电脑功率多少A

通常，电源的选择是基于数据表上的单个效率数字，制造商正在尽其所能提高这一数字，包括更仔细地定义测量条件。设计人员正在提出更复杂的拓扑结构，例如相移全桥（PSFB）和LLC转换器，而在组件级别，MOSFET取代二极管以降低损耗。即使是硅也面临着挑战，因为碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽带隙（WBG）材料即使在高开关速度下也能保证增强性能。

电源数据表上的确切效率数字对最终用户的意义相对较小。他们更关心系统或流程效率，以及满足（或超过）其环境义务和财务目标。人们越来越意识到，在系统的整个生命周期内，支持环境（和控制成本）比数据表上的电源效率数字更重要。然而，由于房地产的购买和维护需要花钱，他们非常专注于将尽可能多的创收设备打包到他们的空间中。因此，对他们来说，功率密度通常比效率更有价值。

本文详细介绍了功率密度和效率，考虑了提高效率以及购买高性能电源解决方案并最终负责任地处置它们的成本。它与专注于提高功率密度以及如何提高系统效率的方法形成鲜明对比。本文还考虑了是否应该关注热管理，而不是整体功率转换效率。

效率的概念

效率是一个很容易理解的概念：当然，你越接近100%，一切都越好？但这完全取决于如何考虑效率;在办公室或数据中心，没有做任何有用的工作（用物理学术语来说）——没有大型机器被移动——所以我们可以认为这些地方的效率为0%，因为所有使用的电力最终都会在计算机、服务器、存储和电源转换中变热。

但是，如果您比较收入效率（即电力的美元价值与美元收入相比），那么效率可能会达到1000%。因此，为了业务绩效和成功，目标应该是通过减少每单位输出的用电量来保持尽可能低的电力成本。

每个数据中心经理都面临着增加处理和存储容量以及创收和利润的挑战。为此，他们必须控制电力成本，并确保收购迅速收回。随着服务器的增加，电力成本（以及赚取收入的能力）上升，收入与成本的比率部分由设备选择决定。

在工厂中，增加另一个强大电机的唯一正当理由是产生更多的可销售输出，因此电机驱动器和相关电源只是间接成本，不会增加任何商业价值。因此，与运行电机相关的所有运营费用（包括电力）都被视为对底线的消耗。效率很重要，但只有在使用尽可能少的电力的情况下完成必要的工作。

损失在任何地方都很重要

电子设计充满了公式（例如，效率等于功率输出除以功率输入，以百分比表示，损耗等于功率减去功率输出）。但是，需要诸如功率水平以及操作和环境条件之类的背景才能使这些公式有意义。即使有定义的公式，电源制造商也可以选择最佳条件，使效率看起来比实际条件更好。

通常，效率是在接近满载时指定的，但很少有系统（特别是在冗余应用程序中）在任何时间段内都以该级别运行，并且远离“最佳点”，效率可能要低得多。通常，效率在零负载时会显着下降，并且每个电源的发生方式都不同。因此，服务器空闲时消耗的能量可能相差一个（或多个）数量级。

在图1中，在5%负载下，蓝线表示的转换器的耗散速度是橙色线表示的转换器的三倍以上。轻负载损耗应该是选择过程中的重点，因为它们对总能量消耗有显著影响。

认识到低负载效率的重要性，已经制定了诸如“80PLUS”倡议（表1）之类的标准，以规定整个负载范围内的最低效率。80PLUS钛是最严格的规格，要求在94%负载下至少达到50%，在90%负载下至少需要10%的效率（基于115V系统）。对于230V系统，50%负载时的要求变为96%，而10%负载时仍需要90%。

满足80PLUS的要求具有挑战性，特别是在2004年制定认证计划后引入的更高级别。基本水平要求在80%负载下效率为50%，而达到钛水平（94%）意味着将损耗减少四分之三。

效率提高了14%，但1kW功率转换器需要将损耗从250W降低到64W。显然，调整现有的拓扑或设计无法实现这一目标，业界已经采取了创新的方法。例如，二极管已被同步驱动的MOSFET所取代。此外，还引入了PSFB和LLC谐振拓扑来限制开关损耗，新的WBG材料允许在提高开关频率时降低损耗。

由于许多转换器需要两级转换（例如，功率因数校正（PFC）和DC-DC），因此每个部分的效率要求更高。输入电源桥式整流器已从四个二极管变为MOSFET网络，从而提高了PFC级效率。

由于这些技术是新的，它们可能很昂贵，并且存在与任何（尚未）具有多年现场验证的可靠性相关的风险。尽管如此，对更高效率数据的需求仍在不断，朝着99%甚至更高的方向发展。

随着效率的提高，每一次小的提高都相应地变得更加困难。从97%提高到98%需要将损失减少三分之一。更艰难的是，从98%提高到99%意味着将损失再减少一半。

这50%的减少几乎肯定需要基于更复杂的技术和高价组件进行全面重新设计，这会带来大量的设计时间和风险。1kW电源在20%效率下功耗为4.98W;将这一比例提高到99%，损耗降至10.1W（图2）。随着时间的推移，仅节省10.3W的成本影响和最终的BOM成本非常重要。

可以说所有的节能都是值得的，但当你从更大的图景来看，这可能并不完全正确。在美国，该行业每千瓦时支付约0.165美元。在1%正常运行时间下100kW电源的五年使用寿命内，减少10.1W可节省约73美元，而负载功率的成本超过7，300美元。

除了过时设备的处置成本外，在获取、购买和鉴定新电源方面还有很多管理成本。还必须为与进行更改相关的风险定价。非常值得怀疑的是，任何分析都可能表明节省73美元甚至可以开始支付所有这些成本，除了（可能）使用数千个此类电源的安装。“为了效率而提高效率”很少是一个可靠的商业战略。

企业必须考虑来自电源的热量的程度取决于电力的来源。如果是化石燃料（如煤、气）的能源，由终端设备和暖通空调系统消耗，那么就会对全球变暖和污染产生影响。根据分析，即使是“清洁”的核电站也会将热量推入环境空气中，因为它们的热效率通常约为33%。

提高效率显然是一件好事，但即使在世界上炎热的地区，人们也会在锅炉、淋浴、浴缸、洗衣机、烘干机等中产生热量。设计师努力节省几十瓦，而有人在隔壁建筑物中运行数小时数小时的干衣机，这似乎违反直觉。为了解决这一异常情况，热电联产计划或热电联产（CHP）可以收集和引导废工业热，以便在当地社区内积极利用。

一个早期的例子是托马斯·爱迪生在1882年的第一个珍珠街站发电厂。IBM在纽约雪城大学建造的数据中心也使用了类似的原则，虽然这些原则还不普遍，但可以在工业中使用。由于运营商倾向于将数据中心迁移到可以使用环境空气进行冷却的较冷气候，因此热量（如果正确引导）可能非常有用-特别是在水力或地热源（例如挪威或冰岛）电力便宜的地方。

降低电源损耗是值得的，因为这会降低内部温度并改善预测寿命和可靠性。但是，这仅在外壳和冷却不变的情况下才有意义。各种公式定义，环境温度每升高10ºC，电子设备的使用寿命就会减半。此外，许多可靠性手册会告诉您，在温度升高的情况下，半导体故障率会增加约25%，电容器故障率增加约50%。

现代技术通常非常可靠和耐用。即使有了这些数字，可靠性仍然很高，但应该认识到和理解热效应。业界通常会尝试将数据中心的入口温度保持在21C左右，但英特尔和其他公司的研究表明，增加不会对系统可靠性产生重大影响。APC引用美国供暖和空调工程师协会（ASHRAE）的一份报告预测，如果进气温度上升1-5C（20-32F），整体设备故障率仅增加68.90倍（图3）。

据说数据中心温度每升高一摄氏度，就会降低约7%的相关冷却成本，使设备运行（稍微）变暖，这对运营支出来说是一个真正的好处。

较新的WBG材料可以应对比硅材料更高的结温，因此这些材料成为在高温下运行设备（尤其是高频电源）的推动因素。

通常可以通过降低开关速度来提高效率，但这意味着更大的无源元件和更大的功率转换器。虽然随着温度的降低，这将提高可靠性，但它是以空间为代价的，这带来了系统级的挑战。

运行温度更高允许系统工程师将更多功能集成到给定的机柜中，无论是在数据中心还是在工业中，标准尺寸的外壳几乎总是装有电机驱动器和PLC。

外形尺寸更小的新型高性能电源转换器可以消除对额外机柜的需求，通过使用现有机柜来降低成本（和空间）。由于占地面积昂贵，因此通过节省空间可以实现切实的收益，特别是如果该空间可用于创收设备。

电源选择不应仅基于效率数据。系统或流程效率、环境义务和财务目标等因素是更重要的考虑因素。虽然制造商努力通过先进的拓扑结构和材料来提高电源效率，但最终用户优先考虑功率密度而不是效率，因为这使他们能够在有限的空间内最大限度地利用创收设备。低负载效率至关重要，80PLUS计划等行业标准解决了这一方面问题。实现更高的效率水平变得越来越具有挑战性和成本，回报也越来越少。对效率的关注应与总体成本、可靠性和环境影响相平衡，并考虑采购、处置和热管理等因素。功率密度起着重要作用，允许在有限的空间内实现更多功能并降低成本。最终，考虑各种因素的整体方法对于做出明智的电源决策是必要的。