電源效率對(duì)性能和成本效益都至關(guān)重要，影響著能源使用、運(yùn)行可靠性和長(zhǎng)期節(jié)約。假設(shè)一個(gè)典型電源的運(yùn)行壽命為五年，那么由于效率較低而浪費(fèi)的能源將比原始電源的成本更高!

一般來說，“效率 ”是指以最少的時(shí)間、精力、能量或資源完成任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的能力。它衡量的是如何有效地將投入(如時(shí)間、勞動(dòng)力或材料)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出(結(jié)果或產(chǎn)品)。

電源效率的重要性

電源效率對(duì)用戶來說有三大重要原因

(1) 輸出功率和輸入功率之間的差值就是耗散的功率(主要是熱量)

效率為 90% 的電源會(huì)損失 10% 的熱量。

效率為 95% 的電源將損失 5% 的熱量，這意味著它的溫度只有第一個(gè)例子的一半。

效率為 97.5% 的電源將損失 2.5% 的熱量，這意味著它的溫度只有第一個(gè)例子的四分之一。

這說明，即使是很小的效率差異也會(huì)導(dǎo)致很大的運(yùn)行差異。

2) 溫度是影響設(shè)備可靠性的最重要因素

這是因?yàn)榘惸釣跛龟P(guān)系(Arrhenius relationship)是物理化學(xué)中反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的公式。阿倫尼烏斯方程認(rèn)為，溫度每升高 10°C，化學(xué)反應(yīng)就會(huì)翻一番。

由于化學(xué)反應(yīng)涉及老化、腐蝕和電應(yīng)力效應(yīng)，溫度越高，故障越早發(fā)生。

任何運(yùn)行溫度較低的電源通常都能延長(zhǎng)使用壽命，這意味著有三種方法可確保較長(zhǎng)的運(yùn)行壽命：

使用額定溫度較高的元件，如額定溫度為 105°C 的電容器，而不是額定溫度僅為 85°C 的電容器。這意味著，如果內(nèi)部溫度在 60°C 左右，額定溫度較高的元件就有更大的余量，不會(huì)承受過大的壓力。

使用允許自然對(duì)流冷卻的布局，以便散熱可以很容易地從設(shè)備中排出。例如，RACPRO1 系列設(shè)計(jì)有兩個(gè)垂直氣流通道，利用煙囪效應(yīng)幫助被動(dòng)冷卻。此外，熱敏元件(如電容器)被放置在較熱元件(如變壓器和晶體管)的下方，以減少它們的熱應(yīng)力。

高效設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生廢熱。

(3) 高效率對(duì)于降低運(yùn)行成本非常重要

效率為 94% 的 1kW 電源每年將浪費(fèi) 365 × 24 × 6% = 526 kWh

效率為 96% 的 1kW電源每年浪費(fèi) 365 × 24 × 4% = 350 kWh

盡管效率僅相差 2%，但效率為 96% 的電源的耗電量將比效率為 94% 的電源少 30%!再假設(shè)一個(gè)典型電源的運(yùn)行壽命為 5 年，那么由于效率較低而浪費(fèi)的能源將很容易超過電源本身的成本。

測(cè)量電源效率

在測(cè)量直流-直流轉(zhuǎn)換器和交流-直流轉(zhuǎn)換器的效率時(shí)，需要考慮不同的因素。以下是計(jì)算效率的公式，這些差異的高度概括如下：

電源效率公式

就電源而言，效率是指電源如何有效地將輸入電能(來自電源)轉(zhuǎn)換為輸出電能(用于負(fù)載設(shè)備)，而不會(huì)以熱能或其他形式的浪費(fèi)形式損失能量。以百分比表示的電源效率公式如下：效率 (%) = (輸出功率/輸入功率) × 100%

例如，如果一個(gè)電源從電源輸入 100W，但只向負(fù)載設(shè)備輸出 90W，則效率為 (90W / 100W) × 100% = 90%。

測(cè)量交流-直流轉(zhuǎn)換器的效率

圖1: RACPRO1-T960/24效率曲線 測(cè)量AC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率非常困難，因?yàn)樾枰慌_(tái)功率分析儀來精確測(cè)量輸送到轉(zhuǎn)換器的實(shí)際(有效)交流功率，并對(duì)電壓和電流之間的相位角 (Cos Phi) 進(jìn)行補(bǔ)償。此外，對(duì)于沒有功率因數(shù)校正 (PFC) 的交直流轉(zhuǎn)換器，任何諧波都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。大多數(shù)功率分析儀最多可測(cè)量到 39 次諧波(根據(jù) IEC EN 61000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定)。不過，要獲得真正精確的測(cè)量結(jié)果，必須測(cè)量 99 次諧波，并在長(zhǎng)時(shí)間(幾分鐘)內(nèi)求取平均值，尤其是使用脈沖跳變等低功耗待機(jī)技術(shù)的現(xiàn)代控制器集成電路。

應(yīng)在所有不同的運(yùn)行條件下(低線到高線、低負(fù)荷到滿負(fù)荷)進(jìn)行效率測(cè)量。無負(fù)載時(shí)的效率始終為 0%。這是因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)行時(shí)，它將消耗少量的 “內(nèi)務(wù) ”功率來運(yùn)行開關(guān)電路，同時(shí)不提供輸出功率(零負(fù)載電流)。這意味著電源的典型效率曲線將顯示空載時(shí)的零效率。

此外，最高效率通常出現(xiàn)在較高負(fù)載時(shí)，但好的電源設(shè)計(jì)在 50% 或更低負(fù)載時(shí)效率幾乎不會(huì)降低。此外，效率曲線與電源電壓的關(guān)系不大，盡管隨著交流電壓的下降，輸入電流會(huì)上升，從而導(dǎo)致一些額外的 I2R 損耗。RACPRO1 系列的效率曲線非常出色。不僅在所有負(fù)載條件下效率都與電源電壓無關(guān)，而且在 30% 負(fù)載時(shí)就能達(dá)到 96% 的峰值效率，并在 100% 負(fù)載時(shí)保持穩(wěn)定，從而涵蓋了所有典型的工業(yè)負(fù)載條件。

最后，待機(jī)功耗也很重要，這首先是為了在設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)模式時(shí)節(jié)省電費(fèi)，其次是為了滿足歐盟和美國的功耗生態(tài)目標(biāo)和立法要求。RACPRO1-T960/24 的待機(jī)功耗僅為 2W左右，盡管在負(fù)載突然需要時(shí)可以提供超過 1150 W的功率。

高性能 RACPRO1 DIN 導(dǎo)軌電源

為了滿足最苛刻的工業(yè)應(yīng)用，我們最近推出了 RACPRO1 系列 DIN 導(dǎo)軌電源。RACPRO1-T240, -T480, 和 -T960 的功率分別為 240、480 和 960 W(圖 1)。

圖 2. RACPRO1 家族： T240(左)、T480(中)和 T960(右)

該系列電源的效率在同類電源中處于行業(yè)領(lǐng)先地位，功率因數(shù)校正 (PFC) > 0.9，效率分別為 94.1% (RACPRO1-T240)、95.3% (RACPRO1-T480) 和 97.1% (RACPRO1-T960)。

其他資源

RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知識(shí)手冊(cè)提供了成功實(shí)施 AC/DC 電源設(shè)計(jì)所需的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。第 12 章討論了如何降低內(nèi)務(wù)功耗以及一些測(cè)量技術(shù)。

此外，RECOM 的 AC/DC 電源的能效： 生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī) "是由政府或監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定的一套標(biāo)準(zhǔn)和指南，旨在確保產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響。這些法規(guī)主要側(cè)重于通過減少浪費(fèi)、排放和資源消耗來提高能效和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

RACPRO1 網(wǎng)頁提供了有關(guān)這一令人振奮的新型 DIN 導(dǎo)軌安裝式電源系列的更多信息。