节能环保是一个由来已久的全球性话题。早在07年,美国Ecos和EPRI两个组织就提出了80Plus电源标准,而老牌的Energy Star则更是有长达十年历史,并推出了最新的Energy Star-V标准。两者均对电源的转换效率提出了越来越严苛的要求。要使电源朝着更环保节能的方向发展,最根本的方法在于改进设计方案。下面我们就从提高转换效率减少电能损耗的角度来了解目前电源发展的方向。
可以降低电能损耗的电路分别有PFC电路和拓扑架构。前者功能主要在于减低电网的电能损耗,而后者则主要减低电源内部对电能的损耗。简单来说,前者为国家省电,而后者则为自己省钱。
一、PFC电路:全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因素值越大,代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路,其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失,此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种,一种为被动式PFC(也称无源PFC)和主动式PFC(也称有源式PFC)。
主动PFC电路的功率校准因数可达0.9以上,而被动PFC电路的功率校准因素仅有0.7-0.8,它可决定电力在电网中的损耗量。例如,同样输入功率为300W的两款电源,市电电网只需要为主动PFC电源提供333W(300W/0.9)电力,而被动PFC电源则需要耗费市电的375W电力(300W/0.8),两者相差42W。而部分低端电源的功率校准因数仅有0.7,对电能的损耗更大。因此,主动PFC电路可大大节约国家电网中的电能损耗(虽然用户仅需要按300W来交电费)。
红框所示为被动PFC电路
过往,受限于成本控制和市场定位需要,荣盛达黑熊450采用被动PFC设计,不利于国家节能能源。
荣盛达省电王A6采用主动PFC设计,令功率校准因数达到0.9以上
二、拓扑电路:拓扑电路的种类决定了电源的转换效率。如果说PFC电路是为国家节约能源的话,那么拓扑电路就是为用户自己节约电费。
目前市场上的电源主要采用三种拓扑电路,分别是半桥、正激和全桥。其中半桥拓扑因为方案成熟原因,占据了大部分市场,但它的劣势也相当明显,就是转换效率低;正激则分为单管正激和双管正激两种。它主要出现在300W-400W的中高端电源上,可显著提高电源的转换效率,例如通过80Plus认证的电源就主要采用正激拓扑为主;全桥则主要应用在400W以上、80PLUS级别产品,因为在高功耗情况下,正激拓扑很难保证转换效率依然保持在80%以上。
红框所示三个变压器可看作是半桥拓扑的标志(黑熊450)
双管正激拓扑电路,散热片之间只有两个变压器(省电王A6)
当然,也并非“只有两个变压器”就一定是双管正激。例如全桥拓扑也只有两个变压器,只是全桥拓扑一般用在超过400W的大功率电源上,而400W以下则主要采用双管正激(和半桥)。另外全桥拓扑的两个变压器旁边还配备了四个开关管,结构更复杂。
从节电结果来看,PFC电路和拓扑电路分别影响着市电电网和个人用电量。例如整机功耗为300W时,以80%的转换效率来算,电源的输入功率为375W(300W/80%),用户需要以375W来掏电费。如果此时功率校准因素为0.9的话,那么市电需要消耗417W(375W/0.9),也就是说国家需要为浪费的42W“埋单”;如果校准因数只有0.7,那么在电网中浪费的电力就高达160W。因此,无论功率校准因数也好,转换效率也罢,都直接影响着主机对电能的需求,和国家发电量有莫大的关系。
从为国家节约能源并减少排放二氧化碳的利益出发,电源的节能前景需求已经越来越清晰。为此,荣盛达最新推出的省电王A6就把原来黑熊450的被动PFC改进为主动PFC,并把后者的半桥拓扑改进为双管正激拓扑,既节约了个人用户的电费开支,也为国家电网节省了不必要的损耗。
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