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技術(shù)專(zhuān)題
外部電源效率額定值
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(méi)有任何設備可以達到完美的效率。在熱或電磁場(chǎng)中總會(huì )有損耗。主要原因是有源元件損耗（MOSFET和二極管開(kāi)關(guān)損耗）引起的，其次是無(wú)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(kāi)關(guān)頻率，這會(huì )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(wú)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(xiàn)性的，通常在正常運行負載或接近正常運行負載時(shí)處于最高值。
各種效率等級是多少？
自2004年以來(lái)，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(huán)境保護署（EPA）實(shí)施了一項自愿性計劃以促進(jìn)能源效率，該計劃后來(lái)演變?yōu)?span>“能源之星”計劃。問(wèn)題出在全球各國采用國家標準，使在全球市場(chǎng)上買(mǎi)賣(mài)產(chǎn)品時(shí)生活變得復雜。在這種情況下，出現了《國際效率標記協(xié)議》，該協(xié)議規定了空載功率要求和平均效率要求的性能閾值。
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等級 |
空載功率要求 |
平均效率要求 |
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一世 |
不符合定義的標準 |
不符合定義的標準 |
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II |
沒(méi)有正式建立標準 |
沒(méi)有正式建立標準 |
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三級 |
≤10 W：≤0.5 W空載功率 10至250 W：≤0.75 W空載功率 |
≤1 W：≥功率x 0.49 1至49 W：≥[0.09 x Ln（功率）] + 0.49 49至250 W：≥84％ |
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IV |
≤10 W：≤0.5 W空載功率 10至250 W：≤0.75 W空載功率 |
≤1 W：≥功率x 0.50 1至51 W：≥[0.09 x Ln（功率）] + 0.5 51至250 W：≥85％ |
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伏特 |
標準電壓AC-DC型號（> 6V輸出） |
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0至49 W：≤0.3 W空載功率 |
≤1 W：≥0.48
x功率+ 0.140 |
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低壓AC-DC型號（<6V輸出） |
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0至49 W：≤0.3 W空載功率 |
≤1 W：≥0.497
x功率+ 0.160 |
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六號 |
標準電壓AC-DC型號（> 6V輸出） |
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≤49 W：≤0.1
W空載功率 |
≤1 W：≥0.5 x功率+ 0.160 > 49至250 W：≥88％ > 250 W：≥87.5％ |
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低壓AC-DC型號（<6V輸出） |
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≤49 W：≤0.1 W空載功率 |
≤1 W：≥0.517 x功率+ 0.087 > 49至250 W：≥87％ > 250 W：≥87.5％ |
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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(lián)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(gè)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(méi)有電池協(xié)助的情況下操作最終產(chǎn)品，包括電池充電器。間接操作外部電源需要借助電池來(lái)操作其最終產(chǎn)品。間接操作外部電源仍符合IV級規則。
推動(dòng)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(lèi)型的節能效果，最近將某些類(lèi)型的IV級轉換為VI級。據估計，在過(guò)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(gè)，然后是九個(gè)零瓦。這意味著(zhù)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(guò)十億人使用個(gè)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(xué)習。有超過(guò)20億臺電視機，全球一半以上的人口擁有移動(dòng)電話(huà)服務(wù)。所有這些設備都需要電源，據估計，經(jīng)常使用的外部電源超過(guò)50億個(gè)。不難看出，當我們處理如此巨大的指標時(shí)，全球簡(jiǎn)單的1％的效率提高會(huì )產(chǎn)生怎樣的影響?，F實(shí)情況是，最常見(jiàn)的低成本AC / DC轉換器的效率范圍僅為80％至90％。當今的技術(shù)可以毫不費力地實(shí)現95％的效率，而性能更好但價(jià)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(fā)達國家在推動(dòng)提高效率。環(huán)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(lái)運行更有效。在過(guò)去的幾十年中，推動(dòng)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(wù)器時(shí)，產(chǎn)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(yíng)成本。近年來(lái)，向基于Internet的生活的轉移導致對數據存儲，處理和網(wǎng)絡(luò )資源的需求激增，以促進(jìn)對信息，娛樂(lè )和通信的全天候需求。預計在Covid-19出現之前，這種現象會(huì )繼續增長(cháng)。當前的大流行正在推動(dòng)更多的在線(xiàn)商業(yè)，零售和娛樂(lè )活動(dòng)，僅增加了預期的增長(cháng)。數據中心的最高運營(yíng)成本是電力供應，因此，即使電源效率稍有提高也會(huì )產(chǎn)生重大影響。
一種提高效率的技術(shù)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(lái)了顯著(zhù)的物理和化學(xué)優(yōu)勢，包括明顯更高的能源效率。它們可以在更高的開(kāi)關(guān)頻率和溫度下工作，從而提高了工作效率。有源組件中發(fā)生的損耗是由增加開(kāi)關(guān)頻率的要求所驅動(dòng)的。電流的突然變化通常由于功率器件的切換特性而導致?lián)p耗。柵極電荷效應，漏極電容和開(kāi)關(guān)重疊效應會(huì )導致這種能量損耗，從而導致發(fā)熱效應。未來(lái)很可能會(huì )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(shù)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(shí)現最小輸入功耗，同時(shí)保持所需的輸出電壓水平可能是一個(gè)巨大的挑戰。用于實(shí)現此目的的技術(shù)包括檢測負載，并根據需要在專(zhuān)用的低電流驅動(dòng)器電路和標準驅動(dòng)器電路之間進(jìn)行切換，從而可以針對每個(gè)電路的特定輸出電流范圍對其進(jìn)行優(yōu)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(dòng)器，以反映在這些條件下流經(jīng)那些器件的電流的減少。越來(lái)越多的專(zhuān)家提供低功率轉換器來(lái)實(shí)現低負載功能，
改變的另一個(gè)誘因是移動(dòng)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(lái)越小的設備中要求越來(lái)越多的更好功能，以及越來(lái)越長(cháng)的電池壽命。電池技術(shù)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(guò)提高功耗組件的效率來(lái)實(shí)現的。