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第二式:搞懂能源轉換守住荷包

包含80 PLUS、功率因數在內,一大堆電力相關名詞滿天飛,好像都和環保以及電費脫離不了關係。接下來就讓我們來搞懂,在使用上有什麼差異,究竟和荷包存在何種關聯性。

低轉換效率傷荷包

能源轉換必有損失的定理,追求近乎「零」損耗是科技業、工程師努力突破的方向,這些轉換過程中流失的電力能源,通常是在電晶體、電阻器等零組件上,轉化為廢熱人間蒸發掉。這不難想像,電流通過元件即會產生一定熱能量,再加上轉換過程損失而產生的額外廢熱,將導致電源供應器內部溫度大幅提升。

為了運作穩定性、產品壽命週期考量,除了得選用溫度承受力高的零組件,還得在功率電晶體等部位加入大量散熱片,並且配備風扇來帶走廢熱。此外別忘了,再好的風扇散熱機制都會產生風切聲等噪音,特別是在夜深人靜時更顯得擾人。對使用者而言,由於電腦廢熱量讓室溫提高了,免不了仰賴電風扇、冷氣等空調設備,來讓電腦和自己涼快一下。也就是說,低轉換效率產品在無形中只會徒增電費帳單等實質負擔,算是百害無一益。

80 PLUS賣什麼藥?

80 PLUS是針對電源供應器轉換效率的認證組織單位,在此之前,業界並沒有一個明確規範,或者是效能標示規格與認證機制,電源供應器產品實際轉換效率普遍介於50%至70%之間。也就是說,當電源供應器輸出300W功率時,實際從市電輸入的交流電將約等於429W至600W,平白消失的電力至少在129W以上。

該規範明定產品在20%、50%、100%輸出負載,轉換效率必須達到80%以上,才有送測領獎品牌的資格。規範推出初期僅規劃出金、銀、銅3個等級,其中最高等級的「金牌」認證產品,50%運作輸出附載的轉換效率高達至少為90%,在3個測試指標輸出負載平均值達88%。同樣以300W輸出功率來比較,只需要約341W的市電輸入,能夠節省88W至259W不等的無用電力浪費。加上新納入的基本認證白牌與最高等級白金牌之後,戰線延伸到趨近完美的90%平均值。

大功率更需要高效率

電源供應器轉換效率問題已經存在20~30年,80 PLUS的推出未必和技術進步有太大直接關聯,畢竟廠商並不可能一步登天,瞬間就將轉換效率推到近乎100%。不過認證獎牌有助於產品行銷,能夠吸引廠商更加積極投入改善轉換效率,卻是不爭的事實。雖然各獎牌之間的轉換效率差距並不大,但是參考前面提過的例子可以驗證,當電源量需求越高時,80 PLUS的效益也會隨之放大。所以,精簡型電腦選配電源供應器,未必需要斤斤計較轉換效率,但是在中高耗電量性能平台上,為了荷包著想,銀牌及其以上認證產品建議列為首選。

採購前停看聽

實際採購通過80 PLUS認證的產品並沒有太多「撇步」需要記取,原則上就是以獎牌為証明,可別一時不慎跌入廠商行銷文宣的「82+」、「85+」等陷阱字眼,那充其量只是代表最高或平均轉換效率值而已,並不等於它通過何種等級認證。除此之外,少數擅長於商業機種市場的品牌,其實產品的轉換效率表現也相當不錯,選購前不妨多加參觀比較。

電源供應器完全解密:17個觀念搞懂數字陷阱、看清規格真相

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▲80 PLUS並非公益單位,廠商想送測產品免不了要上繳一筆認證費用,對廠商而言無疑是個負擔。也因此,才會出現同系列機種只送測一款產品,卻將全系列機種掛上認證獎牌的現象。如果有這方面疑慮,那麼記下目標產品完整型號,上80 PLUS組織官網查詢比對通過認證的型號,就可以確定是否為真正通過實測認證的機種。(網址:http://www.plugloadsolutions.com/80PlusPowerSupplies.aspx

有了80 PLUS還要PFC

既然談到80 PLUS,就不能省略掉功率因數(Power Factor)。其實這2個名詞並沒有直接關聯,不過受到部分區域法規等因素影響,通過80 PLUS認證的產品,全部都具備功率因數校正電路設計。反觀未通過、沒送測的產品,則視廠商的產品定位、行銷區域,決定要不要內建功率因數校正電路。

那麼何謂功率因數呢?首先建立一個認知,電源供應器從市電輸入使用掉的電源量,包含能源轉換損失功率部分稱作實功率(Real Power),這也是電力公司向用電戶收取費用的依據。至於實功率和功率因數相除的結果,就是無法被利用的視在功率(Apparent Power),這項數據代表電力公司必需供應多少電力給用戶,才能達到電氣設備實功率的電力需求。功率因數的定義為實功率與視在功率之對比,理想對比值是等於零的狀態(PF=1),那麼虛功率也會跟著降低到零,意即沒有額外的非必要電力浪費。

功率因數幫你做環保

多數電源供應器的輸入電流並非正弦波,一旦和正弦波的電壓產生相位差狀態時,便會產生功率損耗、諧波干擾等問題。在這情況下,浪費掉的電力稱作虛功率(Reactive Power),電力公司得製造並且輸出高於視在功率的電源量,以彌補將電力輸送進用戶端電氣設備後產生的損耗。這不僅降低了電力網路利用效率,倒楣的電力公司還不能向用戶收取這筆虛功率損耗費用。

功率因數校正電路(Power Factor Correction)設計,分為主動式(Active PFC)和被動式(Passive PFC)2種類型,主動式採用主動元件設計,能夠讓電流波形與輸入電壓波形接近一致,故功率因數普遍達到近乎理想值的0.9(即90%)以上。至於被動式設計主要是由電容、電感等元件組成,功率因數表現大多為0.7至0.8之間,而且只能在220V以上交流電壓環境運作。

由於主動式設計功率因數校正效率高,更具備90V至264V全域輸入電壓都能使用的優點,因此一般標示多國電壓、沒有電壓選擇開關的電源供應器,如果標榜具備功率因數校正設計,必定都是採用主動式設計。

電源不是亂插就好

另一方面,在評估用電環境相關設備,舉如不斷電系統、延長線,甚至是埋在牆壁裡面的電源線時,並不能忽視功率因素帶來的「線電流」問題。簡單舉個例子,1部80%轉換效率的電源供應器,輸出300W電源的實功率為375W(3.4A),假定功率因數等於0.95的情況下,電力公司只需要輸出約3.5A電流(394VA),即可讓電源供應器正常運作。但是在現實中,未配備功率因數校正電路的產品,功率因數平均在0.7以下,電力公司實際輸出電源量將達到4.8A(535VA)。這麼一來一往,線電流就相差了1.3A。

如果以居家用電環境與規劃來看,許多人都會用到的電源延長線,大多是110V、15A(功率負載1650W)規格。窗外那一棟棟屋齡二三十年的老舊公寓,屋內市電插座裡面配置的電源傳輸線路,通常也是接近這樣的規格。在這情境下,單一電源迴路、延長線裝置,連接4台前述配備功率因數校正的系統主機還綽綽有餘,但是不具備校正功能的主機就只能連接3台。從這簡單比較能夠看出,功率因數校正可以節省昂貴的高規格電纜線支出花費,對多電腦、商業環境而言相當實惠。

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▲下方能源消耗比較線條,A組設定組態為轉換效率60%、功率因數0.6,B組則是轉換效率85%、功率因數0.95。從成本面向來看,B組能夠節省約35%的電費支出,而且視在功率只有A組的40%不到。包括不斷電系統、延長線、室內電源配線等,前端電源網路建置成本降低幅度相當明顯,而且會隨主機數量的增加達到可觀程度。

(後面還有第三式:脫掉不等於有真相)

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3.  濱崎 (發表於 2012年7月27日 17:16)
好文一篇!但文章前段提到的[過鹹水]電容(日系)介紹,好像在後面文章中沒出現,可否再提示一番呢?
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5.  1334319607 (發表於 2012年7月27日 18:13)
感謝細心整理,受惠了<( ̄︶ ̄)>

"設計多變內行才了" 這句"讀"的有點頭暈
不小心讀成:"內行栽了"
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6.  RB (發表於 2012年7月27日 18:47)
50W應該是指在估計尖峰值的時候,將主機板和記憶體兩項合併計算為50W耗電,其他CPU顯示卡硬碟之類的再另外往上加

另外,80PLUS只看20%輸出~100%輸出這段區間必須達到80%效率...也就是說一顆500W的電源要在輸出100~500W的負載時有80%效率,但是只輸出50W的時候可能只有70%效率,但是對於現在愛用變頻省電的各零件來說,放在桌面什麼都不做的閒置狀況是真的可能只有50W甚至更低的耗電
所以我自己的計算方式除了考慮尖峰負載以外,還會同時考慮閒置負載,並且讓這兩個值都落在電源的20~100%輸出區間,這樣買80PLUS的POWER才真的有意義

P.S.:舉個很爛的例子,你買一顆1000W的POWER來幫你的手機充電,充電只需要5V1A共計5W的輸出,結果因為輸出負載太低(才5%)導致POWER的效率只剩下50%,於是你給手機充5W你POWER實際吃了10W,這也是浪費...除了電力的浪費之外還有POWER買太好的浪費


風扇的部分還要考慮到機殼結構,尤其使用比較特殊結構的機殼時,例如POWER在CPU風扇的正上方,結果導致POWER的12CM和CPU風扇大搶風的悲劇結果(最近裝到的例子:銀欣SG02機殼,剛好就是POWER蓋住CPU風扇,這種就不見得適合大風扇型POWER,除非CPU散熱器再投資一筆去配合POWER風扇的氣流...
Charlie Chou
7.  Charlie Chou (發表於 2012年7月27日 21:20)
※ 引述《羅小日》的留言:
> 文章中,(那麼保守估計總合耗用50W)....有沒有這樣低50W..什麼平台

我現在的那台Atom桌機似乎有這種能耐...
(Atom D525 + 4G DDR3 + 250GB 7200rpm HDD 就這樣 沒了)
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8.  goe (發表於 2012年7月28日 13:47)
※ 引述《Charlie20083》的留言:
> ※ 引述《羅小日》的留言:
> > 文章中,(那麼保守估計總合耗用50W)....有沒有這樣低50W..什麼平台

他是指主機板+記憶體的功耗
還沒加上CPU和顯卡、硬碟、光碟機等等
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9.  to (發表於 2012年7月28日 15:05)
滿好奇為甚麼近年來的人都把fan打成了"風散"
但是講到電風扇時又會打對字

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