PFC從無源到有源，模擬PFC與數(shù)字PFC的競爭

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的系數(shù)，一個設(shè)備功率因數(shù)越高，說明它對電能的利用越充分。想要更有效地利用電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，就需要合理地分配有功功率和無功功率，盡可能地提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。

功率因數(shù)的差距在工業(yè)用電和民用電的對比上表現(xiàn)得很明顯，工業(yè)中使用的用電設(shè)備多為電感或電容性設(shè)備，其功率因數(shù)相對居民用電設(shè)備的功率因數(shù)要低一些，這就造成了電網(wǎng)中無功功率更高，維持這個無功功率需要更多的電能，工業(yè)用電價格需要為這部分電能買單，價格自然也就比民用電高出很多。

PFC功率因數(shù)校正

PFC全稱Power Factor Correction，也就是功率因數(shù)校正，是提高用電設(shè)備功率因數(shù)的技術(shù)。早期為了改進(jìn)供電效率低下的問題，采取的是功率因數(shù)補(bǔ)償這一策略，即在用電設(shè)備上并聯(lián)一個電容器用以調(diào)整其電壓、電流的相位特性。功率因數(shù)補(bǔ)償也能解決一些EMI和EMC問題。

在開關(guān)電源廣泛應(yīng)用后，PFC技術(shù)開始發(fā)展起來，PFC技術(shù)完全不同于過去的功率因數(shù)補(bǔ)償，功率因數(shù)校正針對非正弦電流波形畸變，使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時變化軌跡，并使電流和電壓保持同相位，是一種線路電流波形校正技術(shù)。PFC同樣能夠解決功率因數(shù)、電磁兼容以及電磁干擾問題。

PFC對工業(yè)用電設(shè)備驅(qū)動來說十分重要，既能改善整體系統(tǒng)效率，也能更合理地分配電壓提高供電質(zhì)量。目前常用的PFC有有源電路拓?fù)浜蜔o源電路拓?fù)鋬煞N實現(xiàn)方式，雖然兩種PFC都是力爭校正出正弦或近似正弦的線路電流，并與線路電壓同相，從而最大程度減少產(chǎn)生損耗的諧波電流和無功功率流，但二者之間的差別還是蠻大的。

從無源PFC到有源PFC

有源和無源PFC之間的權(quán)衡取舍與成本、無源元件權(quán)重和數(shù)量，以及PFC相關(guān)損耗有關(guān)。無源PFC不使用晶體管等有源器件，由二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成校正電路，這種電路需要正確使用低頻電感和電容以便形成交流線路電流包絡(luò)。

無源PFC分為電感補(bǔ)償式和填谷電路式，電感補(bǔ)償式利用電感上電流不能突變的特性來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補(bǔ)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。通過這種方式校正后的功率因數(shù)可以達(dá)到0.7-0.8。填谷電路式PFC能將功率因數(shù)校正到0.9左右，這種PFC效果很明顯，電路也很簡單，但是做不了大功率。在大功率電路中，填谷電路的諧波會非常大，想要進(jìn)一步濾除諧波需要增加額外的成本，大功率電路中用這種校正得不償失。總的來看，無源PFC在非高功率的三相系統(tǒng)中更廣泛一些，不需要額外的電感，又能有效提升功率因數(shù)。

有源PFC在單相驅(qū)動中很實用，基本可以完全消除電流波形的畸變，并讓電壓和電流的相位保持一致，在功率因數(shù)、電磁兼容以及電磁干擾上都有非常好的效果，功率因數(shù)可以校正到0.98以上，是高功率應(yīng)用里最好的選擇。難點(diǎn)在于電路很復(fù)雜，當(dāng)然成本也會更高。有源PFC需要使用專用的IC調(diào)整電流，這就有了模擬PFC控制和數(shù)字PFC控制。

模擬PFC對決數(shù)字PFC

市面上關(guān)于模擬PFC已達(dá)到極限，要轉(zhuǎn)向數(shù)字PFC才能進(jìn)一步突破的說法很多。不可否認(rèn)的是數(shù)字PFC的確能不受線性特性的限制，在任何負(fù)載條件下都可以合成極優(yōu)的輸出波形，但要說完全轉(zhuǎn)向數(shù)字PFC還為時尚早。

如果單單只是完成有源PFC的控制，使用成本更低的模擬PFC控制IC完全獨(dú)立于主系統(tǒng)控制器工作是完全沒問題的，簡單且直接。數(shù)字PFC的確可以合成極優(yōu)的輸出波形，但是其性能也受到各種因素的影響，比如采樣算法和采樣頻率，PWM以及各種其他軟硬件設(shè)計等等，這個設(shè)計過程是繁瑣且復(fù)雜。模擬PFC現(xiàn)在也有CCFF這種技術(shù)可以進(jìn)一步提高能效。所以單從二者可以達(dá)到的PFC控制效果來看，二者其實各有千秋，數(shù)字PFC的確在寬負(fù)載下優(yōu)化能效能力更強(qiáng)，但是模擬PFC簡單直接的優(yōu)化也不差而且成本更低。

應(yīng)該說，數(shù)字PFC的優(yōu)勢更多的其實體現(xiàn)在使用數(shù)字PFC可以搭配主控處理器和數(shù)字隔離器等其他器件為整個系統(tǒng)帶來附加價值，比如主處理器可將部分時序、監(jiān)控和保護(hù)功能交由PFC控制器負(fù)責(zé)，增強(qiáng)整體系統(tǒng)功能同時降低成本。

小結(jié)

不管是模擬PFC還是數(shù)字PFC，目的都是為了提升能效，模擬PFC現(xiàn)在能實現(xiàn)很高能效而且成本相對較低，但不可否認(rèn)的是數(shù)字控制強(qiáng)大的功能也的確能夠在系統(tǒng)級層面帶來增強(qiáng)，選擇數(shù)字PFC這時候的權(quán)衡取舍可能已經(jīng)不局限于PFC電路本身了。

審核編輯 ：李倩