外部電源效率額定值

2021-04-15

外部電源效率額定值

電源的效率僅是其消耗的能量與它提供的能量之間的比率。沒有任何設備可以達到完美的效率。在熱或電磁場中總會有損耗。主要原因是有源元件損耗（MOSFET和二極管開關損耗）引起的，其次是無源元件損耗（電阻器，電容器和電感器阻抗損耗）。它趨向于利用電源中較高的開關頻率，這會導致傳統電源電路效率低下，因此，大部分工作都旨在減少有源組件的損耗。

效率還將取決于負載。甲電源的效率無負載下將在典型的操作負載或最大額定負載的不同。效率隨負載變化的變化將是非線性的，通常在正常運行負載或接近正常運行負載時處于最高值。

各種效率等級是多少？

自2004年以來，僅在美國就頒布了涉及最低效率和外部電源空載功耗的強制性法規。在此之前，環境保護署（EPA）實施了一項自愿性計劃以促進能源效率，該計劃后來演變為“能源之星”計劃。問題出在全球各國采用國家標準，使在全球市場上買賣產品時生活變得復雜。在這種情況下，出現了《國際效率標記協議》，該協議規定了空載功率要求和平均效率要求的性能閾值。

規則是否有例外？

就像生活中的所有事物一樣，每條規則都有例外。并非所有外部電源都必須符合這些級別。美國和歐盟都有豁免。例如，在美國，與醫療設備一起使用的外部電源屬于聯邦食品藥品監督管理局（FDA）的管轄范圍，而不是這些EPA規定。 

另一個麻煩是，新的EPA規則僅適用于直接運行的外部電源。電源在沒有電池協助的情況下操作最終產品，包括電池充電器。間接操作外部電源需要借助電池來操作其最終產品。間接操作外部電源仍符合IV級規則。

推動效率規則的是什么？

首先，EPA最初將IV級規則應用于所有外部電源，隨后由于某些類型的節能效果，最近將某些類型的IV級轉換為VI級。據估計，在過去的十年中，規則的變更使能源消耗減少了300億千瓦以上。那是三個，然后是九個零瓦。這意味著節省了約250億美元，并將CO 2排放量減少了10億噸。

在全球范圍內，有超過十億人使用個人計算機和電子設備占家庭用電量的15％以上，而且這一數字還在迅速上升，而這一切都早于Covid-19大流行及其導致的向更大的家庭工作和偏遠地區轉移的趨勢。學習。有超過20億臺電視機，全球一半以上的人口擁有移動電話服務。所有這些設備都需要電源，據估計，經常使用的外部電源超過50億個。不難看出，當我們處理如此巨大的指標時，全球簡單的1％的效率提高會產生怎樣的影響?，F實情況是，最常見的低成本AC / DC轉換器的效率范圍僅為80％至90％。當今的技術可以毫不費力地實現95％的效率，而性能更好但價格昂貴的組件則可以達到97％或98％的水平。僅從節省成本的角度看待影響，就很容易理解為什么發達國家在推動提高效率。環境效益是一項獎勵。

如何提高效率？

快速的答案是，電源供應器中使用的組件要比半導體器件演變成更小且需要更少的功率來運行更有效。在過去的幾十年中，推動這一趨勢的主要因素之一是全球數據中心的激增。當他們最初使用效率低下的大型服務器時，產生的熱量非常巨大。這就需要將復雜的冷卻系統安裝到位，從而增加了運營成本。近年來，向基于Internet的生活的轉移導致對數據存儲，處理和網絡資源的需求激增，以促進對信息，娛樂和通信的全天候需求。預計在Covid-19出現之前，這種現象會繼續增長。當前的大流行正在推動更多的在線商業，零售和娛樂活動，僅增加了預期的增長。數據中心的最高運營成本是電力供應，因此，即使電源效率稍有提高也會產生重大影響。 

一種提高效率的技術是使用碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）代替硅作為電力電子設備的基礎。這些寬帶隙材料帶來了顯著的物理和化學優勢，包括明顯更高的能源效率。它們可以在更高的開關頻率和溫度下工作，從而提高了工作效率。有源組件中發生的損耗是由增加開關頻率的要求所驅動的。電流的突然變化通常由于功率器件的切換特性而導致損耗。柵極電荷效應，漏極電容和開關重疊效應會導致這種能量損耗，從而導致發熱效應。未來很可能會看到有機半導體器件的引入，由于它們的泄漏電流大大降低，預計可以提供更高的效率。

另一項技術是針對低負載條件引入高級控制算法，在這些條件下，電源通常處于最差的效率水平。在低負載下實現最小輸入功耗，同時保持所需的輸出電壓水平可能是一個巨大的挑戰。用于實現此目的的技術包括檢測負載，并根據需要在專用的低電流驅動器電路和標準驅動器電路之間進行切換，從而可以針對每個電路的特定輸出電流范圍對其進行優化。其他選擇包括減少在低負載下為功率器件供電的柵極驅動器，以反映在這些條件下流經那些器件的電流的減少。越來越多的專家提供低功率轉換器來實現低負載功能，

改變的另一個誘因是移動設備（尤其是智能手機和平板電腦）的普及率上升。消費者在越來越小的設備中要求越來越多的更好功能，以及越來越長的電池壽命。電池技術可以提高多少以增加能量存儲密度是有限度的。電池壽命的改善主要是通過提高功耗組件的效率來實現的。