功率損失是某一設備輸入功率和其輸出功率之間的差。功率損失常會轉換為熱能。功率損失越大，設備的能量轉換效率就越低。
能量傳輸和轉換的設備會很注重功率損失，例如齒輪組（力學能轉換）、變壓器（電能轉換）、燈泡（電能轉換為光能）等，都會讓功率損失越小越好。像馬達的部分功率損耗是阻力損耗。會轉換為熱，透過傳導、對流或熱輻射散失，有時也需要藉助散熱片或其他冷卻系統散熱。
電子電路裡的功率損失
電子電路裡，电功率中有一部份是功率損失P_\text{loss}，是設備或是電路轉換為廢熱的功率。
:P_\text{Wirk} = P_\text{Verlust} + P_\text{Nutz}\, .
電容器和電感若運作在交流電下，除了可以作功的有功功率外，會產生無功功率（reactive power），無功功率會使能量在電源和設備之間往返流動，本身不算是功率損失。無功功率可以用功率因數修正來改善。理想上，無功功率本身不會讓電能轉換為功率損失，但因為電流變大，會讓供電網絡的功率損失增加。
不論導線或是電子電路，都需運作在於低於最高允許溫度的條件下（不然就可以會損毀），因此其最大消耗功率也會和冷卻條件有關。這一般會由製造商標示。功率消耗在半導體設計上相當的重要，因為這類元件體積相對較小，但常會產生大量的熱。一般會透過散熱片或是其他散熱方式，讓廢熱可以傳遞到空氣中。其表面積越大，熱量散失時的溫昇也就越低。由於功耗通常不是積體電路的功能之一，因此它們沒有需要有的有功功率輸出，因此這種情況下的功耗對應於總消耗功率。
電力傳輸時的損失和導線電阻R（受導線粗細和使用材質）有關，也和流過的電流I有關。一般會用P = R \cdot I^2或\ P = V^2/R計算，此處的V是導線上的電壓降。
電子開關裡的功率損失
切換式電源供應器會利用半導體開關（例如雙載子電晶體或是MOSFET）以數kHz的頻率切換電流。其功率損失有二個成份：在開關開啟和關閉的暫態時間產生的切換損失，以及半導體開關在導通時微小電阻產生的導通損失。
若要避免切換損失，就要避免切換時同時出現開關上有電壓降（雙載子電晶體的集極-射極電壓，MOSFET的源極-汲極電壓），以及開關有大電流流過的情形。因為電流和電壓降的乘積即為切換損失，損失會以熱的方式釋放，若元件無法及時散熱，會讓半導體開關過熱損壞。
以下用開關的不同狀態來說明（假設電壓300V，電流30A）。
*開關不導通時，其電流近似於0，因此其功率也接近0，此時的電壓降為300V（因開關未導通）。
*開關完全導通時，雙載子電晶體會有VCE的電壓降，其飽和電壓約為0.5V，若是MOSFET，其VDS更低，功率晶體切換損失是15W，而系統轉換功率是9000W。
*在切換過程中，參數不會突然變化，有可能在開啟過程中，其電流已經從0A上昇到10A，而其電壓降才從300V降到40V。因此切換損失會是400W。其平均切換損失會和切換頻率成正比。
參考資料
- Wolfgang Nerreter: Grundlagen der Elektrotechnik. Hanser, München 2011, ISBN 3-446-40414-7.
外部連結
- [https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/strom/hochspannung/ www.weltderphysik.de: Warum erfolgt Stromübertragung bei hohen Spannungen?]
评论 (0)