主板常用电源电路简介
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放大电流
参考 电压
利用电压 控制电流
误差放大器
输出电压信号采样
低压差线性稳压器内部结构
LDO的工作原理同OP+MOS线性稳压电路。
LDO主要参数
y 输出电压(Output Voltage) y 最大输出电流(Maximum Output Current) y 输入输出电压差(Dropout Voltage) y 接地电流(Ground Pin Current) y 负载调整率(Load Regulation) y 线性调整率(Line Regulation) y 电源抑制比(PSSR)
设计注意事项
MOSFET选用 1.计算线性稳压电路中消耗功率
Pc=(Vin-Vout)x Iout
2.从MOSFET规格表中找出最小所需之闸极-源极电压
3.计算MOSFET最大所需导通电阻值 RDS(ON)＜ (Vin-Vout)/Iout @ VGS =Vcon-Vout
4.计算MOSFET 内部半导体接面温度 Tj=Tc+(Rth(JC)*Pdis)
431+MOSFET or BJT
{ Shunt { Regulator
Integrated Circuit
431,432 Zener Diode
Discrete
Circuit
Zener Diode + BJT
首先我们先看一下linear电路的种类，如上图所示。linear 电路有很多形式，本文档中仅介绍Integrated Circuit中 的LDO形式和Discrete Circuit中的OPA+MOS形式。
C791 0.1uF 16V
C796 1 1000PF 50V
理论计算Output Voltage:1.802V
R840
C797 12PF 50V
1
19.6K 1%C798 0.01uF 25V
1
R841 2.49K 1%
ISL6545的典型应用
实例二
2.2.2 多相同步buck电路
2.1.1 OPA+MOS方式
电路工作原理
OP+BJT组成的基本电路如图所示，该电路由串联调整管 VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
虚线框内的器 件也可以用 MOS
OP+BJT基本电路
取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端 的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制 串联调整管的压降，从而稳定输出电压。
通，造成短路现象。
UP-GATE driver turn-on:
LOW-GATE driver turn-on:
实际电路举例
实例一
VCC5SB
R829 10Ω 5%
C787 1
C788 1 U64
5 ISL6545IBZ
C
7
CV
COMP/SD
BOOT 1 2
UGATE
1uF 16V 0.1uF 16V
LDO电路在主板上典型应用
y Auodio 供电电路，一般由12V转5V；常用器件：78L05 y 3.3VSB电压；一般由5VSB转换得到；常用器件1084、1117 y 显示供电用的2.5V，一般由3.3V或5V转换得到； y ……
实例
1
+5V
Q1 3 VIN
OUT 2 ADJ
AME1117ACGT 1
5.SOA (Safe operating area)
BJT的选用 Iout=IE=IB+IC=IB(1+hfe) hfe＞(IE / IB )-1 =(Iout / 10mA)-1
2.1.2 LDO电路
LDO的基本原理
低压差线性稳压器(LDO)的内部结构如图所示，该电路由 串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器组成。
R830 R831
0Ω 5% 0Ω 5%
PHASE 8
LGATE/OCSET 4
D
BF
N G
6
3
R835 1K 1%
C790 1 0.22uF 25V
VCC3_3DUAL
C789
+ CE18
1 10uF 6.3V
470uF 6.3V
5678 4 1D 2D 3D 4D Q59
G
IRF7822
L27
1S 2S 3S
LDO
OP(运放) + MOS
单相Buck电路 Single-Phase 多相Buck电路 Multi-Phase
boost电路
Buck-boost电路
3.3VSB Power Audio Power
Other Power
DDR Power I/O Power
CPU Power
VCC12
VCC12 VCC-5 VCC-12
R1 120Ohm
C1 0.1UF/16V
2
R2 205Ohm
1
GND
GND
1
2
+3.3V
+12V
+3.3V
2
1
2
+ CE1
330uF/6.3V +2.5VREF
U1A 2
3
4
VCC 1
GND
1
PC50
0.1UF/16V 2D
GND
1
Q13
G 3 S AP9915GH
2
GND
LM324DR GND
11
t
voltage waveform
，
∫ ∫ ∫ ∆VC
=
1 C
t2 t1
iC
(t)dt
=
1 C
{
ton
1 2
ton
iC (t)dt
+
i (t)dt} ton
+
1 2
toff
ton
C
=
∫ 1
C
{
ton
1 2
ton
Vin
− Vout L
* (t
−
1 2
ton
)dt
+ ∫ton ton
+
1 2
toff
1 [ 2
路也是目前我们主板电源用得最多的转换形式。
基本拓扑结构框图
单相buck类型
单相buck分为两种：异步buck和同步buck 拓扑结构对比：
异步 buck
同步 buck
Buck电路的工作原理
1
T打开
T关闭
Buck电路的工作波形
（a）电感电流连续（CCM）方式
（b）电感电流不连续（DCM）方式
Buck电路基本参数推导
思考题： 在电感电流不连续的方式下，占空比D又是什么呢？
（2）纹波电压
∆iL
∆iC t1 t2
∆VC
t
Output inductor ripple current waveform
t
Output Capacitor ripple current waveform
Output Capacitor ripple
1
PC64
1000PF/50V
c0402 PR92
1
2
+2.5V
2
1
LDO：AME1117电路原理图
1KOhm
+ PCE30
1500UF/6.3V
2
GND
OP+MOS：LM324电路原理图
2.2 Switching电路
2.2.1 单相buck
Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器，是开关电源中DC/DC转换方式中的常用电路拓扑之一。Buck 电路适用于输出电压Uo小于输入电压Ui，极性相同的场合。Buck电
∆iL
− Vout L
* (t
− ton )]dt}
=
1 C
∫[
1 2
DTS
0
Vin
− Vout L
* tdt
∫+
1 2
(1−
D
)TS0Βιβλιοθήκη (1 2∆iL− Vout L
* t )dt ]
=
∆iL 8C
TS
其中
t1
=
1 2
ton
t2
=
ton
+
1 2
toff
单相同步buck电路的工作原理
Vin
QH
4
D
3
交流220V输入
但为计算机所提供的电源却不仅仅只有ATX电源。目前， 公司的主板产用到的供电形式就有AT、CPCI、适配器… 等等
1.2 认识主板电源
主板和给主板供电的电源我们都看过了，我们从上 面的章节可以看到我们只提到了5VSB、3.3V、5V、 12V，是不是我们主板上就只用到这些电压呢？实际 上，我们从主板上用到的device的datasheet中就可以 看到，主板上所需要的电压远不止这些，如CPU用到 的电压就有1.2V、1.5V、1.05V、0.8V～1.4V，内存 (DDR2)用到的电压有1.8V、0.9V等等，种类有很多， 但是这些电压又是如何提供给主板的，来保证主板的 正常工作呢？是通过什么方式得到的呢？下面我们看 几张主板上的电源的图片，先让大家有一个感性的认 识！
1
5 16 27 38 4 1D 2D 3D 4D Q61
R833 2.2Ω 5%
G
IRF7822
1 1S 2S 3S
C792 1000PF 50V
123
2.2uH 9A DCR11.5mΩ
2
R837 2K 1%
R838 4.99K 1%
VCC1_8LAN 1.8V/5A
+ CE19
1
680uF 4V
D = ton = Vo TS Vs
∵在电感电流连续（CCM）方式下，?iL_on= iL_off
ton = DT s
toff = (1 − D )Ts
ton + toff = Ts
∆ iL _ on = ∆ iL _ off
∴
Vin
− Vout L
* ton
=
Vout L
* toff
=>
D = ton = Vout TS Vin
2.1 Linear电路
Linear Regulator
General Type – 78XX,79xx,317
{ Series { { Regulator
Integrated Circuit
Discrete Circuit
Low Drop Out Voltage– 1117,1085 CMOS– 8810,8824,LX8211 OPA+MOSFET or BJT
1
T导通 （1）占空比D
D = ton = Vo TS Vs
S闭合时 S打开时
T截止
VL _ on
= Vs −Vo
= L * diL dt
= L * ∆iL _ on ton
VL _ off
= Vo
= L * diL dt
= L * ∆iL _ off toff
（1）占空比D (Duty Cycle)
培训目的及要求
y 了解和熟悉主板的常用供电形式； y 了解和掌握主板电源常用电路的形式及其应用； y 掌握单相buck和linear（LDO和OPA+MOS）电路的
基本工作原理； y 掌握单相buck电路占空比和电感感值的计算； y 考试形式开卷，独立答题。
1.认识主板电源
1.1 主板电源之源
大家都知道我们用的计算机使用的是220V交流电源， 220V的交流电源经过ATX power supply后输出+5V， +12V，-12V，+5VSB，+3.3V（不同类型的power supply输出电压种类不一样）等直流电压，然后再给主 板供电。
2.基本电路介绍
上一节对主板上电源常用电路做了一个简单的介绍， 我们可以看到转换电路有不同的方式，比如CPU core 电压采用的是多相同步BUCK，内存DDR的电压转换电 路为单相同步buck，+3.3VSB则采用的是LDO…等等。 那么我们会有疑问为什么采用的形式不一样？主板上用 到转化电路形式都有哪些呢？
S
Lo
1
2
G
4
+ Ci1 Ci2
1
1
D
QL
Gate
1G
S
Control
3
+ Co1 Co2
1
Vout
load
说明：绿色线代表QH打开，QL关断时的电流流向； 红色线代表QH关断，QL打开时的电流流向；
思考1： 1）在同步buck电路中，QH、QL是如何动作的呢？ 2）在同步buck电路中，对QH、QL的导通和截止有什么要求呢？
主板上电源常用电路包括2类——开关电路和linear 电路。开关电路中常用的拓扑结构为buck，也有boost 和buck-boost；linear电路常用的有LDO和OPA+MOS 两种形式。
本节重点对这几种电路作介绍。
主板电源电路类型
线性电路 Linear
主 板 电 源
开关电路 Switching
单相同步buck电路MOS的驱动原理
VIN
Iin
Icin
1
Ton
death time Td Toff
IQ1
+ Cin
2
4D
Q1 1
G3S
GND
Lo 1
4D
IL
Q2
1
G3S
IQ2
2
Vo
Io
2
1
+
Ico
Load
Co
GND
GND
Q1与Q2交替开通, 但它们在交替开关时应有一个Death-Time，防止Q1与Q2同时导
主板常用电源电路简介
内容简介
1.认识主板电源 2.电路介绍
2.1 Linear电路 2.1.1 OPA+MOS电路 2.1.2 LDO电路
2.2 Switching电路 2.2.1 单相buck 2.2.2 多相buck 2.2.3 boost电路 2.2.4 buck-boost电路
3.主板电源设计的挑战
zCPU core电压转换电路
特点：电压低，电流大，对电源的性能要求严格
z内存电压转换电路
不同的内存类型对电压的需求也不一样，如DDR2要求 电压为1.8V、0.9V；DDR3要求电压为1.5V、0.75V。 其功率需求也不同。DDR的电压通常采用开关电源转换 得到。
z主板上其他的转换电路
除了上面的开关电路外，主板上还用到了linear电路，如 +3.3VSB、audio所需的5V电压都是通过linear电路转换 得到的。
参考 电压
利用电压 控制电流
误差放大器
输出电压信号采样
低压差线性稳压器内部结构
LDO的工作原理同OP+MOS线性稳压电路。
LDO主要参数
y 输出电压(Output Voltage) y 最大输出电流(Maximum Output Current) y 输入输出电压差(Dropout Voltage) y 接地电流(Ground Pin Current) y 负载调整率(Load Regulation) y 线性调整率(Line Regulation) y 电源抑制比(PSSR)
设计注意事项
MOSFET选用 1.计算线性稳压电路中消耗功率
Pc=(Vin-Vout)x Iout
2.从MOSFET规格表中找出最小所需之闸极-源极电压
3.计算MOSFET最大所需导通电阻值 RDS(ON)＜ (Vin-Vout)/Iout @ VGS =Vcon-Vout
4.计算MOSFET 内部半导体接面温度 Tj=Tc+(Rth(JC)*Pdis)
431+MOSFET or BJT
{ Shunt { Regulator
Integrated Circuit
431,432 Zener Diode
Discrete
Circuit
Zener Diode + BJT
首先我们先看一下linear电路的种类，如上图所示。linear 电路有很多形式，本文档中仅介绍Integrated Circuit中 的LDO形式和Discrete Circuit中的OPA+MOS形式。
C791 0.1uF 16V
C796 1 1000PF 50V
理论计算Output Voltage:1.802V
R840
C797 12PF 50V
1
19.6K 1%C798 0.01uF 25V
1
R841 2.49K 1%
ISL6545的典型应用
实例二
2.2.2 多相同步buck电路
2.1.1 OPA+MOS方式
电路工作原理
OP+BJT组成的基本电路如图所示，该电路由串联调整管 VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
虚线框内的器 件也可以用 MOS
OP+BJT基本电路
取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端 的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制 串联调整管的压降，从而稳定输出电压。
通，造成短路现象。
UP-GATE driver turn-on:
LOW-GATE driver turn-on:
实际电路举例
实例一
VCC5SB
R829 10Ω 5%
C787 1
C788 1 U64
5 ISL6545IBZ
C
7
CV
COMP/SD
BOOT 1 2
UGATE
1uF 16V 0.1uF 16V
LDO电路在主板上典型应用
y Auodio 供电电路，一般由12V转5V；常用器件：78L05 y 3.3VSB电压；一般由5VSB转换得到；常用器件1084、1117 y 显示供电用的2.5V，一般由3.3V或5V转换得到； y ……
实例
1
+5V
Q1 3 VIN
OUT 2 ADJ
AME1117ACGT 1
5.SOA (Safe operating area)
BJT的选用 Iout=IE=IB+IC=IB(1+hfe) hfe＞(IE / IB )-1 =(Iout / 10mA)-1
2.1.2 LDO电路
LDO的基本原理
低压差线性稳压器(LDO)的内部结构如图所示，该电路由 串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器组成。
R830 R831
0Ω 5% 0Ω 5%
PHASE 8
LGATE/OCSET 4
D
BF
N G
6
3
R835 1K 1%
C790 1 0.22uF 25V
VCC3_3DUAL
C789
+ CE18
1 10uF 6.3V
470uF 6.3V
5678 4 1D 2D 3D 4D Q59
G
IRF7822
L27
1S 2S 3S
LDO
OP(运放) + MOS
单相Buck电路 Single-Phase 多相Buck电路 Multi-Phase
boost电路
Buck-boost电路
3.3VSB Power Audio Power
Other Power
DDR Power I/O Power
CPU Power
VCC12
VCC12 VCC-5 VCC-12
R1 120Ohm
C1 0.1UF/16V
2
R2 205Ohm
1
GND
GND
1
2
+3.3V
+12V
+3.3V
2
1
2
+ CE1
330uF/6.3V +2.5VREF
U1A 2
3
4
VCC 1
GND
1
PC50
0.1UF/16V 2D
GND
1
Q13
G 3 S AP9915GH
2
GND
LM324DR GND
11
t
voltage waveform
，
∫ ∫ ∫ ∆VC
=
1 C
t2 t1
iC
(t)dt
=
1 C
{
ton
1 2
ton
iC (t)dt
+
i (t)dt} ton
+
1 2
toff
ton
C
=
∫ 1
C
{
ton
1 2
ton
Vin
− Vout L
* (t
−
1 2
ton
)dt
+ ∫ton ton
+
1 2
toff
1 [ 2
路也是目前我们主板电源用得最多的转换形式。
基本拓扑结构框图
单相buck类型
单相buck分为两种：异步buck和同步buck 拓扑结构对比：
异步 buck
同步 buck
Buck电路的工作原理
1
T打开
T关闭
Buck电路的工作波形
（a）电感电流连续（CCM）方式
（b）电感电流不连续（DCM）方式
Buck电路基本参数推导
思考题： 在电感电流不连续的方式下，占空比D又是什么呢？
（2）纹波电压
∆iL
∆iC t1 t2
∆VC
t
Output inductor ripple current waveform
t
Output Capacitor ripple current waveform
Output Capacitor ripple
1
PC64
1000PF/50V
c0402 PR92
1
2
+2.5V
2
1
LDO：AME1117电路原理图
1KOhm
+ PCE30
1500UF/6.3V
2
GND
OP+MOS：LM324电路原理图
2.2 Switching电路
2.2.1 单相buck
Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器，是开关电源中DC/DC转换方式中的常用电路拓扑之一。Buck 电路适用于输出电压Uo小于输入电压Ui，极性相同的场合。Buck电
∆iL
− Vout L
* (t
− ton )]dt}
=
1 C
∫[
1 2
DTS
0
Vin
− Vout L
* tdt
∫+
1 2
(1−
D
)TS0Βιβλιοθήκη (1 2∆iL− Vout L
* t )dt ]
=
∆iL 8C
TS
其中
t1
=
1 2
ton
t2
=
ton
+
1 2
toff
单相同步buck电路的工作原理
Vin
QH
4
D
3
交流220V输入
但为计算机所提供的电源却不仅仅只有ATX电源。目前， 公司的主板产用到的供电形式就有AT、CPCI、适配器… 等等
1.2 认识主板电源
主板和给主板供电的电源我们都看过了，我们从上 面的章节可以看到我们只提到了5VSB、3.3V、5V、 12V，是不是我们主板上就只用到这些电压呢？实际 上，我们从主板上用到的device的datasheet中就可以 看到，主板上所需要的电压远不止这些，如CPU用到 的电压就有1.2V、1.5V、1.05V、0.8V～1.4V，内存 (DDR2)用到的电压有1.8V、0.9V等等，种类有很多， 但是这些电压又是如何提供给主板的，来保证主板的 正常工作呢？是通过什么方式得到的呢？下面我们看 几张主板上的电源的图片，先让大家有一个感性的认 识！
1
5 16 27 38 4 1D 2D 3D 4D Q61
R833 2.2Ω 5%
G
IRF7822
1 1S 2S 3S
C792 1000PF 50V
123
2.2uH 9A DCR11.5mΩ
2
R837 2K 1%
R838 4.99K 1%
VCC1_8LAN 1.8V/5A
+ CE19
1
680uF 4V
D = ton = Vo TS Vs
∵在电感电流连续（CCM）方式下，?iL_on= iL_off
ton = DT s
toff = (1 − D )Ts
ton + toff = Ts
∆ iL _ on = ∆ iL _ off
∴
Vin
− Vout L
* ton
=
Vout L
* toff
=>
D = ton = Vout TS Vin
2.1 Linear电路
Linear Regulator
General Type – 78XX,79xx,317
{ Series { { Regulator
Integrated Circuit
Discrete Circuit
Low Drop Out Voltage– 1117,1085 CMOS– 8810,8824,LX8211 OPA+MOSFET or BJT
1
T导通 （1）占空比D
D = ton = Vo TS Vs
S闭合时 S打开时
T截止
VL _ on
= Vs −Vo
= L * diL dt
= L * ∆iL _ on ton
VL _ off
= Vo
= L * diL dt
= L * ∆iL _ off toff
（1）占空比D (Duty Cycle)
培训目的及要求
y 了解和熟悉主板的常用供电形式； y 了解和掌握主板电源常用电路的形式及其应用； y 掌握单相buck和linear（LDO和OPA+MOS）电路的
基本工作原理； y 掌握单相buck电路占空比和电感感值的计算； y 考试形式开卷，独立答题。
1.认识主板电源
1.1 主板电源之源
大家都知道我们用的计算机使用的是220V交流电源， 220V的交流电源经过ATX power supply后输出+5V， +12V，-12V，+5VSB，+3.3V（不同类型的power supply输出电压种类不一样）等直流电压，然后再给主 板供电。
2.基本电路介绍
上一节对主板上电源常用电路做了一个简单的介绍， 我们可以看到转换电路有不同的方式，比如CPU core 电压采用的是多相同步BUCK，内存DDR的电压转换电 路为单相同步buck，+3.3VSB则采用的是LDO…等等。 那么我们会有疑问为什么采用的形式不一样？主板上用 到转化电路形式都有哪些呢？
S
Lo
1
2
G
4
+ Ci1 Ci2
1
1
D
QL
Gate
1G
S
Control
3
+ Co1 Co2
1
Vout
load
说明：绿色线代表QH打开，QL关断时的电流流向； 红色线代表QH关断，QL打开时的电流流向；
思考1： 1）在同步buck电路中，QH、QL是如何动作的呢？ 2）在同步buck电路中，对QH、QL的导通和截止有什么要求呢？
主板上电源常用电路包括2类——开关电路和linear 电路。开关电路中常用的拓扑结构为buck，也有boost 和buck-boost；linear电路常用的有LDO和OPA+MOS 两种形式。
本节重点对这几种电路作介绍。
主板电源电路类型
线性电路 Linear
主 板 电 源
开关电路 Switching
单相同步buck电路MOS的驱动原理
VIN
Iin
Icin
1
Ton
death time Td Toff
IQ1
+ Cin
2
4D
Q1 1
G3S
GND
Lo 1
4D
IL
Q2
1
G3S
IQ2
2
Vo
Io
2
1
+
Ico
Load
Co
GND
GND
Q1与Q2交替开通, 但它们在交替开关时应有一个Death-Time，防止Q1与Q2同时导
主板常用电源电路简介
内容简介
1.认识主板电源 2.电路介绍
2.1 Linear电路 2.1.1 OPA+MOS电路 2.1.2 LDO电路
2.2 Switching电路 2.2.1 单相buck 2.2.2 多相buck 2.2.3 boost电路 2.2.4 buck-boost电路
3.主板电源设计的挑战
zCPU core电压转换电路
特点：电压低，电流大，对电源的性能要求严格
z内存电压转换电路
不同的内存类型对电压的需求也不一样，如DDR2要求 电压为1.8V、0.9V；DDR3要求电压为1.5V、0.75V。 其功率需求也不同。DDR的电压通常采用开关电源转换 得到。
z主板上其他的转换电路
除了上面的开关电路外，主板上还用到了linear电路，如 +3.3VSB、audio所需的5V电压都是通过linear电路转换 得到的。