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清凉E夏--夏日电源省电、散热漫谈

【原创】 作者:小熊上海_Lucifer

【文章简介】
炎炎夏日,气温屡创新高,是不是有什么节约电源的方法,可以降低一点电费呢 ... (3261 字)

省电大作战

炎炎夏日,气温屡创新高,强力冷气吹拂虽可消去暑意,但随之而来的可观的电费真让人喘不过气来,是不是有什么节约电源的方法,可以降低一点电费呢?

如今,计算机已经成为无可或缺的必需品了,每天都得用它来做文书处理的工作、玩游戏、在线聊天、收发电子邮件、看影片......,如果计算机变的更省电,等于减少了电费支出。那么要怎么做,计算机才会变的更省电呢?

一般来说,主机里面的设备越多,计算机系统越忙碌,所耗费的电力也越多,最节省电力的方法就是不开机,计算机不开机总不会耗电了吧!^_^但是......既然为了省电决定都不开计算机,那其实也不需要买台计算机摆在那了......

如果计算机不开机,但电源线接在通电的插座上,其实仍会一点一滴消耗电力。电源在线约有5.5W ,而且主机中的电源会保持在32 ℃ 左右(以室温 25 ℃ 所量得的电源内部温度),不但浪费电,还提升了机箱内部温度,怎么算都不划算。因此不使用计算机时,最好把电源线的插头拔掉,或者将拖线板的电源关闭,以避免不必要的电力消耗。

替你省电的电源

计算机开机时也可以省电吗?没错,选一个好的电源不但可以降低机箱内部的温度,还可以省下电费喔!

购买计算机时,最容易被忽视的硬设备就是电源,连计算机机箱、鼠标键盘都还会选个顺眼的外型,殊不知电源攸关整个系统的软硬件是否稳定。电源除了负责把交流电(AC)转成直流电(DC)外,电压不稳定时,还可稳定输入电源的电压,才不会降低计算机硬件的寿命。

自从国家规定了3C认证后,现在的电源开始讲究功率因素校正(PFC ,Power Factor Correction)功能,并强调功率因素( PF )值有多少。旧式的电源 PF 值大概都只有 60% 左右,白白浪费了将近一半的电力(等于多浪费钱),如果电源有100W的电力,其实计算机只用了60W,其它40W 都在电源内部消耗掉了。

功率因数表征着电脑电源输出有功功率的能力。

功率是能量的传输率的度量,在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些:即有部分交流电流在负载里循环不传输电能,它称为电抗电流或谐波电流,它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素,功率因素等于实际功率与视在功率的比值。所以交流系统里实际功率等于视在功率乘以功率因素。

即:功率因素=实际功率/视在功率

只有电加热器和灯泡等线性负载的功率因素为1,许多设备的实际功率与视在功率的差值很小,可以忽略不计,而像容性设备如电脑的这种差值则很大、很重要。最近美国PC Magazine 杂志的一项研究表明电脑的典型功率因素为0.65,即视在功率(VA)比实际功率(Watts)大50%!

而且电源消耗掉的电会变成热,升高了电源的温度,亦会造成机箱内部温度提升,加重了散热的负担,关于“功率因素”,详细介绍可见

什么是电脑电源的功率因素(PFC)

简单的来说,功率因素越接近100%的电源,越不会浪费电力,且电源内部不因消耗的热而升高温度,对于机箱内部的温度改善有很大的帮助。

另外,过低的功率因数则会对电网造成负担,过低的功率因素根据上述公式在驱动相同功耗的负载时必会成倍增加交流电流,对于整个电网而言众多用户累积起来的偏移电流与谐波污染将会是巨大的负担。当电网不堪重负,供电电压不稳、波形异常时,再优质的电源也难以保障PC系统的稳定运行,更遑论使用劣质电源了?

主动式PFC与被动式PFC

PFC 又分成主动式(Active )与被动式(Passive)两种,主要是依据控制PFC的组件特性来区分。

被动式( Passive )PFC

被动 PFC 使用被动式组件 , 是在交流电源进线或整流桥与滤波用的 200V 电容之间直接串联电感,同时改造开关电路的校正。PF 值大约在 70~80% 之间,瓦数越大的电源,所需要的被动式 PFC 体积越大。输入的电压大小必须手动切换成 115V 或 230V 。被动式 PFC 的最大好处是 EMI(电磁干扰)较低,而且所需线路简单,生产成本也因此较低。

 

被动式 PFC 组件

主动式( Active )PFC

使用主动式组件,在输入整流桥与滤波用200V电容之间插入一个开关变换器线圈,以控制输入电流的波形跟随电网电压波形,使电源呈现阻性。主动式PFC支持90V~270V的宽范围输入电压(标准是220V)

,PF 值都在 90% 以上,甚至达到 100% ,主动式组件的体积跟重量轻的多,因此打破了电源重的一定比较好的传统观念。

主动式PFC组件

为什么主动式 PFC 优于被动式 PFC?
主动式 PFC 提升功率因素值至 95% 以上,被动式 PFC 约只能改善至 75% 。换句话说,主动式 PFC 比被动式 PFC 能节约更多的能源。
采用主动式 PFC 的电源的重量,较用笨重组件的被动式 PFC 产品要轻巧许多,而产品走向轻薄小是未来 3C 市场必然趋势。
主动式 PFC 的优点
校正效果远优于欧洲的 EN 谐波规范,即便未来规格更趋严格也都能符合规定。
随着 IC 零件需求增加,成本将随之降低。
较无原料短缺的风险。
较被动式专业的解决方案。
能以较低成本带来全域电压的高附加价值。
功率因素接近完美的 100% ,使电力利用率极佳化,对环保有益。
因应未来 CPU 发展趋势,输出瓦特数 ( 电力 ) 要求将越高,主动式 PFC 因成本不随输出瓦特数增加而上升,故拥有较好竞争力。
被动式 PFC 的缺点:
当欧洲 EN 的谐波规范越来越严格时,电感量产的质量需提升,而生产难度将提高。
沉重重量增加电源在运输过程损坏的风险。
原料短缺的风险较高。
如电源内部结构固定的不正确,容易产生震动噪音。
当电源输出超过 300 瓦以上,被动式 PFC 在材料成本及产品性能表现上将越不具竞争力。

有无 PFC 怎么看?

PFC 分成主动式与被动式两种,到底要如何分辨呢?一般来说,没有手动切换电压,且注明支持宽幅电压的电源,一定是使用主动式 PFC 。

清楚标明为主动式PFC的电源

拥有手动切换电压的不一定使用被动式 PFC ,也可能是没有 PFC 的电源,这两者之间不易辨认,只能靠厂商的说明书与外盒辨识。电源里密密麻麻的电路设计,没有电路图便无法知道每个组件的功用,如果厂商的标示含糊不明,消费者只能自求多福了。

如何达到低噪音?

电源的噪音主要来自于风扇,转速越高的风扇,所产生的噪音也越高。电源常常为了让散热效果更佳,使用两个以上的风扇,所带来的噪音相对提高。厂商一动脑筋,就动到风扇的位置、大小,散热孔上了。

具有主动式PFC特性的电源,因为使用主动组件,所以效率比较好,消耗的热较少,内部温度也较低,因此可把散热风扇的转速降低,却仍有不错的效果,风扇使用低转速,自然把降低噪音了。

而有些电源将底部进气风扇改成 12cm 的大风扇,散热面积变大了,效果比8cm的风扇还要好,所以可以把风扇转速稍稍降低,转速降低了,噪音自然也减小了。

8cm底部风扇

12cm底部风扇

有些电源将排气风扇拿掉,电源后部的开孔呈蜂窝状,即能保证空气的正常流通,又能很好地防止电磁辐射的外泄。

蜂窝状排气孔

电源上还有许多的散热孔,在适当的位置打孔,有助于电源的散热,并可降低风阻所造成的噪音,但过多的散热孔与风扇,极可能造成机箱内部的乱流,该排出去余热流在机箱内部打转,反而造成反效果。

电源上的散热孔,各家都不同

前后双风扇的电源目前在市面上几乎已经见不到了,反而改采底部风扇的电源比较常见。根据 AMD热能工程师测试结果显示,电源底端的进气口可提供充分的气流,让 CPU 达到最佳冷却的效果。

 

前后双风扇的电源,目前市面上较为少见

前后双风扇气流流向图

底端进气气流流向图

风扇温控

刚刚说过,电源的噪音最主要是来自于风扇,降低风扇转速便可降低噪音,但是转速降低散热效果也会变差,要如何取舍呢?这种小事不需要消费者费心,厂商现在都在电源内部加装温度控制电路板与感应器,随时侦测内部温度,一但温度升高了,就提高风扇的转速;相反地,内部温度相对比较低时,自动降低风扇的转速,降低了噪音,也可省电。

后记

笔者写这篇文章的用意在于想从省电、散热等夏日计算机用户普遍关心的角度谈一下电源,当然我们衡量电源的优劣是决不可从这几个简单的方面来衡量的,这方面的文章,读者可以参考小熊以前的文章万里长城、动力先锋——电脑电源横测,小编偶这里就不骗字数了。

不过,炎炎夏日,我们需要的是一个“环保”的电源,但愿这篇拙文能带给大家一些启发。

2004年07月21日01:16 于上海

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