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测量电源效率及其重要性

来源:大鱼游戏官网bigfish    发布时间:2025-12-08 12:43:30
详细介绍:

  电源效率对性能和成本效益都至关重要,影响着能源使用、运行可靠性和长期节约。假设一个典型电源的运行寿命为五年,那么由于效率较低而浪费的能源将比原始电源的成本更高!

  一般来说,“效率 ”是指以最少的时间、精力、能量或资源完成任务或实现目标的能力。它衡量的是如何有效地将投入(如时间、劳动力或材料)转化为产出(结果或产品)。

  ● 效率为 95% 的电源将损失 5% 的热量,这在某种程度上预示着它的温度只有第一个例子的一半。

  ● 效率为 97.5% 的电源将损失 2.5% 的热量,这在某种程度上预示着它的温度只有第一个例子的四分之一。

  ● 这是因为阿伦尼乌斯关系(Arrhenius relationship)是物理化学中反应速率与温度关系的公式。阿伦尼乌斯方程认为,温度每升高 10°C,化学反应就会翻一番。

  ● 任何运行温度较低的电源通常都能延长常规使用的寿命,这在某种程度上预示着有三种方法可确保较长的运行寿命:

  1:使用额定温度比较高的元件,如额定温度为 105°C 的电容器,而不是额定温度仅为 85°C 的电容器。这在某种程度上预示着,如果内部温度在 60°C 左右,额定温度比较高的元件就有更大的余量,不会承受过大的压力。

  2:使用允许自然对流冷却的布局,以便散热可以很容易地从设备中排出。例如,RACPRO1 系列设计有两个垂直气流通道,利用烟囱效应帮助被动冷却。此外,热敏元件(如电容器)被放置在较热元件(如变压器和晶体管)的下方,以减少它们的热应力。

  尽管效率仅相差 2%,但效率为 96% 的电源的耗电量将比效率为 94% 的电源少 30%!

  再假设一个典型电源的运行寿命为 5 年,那么由于效率较低而浪费的能源将很容易超过电源本身的成本!

  在测量直流-直流转换器和交流-直流转换器的效率时,需要仔细考虑不同的因素。以下是计算效率的公式,这些差异的高度概括如下:

  就电源而言,效率是指电源如何有效地将输入电能(来自电源)转换为输出电能(用于负载设备),而不会以热能或别的形式的浪费形式损失能量。以百分比表示的电源效率公式如下:

  测量交流-直流转换器的效率十分艰难,因需要一台功率分析仪来精确测量输送到转换器的实际(有效)交流功率,并对电压和电流之间的相位角 (Cos Phi) 进行补偿。

  此外,对于没有功率因数校正 (PFC) 的交直流转换器,任何谐波都会影响测量结果。大多数功率分析仪最多可测量到 39 次谐波(根据 IEC EN 61000-3-2 标准的规定)。

  不过,要获得真正精确的测量结果,必须测量 99 次谐波,并在长时间(几分钟)内求取平均值,尤其是使用脉冲跳变等低功耗待机技术的现代控制器集成电路。

  无负载时的效率始终为 0%。这是因为当转换器运行时,它将消耗少量的 “内务 ”功率来运行开关电路,同时不提供输出功率(零负载电流)。这在某种程度上预示着电源的典型效率曲线将显示空载时的零效率。

  此外,最高效率通常出现在较高负载时,但好的设计在 50% 或更低负载时效率几乎不会降低。此外,效率曲线与电源电压的关系不大,尽管随着交流电压的下降,输入电流会上升,因此导致一些额外的 I²R 损耗。

  RACPRO1 系列的效率曲线很出色。不仅在所有负载条件下效率都与电源电压无关,而且在 30% 负载时就能达到 96% 的峰值效率,并在 100% 负载时保持稳定,从而涵盖了所有典型的工业负载条件。

  最后,待机功耗也很重要,这首先是为了在设备长时间处于待机模式时节省电费,其次是为满足欧盟和美国的功耗生态目标和立法要求。RACPRO1-T960/24 的待机功耗仅为 2W左右,尽管在负载突然需要时能够给大家提供超过 1150 W的功率。

  RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知识手册提供了成功实施 AC/DC 电源设计所需的经验和知识。第 12 章讨论了怎么来降低内务功耗以及一些测量技术。

  此外,RECOM 的 交流/直流电源的能效: 生态设计法规是由政府或监督管理的机构制定的一套标准和指南,旨在确定保证产品在整个生命周期内最大限度地减少对环境的影响。这些法规主要侧重于通过减少浪费、排放和资源消耗来提高能效和促进可持续发展。

  RACPRO1 网页提供了有关这一令人振奋的新型 DIN 导轨安装式电源系列的更多信息,请点击链接访问。

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