[閒聊] 關於電源你可以知道的幾個點
1.平均功耗與瞬時功耗是什麼?
前一陣子高階顯卡對於電源的要求提高,出現了瞬時功耗(瞬間功耗)的概念
https://i.imgur.com/e95FFGS.jpg

(圖一)如上面表格,Intel在新的ATX V3.0規格內,針對12VHPWR電源接頭(另一個常見稱
呼是PCIe 5.0電源接頭)導入瞬時功耗的規格要求,電源供應器必須要能扛住短時間內的
超額輸出,100%下要求無限時間連續輸出這是一定的,450W含以下的電源,110%負荷要能
扛100ms,135%要能扛10ms,145%要能扛1ms,150%要能扛0.1ms。而超過450W且具備
12VHPWR電源接頭的電源,120%負荷要能扛100ms,160%要能扛10ms,180%要能扛1ms,
200%要能扛0.1ms。200%扛0.1ms是怎樣的概念呢?就是1000W的電源要能承受0.1ms的2000W
瞬時負載,這對電源的設計及容許額度的要求都比前一版的ATX規範要高出許多,如果沒
辦法扛住這瞬時功耗,輕則當機或直接關機,重則電源直接掛蛋
一般家用常見的功率測量儀器(變電家/附帶功率顯示的延長線/智慧延長線等),因為測量
更新速度不快(通常0.5秒更新一次),無法反映出這個以毫秒為單位的瞬時功耗,通常要搭
配比較高階的測試裝備才能測量到,換句話說,這些家用功率測量儀器顯示的功率,是電
源供應器已經承受完瞬時功耗後的平均功耗值,這個平均功耗值可以當成電腦配備於高負
荷運作狀態下的平均耗電參考(計算電費等),但是不能當成裝置啟動瞬間的耗電參考,也
許一個裝置於高負荷運作狀態下的平均耗電是200W,但啟動瞬間耗電通常不只200W,所以
廠商一般會推薦使用輸出能力較大的電源,使其可以滿足啟動瞬間耗電需求,避免翻車
但講到瞬時功耗,並不一定是輸出越大的電源可以承受越大的瞬時功耗,如前面所談,電
源的設計(對暫態響應能力)及容許額度(元件是否能承受)是重點,普遍來說大瓦數的電源
會採用較高規格的元件,或是針對暫態響應去強化,但如果設計不良,無法處理瞬時功耗
,即使大瓦數也是會翻車,所以選擇時並不是只看瓦數,也要把電源本體素質一併參考進
去,才能真正避免翻車
2.大瓦數電源到底有沒有比較耗電?
常常有人以為,同樣的配備,用了高瓦數的電源,會比低瓦數的電源消耗更多的電力,首
先,電源供應器實際交流耗電,是配備的直流耗電除以當下的轉換效率,不會用了多大的
電源就隨時在消耗多大的電力。那同樣耗電的配備,使用高瓦數電源真的會比低瓦數電源
來得高嗎?這要從電源轉換效率曲線去探討
https://i.imgur.com/NjWfMWW.jpg

(圖二)上面是一款白金認證電源供應器的轉換效率,可以看到輸出46%時有最好的轉換效
率92.8%,也就是說如果電腦的耗電量落在這個區間附近,會最省電,同時電源轉換效率
高也可以降低廢熱產生。同時我們也可以看到,在輸出小於11%的區間,轉換效率只有不
到90%,輸出百分比越低,效率越差,這個稱作”輕載區間”,如果電腦耗電量都只能在
輕載區間徘徊,那這個電源就無法表現最佳轉換效率,即使用到白金牌,結果效率卻只有
到金牌甚至銅牌的水準。目前因為電腦在閒置與運作的耗電量差異越來越大,電源廠商也
在努力提升10%至50%區間的轉換效率表現,甚至強化低於10%的轉換效率以符合鈦金認證
要求(鈦金認證下10%也要具備90%的轉換效率)。所以說,依照電腦配備的功耗區間,選擇
適當瓦數及轉換效率曲線的電源供應器,就能決定是會更省電還是更耗電
3.110V/220V輸入的迷思?
台灣110V家用插座最大容許電流15A,也就是容量最大1650VA,大功率電器如冷氣、電熱
水器、廚房大型烤箱/IH加熱爐等,都要接220V供電,這是因為相同功率的電器,接上
220V時,線電流只有接上110V時的一半,電流減半以後,可降低插座容許電流的要求,同
時降低大電流流過電線、插頭、插座的損失。因為電線/插頭/插座會帶有阻抗,電流流過
以後會在上面產生電流平方乘以阻抗值的功率損失,這些功率損失同時也會造成發熱。現
在家用電腦電源功率越來越大,是否未來也有改用220V供電的需求呢?其實對於目前帶有
主動功率因數修正(APFC)的電源供應器來說,輸入電壓越高,轉換效率的確會越好
https://i.imgur.com/8jsjKOD.jpg

(圖三)上圖是一款白金認證電源供應器於110V輸入(藍線)及220V輸入(紅線)的
10%/20%/50%/100%轉換效率表現,從曲線可以看到,輸出功率越高,轉換效率差異越大。
這是為什麼呢?因為帶有主動功率因數修正(APFC)的電源供應器,交流輸入電源後,經過
整流會進入APFC,APFC透過升壓(Boost)方式,降低電流波形的總諧波失真率(THD%)以提
高功率因數,但是APFC在處理過程中會因為升壓造成轉換效率損失,輸出越大損失也越大
。當提高輸入交流電壓時,因為APFC輸入及輸出的電壓差縮小了,升壓造成的轉換效率損
失也可以降低,讓電源供應器的整體轉換效率可以獲得提升,對於大輸出功率電源,改用
220V供電會比低輸出功率電源要有更好的轉換效率改善。另外80PLUS目前也有230V EU認
證版本,會在標誌下加上230V EU字樣,比起115V同顏色認證,轉換效率又高一個等級(例
如80PLUS GOLD 230V EU轉換效率等級其實等同於80PLUS PLATINUM 115V)
但是改用220V供電,其實有很多要注意的地方,必須要在房間內設置一個220V專用插座,
不可與110V的2孔/3孔插座相同,避免其他110V電器去誤插導致故障燒壞,同時也要做好
接地,避免漏電時造成人身安全危害
以上報告完畢,謝謝收看
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Intel ATX 3.0其實有提到Duty Cycle,瞬時功耗越高時,Duty Cycle越小
這時瞬時負載就像一個尖峰一樣,電源只要能挺過這個尖峰就好
而且也有提到"電容性負載",電源與板卡的電容也可在此時瞬間釋放儲存的能量
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