電源轉換效率那點事,看完再糾結選什麼“牌”

2022年08月23日05:09

  本文來自中關村在線

  大型遊戲“吃”顯卡“吃”CPU,而CPU和顯卡又吃“電源”,因此電源的性能越來越被DIYer所重視,在選購時不僅開始注重功率的冗餘,也更講究買帶“牌”的產品,也就是常說的“金牌”、“銀牌”、“白牌”等,當然還有更高級的“鉑牌”和“鈦”牌。那麼這些“牌”有什麼意義,又是如何來評定的?這就要涉及到開關電源的轉換效率。

01 為何PC要用開關電源?

  在早先的電視機、錄音機、功放等設備中都會見到變壓器這個關鍵器件,它作用就是將220v的交流電轉換為所需的各種低電壓,再經過整流後就能供電器中的各個系統使用,一些小型電器通常都是使用外置式電源,其實就是將變壓器和整流電路整合在一起而已,這種電源通常被叫做線性電源。

  這種交流(AC)-直流(DC)的轉換方案特點是電路簡單粗暴,但變壓器為了增加磁導率將主副線圈繞製在矽鋼片上,功率越高變壓器的體型也隨之變大,加上要使用匝數更多、線徑更粗的漆包線,因此重量也隨之增加。同時,矽鋼片存在較高的渦流損耗,因此有相當一部分的電量就被矽鋼片以發熱的形式損耗掉。

  為了減小損耗,提高轉換效率,變壓器又出現另一種形態——環形變壓器,這種變壓器將主副線圈繞製在環形的鐵氧體上,因此也被民間稱之為“環牛”,普通變壓器則被稱為“方牛”。相比“方牛”,“環牛”的鐵氧體磁導率更高,轉換效率有很大提升,相同功率可以做到更小的身形,發熱量也降低不少,因此往往是大功率的功放設備的標配。

  但環形變壓器的體型和重量還是太大,難以滿足現代各種設備小型化的需求。而線性電源整流後輸出的電壓偏離幅度相對較高(例如12V輸出實測為11V或者14V),輸出側的電壓容易受到電網電壓浮動的影響,加上製造成本也更高,因此品質更高、體型重量更小的開關電源成為PC等現代電子設備的標配,包括筆記本電源和手機變壓器等這類外置電源。

  所謂的開關電源其實是一套複雜的體系。傳統的線性電源採用“變壓-整流”的方式,而開關電源則採用“整流-升頻-變壓-整流-穩壓”的方式,先將220v 50Hz的工頻交流電轉為直流電,再由半導體開關元器件為核心的自激震盪電路轉換為超高頻的交流電,此時的電源的波形也由正弦波轉變為方波,再經過開關變壓器的調壓荷和相關電路的整流和穩壓,即可輸出品質更高的直流電。

  雖然開關電源的工作原理比較複雜,元器件也高出好幾個數量級,但卻有著巨大的優勢:相同功率可以做到更小的體積和更輕的重量,而且輸出的電壓更精準,電源的轉換效率也更高,同時還具備寬幅電壓輸入的能力,在140~260v之間也可保證輸出直流電壓的穩定,保障PC的主板、CPU、顯卡和硬盤等用電設備的穩定運行。

02 什麼是電源的轉換效率?

  簡單來說,電源轉換效率就是電源對於電能的利用效率。對於一台電源來說,電源的轉換效率越高,產生的廢熱就越少,也更省電。因此PC和服務器上的高功率的開關電源,電源轉換效率是一項硬指標,而分級就是我們熟知的80Plus認證,下圖就是各個“牌”所對應的轉換效率。

  從上圖可知,80Plus認證最低標準是“白牌”,50%負載的轉換效率僅為80%,而“銅”、“銀”、“金”牌分別高達85%、88%和90%。對於數據中心來說,由於服務器基本是7x4小時不間斷運行,因此要使用轉換效率高達92%的“鉑牌”和94%的“鈦牌”電源,這樣一年可以省下的電費非常可觀。

  雖然每個“牌”之間的電源轉換效率看起來百分比差距不大,但廠商對此要付出很大的技術研發和成本。可以說,“牌”越高級,電源內部元件數量更多、質量更好,價格也更貴,尤其是AsusROG玩家國度雷神2代電源更是採用了“變態”的氮化镓功率元器件,實現了高達1600w額定功率和“鈦”牌的轉換效率,但售價更高達4000多元。

  下圖是某個450w的“鉑”牌服務器電源的內部,是不是有種歎為觀止的感覺?

03 裝機電源要選哪個“牌”?

  隨著CPU和顯卡等部件性能的逐年增強,對於電源的功率的需求率也逐漸上升,例如在2005年300w的功率就可以滿足需求,現如今650w電源可能才算是主流。當然裝機也要看錢包的臉色,例如650w的電源不同品牌的產品差價最高可達1倍。因此,如果電源功率在300~400w左右,“白”牌電源就可以滿足需求。如果功率在400~500w,就建議選購“銅牌”和“銀牌”產品。如果功率600w以上,就買“金牌”吧,而“鉑牌”和“鈦牌”動輒四位數的價格顯然不是普通玩家的“菜”。

  更高轉換效的電源不僅能為你省下一些電費,在這個“缺電”的酷夏也更有不平凡的意義。

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