Por que fontes de alimentação de computadores são aparentemente ineficientes?

Question

Devido a uma recente pergunta que fiz aqui no SuperUser, gostaria de fazer outra pergunta. As fontes de alimentação de computadores agora têm classificações para sua eficiência, com escala entre 80% de utilização e mais. Minha pergunta vem de um lugar esperançoso e mal informado: Por que a eficiência é tão ruim? Onde estamos perdendo a potência?

    

Answer 1

Considerando que os carros movidos a gasolina mais eficientes são cerca de 30% eficientes, não acho que seja tão ruim quanto você pensa. Mas a resposta é principalmente perdas resistivas. Quando você tenta fazer com que os elétrons se movam e parem, eles se esfregam uns contra os outros e contra os materiais pelos quais passam. Essa fricção desperdiça parte da energia que você usou para movê-los, e isso sai como calor.

Além disso, a fonte de alimentação tem perdas indutivas. Quando você faz os elétrons se moverem, isso cria um campo magnético. Quando você os detém, você derruba esse campo magnético e recupera a maior parte da energia. Na verdade, é assim que uma fonte de alimentação de comutação funciona para converter eletricidade de uma voltagem para outra.

Conforme você constrói e desmonta o campo magnético, materiais próximos se alinham com o campo e então resistem a sua tentativa de derrubá-lo. À medida que esses domínios magnéticos se voltam para a linha, eles novamente se esfregam uns contra os outros, roubando energia do campo magnético. Quando você a derruba, nunca recebe tanta energia quanto costumava acumular. Isso também sai como calor.

    

Answer 2

É possível projetar fontes de alimentação com eficiência acima de 90%. No entanto, estes não são necessariamente adequados para fontes de energia para consumidores de massa. Por exemplo, snubbers sem perdas requerem hardware adicional para armazenar energia de fontes EMI suprimidas em vez de convertê-las em calor, o que significa perda.

Um outro problema com eficiência muito alta é o intervalo de carga. Nenhuma fonte de alimentação tem eficiência constante acima da faixa de potência permitida. Para piorar as coisas, a tensão de entrada também é variável, pois espera-se que a maioria das fontes trabalhe com 110VAC e 230VAC sem problemas.

Uma fonte de perda mandatada pelo regulamento é o PFC ou a correção do fator de potência. É necessário que dispositivos de potência relativamente alta sejam "legais" para a rede elétrica. O circuito PFC do precondicionador adiciona outro nível de conversão de energia de comutação. Portanto, mesmo no melhor dos casos, você está empilhando um suprimento flyback (suprimentos) no topo do PFC. Então, uma eficiência muito boa de 90% se tornaria 0,9x0,9 = 0,81%!

Fontes de alimentação realmente de alta eficiência são encontradas em conversores DC / DC de formato de "tijolos" industriais, que são necessários para lidar com níveis de potência muito altos em um compartimento relativamente pequeno. Se a sua carga real de saída é de 600W e a PSU é do tamanho de um HDD de 2,5 ", 10% extra de calor desperdiçado faz uma grande diferença no gerenciamento térmico.

Na verdade, o calor residual é a principal razão pela qual um engenheiro gosta de projetar um suprimento eficiente. A eficiência energética é uma espécie de subproduto feliz.