[閒聊] 關於電源你可以知道的幾個點

[wolflsi (港都狼仔)]

1.平均功耗與瞬時功耗是什麼？

前一陣子高階顯卡對於電源的要求提高，出現了瞬時功耗(瞬間功耗)的概念
https://i.imgur.com/e95FFGS.jpg
(圖一)如上面表格，Intel在新的ATX V3.0規格內，針對12VHPWR電源接頭(另一個常見稱
呼是PCIe 5.0電源接頭)導入瞬時功耗的規格要求，電源供應器必須要能扛住短時間內的
超額輸出，100%下要求無限時間連續輸出這是一定的，450W含以下的電源，110%負荷要能
扛100ms，135%要能扛10ms，145%要能扛1ms，150%要能扛0.1ms。而超過450W且具備
12VHPWR電源接頭的電源，120%負荷要能扛100ms，160%要能扛10ms，180%要能扛1ms，
200%要能扛0.1ms。200%扛0.1ms是怎樣的概念呢?就是1000W的電源要能承受0.1ms的2000W
瞬時負載，這對電源的設計及容許額度的要求都比前一版的ATX規範要高出許多，如果沒
辦法扛住這瞬時功耗，輕則當機或直接關機，重則電源直接掛蛋

一般家用常見的功率測量儀器(變電家/附帶功率顯示的延長線/智慧延長線等)，因為測量
更新速度不快(通常0.5秒更新一次)，無法反映出這個以毫秒為單位的瞬時功耗，通常要搭
配比較高階的測試裝備才能測量到，換句話說，這些家用功率測量儀器顯示的功率，是電
源供應器已經承受完瞬時功耗後的平均功耗值，這個平均功耗值可以當成電腦配備於高負
荷運作狀態下的平均耗電參考(計算電費等)，但是不能當成裝置啟動瞬間的耗電參考，也
許一個裝置於高負荷運作狀態下的平均耗電是200W，但啟動瞬間耗電通常不只200W，所以
廠商一般會推薦使用輸出能力較大的電源，使其可以滿足啟動瞬間耗電需求，避免翻車

但講到瞬時功耗，並不一定是輸出越大的電源可以承受越大的瞬時功耗，如前面所談，電
源的設計(對暫態響應能力)及容許額度(元件是否能承受)是重點，普遍來說大瓦數的電源
會採用較高規格的元件，或是針對暫態響應去強化，但如果設計不良，無法處理瞬時功耗
，即使大瓦數也是會翻車，所以選擇時並不是只看瓦數，也要把電源本體素質一併參考進
去，才能真正避免翻車

2.大瓦數電源到底有沒有比較耗電？

常常有人以為，同樣的配備，用了高瓦數的電源，會比低瓦數的電源消耗更多的電力，首
先，電源供應器實際交流耗電，是配備的直流耗電除以當下的轉換效率，不會用了多大的
電源就隨時在消耗多大的電力。那同樣耗電的配備，使用高瓦數電源真的會比低瓦數電源
來得高嗎？這要從電源轉換效率曲線去探討
https://i.imgur.com/NjWfMWW.jpg
(圖二)上面是一款白金認證電源供應器的轉換效率，可以看到輸出46%時有最好的轉換效
率92.8%，也就是說如果電腦的耗電量落在這個區間附近，會最省電，同時電源轉換效率
高也可以降低廢熱產生。同時我們也可以看到，在輸出小於11%的區間，轉換效率只有不
到90%，輸出百分比越低，效率越差，這個稱作”輕載區間”，如果電腦耗電量都只能在
輕載區間徘徊，那這個電源就無法表現最佳轉換效率，即使用到白金牌，結果效率卻只有
到金牌甚至銅牌的水準。目前因為電腦在閒置與運作的耗電量差異越來越大，電源廠商也
在努力提升10%至50%區間的轉換效率表現，甚至強化低於10%的轉換效率以符合鈦金認證
要求(鈦金認證下10%也要具備90%的轉換效率)。所以說，依照電腦配備的功耗區間，選擇
適當瓦數及轉換效率曲線的電源供應器，就能決定是會更省電還是更耗電

3.110V/220V輸入的迷思？

台灣110V家用插座最大容許電流15A，也就是容量最大1650VA，大功率電器如冷氣、電熱
水器、廚房大型烤箱/IH加熱爐等，都要接220V供電，這是因為相同功率的電器，接上
220V時，線電流只有接上110V時的一半，電流減半以後，可降低插座容許電流的要求，同
時降低大電流流過電線、插頭、插座的損失。因為電線/插頭/插座會帶有阻抗，電流流過
以後會在上面產生電流平方乘以阻抗值的功率損失，這些功率損失同時也會造成發熱。現
在家用電腦電源功率越來越大，是否未來也有改用220V供電的需求呢？其實對於目前帶有
主動功率因數修正(APFC)的電源供應器來說，輸入電壓越高，轉換效率的確會越好
https://i.imgur.com/8jsjKOD.jpg
(圖三)上圖是一款白金認證電源供應器於110V輸入(藍線)及220V輸入(紅線)的
10%/20%/50%/100%轉換效率表現，從曲線可以看到，輸出功率越高，轉換效率差異越大。
這是為什麼呢？因為帶有主動功率因數修正(APFC)的電源供應器，交流輸入電源後，經過
整流會進入APFC，APFC透過升壓(Boost)方式，降低電流波形的總諧波失真率(THD%)以提
高功率因數，但是APFC在處理過程中會因為升壓造成轉換效率損失，輸出越大損失也越大
。當提高輸入交流電壓時，因為APFC輸入及輸出的電壓差縮小了，升壓造成的轉換效率損
失也可以降低，讓電源供應器的整體轉換效率可以獲得提升，對於大輸出功率電源，改用
220V供電會比低輸出功率電源要有更好的轉換效率改善。另外80PLUS目前也有230V EU認
證版本，會在標誌下加上230V EU字樣，比起115V同顏色認證，轉換效率又高一個等級(例
如80PLUS GOLD 230V EU轉換效率等級其實等同於80PLUS PLATINUM 115V)

但是改用220V供電，其實有很多要注意的地方，必須要在房間內設置一個220V專用插座，
不可與110V的2孔/3孔插座相同，避免其他110V電器去誤插導致故障燒壞，同時也要做好
接地，避免漏電時造成人身安全危害

以上報告完畢，謝謝收看

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.40.173.176 (臺灣)
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推 t128595     : 推解說
→ pmes9866    : 先推再看
推 reaturn     : 所以上網文書機要配1000W的PSU嗎 XD
推 a1379       : 220V還有一個問題是 要買新的UPS
推 a3831038    : 關鍵字220V、瞬時功耗，小鳥圖了嗎
→ Zenryaku    : https://i.imgur.com/0zc8Srp.png
→ scarbywind  : 電源扛的住家裡的線路扛的住嗎..
推 iuytjhgf    : 我做聲音工程的 現在數位擴大機
→ iuytjhgf    : 也不標最大功率了 都在偷換概念
→ iuytjhgf    : 以前AB類擴大機360W 現只標200W以下
→ iuytjhgf    : 問瞬間功率輸出會到多少也不清不楚
推 mrme945     : 推狼大
推 mkzkcfh     : 1000w要能頂住瞬間2000w幹好恐怖…
→ mkzkcfh     : .
推 aegis43210  : 未來會變成按功耗選顯示卡，不用一
→ aegis43210  : 定要買到1000W以上的PSU
→ aegis43210  : 因為未來MCM普及後，廠商能在一張卡
→ aegis43210  : 上塞進很多電晶體，只要散熱允許
→ scarbywind  : 廠商能 但是不想做
→ scarbywind  : 就像筆電一樣 賣當然是賣可以撈最多
→ scarbywind  : 的配置
推 hankower    : 一丁點晶片吃1000W 積熱嚴重
推 ShibaTatsuya: 推狼大
推 maplefoxs   : 推
推 kianlee0228 : 這幾個條件裡，就160%那個最難做，
→ kianlee0228 : 其他都還好(甘苦人經驗談)
→ wolflsi     : 因為120%大多在OCP/OPP範圍
→ wolflsi     : 但160%就比較奇葩了
推 lioujeryuan : 很棒啊 規範訂好 省的超抽黨整天無
→ lioujeryuan : 限上綱 W數一直往上加
推 richard82010: Die那麼一點面積燒掉1000W，之後會
→ richard82010: 不會幾張顯卡共燒，熱度就可以煮飯
→ richard82010: 炒菜了
推 towe77      : 160%10ms,這種基礎架構要到多猛阿
Intel ATX 3.0其實有提到Duty Cycle，瞬時功耗越高時，Duty Cycle越小
這時瞬時負載就像一個尖峰一樣，電源只要能挺過這個尖峰就好
而且也有提到"電容性負載"，電源與板卡的電容也可在此時瞬間釋放儲存的能量

推 RC8377      : 推推
推 twnd1836432 : 先推
→ spfy        : 以後老房子不能買太好的電腦 不然
→ spfy        : 隊友開大就整間屋子跳電了
→ scarbywind  : 把160%標成100%就解決啦 okder
之前的確有廠商玩過低標，把高瓦數平台標成低瓦數
但現在80PLUS認證，效率曲線會影響認證
※ 編輯: wolflsi (114.40.173.176 臺灣), 06/06/2022 20:56:43
→ savagy      : 為了避免開大跳電，只好申請一顆獨
→ savagy      : 立電錶拉專線給電腦使用了
推 towe77      : 但以PSU來說，10ms該算幾個duty了?
推 arm370x     : 全漢那種超省料的設計要GG了嗎
→ arm370x     : To 8樓  D類效率很高，只要晶片扛的
→ arm370x     : 住最大功率很高阿  可是能聽的區間
→ arm370x     : 大概50%內而已  後段就只是有聲音
推 endorphin424: 推解說，又知道更多知識了，很感謝
→ ang728      : FSP目前機種早就沒甚麼超省料設計了
→ ang728      : 現在還在超省料感覺偏印象派
推 fake0824    : 只好用220V了
推 allyourshit : 以前玩音響還有標PMPO的 動態最大
→ allyourshit : 輸出功率 吹牛吹很大 後來才強制標
→ allyourshit : RMS真實功率 現在反而變低標
推 arm370x     : 全漢是翼王開的印象  音響看輸出沒
→ arm370x     : 意義  現在數位機主流IC都2聲道100w
→ arm370x     :  音箱單體ok的  主電容堆料還是有用
→ arm370x     :   以前Altec的電腦音響很多人把裡面
→ arm370x     : 的主電容拉掉換飛立普或是紅寶石的
→ arm370x     : 音色跟低音直接起飛 尤其快收掉之前
→ arm370x     : 有幾台IC是Ti的
推 tennyleaz   : 欸所以長時間低功率運行，反而需要
→ tennyleaz   : 小功率的電源了？
應該是說，持續在低於20%區間運作，無法完全發揮電源最佳轉換效率
就像大排氣量的車子在路上慢慢開，速度明明不快卻浪費油
但是即使長時間低功率運行，若有高負載需求，選擇電源功率時仍要可以滿足其需求

→ ang728      : 恩 的確是他開的印象沒錯
→ ang728      : 不過裡面有些是沒那麼公允
→ ang728      : 後面翼王自己電商還賣起FSP就覺得XD
→ ang728      : 改電腦喇叭大部分人都是改電源電容
→ ang728      : 還有影響更多的交聯電容
※ 編輯: wolflsi (114.40.173.176 臺灣), 06/07/2022 00:59:30
→ wolflsi     : 交連電容影響音色蠻直接的
→ tennyleaz   : 像是我平常23小時待機，1小時玩遊戲
→ tennyleaz   : ，這樣實在不好選瓦數？
推 skywgu      : Ok 感謝狼大開示….那麼看完我的感
→ skywgu      : 想就是白金起跳，鈦金完美…..高價
→ skywgu      : 屋滑開看鈦金1000瓦除了振華還行其
→ skywgu      : 它感覺都很盤耶….
推 cmshow      : 推整理
推 fmp1234     : 感謝教學
推 xiaotee     : 推狼大
推 wolver      : 所以版上低階顯卡機,推薦1000W真的
→ wolver      : 是有道理的!!
→ john65240   : Lenovo的要求瞬間功率都要額定兩倍
→ john65240   : 不意外，和浪潮一樣
推 s122274848  : 之後乾脆設計成給顯卡一個專用的電
→ s122274848  : 源，另一個則給主機板等其他設備用
→ s122274848  : 的電源算了
推 ypes970813  : 推
推 Vladivostok : 推
推 kenny72014a : 以前geforce8代的時期還真有顯卡專
→ kenny72014a : 用power,塞在5.25的位置
推 wolver      : 雙psu不就外接顯卡,還是server的機
→ wolver      : 殼都有類似
推 nice666     : 推一個
推 VASTSKY     : 感謝大家回應，長知識
推 sma1033     : 有用過雙顯卡的就知道了，功率不夠
→ sma1033     : 重開機到你叫爸爸
→ sma1033     : 海韻1300W推兩張3090都不夠
→ sma1033     : 斷電斷到把我的主機板搞掛掉
→ sma1033     : 壞過一次就知道厲害了ㄏㄏ
推 goldie      : 推狼大
推 Windcws9Z   : 推狼大
推 YukiPhoenix : 板上很早就在提醒瞬間功率是會超過
→ YukiPhoenix : 額定(平均)功率的  好幾個低能兒只
→ YukiPhoenix : 會酸是在無腦推高瓦要賺錢呵呵
推 blessman520 : 推狼大淺顯易懂的解說