電源沒有pfc會有什么后果? 淺論pfc對電源的重要性

本文主要是關(guān)于pfc的相關(guān)介紹，并著重對pfc的功能特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的闡述。

pfc

PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”，意思是“功率因數(shù)校正”，功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。 基本上功率因數(shù)可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因數(shù)值越大，代表其電力利用率越高。功率因數(shù)是用來衡量用電設(shè)備用電效率的參數(shù)，低功率因數(shù)代表低電力效能。為了提高用電設(shè)備功率因數(shù)的技術(shù)就稱為功率因數(shù)校正。

計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失，此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

被動式PFC

被動式PFC一般分“電感補(bǔ)償式”和“填谷電路式（Valley Fill Circuit）”

“電感補(bǔ)償式”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)，“電感補(bǔ)償式”包括靜音式和非靜音式?！半姼醒a(bǔ)償式”的功率因數(shù)只能達(dá)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(diǎn)是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導(dǎo)通角，通過填平谷點(diǎn)，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(diǎn)是電路簡單，功率因數(shù)補(bǔ)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

而主動式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(jìn)行補(bǔ)償。主動式PFC可以達(dá)到較高的功率因數(shù)──通?？蛇_(dá)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(jī)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。

電源沒有pfc會有什么后果

PFC是用來提高功率因數(shù)的，在電網(wǎng)中存在有功功率和無功功率，功率因數(shù)提高后，無功功率就減少了。在我國，使用的是有功電度表，它是無法測量無功功率的，所以即使電源沒有PFC，也不會多扣電費(fèi)。但是在國外比如歐洲，它們的電度表也會計(jì)算無功功率的，沒有PFC就意味著要花更多的電費(fèi)。所以最好買帶PFC的電源，主動PFC電源的功率因數(shù)可以做的比較高，建議購買主動PFC的電源。

關(guān)于電壓，這個(gè)跟PFC關(guān)系不是太大，但需要注意的是，某些國家比如美國日本，它們使用的是110V交流電，那你購買電源就要購買支持100-240V全電壓的產(chǎn)品，以免到國外不能使用。

電源的輸入電壓可以從電源銘牌看到，正規(guī)的支持全電壓的電源的銘牌會標(biāo)注100-240V電壓字樣，很好辨識。但是PFC就不容易從外觀看了，除非你拆開電源，簡單的辦法就是到官方網(wǎng)站查詢產(chǎn)品資料。

無PFC電源的缺點(diǎn)

1.主動PFC在低功率時(shí)，自身損耗大于被動PFC。畢竟它是一個(gè)復(fù)雜的電路，工作起來要消耗電能;而被動PFC就是一個(gè)電感。不過很少有人讓高端電源工作的低負(fù)載下，這個(gè)問題也就不明顯了。

2.主動PFC還有一個(gè)最麻煩的缺點(diǎn)：電磁干擾大。為了搞定電磁干擾，EMI濾波電路要加強(qiáng)，電路更加復(fù)雜。有些電源在待機(jī)時(shí)發(fā)出高頻噪音，也是因?yàn)橹鲃覲FC。

3.無源PFC電路是以犧牲電源的效率和穩(wěn)定性為代價(jià)的。很多不太懂電源人，盲目的把電源加上無源PFC電路，以為這樣就能很容易的解決電路的PF值問題了，事實(shí)上，這樣在很多時(shí)候是得不償失。

4.增加一點(diǎn)PF值，犧牲了電源本身的更多優(yōu)良性能，無源PFC大約有兩種方式：

一是、直接將反激電路前級的400V大電解拿掉，換上CBB，于是輸入到電路中的電壓波形就是正弦波了，然后將電源的變壓器調(diào)節(jié)感量，使其達(dá)到DCM和CCM工作模式的臨界點(diǎn)上，調(diào)的準(zhǔn)的，能將PF值調(diào)到0.9.這樣做的缺點(diǎn)也是一下就能看出來了，因?yàn)檩斎腚妷航档?，效率降下一截，且由于沒有前級濾波電路紋流變大，電路的穩(wěn)定性也大大降低。

二是、填谷電路，增加三只二極管，400V電解換成兩只250V的，這個(gè)電路比前面那個(gè)電路好一些，因?yàn)檩斎爰壍募y波沒那么大。但輸入電壓的谷值是原來電解直接濾波的一半，峰值不變。也一樣會降低電源的效率和穩(wěn)定性。

pfc對電源的重要性

功率因數(shù)（PF）是指，實(shí)際功率（有效功率）與視在功率（表觀功率）的比率（kW/kVA），而我們都知道，功率P等于電壓與電流的乘積（P=V×I）。另外，在電路中會存在著最基本的兩種電路負(fù)載，一種為“電阻（由電源中各種電阻構(gòu)成的電路負(fù)載）”，另外一種為“電抗（由電源中電感線圈和電容構(gòu)成的電路負(fù)載）”。

如果整個(gè)電路都是線性負(fù)載（電路阻抗為恒定常數(shù)的負(fù)載），那么電源電壓和電流都將會呈現(xiàn)為正弦曲線，并且相位相同。而如果在這個(gè)純電阻電路中，那么電壓和電流都會在同一時(shí)刻逆轉(zhuǎn)極性，那么也就是說，在每一時(shí)刻，電壓與電流的乘積都為“正”。也就是說，在電路中，沒有“反方向（負(fù)極方向）”的能量移動，而此時(shí)所產(chǎn)生負(fù)載功率才被稱為“實(shí)際功率”。

而在一個(gè)純電抗負(fù)載電路中，電壓和電流之間會產(chǎn)生一定的是時(shí)間差，也就會出現(xiàn)相位差（最大理論值為90度，一般情況多為45度），那么電壓與電流的乘積，就不一定每一時(shí)刻都為“正”了。在第一個(gè)半周期內(nèi)，能量為“正”，另外一個(gè)半周期內(nèi)能量為“負(fù)”，那么就是說，前半周期電源從電網(wǎng)中獲取能量，而在后半個(gè)周期內(nèi)，這些能量又會回流到國家電網(wǎng)中。所以如果按照一個(gè)周期計(jì)算，那么電源獲得的能量會為“零”，沒有能量。

上面的兩種描述都是純理論的理想狀態(tài)。但在實(shí)際應(yīng)用中，電路中會有大量的電阻、電感和電容，在同一時(shí)刻都會有負(fù)載，也就會產(chǎn)生不同方向的“能量”。因此，所有的正向能量，我們稱其為“實(shí)際功率”，而反向回流電網(wǎng)的能量則稱之為“無用功率”，那么“實(shí)際功率”與“無用功率”的綜合，就是之前我們所說的“視在功率”。

但正如我們之前所提到的，“功率因數(shù)”實(shí)際上就是“實(shí)際功率”與“視在功率”的比值。而最為理想的比值為“1”，當(dāng)然這還無法做到，因此只能無限接近于“1”，這個(gè)數(shù)值我們一般稱之為“功率因數(shù)”。

這里我們需要指出的是，居民用戶只需要支付實(shí)際功率（瓦數(shù)）所消耗的電量，則不會支付回流到電網(wǎng)中無用功率的電量。而對于商業(yè)工廠用電則會追加無用功率這一部分的用電，因?yàn)樗麄兯碾娏康幕鶖?shù)太大了。

雖然對于居民用戶來說，我們不需要支付無用功率的電費(fèi)，但是根據(jù)《歐盟EN61000-3-2號標(biāo)準(zhǔn)》（當(dāng)然中國也有相關(guān)的法規(guī)條款），凡是功率擦超過75W的開關(guān)電源，都需要至少安裝被動PFC模塊。此外，在80Plus電源認(rèn)證中，則要求功率因數(shù)需要超過0.9，甚至更多。

不過在數(shù)年前，許多的電源廠商大多都在電源產(chǎn)品中使用被動PFC模塊。而PFC模塊則是一個(gè)減少諧波電流，并且將非線性負(fù)載轉(zhuǎn)換成線性負(fù)載的過濾器，電容和電感所產(chǎn)生的功率因數(shù)則會向單位值跟近一些。

因此，我們接下來要說的，就是主動PFC和被動PFC電路。被動PFC相對主動PFC，功率因數(shù)較低，并且被動PFC只適用于230V高壓電網(wǎng)，對于115V低壓電網(wǎng)，被動PFC還需要一個(gè)倍壓器以適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)格。不過，被動PFC比主動PFC的效能要高！

對于主動PFC來說，它基本上是一個(gè)通過PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制電流波形的AC/DC整流器。在最開始，AC電壓通過整流橋整流。然后PWM觸發(fā)主動PFC電路中的MOSFET管（通常是兩個(gè)），分離中間直流電壓到恒定脈沖序列。這些脈沖信號通過濾波電容，將相對平順的電流送到主開關(guān)電路。而在此之前，我們還會看到一個(gè)大個(gè)的電感線圈，而這個(gè)大電感可以對突然涌入的電流起到緩沖和梳理的作用，當(dāng)然磁線圈也是電抗產(chǎn)生的重要元件。

此外，在主動PFC電路中我們還會看到一個(gè)熱敏電阻，同樣是用來限制突然涌入的電流，特別是當(dāng)電源通電以及啟動時(shí)。

主動PFC電路通常也有兩種不同的模式，電流斷續(xù)模式DCM（Discontinuous Conduction Mode）和電流連續(xù)模式CCM（ Continuous Conduction Mode）。其中DCM是指，當(dāng)電感電流為零時(shí)，PFC的MOSFET管被開啟的工作狀態(tài)；CCM是指，電感電流始終在零以上，PFC的MOSFET管被開啟的工作狀態(tài)，因此在MOSFET管中，所有的反向恢復(fù)的能量都會被浪費(fèi)。

在電源PFC電路中的第二種模式（CCM）主要被用于超過200W功率輸出的電源，因?yàn)樗軌蛱峁┫鄬^低電流噪聲峰值，這意味著高功率電源可以有效抑制電流紋波，輸出更為平順的電流。不過CCM的缺點(diǎn)是耗能較高，并且在升壓二極管關(guān)閉時(shí)，會產(chǎn)生額外EMI，所以我們經(jīng)常會看到電源整流橋后通常會增加一個(gè)X電容。

結(jié)語

關(guān)于pfc的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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