PC電源の選び方 -安定性・長寿命・高効率

あらゆる電子回路は部品の劣化と半田・基板の問題で寿命を迎えます。 筆者はPC電源のダイオード選定ミスが原因となって製造後数年で発生した珍しい故障をみたことがありますが、 そういったミスや粗悪品を除けばたいていの故障は熱が原因の故障です。

最も有名な現象は低ESR電解コンデンサの劣化で、 温度が10℃あがるごとに寿命は約半分になります。

電解コンデンサにせよ、半導体にせよ全ての部品は原子の結合によって成り立っています。 正しい結合で原子が並んでいれば正常部品で、並びが変われば故障となるわけです。 いっぽう、原子は熱エネルギーによってバラバラな速度で振動したり移動したりしています。 温度が上昇すると破壊力のある高エネルギー原子が配列を乱すため、劣化や故障の前兆が生じるのです。
その他、半田や基板のトラブルも温度と密接な関係があり、寿命を長くするためには動作中の温度を低く抑える必要があります。

どうやって温度を下げるか

そのため一昔前のサーバー用の電源は、轟音を上げて冷却するファンがよく使われていました。 しかし、最近は人間が不満を感じない程度の風量が上限になっています。
一定の風量の時に、温度上昇T(単位K、ケルビン)がどうなるか考えてみましょう。 毎秒取り込んだ空気の質量をm(kg)として、空気の比熱をk(J/K/kg)、回路で発生する熱量q(J)とすると T=q/(mk)となります。

つまり、発熱量の多い回路は温度が高いという常識的な結果になります。 そして温度の高い電子回路は寿命が短いのです。

もちろん発熱量が多くてもヒートシンクや部品配置などの工夫で温度を下げることはできますが、 電源の場合は規格で外箱の大きさが決まっているので限度があります。 水冷にしてしまう方法もありますが、実際はコストの問題もあって困難です。 同じメーカー製のパソコンで比べてみれば納得できるかもしれません。

発熱と効率

ところでPC電源回路の効率は、「出力電力÷入力電力」です。 入力電力と出力電力の差は全て熱になりますから、効率が高い回路の発熱が少ないということになります。 たとえば、60Wの電力を消費するマザーボードとCPUを考えてみましょう。