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关于电源在轻负载下运行效率的研究

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Mufasa 发表于 2017-12-15 21:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:2129|回复数:48
现在主流装机思路倾向于使用较大功率的电源,以保证充足的安全余量。
但使用过大功率的电源,是否会存在浪费电力的问题? 用测试数据来说话:

测试样品一共13款,包含各种电路设计,为避免与零售产品冲突,选取范围较为特殊。

样品1
全汉的 RA450 ,80Plus 银牌认证
主动PFC,全汉特有技术的有源钳位单端正激电路,低压侧使用同步整流,3.3V斩波稳压


样品2
350W 工程样品,无认证,目标效率80Plus铜牌
主动PFC,双管正激,低压侧5V和3.3V使用DC-DC生成


样品3
350W 工程样品,无认证,目标效率80Plus金牌
主动PFC,半桥LLC谐振,同步整流,低压侧5V和3.3V使用DC-DC生成


样品4
DPS-275AB-1A,80Plus 金牌认证
主动PFC,半桥LLC谐振,同步整流,低压侧5V和3.3V使用DC-DC生成




样品5
Acbel (康舒)生产的OEM电源,280W
被动PFC,注意,这是专门找来对比研究的被动PFC电源
主电路使用了较为古老的单端正激,输出三组联合稳压




样品6
DPS-250AB-44D
主动PFC,双管正激,肖特基整流,低压侧12V 5V联合稳压,3.3V使用DC-DC生成


样品7
DPS-300AB-9L
主动PFC,单端正激,肖特基整流,低压侧12V 5V联合稳压,3.3V磁放大




样品8
DPS-500YB B ,80Plus 金牌认证
主动PFC,电流源模式不对称半桥(砍了一半的全桥ZVS)
低压侧12V使用同步整流,5V和3.3V使用DC-DC生成


样品9
450W 工程样品,目标效率80Plus白金
主动PFC,半桥LLC,同步整流,DC-DC




样品10
DPS-1500FB B,80Plus 金牌认证
主动PFC,全桥LLC谐振(HCP1300的放大版)
低压使用同步整流生成12V,DC-DC生成5V和3.3V








样品11
DPS-700MB A
古典肌肉电源,主动PFC,双管正激,肖特基整流,双磁放大生成5V和3.3V




样品12
GPS-200DB A
专门找来对比的小功率电源
主动PFC,双管正激,单路磁放大




样品13
海韵 SS-350ES,80Plus 铜牌认证
主动PFC,双管正激,单路磁放大




测试选取的负载条件:

空载,电源短接黑绿线运行的功耗,也就是电源工作的自体损耗
PFC电路,主电路,低压整流DC-DC,监控电路,风扇等等,工作时都会产生损耗。

5W,5V带1A负荷,其他空载,这个是供理论研究的极端状况
对于谐振电路(LLC)的电源来说,这样的负载非常不利,电路进入谐振状态需要消耗功率,导致损耗偏高。
正激电路反而可以占便宜,因为全范围都是硬开关模式。

10W,5V带1A负荷,3.3V带1A负荷,12V带0.14A负荷
这个是C7深度休眠状态的典型负荷,CPU VRM停止运作,12V几乎空载

20W,5V带1A负荷,3.3V带1A负荷,12V带0.97A负荷
这个是通常的低功耗平台(Atom这类),常见负荷情况

40W,5V带2A负荷,3.3V带2A负荷,12V带1.95A负荷
大部分集成显卡主机,闲置状态下的典型负荷

60W,5V带2A负荷,3.3V带2A负荷,12V带3.6A负荷
大部分独立显卡主机,闲置状态下的典型负荷

100W,5V带3A负荷,3.3V带3A负荷,12V带6.25A负荷
大部分集成显卡主机,满载工作时的典型负荷

200W,5V带3A负荷,3.3V带3A负荷,12V带14.6A负荷
中端独立显卡主机,玩游戏时的典型负荷

更高的功率段,大部分电源都可以进入最佳效率区间,也就没必要测试了。
80Plus认证,就是要求 20% 50% 100% 负载下的效率,只要能够通过认证,就没问题。

测试数据:

原始数据如图


经过分析以后的数据,如图


简单研究一下:

1,单端正激的效率确实糟糕,特别是到了高功率区间,都是垫底的节奏,这种电路被淘汰掉,是正确的技术方向。

2,主动PFC轻载时的功率因数都很低,因为EMI电路中的X电容提供了容性电流,导致整体功率因数低,负荷提高以后,容性电流带来的影响减小

3,被动PFC可以实现较为稳定的功率因数,随负载变化不大,但是满载功率因数严重偏低

4,5W输出功率,确实让谐振电路非常头疼,全桥LLC垫底,为了维持振荡状态,浪费大量电力,双管正激最佳,符合预期

5,700W和1500W电源,在轻载区间轮流垫底,效率非常糟糕,浪费大量电力,但是随着功率提升,两者的效率不再是问题

6,200W以下的所有负荷点,350W铜牌电源效率都高于1500W金牌电源,因为1500W金牌电源通过认证的最低点20%是300W,再往下不作要求

7,200W电源(GPS-200DB A)在测试中,小功率尚可,40W以上没有任何优势,被很多电源超过,200W满载排倒数第三,所以,还是要留点余量。

8,低压5V 3.3V生成方式,对轻载效率没有明显影响,至少在这次测试中无法总结出规律


希望本文能够提供有价值的参考。。。。

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Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-15 21:58 | 显示全部楼层
还有一点就是。。。。为什么工程样品效率做得如此之好。。。。

因为工程样品是满配元件,不Cost Down,进入试产程序以后,才会核算成本,考虑Cost Down的问题。

实际零售品,元件降低规格,空焊几个。。。。只要沾边通过规范认证就行。
Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-15 22:18 | 显示全部楼层
中间有个图点错了颜色,数据太多了。。。。很容易看漏


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bill1818 发表于 2017-12-15 22:40 | 显示全部楼层
支持技术贴,布丁补丁
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sohueasy 发表于 2017-12-15 23:14 | 显示全部楼层
现在主流的中小金铂电源基本应该都是半桥LLC吧,类似海盗船SFxxx,银欣STxx,海韵G系?

对于存储设备比较多的用户,比如挂8块HDD的,有可能5V能到5-10A,12V才1-2A,那是不是半桥LLC优势就更大了……
Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-15 23:19 | 显示全部楼层
sohueasy 发表于 2017-12-15 23:14
现在主流的中小金铂电源基本应该都是半桥LLC吧,类似海盗船SFxxx,银欣STxx,海韵G系?

对于存储设备比较 ...

是的,各个厂商都选择半桥LLC做中小功率(金牌或者白金)电源,必然有它的合理性。

除去10W以下那种特殊情况,LLC在宽广的范围都可以实现较好的效率。

至于5V 12V分配,并不重要,高端电源基本都是DC-DC,5V的负荷最终还是会变换到12V那里去。
Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-15 23:26 | 显示全部楼层
LLC比较讲究变压器的电感量配置,不同的功率需要不同的变压器,或者共享变压器也可以,外置谐振电感来调整电感量。

1500W的全桥LLC电路,变压器显然是针对大功率状态设置的。
拿来跑小功率,不在状态。。。。电路只能工作在间断导通的震荡模式,浪费电力。
另外这种大功率电源的PFC部分元件很多,本体耗电也多。

总之就是大马拉小车要有个限度,别整过头了。。。。
sohueasy 发表于 2017-12-15 23:33 | 显示全部楼层
Mufasa 发表于 2017-12-15 23:19
是的,各个厂商都选择半桥LLC做中小功率(金牌或者白金)电源,必然有它的合理性。

除去10W以下那种特殊 ...

350金(3)和450铂(9)基本在20-100之间都是非常好的了,是不是基本可以判断450-650的半桥LLC也基本能具备这个效率呢。。。感觉目前中高端一点的电源在450-650的性价比比较好一点,可能对我个人而言会更优选一些,毕竟还有高功率显卡在那,必须有足够余量。

此外还想请教一下,除开高压电路结构本身,其他什么东西对低功率效率比较有影响吗?(回帖发现楼上已经有了)
Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-15 23:48 | 显示全部楼层
sohueasy 发表于 2017-12-15 23:33
350金(3)和450铂(9)基本在20-100之间都是非常好的了,是不是基本可以判断450-650的半桥LLC也基本能具 ...

这个,以后碰到其他功率的电源,我会测试然后加到表格里面更新。

既然你有独立显卡,闲置功耗40-60W,也就没必要纠结20W这一区段的事情了。
650W级别的LLC,就算它40W开始进入高效率状态,也很合适。

tangti02 发表于 2017-12-15 23:50 | 显示全部楼层
支持测评~~白金的760、860之类的~~在自己的机子上绝大多数时间都没啥用场~~
怎么这么多的台达~~~700mb用过一段时间~~记得上电不开机就有6、7瓦的功率~~~
贱狗在飞啊 发表于 2017-12-16 04:11 | 显示全部楼层
Mufasa你这篇堪称完美!!!!!!
zhu890103 发表于 2017-12-16 08:40 | 显示全部楼层
电脑电源输出的不是直流吗。功率因数的概念不是指 在交流电里吗?表格中的功率因数还可以参考吗?楼主或者那个大佬给解惑。。。。。
Mufasa  楼主| 发表于 2017-12-16 09:03 | 显示全部楼层
zhu890103 发表于 2017-12-16 08:40
电脑电源输出的不是直流吗。功率因数的概念不是指 在交流电里吗?表格中的功率因数还可以参考吗?楼主或者 ...

交流电输入侧的功率因数。
尊称 发表于 2017-12-16 09:14 | 显示全部楼层
好!增加一个概念…………
zhu890103 发表于 2017-12-16 09:30 | 显示全部楼层
Mufasa 发表于 2017-12-16 09:03
交流电输入侧的功率因数。

谢大佬
Chervona 发表于 2017-12-16 10:07 | 显示全部楼层
DPS-1500FB 这样的硬货狮大怎样搞到的啊,DELL ALIENWARE 拆机?
Jophen 发表于 2017-12-16 11:17 | 显示全部楼层
测试不易,支持技术贴。
里奥 发表于 2017-12-16 12:23 | 显示全部楼层
垃圾佬真能找到不少好垃圾啊
不过文章太好了
hgy9 发表于 2017-12-16 12:50 | 显示全部楼层
对电源没啥研究,只看结果了。有条件的话,LZ不妨测试下主流的SFX电源,更接近群众
xdd6622 发表于 2017-12-16 13:38 | 显示全部楼层
技术贴,很有参考价值
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