测量电源效率及其重要性

2025-3-28

电源效率对性能和成本效益都至关重要，影响着能源使用、运行可靠性和长期节约。假设一个典型电源的运行寿命为五年，那么由于效率较低而浪费的能源将比原始电源的成本更高！

电源效率的重要性

电源效率对用户来说有三大重要原因。

1) 输出功率和输入功率之间的差值就是耗散的功率（主要是热量）。

效率为 90% 的电源会损失 10% 的热量。
效率为 95% 的电源将损失 5% 的热量，这意味着它的温度只有第一个例子的一半。
效率为 97.5% 的电源将损失 2.5% 的热量，这意味着它的温度只有第一个例子的四分之一。

这说明，即使是很小的效率差异也会导致很大的运行差异。

2) 温度是影响设备可靠性的最重要因素。

这是因为阿伦尼乌斯关系（Arrhenius relationship）是物理化学中反应速率与温度关系的公式。阿伦尼乌斯方程认为，温度每升高 10°C，化学反应就会翻一番。
由于化学反应涉及老化、腐蚀和电应力效应，温度越高，故障越早发生。
任何运行温度较低的电源通常都能延长使用寿命，这意味着有三种方法可确保较长的运行寿命：

使用额定温度较高的元件，如额定温度为 105°C 的电容器，而不是额定温度仅为 85°C 的电容器。这意味着，如果内部温度在 60°C 左右，额定温度较高的元件就有更大的余量，不会承受过大的压力。
使用允许自然对流冷却的布局，以便散热可以很容易地从设备中排出。例如，RACPRO1 系列设计有两个垂直气流通道，利用烟囱效应帮助被动冷却。此外，热敏元件（如电容器）被放置在较热元件（如变压器和晶体管）的下方，以减少它们的热应力。
高效设计，避免产生废热。

3) 高效率对于降低运行成本非常重要。

效率为 94% 的 1kW 电源每年将浪费 365 × 24 × 6% = 526 kWh。
效率为 96% 的 1kW电源每年浪费 365 × 24 × 4% = 350 kWh。

尽管效率仅相差 2%，但效率为 96% 的电源的耗电量将比效率为 94% 的电源少 30%！再假设一个典型电源的运行寿命为 5 年，那么由于效率较低而浪费的能源将很容易超过电源本身的成本！

测量电源效率

在测量直流-直流转换器和交流-直流转换器的效率时，需要考虑不同的因素。以下是计算效率的公式，这些差异的高度概括如下：

电源效率公式

就电源而言，效率是指电源如何有效地将输入电能（来自电源）转换为输出电能（用于负载设备），而不会以热能或其他形式的浪费形式损失能量。以百分比表示的电源效率公式如下：

效率 (%) = (输出功率/输入功率) × 100%

例如，如果一个电源从电源输入 100W，但只向负载设备输出 90W，则效率为 (90W / 100W) × 100% = 90%。

测量交流-直流转换器的效率

RACPRO1-T960/24 efficiency curves — 图1: RACPRO1-T960/24效率曲线

测量AC/DC 转换器的效率非常困难，因为需要一台功率分析仪来精确测量输送到转换器的实际（有效）交流功率，并对电压和电流之间的相位角 (Cos Phi) 进行补偿。此外，对于没有功率因数校正 (PFC) 的交直流转换器，任何谐波都会影响测量结果。大多数功率分析仪最多可测量到 39 次谐波（根据 IEC EN 61000-3-2 标准的规定）。不过，要获得真正精确的测量结果，必须测量 99 次谐波，并在长时间（几分钟）内求取平均值，尤其是使用脉冲跳变等低功耗待机技术的现代控制器集成电路。

应在所有不同的运行条件下（低线到高线、低负荷到满负荷）进行效率测量。无负载时的效率始终为 0%。这是因为当转换器运行时，它将消耗少量的 “内务 ”功率来运行开关电路，同时不提供输出功率（零负载电流）。这意味着电源的典型效率曲线将显示空载时的零效率。

此外，最高效率通常出现在较高负载时，但好的电源设计在 50% 或更低负载时效率几乎不会降低。此外，效率曲线与电源电压的关系不大，尽管随着交流电压的下降，输入电流会上升，从而导致一些额外的 I²R 损耗。RACPRO1 系列的效率曲线非常出色。不仅在所有负载条件下效率都与电源电压无关，而且在 30% 负载时就能达到 96% 的峰值效率，并在 100% 负载时保持稳定，从而涵盖了所有典型的工业负载条件。

最后，待机功耗也很重要，这首先是为了在设备长时间处于待机模式时节省电费，其次是为了满足欧盟和美国的功耗生态目标和立法要求。RACPRO1-T960/24 的待机功耗仅为 2W左右，尽管在负载突然需要时可以提供超过 1150 W的功率。

高性能 RACPRO1 DIN 导轨电源

为了满足最苛刻的工业应用，我们最近推出了 RACPRO1 系列 DIN 导轨电源。RACPRO1-T240, -T480, 和 -T960 的功率分别为 240、480 和 960 W（图 1）。

图 2. RACPRO1 家族： T240（左）、T480（中）和 T960（右）

该系列电源的效率在同类电源中处于行业领先地位，功率因数校正 (PFC) > 0.9，效率分别为 94.1% (RACPRO1-T240)、95.3% (RACPRO1-T480) 和 97.1% (RACPRO1-T960)。

其他资源

RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知识手册提供了成功实施 AC/DC 电源设计所需的经验和知识。第 12 章讨论了如何降低内务功耗以及一些测量技术。

此外，RECOM 的 AC/DC 电源的能效：生态设计法规 "是由政府或监管机构制定的一套标准和指南，旨在确保产品在整个生命周期内最大限度地减少对环境的影响。这些法规主要侧重于通过减少浪费、排放和资源消耗来提高能效和促进可持续发展。

RACPRO1 网页提供了有关这一令人振奋的新型 DIN 导轨安装式电源系列的更多信息。

应用

	系列
1	RACPRO1-T240 重点新	纤薄设计（宽度仅为 43 mm），配备 25°直插式连接器免工具快速安装和拆卸	主动浪涌电流限制功能支持 2 x 350 V 至 2 x 575 V 两相交流	数据表	New Order now
2	RACPRO1-T480 重点新	纤薄设计（宽度仅为 52 mm），配备 25°直插式连接器免工具快速安装和拆卸	功率因数校正 (PFC) > 0.9，主动浪涌电流限制直流输入范围：430 V 至 815 V/850 V，10 秒	数据表	New Order now
3	RACPRO1-T960 重点新	纤薄设计（宽度仅为 80 mm），配备 25°直插式连接器免工具快速安装和拆卸	功率因数校正 (PFC) > 0.9，主动浪涌电流限制直流输入范围：430 V 至 815 V/850 V，10 秒	数据表	New Order now