要性，如果说GPU是显卡的“大脑”，那么供电部分就是显卡的“心脏”。没有“心脏”作为基础，“大脑”再强大也是无法工作的，所以说显卡的供电部分也是不容忽视的。此外，供电的设计也会影响到整块显卡PCB的性能，强大的GPU需要强大的供电系统去支撑，这也是同芯片顶级显卡和普通显卡的主要区别之一。

显卡GPU运行所需要的说白了就是合适的电压和电流，而显卡的供电系统的主要作用就是通过调压、稳压以及滤波等工作，让GPU获得稳定、纯净及大小适中的电压和电流。那么供电部分都是哪些元件起到完成相关工作的作用呢？我们今天就来聊聊显卡供电部分的元器件，让大家对显卡的供电有个全面的了解。

首先我们需要对供电系统有个全局性的了解，显卡上应用的供电系统分为三种：

1、三端稳压电路

三端稳压电路历史悠久，是一种比较简单的显卡供电系统。该电路仅需要一个集成稳压器即可工作，但可提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，像GPU这种对电流电压要求较高的元件无法被其所带动，因此在现在的显卡上主要用途是对DAC电路或者接口进行供电。

2、场效应管稳压电路

场效应管稳压电路也是一种很早便出现在显卡上的供电系统，这种供电系统主要由信号驱动芯片以及MosFET组成。该电路系统有着反应速度快、输出纹波小、工作噪声低等优点，并且成本较低，但场效应管稳压电路的转换效率较低而且发热量巨大，不利于产品的功耗和温度控制，因此其多用在显存的供电电路上，而且主要是低端显卡产品所采用，随着科技的进步，这种供电系统已经淡出大家视野了。

3、开关电路系统

开关电路系统也是目前应用最广泛的显卡供电系统。对于GPU来说，前两种供电系统显然满足不了它的高负载需求，所以显卡制造商们采用的是更为先进的开关电路。开关电路是控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种供电系统，主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成。该电路系统发热量低，转换效率高，而且稳压范围大、稳压效果好，因此成为显卡的主要供电方式。

这三种电路的工作模式都是采取降压工作模式，即输出电压总是低于输入电压。

二、开关电路的工作原理

首先PCI-E接口和辅助供电接口提供了12V的电压输入，为了保证电流的稳定性。首先需要经过一个较大的电容进行滤波，经过滤波后进入由PWM芯片控制的电路。由于12V是不可能直接输入到核心的（GPU的工作电压为1.2V上下），此时必须进行必要的降压，而PWM所控制的MOSFET管进行相应的调节，通过打开上桥关闭下桥，然后关闭上桥打开下桥这样不停地操作，可以产生特定频率的波形电压，而波形电压的频率会影响到其电压值，通过PWM控制好所需要的电压，即可生成需要的输出电压值。

虽然得到了合适的电压，但这样子出来的电流是一波一波断开的，这个时候就需要使用到电感的储能作用，通过大容量电感的充电放电作用，生成倾向于直线型的电压，最后流经小容量电容组成的输出滤波电容，即可输出理想的GPU电压。PWM的作用就是控制每相供电的电压微调节，以求精确的达到控制的理想电压值；电容的作用是稳定供电电压，滤除电流中的杂波，让电流更为纯净；电感线圈则是通过储能和释能，来起到稳定电流的作用。

虽然从PCB电路工作原理上来讲，开关电路做的越简单越好，因为从概率上计算，每个元件都有一个“失效率”的问题，用的元件越多，组成系统的总失效率就越大，所以供电电路越简单，越能减少出问题的概率。但是显卡越高端功耗越高，如果做成单相电路需要采用适应大功率大电流的元器件，发热量会很恐怖，而且在PCB上花费的成本也不是小数目，所以几乎所有的显卡PCB都采用多相供电设计。多相供电的好处：

1、可以提供更大的电流

2、可以降低供电电路的温度，因为电流多了一路分流，每个器件的发热量自然减少了。

3、多相供电电路可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流，以维持各功率组件的热平衡

4、利用多相供电获得的核心电压信号也比单相的来得稳定

多相供电的缺点是在成本上要高一些，而且对PCB布线设计、散热的要求也更高，因此越高端的产品所用的供电相数越多。