Из-за недавнего вопроса, который я задал здесь на SuperUser, я хотел бы задать еще один вопрос. Компьютерные блоки питания теперь имеют рейтинг эффективности, масштабируемый между 80% и выше. Мой вопрос исходит из обнадеживающего дезинформированного места: почему эффективность так плоха? Где мы теряем мощность?
2 ответа
14
Учитывая, что самые эффективные автомобили с бензиновым двигателем эффективны примерно на 30%, я не думаю, что это почти так же плохо, как вы думаете. Но ответ в первую очередь резистивных потерь. Когда вы пытаетесь заставить электроны двигаться и останавливаться, они трутся друг о друга и о материалы, через которые они проходят. Это растирание тратит часть энергии, которую вы использовали для их перемещения, и это проявляется в виде тепла.
Кроме того, блок питания имеет индуктивные потери. Когда вы заставляете электроны двигаться, это создает магнитное поле. Когда вы их останавливаете, вы разрушаете это магнитное поле и получаете большую часть энергии обратно. Фактически, именно так работает импульсный источник питания для преобразования электричества из одного напряжения в другое.
Когда вы создаете и разрушаете магнитное поле, близлежащие материалы выстраиваются в линию с полем и затем сопротивляются вашей попытке разрушить его. Когда эти магнитные домены переворачиваются, они снова трутся друг о друга, крадя энергию из магнитного поля. Когда вы разрушаете его, вы никогда не получаете столько энергии, сколько использовали для его создания. Это также выходит как тепло.
2
Можно проектировать источники питания, эффективность которых превышает 90%. Тем не менее, они не обязательно подходят для массового рынка потребительских источников питания. Например, амортизаторы без потерь требуют дополнительного оборудования для накопления энергии от подавленных источников электромагнитных помех вместо преобразования их в тепло, что означает потери.
Другая проблема с очень высокой эффективностью - это диапазон нагрузки. Ни один источник питания не имеет постоянной эффективности в допустимом диапазоне мощности. Что еще хуже, входное напряжение также является переменным, так как ожидается, что большинство источников питания будут работать с 110 В переменного тока и 230 В переменного тока без проблем.
Нормативным источником потерь является регулирование коэффициента мощности или коэффициента мощности. Относительно мощные устройства должны быть "хорошими" для электрической сети. Схема предварительного кондиционирования PFC добавляет еще один уровень преобразования мощности переключения. Таким образом, даже в лучшем случае вы устанавливаете запасные запасы (расходные материалы) поверх PFC. Таким образом, очень хорошая эффективность в 90% станет 0,9x0,9 = 0,81%!
Истинно высокоэффективные источники питания используются в промышленных преобразователях постоянного тока в кирпичном формате, которые необходимы для работы с очень высокими уровнями мощности в относительно небольшом корпусе. Если ваша реальная выходная нагрузка составляет 600 Вт, а размер блока питания равен 2,5-дюймовому жесткому диску, дополнительные 10% отработанного тепла существенно влияют на управление температурой.
Фактически, отработанное тепло является основной причиной, по которой инженеру нравится проектировать эффективный источник питания. Энергоэффективность является счастливым побочным продуктом.