對于PFC(功率因數(shù)校正)你了解多少

引言：PFC(Power Factor Correction)即功率因數(shù)校正，主要用來表示電子產(chǎn)品對電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高。通過CCC認證的電腦電源，都必須增加PFC電路。位置在第二層濾波之后，全橋整流電路之前。PFC有兩種，一種是無源PFC(也稱被動式PFC)，一種是有源PFC(也稱主動式PFC)。

丨什么是功率因數(shù)

功率因數(shù)：功率因數(shù)表示電源輸出有功功率的能力。功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統(tǒng)里則要復雜些：即有部分交流電流在負載里循環(huán)不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實際功率與視在功率的比值。

視在功率：即交流電壓有效值和交流電流有效值的乘積，用公式表示為：S=UI。上式中，S是額定輸出功率，單位是VA(伏安)，U是額定輸出電壓，單位是V，如220V、380V等;I是額定輸出電流，單位是A。

視在功率包括兩部分：有功功率(P)和無功功率(Q)，有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮，使電機轉(zhuǎn)動，使電子電路工作等。因為這個功率做功后都變成了熱量，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產(chǎn)生一個錯覺，即把有功功率當成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表示：P=SCosΦ=UICosΦ=UI?F。上式中，P是有功功率，單位主要有瓦(W)，千瓦(kW)，兆瓦(MW)。F=CosΦ被稱為功率因數(shù)，而Φ是在非線性負載時電壓電流不同相時的相位差。無功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=SSinΦ=UISinΦ。上式中，Q為無功功率，單位為Var、kVar。

丨無源PFC(也稱被動式PFC)

無源PFC指不使用晶體管等有源器件組成的校正電路，一般由二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成。

在整流橋堆和濾波電容之間加一只電感(適當選取電感量)，利用電感上電流不能突變的特性來平滑電容充電強脈沖的波動，改善供電線路電流波形的畸變，并且利用電感上電壓超前電流的特性也補償濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數(shù)、電磁兼容和電磁干擾得以改善，如下圖所示。

此種方式還不能稱為真正的無源PFC電路，只是一種簡單的補償措施，可以應(yīng)用在前期設(shè)計的無PFC功能的設(shè)備上，簡單的增加一個合適的電感(適當選取L和C的值)，從而達到具有抑制電流瞬時突變的目的;但是這種簡單的、低成本的補救方法，輸出紋波較大，濾波電容兩端的直流電壓也較低，電流畸變的校正及功率因數(shù)補償?shù)哪芰Χ己懿?，而且L的繞制及鐵芯的質(zhì)量控制不好，會對圖像及伴音產(chǎn)生嚴重的干擾，只能是對于前期無PFC設(shè)備使之能進入市場的臨時措施。

丨有源PFC(也稱主動式PFC)

有源PFC電路則有很好的效果，基本上可以完全消除電流波形的畸變，而且電壓和電流的相位可以控制保持一致，它基本上完全解決了功率因數(shù)、電磁兼容、電磁干擾的問題，但是電路非常復雜。

其基本思路是在220V整流橋堆后去掉濾波電容(以消除因電容充電造成的電流波形畸變及相位變化)，由一個“斬波”電路把脈動的直流變成高頻(約100kHz)交流經(jīng)過整流濾波后，其直流電壓再向常規(guī)的PWM開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，其過程AC→DC→AC→DC。

有源PFC電路的基本原理是在開關(guān)電源的整流電路和濾波電容之間增加一個DC-DC的斬波電路，如圖所示(斬波電路等于附加一個開關(guān)電源)。對于供電線路來說，該整流電路輸出沒有直接接濾波電容，所以其對于供電線路來說呈現(xiàn)的是純阻性的負載，其電壓和電流波形同相、相位相同。斬波電路的工作也類似于一個開關(guān)電源，所以說有源PFC開關(guān)電源就是一個雙開關(guān)電源的開關(guān)電源電路，它是由斬波器和穩(wěn)壓開關(guān)電源組成的。

注：斬波電路(又叫直流斬波電路)是指在電力運用中,出于某種需要，將正弦波的一部分"斬掉".(例如在電壓為50V的時候，用電子元件使后面的50~0V部分截止,輸出電壓為0.)后來借用到DC-DC開關(guān)電源中，主要是在開關(guān)電源調(diào)壓過程中，原來一條直線的電源，被線路"斬"成了一塊一塊的脈沖。將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。也稱為直流--直流變換器(DC/DC Converter)。

丨無源PFC和有源PFC區(qū)別

在電源設(shè)計和電力系統(tǒng)的調(diào)試過程中，常見的PFC應(yīng)用方式有兩種，一種是無源PFC，這種功率因數(shù)校正方式也稱被動式PFC，而另一種是有源PFC，也被稱為主動式PFC。功率在250W～300W的電源多采用被動式PFC，主動式PFC常用于400W及以上的電源。

二者的差別在于,被動式PFC一般分“電感補償式”和“填谷電路式(Valley Fill Circuit)”?！半姼醒a償方法”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù)，被動式PFC包括靜音式被動PFC和非靜音式被動PFC。被動式PFC的功率因數(shù)只能達到0.7~0.8，它一般在高壓濾波電容附近。

“填谷電路式”屬于一種新型無源功率因數(shù)校正電路，其特點是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導通角，通過填平谷點，使輸入電流從尖峰脈沖變?yōu)榻咏谡也ǖ牟ㄐ?，將功率因?shù)提高到0.9左右，顯著降低總諧波失真。與傳統(tǒng)的電感式無源功率因數(shù)校正電路相比，其優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)補償效果顯著，并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。

主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、通過專用IC去調(diào)整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。主動式PFC可以達到較高的功率因數(shù)──通?？蛇_98%以上，但成本也相對較高。此外，主動式PFC還可用作輔助電源，因此在使用主動式PFC電路中，往往不需要待機變壓器，而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小，這種電源不必采用很大容量的濾波電容。

審核編輯：湯梓紅