電源效率(power-supply efficiency)
電源效率就是你投入的功率中,真正抵達負載、而非被當熱浪費掉的比例。它是有用輸出功率對總輸入功率之比,效率 = Pout / Pin,通常寫成百分比。90% 的效率代表十瓦中有九瓦做事、一瓦損失;50% 代表你浪費的和送出的一樣多。每損失一瓦都化為必須帶走的熱,而(對電池設備)就是被丟掉的續航。
對線性穩壓器,答案直接從電壓得出,因為通過電晶體以輸出電壓通過負載電流、同時降掉其餘的:效率 = Vout / Vin。所以從 12 V 做 5 V,頂多 5/12 = 42%,不論晶片多好。交換式穩壓器打破這個束縛:它幾乎不論電壓比都能有 85 到 95% 的效率,因為它儲存並傳遞能量,而非燒掉差值。例如:從 12 V 以 5 V 送出 10 W,線性穩壓器抽 24 W(把 14 W 當熱浪費),而 90% 的降壓抽約 11 W(浪費約 1 W)。
為何重要:效率牽動熱、體積、成本與電池壽命——電源設計被評斷的四件事。它也定下這整個領域核心那個誠實的取捨。線性穩壓器簡單、便宜、安靜,卻浪費 (Vin - Vout) times 電流;交換式高效,卻較吵、較複雜。壓降小且在意雜訊時選線性;壓降或電流大且在意效率時選交換式;並留意效率對負載的曲線,因為多數電源在極輕載時的效率遠低於其額定點。
為一支電池 3.7 V、需要 5 W 的手機從 5 V 埠充電:92% 的升降壓抽 5 / 0.92 = 5.4 W,浪費 0.4 W、幾乎不發熱。以同電流把 5 V 降到 3.7 V 的線性路徑只有 3.7/5 = 74%——已經較差——而從 12 V 來源更會崩到 31%。轉換幅度越大,交換式越占上風。
線性:效率 = Vout/Vin。交換式:任何比值都能高效率。
標榜的效率通常是在某個有利負載下標示的。真實效率在極輕載時會下凹(交換式)、或被電壓比釘死(線性),所以要在它實際會運轉的負載下評斷電源,而非用它最理想的數字。