什么是80 PLUS,金牌換鈦金電源能回本嗎?
我終于找到了專欄投稿的入口。本文搬運自本人網站fcpowerup.com/80plus/
80 PLUS認證是由Ecos consulting組織(現(xiàn)Plug load solutions)和美國EPRI電力研究所推行的旨在推廣高效率節(jié)能電源的創(chuàng)新性獎勵計劃。為鼓勵系統(tǒng)廠商采用新型節(jié)能電源,針對轉換效率和功率因數(shù)達到認證要求的整機或者服務器,每銷售一臺給予一定金額的獎勵,以彌補高效率電源增加的生產成本。該獎勵計劃得到了以電力公司為代表的企業(yè)組織的贊助。
以上這一段是我根據(jù)最近這些年各方考證修正得來的結果。和常見的家用電器的“中國能效標識”一樣,“80 PLUS”認證是一項關于能源的效率認證。

在一些80 PLUS的介紹中會提到此項認證是由美國能源署牽頭,實際上80 PLUS應該是由Ecos
consulting和美國EPRI電力研究所合作推廣的認證。
EPRI電力研究所是1965年北美大停電之后由Chauncey Starr博士應美國國會的要求成立的一個獨立的研發(fā)組織,以支持電力部門應對其技術和運營挑戰(zhàn),其成員大多數(shù)是電力公司。所以此項認證本質上是一項降低電網負荷的節(jié)能認證,得到了電力公司的贊助再正常不過,認證要求的一些和用戶打不著關系的參數(shù),比如PF值,也說得通了。
令人覺得意外的是,零售電源廠商并沒有得到80 PLUS的補貼,整機和服務器廠商是否得到補貼也取決于該州的電力公司是否有該項計劃的支持。美國大概只有一半不到的州有獎金。
好了,關于80 PLUS認證,如果要深度地介紹,不能只講認證的內容,后面開始從理論部分講起。
目錄
0、前言
1、基本理論
1-1、功耗的產生
1-2、轉換效率
1-3、有功功率、視在功率和功率因數(shù)
1-4、PFC功率因數(shù)校正電路
1-5、全球各國交流電電壓
2、正片!80 PLUS詳解
2-1、80 PLUS認證分類
2-2、80 PLUS測試要求、證書內容解讀
2-3、80 PLUS 是不是真的省電,能省多少電費?
2-4、1000W金牌電源跟350W銅牌電源哪個更省電
2-5、80 PLUS認證發(fā)展歷程
3、80 PLUS科普的進階內容
3-1、不同80 PLUS效率級別電源發(fā)熱差異
3-2、主電容壽命與阿雷尼厄斯10度法則
4、市場分析
4-1、80 PLUS電源的市場銷量分布
4-2、偽造的80 PLUS認證
5、總結
?
1、基本理論
理論部分枯燥、晦澀而且比較長。
大部分講解80 PLUS的科普都沒有介紹基礎知識點,導致一些應該成為常識的知識點未能被人們所知。長期下來,就出現(xiàn)了一些諸如“500W的電源是不是接上電就消耗500W的功率”、“1000W的金牌電源跟350W的銅牌電源哪個更省電”這樣的“千古難題”。
在介紹80 PLUS認證之前,有一些需要間接被人們理解的知識點,比如功耗的產生、轉換效率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、PFC、世界各國標準交流電電壓、甚至是插座類型等等。
?
1-1、功耗的產生
電腦的CPU和GPU等大規(guī)模芯片的電能消耗占了整臺電腦的絕大部分,消耗電能的功率稱之為功耗(Power)。之前我已經在文章『不看可能會翻車,顯卡瞬時功耗及電源重啟之謎』里講過,CPU、GPU等芯片的功耗公式為:
Power = ∑(P_dynamic + P_static) = ∑(CV2αf + V*I_dq)
只要我們的電腦通電并開始運轉,在這個過程中芯片的門電路不斷翻轉,完成運算的同時會將電能轉換為熱能。這種幾乎把所有電能轉換為熱能的電路是符合歐姆定律的純電阻電路,功耗的大小,由芯片的工藝、工作電壓、工作頻率和使用率所決定。電腦消耗多少電跟買的什么型號CPU、顯卡以及它們的工作狀態(tài)相關。
在我們買電腦的時候就已經確定了它的功耗上限,我們怎么用這臺電腦,決定了它的功耗下限。
?
1-2、轉換效率
電腦上用的電源,僅是一個能量搬運和變換裝置。電源工作在開關模式下,通過開關器件、磁性元件、整流器的工作,將交流電轉換為直流電,并且根據(jù)負載調節(jié)輸出能量,電腦的配件需要多少的電量,在不超載的前提下,它會盡可能搬運以滿足配件的需求。
由于電路中的元器件和線路存在電阻,對電源這樣的能量搬運裝置而言在能量的搬運過程中會有一部分能量轉化為熱量損耗掉。PC電源的直流輸出功率(Pdc)與交流輸入功率(Pac)之比即為轉換效率,它是衡量電源性能的主要參數(shù)之一。計算公式為:
轉換效率 Eff = Pdc/Pac
我們引用80 PLUS文檔中的例子來介紹這一參數(shù)。
這是一款沒有80 PLUS認證的電源,它的效率是未知的,為了要在DC直流端輸出100W,AC端需要輸入143W,其中的43W是損耗功率,轉換為熱量。計算可得它的轉換效率約為70%。

另外一款通過80 PLUS認證的電源,假設它的轉換效率為80%,當DC端輸出100W時,AC端需要輸入125W,有25W為損耗功率,比上面的例子減少18W熱損耗功率??梢砸姷酶咝实碾娫丛诮档蛽p耗方面有優(yōu)勢。

以上的143W或125W的輸入功率的數(shù)值跟我們的電費息息相關,比100W多出來這部分,是電源的損耗,效率越高的電源,損耗就越小。
電腦的配置一旦確定,效率越高的電源,輸入功率會越低,也就是越省電。我們總是希望能把損耗降到最低,利用率最大化。
?
1-3、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)
有功功率(Active Power):在交流電路中,消耗在電阻元件上、不可逆轉換的那部分功率(如轉變?yōu)闊崮?、光能或機械能),我們稱之為有功功率,以P表示,單位W。
在我們本次所講的電源內容中,有功功率指的就是電源本身消耗的總功率,也就是上面例子說的143W和125W。
無功功率(Reactive Power):用于電路內維持電場和磁場的電功率稱之為無功功率,以Q表示,單位var,這部分功率往返于供電電路和負載之間,不轉換為其他形式的能量。
對電路而言,無功功率是不可或缺的,比如變壓器、電動機等需要通過建立交變磁場才能進行能量轉換和傳遞。另外一方面,無功功率也帶來了一定的不良影響,比如不可避免要占據(jù)電網設備的容量,占比過大時會造成線損增加、電壓電能損耗。
視在功率(Apparent?Power):交流電源所能提供的總功率,稱之為視在功率,以S表示,單位VA,在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。?視在功率包括有功功率和無功功率兩部分。視在功率不是普通消費者需要關心的參數(shù),但卻是電力公司關心的參數(shù)。
視在功率S、有功功率P及無功功率Q之間的關系可以用下圖的直角功率三角形來表示,兩直角邊分別為有功功率P及無功功率Q,斜邊為視在功率S。S與P之間的夾角Ф為功率因數(shù)角,它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差。

功率因數(shù)(Power Factor):電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù),用符號cosΦ表示。在數(shù)值上,功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值。
打個比方,例子1寄快遞:
快遞箱子就是無功功率,快遞所寄的物品是有功功率,寄快遞必須要有快遞箱子,但是快遞箱子會占用空間和重量,我們總是希望能把包裝盡可能減少來降低運費。
例子2,啤酒和泡沫:
一杯啤酒,啤酒部分即是有功功率,泡沫是無功功率,而整一杯則是視在功率。沒有泡沫的啤酒能喝嗎?懂得倒酒技巧可以盡可能讓杯子里的泡沫減少,從而品嘗到更多啤酒。

在電網的運行中,功率因數(shù)反映了視在功率的利用率,電力公司總是希望功率因數(shù)盡可能大,無功功率盡可能小,這樣大部分的視在功率可以作為有功功率,從而提高電能的輸送效率。
1-4、PFC功率因數(shù)校正電路
為了解決供電的電壓和電流不同相位的問題,同時,更重要的是解決因容性負載導致電流波形嚴重畸變而產生的電磁干擾(EMl)和電磁兼容(EMC)問題,PFC功率因數(shù)校正電路(Power Factor Correction)被引入到電源中。
GB 17625.1—2003/IEC 61000-3-2標準中規(guī)定功率75W至600W之間每相輸入耗費電流≤16A的D類設備,例如個人計算機、顯示器都要符合相關的諧波電流限制,降低對電網的諧波污染和干擾,否則在國內就拿不到CCC認證。
CCC認證全稱是“China Compulsory Certification”(中國強制性產品認證制度),整合了之前的國家安全認證(CCEE)、進口安全質量許可制度(CCIB)和中國電磁兼容認證(EMC)。按照最新的中國CCC強制性產品認證目錄的第九大類第7子類“計算機內置電源及電源適配器充電器”要求,功率處于范圍內的PC電源必須申請到CCC認證,拿不到CCC認證就沒法在中國市場銷售。
PFC電路中又分為主動PFC(APFC)和被動PFC(PPFC),主動PFC電路相對復雜,主要由開關管、升壓電感、電容和控制電路組成(下圖),功率因數(shù)可以接近1。

被動PFC相對簡單,就是一個大電感,采用電感補償?shù)姆椒▉頊p少交流輸入的基波電流與電壓的相位差從而提高功率因數(shù),結構上采用銅線繞制硅鋼片再包袱絕緣膠紙,成本低廉,功率因數(shù)只能到0.7-0.8。直到9012年,我們都能在網上看到用水泥塊假裝被動PFC電感的電源。

?
1-5、全球交流電標準電壓
當目前世界的終端交流電壓大都呈現(xiàn)100~127V、200~240V兩檔,這是一個歷史遺留問題。就像鐵軌的寬度是由馬屁股寬度決定的,并且影響航空火箭的直徑。誰能想到愛迪生(Thomas Edison)的燈泡限制了海盜船AX1600i的最大輸出功率呢?
電力系統(tǒng)應用初期的主要用電設備是燈泡。1879年,愛迪生發(fā)明的第一只商用耐用碳絲燈泡在100V下發(fā)光效率高、工作穩(wěn)定,愛迪生欽定了100V直流電壓。
1882年,愛迪生在紐約建造世界第一座商業(yè)化供電系統(tǒng)珍珠街發(fā)電站(Pearl Street Station),該發(fā)電站采用110V直流輸電,給曼哈頓中心的800個燈泡供電(下圖引用自通用電氣官網https://www.ge.com/cn/company/history/1878-1904)。那時候愛迪生創(chuàng)立的愛迪生電燈公司還沒有和湯姆森-休斯頓電氣公司合并成通用電氣公司。

1893年在芝加哥舉辦的“紀念發(fā)現(xiàn)新大陸400周年”世界博覽會上,西屋公司(Westinghouse)用特斯拉(Nikola Tesla)的交流電系統(tǒng)點亮了18萬只電燈。由于在長距離傳輸中擁有低損耗的優(yōu)勢,交流電系統(tǒng)逐漸被廣泛采用,電流大戰(zhàn)以特斯拉代表的交流電一方勝出。
供電的頻率問題也是交流輸電早期要解決的重要問題。西屋公司實驗了不同頻率的正弦交流電,發(fā)現(xiàn)照明設備在低頻率交流電環(huán)境中容易閃爍,過高的頻率也會降低電力傳輸?shù)男?,最終西屋公司將交流電頻率確定為60Hz。
1899年,美國電氣工程師協(xié)會(AIEE)的會員向委員會提交的有關電氣方面的標準報告中,在直流和交流的低電壓電路中,110V/220V是被推薦的終端電壓。直到當代,美國聯(lián)邦電力法標準供電規(guī)范(ANSI C84-la-1980)中規(guī)定民用家庭終端使用120V電壓,由于有線路損耗,到家庭終端時電壓可能會在110伏左右。
歐洲地區(qū)的輸電系統(tǒng)發(fā)展要稍晚于美國,當時在歐洲處于壟斷地位的德國AEG公司為了便于計算,選擇將供電頻率調整為50Hz,但同時AEG公司也發(fā)現(xiàn)110V電壓較低,傳輸相同功率時電流翻倍,電網傳輸損耗較大,也需要用更多的銅材。于是將電壓規(guī)格改為220V,歐洲國家就形成了220V/50Hz的交流電壓標準。

隨后世界其他國家和地區(qū)也都分別效仿美國、歐洲,以這兩個電壓、頻率作為各自的交流電終端電壓。
日本是一個特殊的例子,電壓、插座參照了美國標準,終端電壓的配線采用單相3線100V/200V,其中100V是主要的照明和插座用電,200V是供空調、烤箱使用的動力用電。但頻率方面則是兩種標準并存,1896年,東京電燈公司從德國AEG公司訂購了6臺265kW、50Hz發(fā)電機。1897年,大阪電燈公司從美國GE公司訂購了5臺150kW、60Hz發(fā)電機。時至今日,日本仍采用兩種供電頻率,以靜岡縣富士山和新瀉縣的絲魚川市為界,東部比如東京使用50Hz,西部比如大阪使用60Hz。

中國大陸的電壓和頻率標準同樣也是由電力工業(yè)基礎較好的國家和地區(qū)引進,由于歷史因素,電壓、頻率繁多。1890年(光緒十六年)上海開始使用白熾燈的時候電壓是100V。1901年(光緒二十七年),上海公共租界開始日夜供電,電壓改為200V。1913年,上海法商電車電燈公司改成交流單相110V,三相190V。
1928年7月16日,上海的燈泡制造商亞浦耳公司向上海社會局公用局呈文,建議規(guī)定220V和50Hz作為中國標準電壓和標準頻率,從此有了中國第一個終端電壓頻率標準。
可以發(fā)現(xiàn),供電電壓和頻率的選擇不外乎由技術、資源和社會影響力等因素決定。目前世界的終端交流電壓呈現(xiàn)100~127V、200~240V兩檔,我們很難讓一方向另外一方傾斜,或者評判孰優(yōu)孰劣。所以80 PLUS的認證,也根據(jù)輸入電壓的不同分成了115V和230V的不同認證,不過原始的80 PLUS認證僅在115V下進行。
回到小節(jié)開頭提到的內容,“愛迪生的電燈限制了海盜船AX1600i的輸出功率”,是由于AX1600i的C20 AC插座支持最大16A的輸入電流,在100V的地區(qū)就只能夠輸出100V x 16A = 1600W,這都是安規(guī)方面的限制,美版的AX1600i的標簽也寫著1600W 115~240V、1300W 100-115V,安規(guī)方面的一些限制如果往前溯源為什么用100V,就會找到愛迪生的電燈。
?
2、正片!80 PLUS詳解
?
2-1、80 PLUS認證分類
上面講完了功率的產生、轉換效率、功率因數(shù)、交流電電壓標準之后,開始講80 PLUS認證的內容和要求就很順暢了,就是在限制的交流輸入電壓、輸出功率條件下對轉換效率和功率因數(shù)有所要求。
認證分兩檔電壓、分不同的用途共4種不同大類的認證,分別為:

115V Internal:主要針對桌面電腦、工作站和服務器使用的非冗余電源。截至本文發(fā)布時也就是2019年12月18日時有6978款認證,也是最常見的認證。
230V Internal:主要是針對服務器、數(shù)據(jù)中心的冗余電源,有1605款。認證logo和115V Internal認證沒區(qū)別,但是不會出現(xiàn)在零售市場。
115V Industrial:主要針對工業(yè)級電源,可以是任何物理格式(嵌入式,封裝式,開放式框架,機架式,DIN安裝式),目前僅4款。
230V EU Internal:從命名可以猜出來是給使用230V電壓的歐洲區(qū)的認證,562款,是零售市場上可以見到的僅次于115V Internal認證的電源。
?
2-2、80 PLUS測試要求、證書內容解讀
除了轉換效率和功率因數(shù),對于其他電源的電氣性能,80 PLUS認證沒有要求,沒有要求測試溫度,默認是在室溫下進行測試。
80 PLUS認證要求主要是在電源輸出10%、20%、50%和100%額定功率時對轉換效率和功率因數(shù)(PF值)有所要求,轉換效率和功率因數(shù)達到對應的等級要求,就可以獲得對應的效率等級這真是太簡單了。具體的要求見下表:


電源的出線方式、線材長度、工作溫度、風扇轉速、電壓負載調整率、超載輸出、輸出紋波電壓、交叉負載、浪涌電流、保持時間、開機電壓波形、動態(tài)性能、顯卡兼容性,80 PLUS認證統(tǒng)統(tǒng)沒有測,反過來極電魔方除了80 PLUS認證的4個檔的效率,這些項目統(tǒng)統(tǒng)都測了哦,不對,80 PLUS驗證項目都已經被我砍掉了。
從plugloadsolutions官網80plus.org可以下載到電源的認證證書,以海盜船AX1600i為例,證書內容如下:
分別記錄了以下內容:
測試日期和送測樣機信息;
-電源的輸入輸出額定規(guī)格;
-一張送測樣機照片;
-輸入電流、電壓波形;
-測試負載設定和包含了輸入電流RMS值、PF值、諧波電流總畸變率(ITHD)、輸出負載比例、AC輸入功率,各路輸出電壓、各路輸出電流、DC輸出功率和轉換效率;
-輸入、輸出功率對比圖表;
-輸出效率曲線;

?
2-3、80 PLUS 是不是真的省電,能省多少電費?
我們按下表的典型負載也就是50%來算,白牌、銅牌、銀牌、金牌、白金牌、鈦金牌的效率分別是80%、85%、88%、90%、92%、94%,從白牌到鈦金牌,兩兩之間的效率差值分別是5%、3%、2%、2%、2%。

把現(xiàn)在基本不怎么賣的銀牌踢出群,比較典型的效率差值是:
白牌到銅牌,差值5%;
銅牌到金牌,差值5%;
銅牌到白金,差值7%;
銅牌到鈦金,差值9%;
金牌到白金,差值2%;
金牌到鈦金,差值4%;
白金到鈦金,差值2%;
那么作為用戶,如果換了不同效率等級的電源會省下多少電費呢?以當前主流的瓦數(shù)650W每天半載使用10個小時,套上80 PLUS 230V EU認證里的效率進行計算(套上230V EU認證是因為通過115V認證的電源在230V下工作效率會提高約2~3%),可得到下表:

如果是白牌換到銅牌,一個月的電費差值的收益是一瓶500mL可口可樂,再換下去收益會遞減。但是考慮到一個電源的服役周期會比較長,以當前普遍的5年質保來算,可得電費差價為:

以使用5年計算,銅牌換到鈦金在電費上的收益是最高的,銅牌換白金次之,銅牌換金牌位居第三。但是這個電費收益差值就要比電源的零售價差值小得多,除非是每天電腦開機時間長、電腦功耗高、準備用上10年才能賺回差價,至于其他方面的比如更好的噪音控制、更好的性能,那也是買更高效率等級所帶來的附加值。
?
2-4、1000W金牌電源跟350W銅牌電源哪個更省電
電源的效率曲線是一條拋物線,在輕載階段效率相對較低,半載左右效率最高,滿載階段效率逐漸下降。下圖是一張教科書一般的效率曲線:

從極電魔方FCP Mark數(shù)據(jù)庫顯示的數(shù)據(jù)可以答復“1000W金牌電源跟350W銅牌電源哪個更省電”這個問題。
1000W金牌電源以EVGA 1000G3為樣本,350W銅牌電源以臺達NX350為樣本。
其中30W~100W負載段的平均效率,EVGA 1000G3為83.68%,臺達NX350為84.09%
100W~滿載階段的平均效率,EVGA 1000G3為91.96%,臺達NX350為86.92%。

在30W~100W輕載階段,小瓦數(shù)銅牌電源不一定比高瓦數(shù)金牌電源效率低,所以這個階段350W銅牌電源省電,100W~滿載階段1000W金牌電源效率更高更省電。
?
2-5、80 PLUS認證發(fā)展歷程

Ecos Consulting和EPRI為臺式機電腦的內置多路電源開發(fā)效率測試協(xié)議。
2004年3月,80 PLUS的想法在ACEEE市場轉型研討會上被提出。
2005年2月, 第一款通過80 PLUS認證的電源為海韻(SeaSonic)SS400HT。
2006年,Energy Star能源之星在即將發(fā)布的Energy Star 4.0計算機規(guī)格(自2007年7月生效)中增加了80 PLUS要求。
2006年11月和2006年2月,惠普和戴爾認加入80 PLUS認證。
2008年Q1 ,修訂了標準,在白牌的基礎上增加了銅牌、銀牌、金牌級別認證。
2008年6月,戴爾服務器電源拿到首個80 PLUS金牌認證。
2009年10月,增加白金(Platinum)等級認證。
2011年8月 ,增加鈦金(Titanium)等級認證。
2012年2月,戴爾和臺達實現(xiàn)了第一款80 PLUS Titanium服務器電源。

2015年4月份,Ecos Consulting推出了230V EU Internal認證,增加了在230Vac下的認證項目,認證針對的產品同樣是桌面級電源、工作站電源和服務器電源。由于在更高的電壓下進行測試,測得的效率一般會略高一些,大概在2~3%,所以Ecos Consulting緊接著修改了認證效率需求,認證的效率要求整體都有了提升,甚至認證難度不亞于115V Internal認證,導致在230V EU Internal認證推出一年多之后,通過認證的電源數(shù)量僅有100款出頭。在經過了4年半的時間之后,認證數(shù)量為562款。
2017年6月,80 PLUS得到制定游戲規(guī)則的Intel的認可,加入Intel Desktop Platform Form Factors Power Supply Design Guide (Intel PSU DG) 1.4。

?
3、80 PLUS科普的進階內容
?
好了,以上關于基礎理論、80 PLUS認證的內容,消費者關心的“省多少電,買高效率電源能不能回本”等問題我都分別進行了介紹。
如果說不同效率級別的電源除了效率以外毫無差別,這種評價就有些片面。以往我寫到第二章可能就會停下來,不過近年來對行業(yè)的了解和對產品的測試積累了不少信息,得以支持我繼續(xù)寫進階內容。
?
3-1、不同80 PLUS效率級別電源發(fā)熱差異
80 PLUS認證促使行業(yè)近十幾年不斷研發(fā)新電源,普遍的趨勢是借助新一代的器件和技術,打造出更高效率、整體性能更均衡的電源。十年前市面上金牌電源寥寥無幾,到了今天,金牌電源已經是主流產品。鈦金牌的電源目前仍然是各個廠家研發(fā)部門集中研發(fā)資源、花費大量心血打造的項目,所以整體性能都比較強,幾乎沒有一顆是弱的。
不同80 PLUS效率級別之間的最容易體現(xiàn)出來的差異還是在轉換效率,從FCP Mark就可以看出金牌的電源效率比銅牌明顯高出一截,而鈦金牌的電源也明顯比白金牌高出一個臺階。

轉換效率表現(xiàn)出來的差異體現(xiàn)在電源的發(fā)熱上,以一顆650W鈦金牌和一顆650W金牌電源為例:
650W鈦金牌電源230V下滿載時實測效率約94%,AC輸入功率705W,損耗功率約54.9W;
650W金牌電源在230V下滿載時實測效率約90%,AC輸入功率718W,損耗功率約68.5W;
兩者的損耗功率差值13.6W,這部分差值最終以發(fā)熱的差異體現(xiàn)出來,下圖為兩者的熱成像圖,校準了參考坐標軸;
方框1是常見的電源最高發(fā)熱區(qū)域——主PWM、主變壓器和12VSR區(qū)域,650W鈦金最高溫度64.3℃,650W金牌最高溫度95.5℃。
方框2為主電容區(qū)域,鈦金電源平均溫度35.6℃,金牌電源平均溫度43.7℃,精確測量之后發(fā)現(xiàn),兩者差異大概在5~8℃之間。
方框3是電源內部整體,鈦金電源的平均溫度在40℃左右,金牌電源的平均溫度在50℃左右,差距在10℃。如果電源的額定功率較大,溫差也會進一步拉大。
?

兩顆電源在測試時室溫一致,同時不可避免地有一些差異的因素,比如650W鈦金的這顆電源的12VSR區(qū)域散熱片更大,兩者風扇轉速也有差異,650W鈦金在650RPM左右,650W金牌的風扇轉速在950RPM左右。
標準ATX電源的容積都差不多,從長期的評測積累下來的數(shù)據(jù)分析有這樣的規(guī)律,輸出功率越高,損耗越大,電源內部溫度越高。如果要降低電源溫度,就要使用更多的散熱片或者提高散熱風扇的轉速,增加風量把積熱排出。
效率高的電源,損耗功率小,所以發(fā)熱相對小,故而散熱片的用量,風扇轉速都可以下調,換來更安靜的表現(xiàn)。
?
3-2、主電容壽命與阿雷尼厄斯10度法則
從上面的熱成像圖可以知道,電源在工作時有部分元器件的溫度會直接破百攝氏度,不過沒關系,大多數(shù)晶體管的工作溫度(耐溫值)都可以達到125℃,一部分規(guī)格較高的可以到150℃甚至更高。干式主變壓器所用絕緣材料的耐熱等級也往往在一百多攝氏度。
反正我們也不會用手摸,管他燒到一兩百度。
電源長期使用下來,最容易老化的元器件是電容,在電源使用環(huán)境較為惡劣或者保存不當?shù)那闆r下,主電容的容量會首先衰減。高溫的使用環(huán)境也會影響主電容的壽命。主電容的容量下降會導致輸出功率不足、保持時間不足、輸出紋波增大。輸出濾波電容的容量下降同樣會導致ESR增大,最終輸出紋波也會增大。
電容的壽命和溫度關系遵循“阿雷尼厄斯10度法則”,即溫度上升10℃,壽命減半。
常見的鋁電解電容的壽命一般受電解液通過封口部向外蒸發(fā)現(xiàn)象的影響,表現(xiàn)為靜電容量的減少、損失角正切值的增大。導電性高分子固體鋁電解電容器,也就是常說的固態(tài)電容,它的壽命主要受氧氣通過封口部從外部進入電容器內部而導致的導電性高分子的氧化老化、或者由環(huán)境溫度或自發(fā)熱導致的導電性高分子的熱老化影響,表現(xiàn)為損失角正切值和ESR的增大。氧氣的滲透速度像電解液的蒸發(fā)一樣同樣依存于溫度——引用自Nippon Chemi-con公司『導電性高分子固體鋁電解電容器的壽命推算』。
這些內容交給電源廠家的研發(fā)團隊來把控即可,理論上效率高的電源發(fā)熱量得以降低,元器件的失效率降低,應該可以具備更高的使用壽命。不過話說回來,決定電源的整體失效率的因素不止發(fā)熱一項,那些內容在電子設備可靠性預計手冊里可以查閱,限于篇幅,這里不展開講。
順便提一下,在極電魔方的電源評測中,熱成像儀每次都會照顧主電容的溫度。
?
4、市場分析
4-1、80 PLUS電源的市場銷量分布
這里引用了『京東機電品牌商大會數(shù)據(jù)報告部分資料』,數(shù)據(jù)是17Q1到19Q2,一共10個季度的數(shù)據(jù),很有代表性。
可以看出有接近一半的買家不care任何80 PLUS效率級別,不帶80 PLUS認證的產品往往單價較低,應該是對價格極度敏感的用戶,只有一半選擇了帶80 PLUS認證的產品。

而在80 PLUS認證的產品中,購買白牌的用戶數(shù)量呈整體下滑趨勢,銅牌和金牌占了主要的市場份額,呈現(xiàn)上升趨勢,金牌連續(xù)10個季度都在增長,白金牌的購買用戶大約只占1%比重,鈦金牌部分幾乎可以忽略不計??梢娫诮洕试S的情況下,消費者傾向于購買80 PLUS效率級別更高的產品,無奈受限于單價,絕大多數(shù)用戶止步于白金牌。

銅牌的市場主要由酷冷至尊、安鈦克把持,金牌市場主要由振華、鑫谷、海盜船、海韻、先馬、酷冷至尊等品牌平分。白金牌市場主要由鑫谷、華碩、海韻占領,而鈦金牌市場有一半是由海韻分得,剩下的份額主要是振華和海盜船。
大家都想買好東西,好東西都不便宜,不像CPU和顯卡,在電源方面的投資收益非常不明顯,如果為了買更好的CPU和顯卡,電源上的預算首當其沖是被砍的。
?
4-2、一些特殊logo和偽造的80 PLUS認證
題外話,正規(guī)牌子造假的80 PLUS認證目前應該沒有了,但還是有一些五花八門的情況要拿出來再講一遍。Ecos Consulting組織對于80 PLUS認證的logo使用約束不嚴格,有一些廠家對logo玩出了花,比如振華超級花會在80 PLUS的認證上面再寫一個90+,振華這么玩已經很多年,大家應該都習慣了,產品效率也是OK的。

需要注意的是,有一些山寨品牌直接寫95 PLUS,這部分是偽造的logo,請各位讀者看到類似logo的電源敬而遠之。

?
5、總結
在fcpowerup極電魔方的基礎文章『是時候表演真正的技術了,我是怎么測電源的』的效率章節(jié)中我挖了一個關于80 PLUS效率認證的坑,我在今天終于把這個坑給填了。
從80 PLUS認證頒布以來,網絡上有許多對80 PLUS認證進行介紹的文章,但都講得不夠全面、深入,導致大眾玩家對80 PLUS認證了解比較片面。
比如,有的玩家認為不同效率等級的電源除了效率差異之外再無其他區(qū)別,高效率電源省下的電費補不回差價,對高效率電源嗤之以鼻。另一個極端則認為買高效率的電源就得到了一切,包括得到絕對的高性能和可傳家的低故障率。實際的情況是,轉換效率是電源重要的一個性能參數(shù),會牽扯到電源的一些電氣性能或者間接影響一些特性,涉及到相關問題的時候需要具體分析。
80 PLUS認證對廠家的要求是付費的,價格為幾千美刀不等。對于沒有補貼的零售電源廠家而言,80 PLUS認證的成本需要攤到產品上,不過這項認證由于現(xiàn)在有了能源之星和Intel的認可,已經從一項帶有市場推廣性質的認證逐漸轉變?yōu)橐豁椄袷前惨?guī)類型的認證,后面將會繼續(xù)存在。目前在美國加州零售的品牌機就要求要金牌認證以上。
本文不是讓消費者購買金牌或者鈦金牌電源,DIY一向豐儉由人。所以,我盡量以更為基礎、全面、深入的啰嗦的角度來講解轉換效率的原理和80 PLUS,希望讀者對電源轉換效率這一特性以及對行業(yè)影響非常深刻的80 PLUS認證有更全面、正確的認識。
我是大魔王FCP,關于AC插座方面的內容安排在AX1600i的評測中再作介紹。
感謝閱讀。