[机箱电源] 说说电源那点事

michael_hy 2010-08-02
看到一些介绍电源PFC的文章,这个写的还是比较透彻的。
--本文来自互联网,加上一点个人的汇总。

    随着大功率电源逐渐走进我们的视线,随之而来的是PFC、EMI、80PLUS、功率因素、转换效率这些晦涩的技术名词,这些名词越来越多的在那些介绍电源的文章中出现。但是很多编辑自己也没有一个清晰的概念,因此整理出来的东西不是晦涩难懂,就是理论与实际脱节(无实用性),甚至还有概念性错误,不能为消费者提供实际购买帮助。而本文要做的,就是彻底理清思路,纠正错误概念,用公式和实例来让各位明白这些其实很简单的名词术语,以及它们之间的关系,希望能对你选购电源产品带来实际帮助。

    电源的作用,就是将交流电转换为可供电脑硬件使用的低压直流电。而在这个转换过程,并不是象水管那样的进来多少出来就多少,会涉及一个能量转换的问题。在理想状态下,我们总是希望输入多少能量就能输出多少能量,这就是所谓的100%的能量转换。很显然,这是不现实的,因为电源本身作为一个电器设备,也是会消耗部分电力的,部分电力会转换成热能而消耗掉,所以,电流经过电源后必定会消耗掉一部分,所以无论任何电源,其能量转换效率肯定是小于100%的。

  早期的电源,转换效率一般只有65%左右。发展到ATX12V 1.3规范时,要求电源的转换效率达到70%,而ATX12V 2.0版或后续版本电源,转换效率要求达到80%以上。

功率因素 (Power factor)
  初中就学过的功率计算公式大家应该还记得,就是P=UI,即功率=电流×电压。但是我们并不能单纯的用这个公式来计算电源的输出功率,这是因为在电源输出端的负载并不总是纯阻性的,而会呈现出电容特性或电感特性,这就导致电流的最大值与电压的最大值并不出现在同一时刻。在这种情况下,要正确计算出功率值,就需要乘以一个系数,这个系数就是功率因素,其取值范围为0-1之间(如:PFC电源功率因素大多在0.9以上),这个值越趋近1越好。

PFC与3C
    那么,怎么来衡量一款电源的转换效率呢?这就引入了一个“PFC”(Power Factor Correct)的概念,也就是我们经常看到的功率因数校正。最初的定义中,PFC并没有特指电源内部的某部分电路,而是用来表示电子产品对电能的利用效率。而那些主要作用是提高功率因素值的电路,也就被人们称之为PFC电路了。

  功率因素问题并不只出现在PC电源领域,其实广泛出现在各种电路网络中。为了提高电器设备转换效率,降低能耗,我们国家在CCC(即3C)认证中也有强制性规范。它规定凡是在中国使用的PC电源,都必须增加一个可以在交流电转换为直流时提高电源对市电利用率的特殊电路,这实际上就是PFC电路。

主动式PFC和被动式PFC

  PFC电路按照工作原理的不同,又有主动式、被动式、有源、无源之分。那么有什么区别呢?简单地说,主动式PFC就是一个有源的升压电路。它通过高频电感线圈、开关电子管、高压滤波电容以及控制IC等元件,组成一个可以将输入电压提高的电路,通过升高输入电压来减少电流在流向下级电路中的电能损耗。

  为什么升高输入电压会减少电能损耗呢?
  我们知道,功率P=UI,在电网的输入总功率P一定的情况下,只要提高电压,电流值就会变小,从而降低电路的电能损耗。我们国家的电网系统之所以要采用高压电线来传输电能,也是出于降低能耗的考虑。

  两者如何区分
  与被动式PFC相比,主动式PFC电路省去了一个较大体积的含有硅钢片的电感,因此重量上也可能会比被动式PFC电路轻。而作为其明显区别就是一个电感线圈,不过却不能因此判断电源是否主动式PFC,因为电源内部的电感线圈较多,没有电路知识的人并不能加以区分。


主动式PFC电路
  由于主动式PFC电源PFC电路自身需要消耗一定电能,如果使用在低功率(300W以下)电源中往往不如被动式PFC电源省电,因此在此类产品中并不常见。另外,因为主动式PFC电路的升压能力,能容许较低的输入电压,所以适应市电通常范围较宽(达到 110V-240V)。

  当然,最明显的识别方式,莫过于通过产品外壳铭牌上的标注来识别,有写明“主动式PFC”或者“Active PFC”即是主动式PFC。

  通过前面的介绍,我们知道电源的PFC电路是为了提高电源的功率因数而设,但是“功率因数”并不就等于“转换效率”,有人将主动式0.99的功率因数理解为能得到99%的电源转换效率,很显然这是不对的。虽然两个都是描述省电的概念,但对于电脑用户而言,两个概念的意义是不一样的

1.“功率因数”高是为国家省钱

  公式:功率因数=输入电源的实际电量÷电网供给电源的电量
  提高用电器的功率因数有两方面的意义,一是可以减小输电线路上的功率损失;二是可以充分发挥电力设备(如发电机、变压器等)的潜力。在电网的负载一定的情况下,如果用户的用电设备的功率因数越大,那么电网的能量利用率和稳定性就越高。

  由于功率因数所产生的损耗是由电力部门负担的,因此使用功率因数比较高的产品,能为国家做出贡献,能提高电网的利用率。一般而言,主动PFC PC电源的功率因数可以到达0.99,而无源PFC PC电源的功率因数则大多在0.6~0.8之间,其他的家用电器大多在0.5~0.6之间,甚至更低。

  提示:这里的“稳定”指的是电器对电网的干扰少,例如我们以往在开启大功率家电产品的一瞬间,电网电压都会被瞬间拉低(如灯会暗一下),加入PFC电路后就不会出现这种问题。


2.“转换效率”高是为用户省钱

  公式:电源转换效率(即时)=电源为主机提供的(即时)输出功率/输入电源的(即时)功率×100%
  电源在工作的时候,输入电源的电能并不会全部由交流电转换成电脑可用的低压直流电,总会有部分电能会在转换的过程中变成热能而损耗掉。所谓转换效率,就是电源的实际输出功率除以输入功率的百分比。比如说一款电源的转换效率为80%,那么通过该电源输出200W的直流电功率,则在输入端输入的交流电功率为 “200W÷80%=250W”,这就说明有50W的功率是被浪费掉了,而浪费部分的费用也是由用户来承担的。

  为什么要加上(即时)呢?因为电脑设备的负载并不是一直不变的,系统待机和满负荷工作的负载是有很大差别的。所以电源转换效率也是要根据负载情况发生变化的。一个合格的电源,在标出转换效率的同时,也会写明该转换效率所对应的负载情况。

提示:根据计算,通常在负载量在40%-70%的情况下(也就是电源半功率输出),电源的转换效率最高,而满载或低负载情况下,转换效率反而会降低。因此,各位在选购电源的时候,最好先预估所配置系统的大概功耗,再按照预估功耗 ×2×0.7这个值来作为要选购电源的功率,譬如你预估你的系统耗电为20OW,那么最好购买额定功率为300W的电源产品,以免造成功率浪费。





电源实际效率的计算

  明白了“功率因数”和“转换效率”之后,那么电能从电网端到电源输出端的转换效率就很容易计算了:

  公式:电源的实际效率=功率因数×转换效率

  假设现在有被动式PFC电源A和主动式PFC电源B,前者的功率因数为0.75,转换效率为82%,而后者的功率因数为0.99,而转换效率为80%,那么我们就得到它们的实际效率:

  A电源的实际效率=0.75×82%=61.5%
  B电源的实际效率=0.99×80%=79.2%

  在转换效率基本相同的时候,两者在实际效率上的差距达到了17.7%。也就是说,在相同的硬件配置下,使用主动式PFC电源要比被动式PFC的节约1/4左右的电能(所节约出来的电源是个人和电网公司共同享有的),差距相当明显。

  被动式PFC的优势

  虽然主动式PFC的优势非常明显,但在实际的消费市场中,为何被动式PFC电源依然占据了大部分的市场呢?

  前面提到过,主动式PFC需要用到更多的元器件,更复杂的电路设计,因此制作成本会比被动式PFC更高;其次,主动式PFC所使用电路本身也是需要消耗电能的,也就是说主动式PFC在提高功率因数的同时,其转换效率也会有所下降的。

  而对于只有一个电感的被动式PFC而言,其自身的耗能几乎可以忽略不计。因此,在考虑成本和转换效率之后,在功率较低(300W以下)的情况下使用主动式PFC的电源并无优势可言。

  提示:目前许多主动式PFC电源,都不具备待机自动关闭PFC电路的功能,这样即使你关闭了电脑,只要电网电源没有完全断开,则PFC电路仍会消耗电能,这也是为什么主动式PFC电源基本都提供了市电开关的原因。因此关机后请记得把这个开关也关掉,为自己,也为国家节约能耗。

  总结:通过以上介绍和比较,我们能看到主动式PFC和被动式 PFC各有优缺点,而功率因素和转换效率也都是能影响到电源实际效率的关键因素,谈不上谁比谁重要。从目前的市场看来,300W以上的电源,主动式PFC 已成主流,这些电源的功率因素大多达到0.9以上,在这种情况下,选择转换效率高的电源就显得更为重要了。建议有条件的话,尽量挑选高转换效率的主动式PFC电源,有80PLUS认证尤佳。
易卡螺丝君 2010-08-02
低碳哥 你好

精华并加入索引
icewubin 2010-08-02
实际点,不玩3D游戏的用户一般不会买300元以上带80PLUS认证的电源。

而中高端用户,其实往往更关心功率虚标的程度,线的长短(尤其是铁了心要买电源下置机箱,走背线、赶时髦的用户),风扇的大小,风扇噪音,保修时间等。
michael_hy 2010-08-02
就是因为一般人都不会关注这方面,所以才有必要普及一下嘛。
电源是整机良好运行的保证,普及就是为了就是让人在选电源的时候也能考虑一下节电的因素,而且节电的同时还能减小发热。
”我们不是还要构建和谐社会,享受低碳生活嘛“。
icewubin 2010-08-02
我上次写过一个关于节电的帖子,你可以自己算算看,80%转换效率和75%转换效率,每年节省的电费是多少。

如果为了这几元甚至只有几毛钱的电费,多花100多远买80PLUS认证的电源,就是被厂商忽悠了。

很多很多人去卖场,被忽悠买了400W甚至于500W的电源,整机功耗才100W,虽然是节电了,但是值得么?
易卡螺丝君 2010-08-02
环保还是要表扬的

而且对好多用户来说电源一直是盲区(我也曾经是这样)
icewubin 2010-08-02
大家没有发现时间流逝的问题,像战斧460、500、安钛克BP520这样的电源降到400元以下是最近几个月的事情。

以前之所以只推荐航嘉冷钻,就是因为其他电源都贵得有些莫名其妙了。
tieshow 2010-08-02
效率高一点儿
发热会减少很多吧
tieshow 2010-08-02
icewubin 写道
实际点,不玩3D游戏的用户一般不会买300元以上带80PLUS认证的电源。

而中高端用户,其实往往更关心功率虚标的程度,线的长短(尤其是铁了心要买电源下置机箱,走背线、赶时髦的用户),风扇的大小,风扇噪音,保修时间等。


过几天淘个机箱,背线就不用了,但下置肯定要的,还没玩过呢,哈
icewubin 2010-08-03
tieshow 写道
icewubin 写道
实际点,不玩3D游戏的用户一般不会买300元以上带80PLUS认证的电源。

而中高端用户,其实往往更关心功率虚标的程度,线的长短(尤其是铁了心要买电源下置机箱,走背线、赶时髦的用户),风扇的大小,风扇噪音,保修时间等。


过几天淘个机箱,背线就不用了,但下置肯定要的,还没玩过呢,哈

下置即使不背线,对电源的线的长度还是有很大的要求的。

而且电源下置,机箱后置风扇必须要装,否则散热就要出大问题。
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