Как показывают обсуждения, не все читатели, а особенно читательницы, понимают основы электротехники и делают неправильные выводы, хотя это истины доступны любому студенту электротехнического колледжа.
Поэтому с них и начнем, постаравшись объяснить наиболее простым языком, в максимально упрощенном виде. Начнем с терминов и аналогий:
🔹 Напряжение – это разность потенциалов, которую можно представить как перепад высот, с которых у нас потечет вода (ток), чем больше этот перепад, тем сильнее потечет вода (больше будет ток).
🔹 Ток – поток заряженных частиц, выполняющих полезную (или бесполезную работу), в нашей аналогии та самая вода.
🔹 Мощность – та самая проделанная работа, которую выполнил поток воды (электрический ток).
Классическая формула мощности:
P = I *U
Как видим, формула линейно зависит как от напряжения, так и от тока. Теоретически мы можем играть от обеих сторон, но это чисто теоретически.
Вернемся к нашей аналогии, давайте возьмем мощность в 1200 Вт, для 12 В это будет ток в 100 А, а для 400 В всего в 3 А. Ну и что? А снова вернемся к воде, для выполнения одной и той же работы нам нужно или 3 куба воды или 100 кубов. Есть разница?
А что будет, если у нас что-то пойдет не так, и эта вода неконтролируемо растечется? Ну три куба спокойно по канавке стекут в ближайшую реку, а вот 100 кубов способны наделать бед.
И вода веде не просто течет на условную мельницу, кроме полезной работы она делает и совсем не полезную – подмывает берега, переносит грунт. Так и ток, протекая через проводники он их нагревает, потому как проводники обладают некоторым сопротивлением, приводящим к потерям.
А так как работу выполняет именно ток, то мощность, выделяемая на сопротивлении (а любой проводник – это сопротивление) рассчитывается по формуле:
P = I^2 * R
В нашем случае результат будет отличаться на порядки, хотя полезная мощность нагрузки не изменится.
Так при сопротивлении проводника в 1 Ом и полезной нагрузке 1200 Вт при 400 В и 3 А потери в проводнике составят всего 9 Вт, не мало, но и не много, обычный пассивный радиатор проблему решит.
А вот при 12 В и 100 А на этом же проводнике в виде тепла выделится 10 кВт, которые нам нужно или куда-то деть (отопить помещение) или у нас начнет гореть и плавиться сам проводник, плата под ним, соседние детали, корпус.
Хотя на самом деле такого тока в этой цепи возникнуть не может и больше 12 А там не потечет. Закон Ома, но и 144 Вт – это уже не шутки, без активного охлаждения не обойтись.
Поэтому нормальный путь – это повышение напряжения, грубо говоря повысив напряжение в 2 раза и на столько же уменьшив ток, при одной и той же мощности нагрузки, мы уменьшаем потери в 4 раза. Именно поэтому магистральные ЛЭП сплошь высоковольтные.
Но бесконечно увеличивать напряжение мы не можем, ток, он как вода, ищет любую дырочку. И при определенной разности потенциалов он может заставить электроны начать упорядоченное движение даже в непроводящей среде.
Для бытовой техники с допусками по влажности и наличии в воздухе пыли принято считать, что 1 см воздуха пробивается 1 кВ напряжения. А это создает ненужные риски.
Поэтому импульсные блоки питания работают на уровне примерно 400 В – золотой середине, потери падают квадратично и можно отлично экономить на сечении проводов, размере компонентов и теплоотводов, но не подвергая себя риску электрического пробоя.
А все высокотоковые цепи стараются разместить как можно ближе к потребителю, не даром на материнской плате VRM прижат как можно ближе к сокету. Потому что мизерные напряжения питания процессора обуславливают крайне высокие токи.
Повысить напряжение мы не можем, так как уменьшение технологического процесса требует понижения напряжения, во избежание электрического пробоя.
Меньше напряжение – больше ток и квадратично большее тепловыделение, которое и стало главным ограничивающим фактором роста частот и быстродействия современной электроники.