关于电源在轻负载下运行效率的研究

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。。。。

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。

中间有个图点错了颜色，数据太多了。。。。很容易看漏

支持技术贴，布丁补丁

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……

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。

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。。。。

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）

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。

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~~~

Mufasa你这篇堪称完美！！！！！！

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。。。。。

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。

好！增加一个概念…………

Mufasa 发表于 2017-12-16 09:03
交流电输入侧的功率因数。

谢大佬

DPS-1500FB 这样的硬货狮大怎样搞到的啊，DELL ALIENWARE 拆机？

测试不易，支持技术贴。

垃圾佬真能找到不少好垃圾啊
不过文章太好了

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

技术贴，很有参考价值