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【PCEVA】彻底讲透主板供电——实战篇

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仙行一步 发表于 2019-1-25 13:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:1760|回复数:39
Apache 发表于 2019-1-25 14:37 | 显示全部楼层
电感最高能扛多少度?
royalk 发表于 2019-1-25 17:07 | 显示全部楼层
Apache 发表于 2019-1-25 14:37
电感最高能扛多少度?

电感本身很耐热,但PCB耐热最好不要长期超过120度
羽落风尘 发表于 2019-1-25 23:51 | 显示全部楼层
当年买完Z77 EX6给我的最大疑惑就是12相供电,供电散热片看着规模不小了还有一根热管连接 ,为什么供电散热片还是摸起来烫手   



回头再去看其实核心只有4相 电感并联就当是8相

这不是坑爹么 发表于 2019-1-26 02:21 | 显示全部楼层
批站的喷子是真的多
xudaiqing 发表于 2019-1-26 10:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 xudaiqing 于 2019-1-26 11:01 编辑

电感这里的问题是,并联电感之后,等效电感值等于原来的一半。也就是说,为了使用并连电感,必须使用电感值为原来两倍的电感。而在同一个系列(骨架和芯不变)的电感中,增加电感量到原来两倍的方法是增加扎数,绕线长度会增加到原来的两倍,这带来两个影响。第一因为长度变化电阻增加一倍。第二为了容纳下多出来的铜线,线径必须缩小。铜线的横截面积减少一般不会达到原来的一半但差的也不会太多,这会导致电阻再次翻倍。就结果来说并连电感虽然单个电感的电流减半,但是电阻增到四倍,结果单个电感的发热不会有明显变化,而总发热量翻倍。
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石头 发表于 2019-1-26 12:33 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 10:32
电感这里的问题是,并联电感之后,等效电感值等于原来的一半。也就是说,为了使用并连电感,必须使用电感值 ...

不是你这么解释的吧……

U=L(di/dt),di/dt是电流变化的斜率,也就是说电流变化越快,L就可以越小,(U是基本不变的),所以现在主板上的电感越来越小,多一倍电感都能放得下。并联降低温度也没问题。只是9900K烧鸡要200W以上,用真4、5相的VRM,每相平均早超过30A合理最大值了,如果不用并联电感早就炸了。别忘了,量产化产品都是在对应售价中最低成本的解决方案……我不认为这有什么问题,厂商从来不是慈善家。

再仔细看华擎的热成像里热量分布,明显拐角那个最热,可能是PCB散热欠考虑。微星恐怕也有类似问题。

xudaiqing 发表于 2019-1-26 12:45 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 12:33
不是你这么解释的吧……

U=L(di/dt),di/dt是电流变化的斜率,也就是说电流变化越快,L就可以越小,( ...

我看不出来你说的和我说的有什么关系,电路的设计决定了需要的电感L,不论你用一个电感、两个电感、四个电感甚至更多需要的L都不会变。而同样大小电感并连之后的等效电感等于单个电感L/电感数量。所以如果两个电感并联,使用的单个电感的值就是电路所需的电感值的两倍。而同样的电路,用一个电感实现,电感值就不需要翻倍。
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xudaiqing 发表于 2019-1-26 13:04 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 12:33
不是你这么解释的吧……

U=L(di/dt),di/dt是电流变化的斜率,也就是说电流变化越快,L就可以越小,( ...

还有每项合理值的问题,电感值每缩小一半,饱和电流就增大一倍。发热的问题我之前已经写了。
用并联电感当然符合厂家的利益,用最低的成本满足了消费者数电感的需求。
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石头 发表于 2019-1-26 13:05 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 12:45
我看不出来你说的和我说的有什么关系,电路的设计决定了需要的电感L,不论你用一个电感、两个电感、四个 ...

有公式论证么?我是在是无法理解你的逻辑。。。。看公式最简单了。。。

xudaiqing 发表于 2019-1-26 13:10 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 13:05
有公式论证么?我是在是无法理解你的逻辑。。。。看公式最简单了。。。

...

1/等效电感 = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + ...
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石头 发表于 2019-1-26 13:30 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 13:10
1/等效电感 = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + ...

结合整个电路里有没有公式呢?单独的看L并联后感值下降,并不是有太多意义吧……因为可以通过提高开关频率稳压。

我的认知是:之前主板上都是那种裸露线圈的大电感,但是干扰大、也不利于提升集成度;后来逐渐就进化到封闭贴片电感,主要得益于开关频率的提升可以让线圈做的越来越小——频率提升,L减小,这是现在微电子设备的一个趋势吧,并联电感也是符合这个趋势。但带来不好的问题是发热密度大了很多,这个热量会通过PCB传递到其他元件导致故障率增加,所以增加电感来降低温度。是不是为了迎合数电感的习惯,恐怕只是一个连带效应吧,并不是事件的真实起因。

xudaiqing 发表于 2019-1-26 13:52 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 13:05
有公式论证么?我是在是无法理解你的逻辑。。。。看公式最简单了。。。

...

重新整理下。
开关电路设计(采用的元件、工作频率等)决定了需要一个多少大小电感值的电感Lt
然后如果采用单个电感,电感值只需要等于Lt。如果采用两个电感并联,按上述的电感并联公式,每个电感需要的电感值为两倍2Lt。

这里应该补个电感原理,但是手机上面太麻烦了就请自己搜索下吧。
其中的关键是在磁芯(铁芯)设计和体积一样的情况下,电感量是由线圈扎数决定的,两个成正比。此外因为体积(封装)不变,线圈扎数也和铜线(导线)横截面积成反比。

电感在大电流下有两个关键参数,一个是饱和电流,一个是发热。
如果电感中电流超过饱和电流,电感就会失效,等效为一个电阻。其本质是线圈产生的磁场强度超过了磁芯的耐受能力。所以同一个设计下饱和电流和电感值成反比。这个在很多电感系列的数据手册中就有体现。电感值为Lt的电感饱和电流值要比电感值为2Lt的大一倍。
而发热部分,发热量等于 I 平方 * R。其中在导线材质不变的情况下,导线电阻R 和导线长度成正比和导线横截面积成反比。对于一个电感值为2Lt的电感,对比一个电感值为Lt的电感(只要厂家做了最基本的工作使用双股线或更粗线径的导线)它的导线长度长一倍,横截面积少一半,导线电阻是电感为Lt的电感的4倍。对于并联应用中的某个电感,电流值少一半,平方后只有四分之一。但是电阻是四倍,最后发热量不变。

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xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 xudaiqing 于 2019-1-26 14:11 编辑
石头 发表于 2019-1-26 13:30
结合整个电路里有没有公式呢?单独的看L并联后感值下降,并不是有太多意义吧……因为可以通过提高开关频 ...

讨论并联电感有一个重要前提,就是在同一个开关电路设计下。

电路的设计决定了在这个位置需要一个有效电感值多少的电感。这个电感可以是一个电感,可以是两个电感、可以是四个电感,只要等效电感值达到目的。

还有主板用的那种电感是非常定制化的产品,厂家都是按照买家的要求在现有的磁芯设计上绕上所需粗细和扎数的铜线。并不存在需要使用并联的方式才能获得某个电感量的电感的问题。
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石头 发表于 2019-1-26 14:16 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:05
讨论并联电感有一个重要前提,就是在同一个开关电路设计下。

电路的设计决定了在这个位置需要一个有效电 ...

受教受教。。。。

我的观点总结就是:电感L小点,开关频率高点,反倒更好,波纹低了。。。并联能进一步拉高开关频率的同时,还能分散功率密度,并不是为了增加电流,但却可以降低温度,毕竟PCB上焊点就那么小。DFI的人曾经跟我说,大多数炸的案例是焊点与PCB过热导致的,并不是元件本身有问题。



xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:26 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 14:16
受教受教。。。。

我的观点总结就是:电感L小点,开关频率高点,反倒更好,波纹低了。。。并联 ...

我的观点是。
第一,并联电感对比等效的单个电感不能降低单个电感上的发热量,因为电阻是四倍。
第二,电感的发热和工作频率没有关系。工作频率的提高会降低mos管的效率,是阻碍工作频率提升的主要原因。因此改用更加优秀的mos管就可以提高工作频率(在控制器没成为瓶颈之前)。提高工作频率就可以选用更小的电感提高单项电感的输出能力。需要注意的是这个对单个电感和并联电感的影响是一样的,不会改变两者的关系
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石头 发表于 2019-1-26 14:32 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:26
我的观点是。
第一,并联电感对比等效的单个电感不能降低单个电感上的发热量,因为电阻是四倍。
第二,电 ...

第一条不太认同,电阻实际加不到4倍吧。

第二条,增加开关频率是为了减小电感体积,我并没有说减少发热,而是分散发热。我认为还是还原到真实场景来讨论比较合适,数学工具可以了解原理,但没法展现焊点与PCB过热的情况。昨晚我查了一些仿真PCB散热的软件,这确实是个切实需要解决的问题。那么在一定成本限制下,我觉得工程师这么做没有问题……

xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:43 | 显示全部楼层
石头 发表于 2019-1-26 14:16
受教受教。。。。

我的观点总结就是:电感L小点,开关频率高点,反倒更好,波纹低了。。。并联 ...

炸的问题我们就没发验证了。封装的参数正常厂家都是有实验验证的,而现有单项50多安的电流还远没到标称的最大值。pcb的发热从intel x599和amd x399的设计看,我觉得应该不是问题吧。
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石头 发表于 2019-1-26 14:49 | 显示全部楼层
xudaiqing 发表于 2019-1-26 14:43
炸的问题我们就没发验证了。封装的参数正常厂家都是有实验验证的,而现有单项50多安的电流还远没到标称的 ...

第一期开头发了几个炸的图,注意PCB外翻,这绝对不是表面元件故障导致的,,,这个事情不止一家说过,PCB与贴片工艺也单独是门学问吧。
QQ图片20190126144913.jpg




石头 发表于 2019-1-26 14:56 | 显示全部楼层
而且有个最底层的逻辑,主板业也三四十年了,很成熟了,电路的理论更是成熟,工程师能不知道每个方案的利弊么?他们计算的比咱们论坛里讨论的会精准很多吧。那为什么还要这么设计呢?肯定不是为了讨好玩家,玩家才占市场总量多少?与其为了讨好玩家,还不如降低1个百分点返修来的实在吧。
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