外部電(diàn)源效率额定值

2021-04-15

外部電(diàn)源效率额定值

電(diàn)源的效率仅是其消耗的能(néng)量与它提供的能(néng)量之间的比率。没有(yǒu)任何设备可(kě)以达到完美的效率。在热或電(diàn)磁场中总会有(yǒu)损耗。主要原因是有(yǒu)源元件损耗（MOSFET和二极管开关损耗）引起的，其次是无源元件损耗（電(diàn)阻器，電(diàn)容器和電(diàn)感器阻抗损耗）。它趋向于利用(yòng)電(diàn)源中较高的开关频率，这会导致传统電(diàn)源電(diàn)路效率低下，因此，大部分(fēn)工作都旨在减少有(yǒu)源组件的损耗。

效率还将取决于负载。甲電(diàn)源的效率无负载下将在典型的操作负载或最大额定负载的不同。效率随负载变化的变化将是非線(xiàn)性的，通常在正常运行负载或接近正常运行负载时处于最高值。

各种效率等级是多(duō)少？

自2004年以来，仅在美國(guó)就颁布了涉及最低效率和外部電(diàn)源空载功耗的强制性法规。在此之前，环境保护署（EPA）实施了一项自愿性计划以促进能(néng)源效率，该计划后来演变為(wèi)“能(néng)源之星”计划。问题出在全球各國(guó)采用(yòng)國(guó)家标准，使在全球市场上买卖产品时生活变得复杂。在这种情况下，出现了《國(guó)际效率标记协议》，该协议规定了空载功率要求和平均效率要求的性能(néng)阈值。

规则是否有(yǒu)例外？

就像生活中的所有(yǒu)事物(wù)一样，每条规则都有(yǒu)例外。并非所有(yǒu)外部電(diàn)源都必须符合这些级别。美國(guó)和欧盟都有(yǒu)豁免。例如，在美國(guó)，与医疗设备一起使用(yòng)的外部電(diàn)源属于联邦食品药品监督管理(lǐ)局（FDA）的管辖范围，而不是这些EPA规定。 

另一个麻烦是，新(xīn)的EPA规则仅适用(yòng)于直接运行的外部電(diàn)源。電(diàn)源在没有(yǒu)電(diàn)池协助的情况下操作最终产品，包括電(diàn)池充電(diàn)器。间接操作外部電(diàn)源需要借助電(diàn)池来操作其最终产品。间接操作外部電(diàn)源仍符合IV级规则。

推动效率规则的是什么？

首先，EPA最初将IV级规则应用(yòng)于所有(yǒu)外部電(diàn)源，随后由于某些类型的节能(néng)效果，最近将某些类型的IV级转换為(wèi)VI级。据估计，在过去的十年中，规则的变更使能(néng)源消耗减少了300亿千瓦以上。那是三个，然后是九个零瓦。这意味着节省了约250亿美元，并将CO 2排放量减少了10亿吨。

在全球范围内，有(yǒu)超过十亿人使用(yòng)个人计算机和電(diàn)子设备占家庭用(yòng)電(diàn)量的15％以上，而且这一数字还在迅速上升，而这一切都早于Covid-19大流行及其导致的向更大的家庭工作和偏遠(yuǎn)地區(qū)转移的趋势。學(xué)习。有(yǒu)超过20亿台電(diàn)视机，全球一半以上的人口拥有(yǒu)移动電(diàn)话服務(wù)。所有(yǒu)这些设备都需要電(diàn)源，据估计，经常使用(yòng)的外部電(diàn)源超过50亿个。不难看出，当我们处理(lǐ)如此巨大的指标时，全球简单的1％的效率提高会产生怎样的影响。现实情况是，最常见的低成本AC / DC转换器的效率范围仅為(wèi)80％至90％。当今的技术可(kě)以毫不费力地实现95％的效率，而性能(néng)更好但价格昂贵的组件则可(kě)以达到97％或98％的水平。仅从节省成本的角度看待影响，就很(hěn)容易理(lǐ)解為(wèi)什么发达國(guó)家在推动提高效率。环境效益是一项奖励。

如何提高效率？

快速的答(dá)案是，電(diàn)源供应器中使用(yòng)的组件要比半导體(tǐ)器件演变成更小(xiǎo)且需要更少的功率来运行更有(yǒu)效。在过去的几十年中，推动这一趋势的主要因素之一是全球数据中心的激增。当他(tā)们最初使用(yòng)效率低下的大型服務(wù)器时，产生的热量非常巨大。这就需要将复杂的冷却系统安装到位，从而增加了运营成本。近年来，向基于Internet的生活的转移导致对数据存储，处理(lǐ)和网络资源的需求激增，以促进对信息，娱乐和通信的全天候需求。预计在Covid-19出现之前，这种现象会继续增長(cháng)。当前的大流行正在推动更多(duō)的在線(xiàn)商(shāng)业，零售和娱乐活动，仅增加了预期的增長(cháng)。数据中心的最高运营成本是電(diàn)力供应，因此，即使電(diàn)源效率稍有(yǒu)提高也会产生重大影响。 

一种提高效率的技术是使用(yòng)碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）代替硅作為(wèi)電(diàn)力電(diàn)子设备的基础。这些宽带隙材料带来了显着的物(wù)理(lǐ)和化學(xué)优势，包括明显更高的能(néng)源效率。它们可(kě)以在更高的开关频率和温度下工作，从而提高了工作效率。有(yǒu)源组件中发生的损耗是由增加开关频率的要求所驱动的。電(diàn)流的突然变化通常由于功率器件的切换特性而导致损耗。栅极電(diàn)荷效应，漏极電(diàn)容和开关重叠效应会导致这种能(néng)量损耗，从而导致发热效应。未来很(hěn)可(kě)能(néng)会看到有(yǒu)机半导體(tǐ)器件的引入，由于它们的泄漏電(diàn)流大大降低，预计可(kě)以提供更高的效率。

另一项技术是针对低负载条件引入高级控制算法，在这些条件下，電(diàn)源通常处于最差的效率水平。在低负载下实现最小(xiǎo)输入功耗，同时保持所需的输出電(diàn)压水平可(kě)能(néng)是一个巨大的挑战。用(yòng)于实现此目的的技术包括检测负载，并根据需要在专用(yòng)的低電(diàn)流驱动器電(diàn)路和标准驱动器電(diàn)路之间进行切换，从而可(kě)以针对每个電(diàn)路的特定输出電(diàn)流范围对其进行优化。其他(tā)选择包括减少在低负载下為(wèi)功率器件供電(diàn)的栅极驱动器，以反映在这些条件下流经那些器件的電(diàn)流的减少。越来越多(duō)的专家提供低功率转换器来实现低负载功能(néng)，

改变的另一个诱因是移动设备（尤其是智能(néng)手机和平板電(diàn)脑）的普及率上升。消费者在越来越小(xiǎo)的设备中要求越来越多(duō)的更好功能(néng)，以及越来越長(cháng)的電(diàn)池寿命。電(diàn)池技术可(kě)以提高多(duō)少以增加能(néng)量存储密度是有(yǒu)限度的。電(diàn)池寿命的改善主要是通过提高功耗组件的效率来实现的。