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电源转换效率那点事,看完再纠结选啥“牌”
 
  来源:中关村在线 浏览次数:157 发布日期:2022-9-18

大型游戏“吃”显卡“吃”CPU,而CPU和显卡又吃“电源”,因此电源的性能越来越被DIYer所重视,在选购时不仅开始注重功率的冗余,也更讲究买带“牌”的产品,也就是常说的“金牌”、“银牌”、“白牌”等,当然还有更高级的“铂牌”和“钛”牌。那么这些“牌”有什么意义,又是如何来评定的?这就要涉及到开关电源的转换效率。

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01为何PC要用开关电源?

在早先的电视机、录音机、功放等设备中都会见到变压器这个关键器件,它作用就是将220v的交流电转换为所需的各种低电压,再经过整流后就能供电器中的各个系统使用,一些小型电器通常都是使用外置式电源,其实就是将变压器和整流电路整合在一起而已,这种电源通常被叫做线性电源。

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这种交流(AC)-直流(DC)的转换方案特点是电路简单粗暴,但变压器为了增加磁导率将主副线圈绕制在硅钢片上,功率越高变压器的体型也随之变大,加上要使用匝数更多、线径更粗的漆包线,因此重量也随之增加。同时,硅钢片存在较高的涡流损耗,因此有相当一部分的电量就被硅钢片以发热的形式损耗掉。

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为了减小损耗,提高转换效率,变压器又出现另一种形态——环形变压器,这种变压器将主副线圈绕制在环形的铁氧体上,因此也被民间称之为“环牛”,普通变压器则被称为“方牛”。相比“方牛”,“环牛”的铁氧体磁导率更高,转换效率有很大提升,相同功率可以做到更小的身形,发热量也降低不少,因此往往是大功率的功放设备的标配。

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但环形变压器的体型和重量还是太大,难以满足现代各种设备小型化的需求。而线性电源整流后输出的电压偏离幅度相对较高(例如12V输出实测为11V或者14V),输出侧的电压容易受到电网电压浮动的影响,加上制造成本也更高,因此品质更高、体型重量更小的开关电源成为PC等现代电子设备的标配,包括笔记本电源和手机变压器等这类外置电源。

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所谓的开关电源其实是一套复杂的体系。传统的线性电源采用“变压-整流”的方式,而开关电源则采用“整流-升频-变压-整流-稳压”的方式,先将220v 50Hz的工频交流电转为直流电,再由半导体开关元器件为核心的自激震荡电路转换为超高频的交流电,此时的电源的波形也由正弦波转变为方波,再经过开关变压器的调压荷和相关电路的整流和稳压,即可输出品质更高的直流电。

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虽然开关电源的工作原理比较复杂,元器件也高出好几个数量级,但却有着巨大的优势:相同功率可以做到更小的体积和更轻的重量,而且输出的电压更精准,电源的转换效率也更高,同时还具备宽幅电压输入的能力,在140~260v之间也可保证输出直流电压的稳定,保障PC的主板、CPU、显卡和硬盘等用电设备的稳定运行。

02什么是电源的转换效率?

简单来说,电源转换效率就是电源对于电能的利用效率。对于一台电源来说,电源的转换效率越高,产生的废热就越少,也更省电。因此PC和服务器上的高功率的开关电源,电源转换效率是一项硬指标,而分级就是我们熟知的80Plus认证,下图就是各个“牌”所对应的转换效率。

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从上图可知,80Plus认证最低标准是“白牌”,50%负载的转换效率仅为80%,而“铜”、“银”、“金”牌分别高达85%、88%和90%。对于数据中心来说,由于服务器基本是7x4小时不间断运行,因此要使用转换效率高达92%的“铂牌”和94%的“钛牌”电源,这样一年可以省下的电费非常可观。

虽然每个“牌”之间的电源转换效率看起来百分比差距不大,但厂商对此要付出很大的技术研发和成本。可以说,“牌”越高级,电源内部元件数量更多、质量更好,价格也更贵,尤其是华硕ROG玩家国度雷神2代电源更是采用了“变态”的氮化镓功率元器件,实现了高达1600w额定功率和“钛”牌的转换效率,但售价更高达4000多元。


下图是某个450w的“铂”牌服务器电源的内部,是不是有种叹为观止的感觉?

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03装机电源要选哪个“牌”?

随着CPU和显卡等部件性能的逐年增强,对于电源的功率的需求率也逐渐上升,例如在2005年300w的功率就可以满足需求,现如今650w电源可能才算是主流。当然装机也要看钱包的脸色,例如650w的电源不同品牌的产品差价最高可达1倍。因此,如果电源功率在300~400w左右,“白”牌电源就可以满足需求。如果功率在400~500w,就建议选购“铜牌”和“银牌”产品。如果功率600w以上,就买“金牌”吧,而“铂牌”和“钛牌”动辄四位数的价格显然不是普通玩家的“菜”。

  (本文作者:柏景福)
 
 
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