電力効率とは電力変換の際どれだけ電力を無駄なく使用しているかを示す数値で、入力電力に対する出力電力の割合[％]で表されます。電力効率が高ければ、無駄なく電力を使用できるため、出力電力を得るための電力ロスを抑えることが可能です。そのため電源の効率性を考える上では、電力効率を算出しましょう。また電力効率を算出に当たっては、正しい計測方法を把握しておくことも大切です。
本記事では電力の効率についての概要や、計測方法などについて解説します。
電力の効率とは？
電力効率とは、いかに無駄なく電力を利用できているかを把握する上で欠かせない数値です。電力効率が高いほど、無駄なく電力を使っていると考えられます。つまり電力効率が100％であれば、無駄を一切作らずに電力を利用できていることになります。しかし電源の内部でエネルギーが使用されていることや、変換する上での損失があることを考慮すると、電力効率が100％になることはありません。
電力効率が高いと、少ない電力ロスでより多くの出力電力を得られます。つまり少ない消費電力で機器を動かせるということです。そのため電力量を抑えることで、電気代の節約が期待できます。また、省エネルギー化によってCO2排出量の削減につながるため、環境対策としても期待できます。
電力効率を考える上では、次の3つの計算式を把握しておきましょう。
- 電力効率の計算式
- 電力損失の計算式
- 入力電流の計算式
電力効率の計算式
電力効率は、入力電力に対する出力電力の割合を示しています。そのため、電力効率は次のような計算式で算出可能です。
- 電力効率＝（出力電力／入力有効電力）×100
例えば、出力電力が50W、入力有効電力が62.5Wの場合、電力効率は次のように算出できます。
- （50W／62.5W）×100＝80％
上記の計算方法で算出した数値が高ければ高いほど、消費電力が低い上に電力の変換損失も少ないということになります。
なお、DC-DCコンバータや電圧レギュレータといった単一の電源の効率は次のように算出可能です。
- 電力効率＝（出力電圧×出力電流）／（入力電圧×入力電流）×100
次のような条件で計算してみましょう。
- 出力電圧：5V
- 出力電流：10A
- 入力電圧：5V
- 入力電流：12.5A
上記の条件で計算式に当てはめると、電力効率は次のとおりです。
- （5V×10A）／（5V×12.5A）×100＝80％
電力損失の計算式
電力損失とは、電気エネルギーが本来の目的以外にも使用されることです。例えば、銅線に電気を流すと、電気エネルギーの一部が熱エネルギーへ変換され銅線の温度が上がり熱自体は無駄になってしまいます。電力損失は入力電力と出力電力の差であるため、次のような計算式で算出できます。
- 電力損失＝入力電力－出力電力
算出した数字が大きければ大きいほど、電力を多く損失してしまっていることが分かります。例えば入力電力が62.5W、出力電力が50Wだった場合の電力損失は次のとおりです。
- 62.5W－50W＝12.5W
また電力損失は、入力電力から出力電力を引く以外の式でも算出できます。具体的な計算式は以下のとおりです。
- 電力損失＝（出力電力／効率）－出力電力
例えば出力電力が50W、効率が80％(0.8)であれば電力損失は次のとおりです。
- （50W／0.8）－50W＝12.5W
入力電流の計算式
入力電流とは、機器に定められた定格電圧で機器を使用した際に流れる電流のことを指します。入力電流はDC入力、AC入力によって計算式が異なり、具体的には以下のとおりです。
- DC入力の場合：入力電流＝出力電力／（入力電圧×効率）
- AC入力の場合：入力電流＝出力電力／（入力電圧×効率×力率）
力率とは供給された交流電力が、どのくらいの割合で有効に使われているかかを示す数値です。電子機器の中には、コイルやコンデンサが含まれています。コイルやコンデンサによって電流に遅れや進みが生じることで出力電圧が低下してしまうのですが、その際の出力電力の低下割合が力率です。つまり力率が高いほど、電子機器の電力効率が高いといえます。
例えば、次のような条件でDC入力の場合の入力電流を算出してみましょう。
- 出力電力：50W
- 入力電圧：50V
- 効率：80％(0.8)
上記の条件の場合、入力電流は次のように算出可能です。
- 50W／（50V×0.8）＝1.25A
電源選びには電力効率を意識しよう
電力効率は、入力電力に対する出力電力の割合[％]で表されます。電力効率が高いほど、無駄なく電力を使用できるため、エネルギーの損失を削減できます。データシートには電力損失や入力電流の記載が無い場合がありますので、本コラムの計算式を参考に算出し適切な電源を選びましょう。
アジア電子工業株式会社では、高い電力効率を誇るスイッチング電源であるDC-DCコンバータや、AC-DCスイッチング電源、DC-ACインバータなどを提供しています。電力を効率的に活用するためにスイッチング電源の導入を検討している方は、ぜひお気軽にご相談ください。
