你是对的,功率是电压和电流的乘积。这表明任何电压 x 电流组合都可以,只要它达到所需的功率即可。
然而,回到现实世界,我们有各种各样的现实阻碍。最大的问题是,在低电压下,电流需要很高,而高电流是昂贵的、大的和/或处理效率低下。电压也有一个限制,超过这个限制就会变得不方便,这意味着昂贵或大。因此,中间有一个适度的范围,最适合我们处理的不方便的物理问题。
以您的 60 W 设备为例,首先考虑 120 V 和 500 mA。也没有推动任何导致异常困难或费用的限制。除非您尽量不这样做,否则几乎会发生绝缘至 200 V(总是留有一些余量,尤其是绝缘等级)。500 mA 不需要异常粗或昂贵的电线。
5 V 和 12 A 肯定是可行的,但你已经不能只使用普通的“连接”线。处理 12 A 的电线将比处理 500 mA 的电线更粗,成本也更高。这意味着更多的铜,这会花费真金白银,使电线的柔韧性降低,并使其更粗。
另一方面,从 120 V 降至 5 V 并没有获得太多收益。一个优势是安全等级。通常在 48 V 及以下,事情变得更简单的调节器。当你降到 30 V 时,如果晶体管等只需要处理 10 V,它们并没有多少节省。
更进一步,60 A 时的 1 V 将非常不方便。通过在如此低的电压下启动,电缆中较小的电压降会变得更加低效,而此时正变得更加难以避免它们。考虑一根总输出和后向电阻只有 100 mΩ 的电缆。即使有 1 V 的电压,它也只会消耗 10 A 的电流,这不会为设备留下任何电压。
假设您希望设备至少有 900 mV,因此需要提供 67 A 电流来补偿电缆中的功率损耗。电缆需要具有 (100 mV)/(67 A) = 1.5 mΩ 的输出和返回总电阻。即使电缆总长为 1 m,也需要相当粗的导体。而且,它仍会耗散 6.7 W。
处理大电流的这种困难是公用事业规模输电线路是高压的原因。这些电缆可能长达 100 英里,因此串联电阻会增加。公用事业公司尽可能地提高电压,以使 100 英里长的电缆更便宜,并减少电力浪费。高压确实需要一些成本,这主要是为了在电缆周围与任何其他导体保持更大的间隙。尽管如此,这些成本并不像在电缆中使用更多的铜或钢那样高。
AC 的另一个问题是趋肤效应意味着您在更大直径的电阻中获得递减的回报。这就是为什么对于很长的距离,传输直流电变得更便宜,然后支付费用在接收端将其转换为交流电。