扶摇直上90%：电源转换效率解析
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目前市场上贴有80Plus logo的电源越来越多，为什么厂家要力推这个标准呢？这是因为新标准的引入为PC电源产品的节能性重新进行了定义，对电源的转换效率提出了更高标准。随着环保意识的增强，人们越来越关注电源的转换效率，提高现有能源的利用率不但可以减少个人的电费支出，还可以减少资源浪费以及对环境造成的影响。
一、转换效率的重要性
许多用户在购买电源时，往往只关注电源的功率是多少W，而忽视了电源的转换效率。那么究竟什么是电源的转换效率呢？电源转换效率指的是电源的输出功率与输入功率的比值，计算公式为：转换效率=输出功率/输入功率×100%。电源的转换效率对电脑的实际耗电以及电源的性能有着相当大的作用，比如某款电源的转换效率为70%，在输入400W电能的情况下，可以输出280W的电能供电脑硬件使用，而120W则在电源内部的元件中被消耗掉，并以热量形式消散。通常标称输出额定功率为400W的电源，其实每小时耗电远远不止400W。
实际上在机箱内部，电源和CPU、显卡在工作时都会产生巨大的热量，当电源的转换效率达到一定标准时，可以降低自身的发热，从而有助于构建静音系统。它不仅避免了能源的浪费，为用户节省了电费的支出，同时也可以让电脑运行温度更低，系统更稳定。
二、影响转换效率高低的因素
1.元件设计的合理性
影响转换效率的因素是多方面的，主要取决于电源内部元器件对电能的消耗程度，如果采用更低内阻的元器件，或者导通量更高的电感元件，更精准的控制电路，更合理的电路设计，甚至高质量的导线等措施，就能提高电源整体的转换效率，从而起到充分利用电能的作用。因此转换效率与电源内部制造的每一个元件用料、每一个设计环节都紧密相关，而较高的转换效率也是电源内部众多细节共同表现出的整体节能水平。
拓扑架构是电源内部设计的主体，它决定了产品的主要性能和转换效率。在电源内部一般有半桥式、单管正激、双管正激等架构设计。目前市场上的低端电源主要采用半桥拓扑架构，这种电源使用晶体管作为开关，导通损耗较大，转换效率在70%左右。
正激架构拥有较好的转换效率，市场上大部分符合80Plus标准的电源都是基于正激架构，其中单管正激主要用于小功率电源，双管正激常见于400W以上的高端电源上，转换效率在80%以上，接近80Plus的银牌要求。为了提高次级电路整流的效率，还可以使用同步整流技术或由DC/DC模块产生+5V、+3.3V输出。同时，有源箝位控制器也逐渐出现在电源产品中，它是正激变换器的延伸，使电路具有减少开关损耗、EMI等诸多新的优势，接近80Plus金牌标准。
2．负载点是否经过优化
为了满足新一代电源节能标准要求，不少电源厂商采用了分别针对几个负载点进行优化的方案，通常为20%、50%、100%（一般称为轻载、典型负载、满载）三个点，这正是80Plus为什么要细化标准项目的目的。目前多数普通电源在这三个负载环境下，转换效率可以达到75%、80%、75%，真正能够获得80Plus认证的电源其实不是很多，尽管在这些电源中还不乏高端的产品。
随着电源技术的发展，已经有越来越多的电源通过了80Plus认证。厂家将针对不同的负载点对电源进行优化管理，首先就是电源管理芯片功能的高度集成化，并向多功能方向发展，电源部分不但效率要高，而且要提供保护等功能。其次很多新的节能方式需要专用芯片来实现，因此需要开发适合新的拓扑结构的芯片来实现节能。同时，电源转换控制芯片的生产厂商们通过努力开发出更复杂的控制算法，逐步将效率提升到90％甚至更高。
3．重视轻载节能
在实际工作中，典型负载表现了整机正常运行时的状态，此时的电源转换效率较高，通常就是厂家标称的规格，而在普通应用时则属于轻载范围，此时的电源转换效率反而不如典型负载时更有效。对于使用HTPC以及BT下载机的用户而言，可能会更关注电脑在轻载时的损耗。
电源内部的损耗包括了开关损耗和导通损耗，轻载效率偏低的原因主要是开关损耗占总损耗比重较大，整流二极管的正向压降在温度较低时会高一些，而其他周边电路的静态功耗在轻载下占总损耗的比例也较大。
当然厂商们已经意识到在轻载工作和待机时的能耗问题，进而新推的产品采用了一系列优化技术和解决方案，如低导通开关损耗、准谐振开关、有源箝位控制器、突发模式和脉冲跳频等。低导通开关损耗技术可以通过自动调整供电电压来适应不同的工作条件，从而优化整体系统效率。准谐振开关可以通过减少所需的元器件数量来降低待机功耗。在轻载时使用脉冲跳频技术，电源的输出纹波将非常小，使得转换非常平滑。在具有高转换效率和低静态电流的电源管理器中，采用了突发模式技术，它可以最大限度地减小芯片本身在待机模式期间所需的电流，从而让功耗降至以前的四分之一。
三、新标准规范转换效率
1．能源之星标准
能源之星标准由美国环保署（EPA）主持制定，目的是为了降低能源消耗及减少温室气体排放。在能源之星4.0针对的产品中，电源成为了最重要的对象，如在所有指定负载的情况下，符合能源之星4.0规范的额定功率300W的ATX电源要比以前的产品降低损耗近50%。
最新的能源之星5.0将于2009年10月正式执行，它针对个人电脑、显示设备以及游戏机等产品做出了最新的能效评定标准。能源之星5.0将进一步巩固80Plus的地位，80Plus铜牌标准被明确加入，就电源来说，能源之星5.0基本就是能源之星4.0的80Plus修订版。具体的能源之星5.0产品可能在下半年进入市场，目前的时间主要是与厂商沟通和协调。
2．80Plus标准
80Plus已成为现在电源重要的能源效率认证，它在DELL、惠普等品牌台式机和服务器中已得到了较为普遍的通过，但在国内市场，由于价格较高，80Plus电源主要被应用在高端电源上。80Plus在细致程度上做了进一步定义：要求在20%、50%、100%不同负载的状态下，电源都能达到80%以上的转换效率，金牌级别的指标更是要求达到90%，同时功率因数要求在0.9以上。
小结
不可否认，符合80Plus标准的电源具有较高的转换效率，它在产品设计与材料使用上，都较传统电源更加复杂与讲究，因此产品的价格自然也较传统电源更高。但认真计算起来，80Plus电源帮消费者节省了可观的电费，以一个500W铜牌电源为例，一年可以省下300多元，可以再买一个电源了，同时它也降低了二氧化碳的排放对环境的污染，不但为用户自己，也为地球的环境起到了有益的作用。
专家访谈（航嘉产品经理 李庄）
◎功率因数和转换效率两者有什么区别？
李庄：日常市电的输入波形为不连续的脉冲，这种电流含有大量谐波，能使电力系统的电压波形发生畸变。功率因数定义为有功功率与视在功率之比，没有被利用的无效功率在电网与电源间往返流动，不仅增加了线路损耗，而且成为污染，容易引起电子设备误操作、电话噪音等。虽然它与转换效率都是指电源的利用率，但区别却很大。功率因数是为了提高电网的利用率，它产生的损耗是由电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。目前有些电源标称“转换效率”高达98%，实际上是主动式PFC电路的功率因数，也就是说主动式PFC电源未必针对用户节能。
◎能源之星5.0和80Plus等标准对电源有什么影响？
李庄：最早能源之星是规范标准，而80Plus是推荐标准，前者是为了鼓励大家自觉遵守环境规定而设的标准。在最新的能源之星5.0中加入80Plus后，80Plus变得更“硬性”，规定明年7月1日后在欧美等地区出售的电源必须具备80Plus铜牌品质。相比4.0，通过能源之星5.0认证的电源将可显著提高用电设备在轻载时的转换效率。我们认为，加快推广符合80Plus和能源之星5.0认证的主流产品更有意义，同时也可以普及节能环保的理念。