本文主要是關(guān)于電源PFC的相關(guān)介紹，并著重對(duì)電源PFC的工作原理及主動(dòng)式PFC電源的概念進(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(lái)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(kāi)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(huì)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(dòng)式PFC（也稱無(wú)源PFC）和主動(dòng)式PFC（也稱有源式PFC）。

　　主動(dòng)式PFC電源的概念分析

　　主動(dòng)式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、通過(guò)專用IC去調(diào)整電流的波形，對(duì)電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。主動(dòng)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(duì)較高。此外，主動(dòng)式PFC還可用作輔助電源，因此在使用主動(dòng)式PFC電路中，往往不需要待機(jī)變壓器，而且主動(dòng)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。

　　交過(guò)電費(fèi)的人都知道，同樣是使用電網(wǎng)中的電能，為什么工業(yè)用電和居民用電的價(jià)格卻不盡相同呢？大多數(shù)人也許會(huì)給出這樣一個(gè)答案：“工業(yè)用電是要?jiǎng)?chuàng)造價(jià)值，進(jìn)行商業(yè)盈利的；其次就是工業(yè)設(shè)備污染環(huán)境比較多；再次就是工業(yè)用電的傳輸成本高。”這個(gè)答案說(shuō)明了一些問(wèn)題，但是如果您具備專業(yè)知識(shí)，或者通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，了解了什么是功率因數(shù)，那么您肯定能給出更專業(yè)的答案：“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(duì)居民用電設(shè)備的功率因數(shù)較低，造成了電網(wǎng)中無(wú)功功率較高，電力公司需要多發(fā)電來(lái)維持這個(gè)無(wú)功功率，浪費(fèi)了這部分的電能，所以工業(yè)用電用戶就需要為這部分浪費(fèi)的電能買單?！惫I(yè)用電與居民用電成本對(duì)比如圖1所示。

　　圖1 工業(yè)用電與居民用電成本對(duì)比那么我們有什么方法來(lái)降低無(wú)功功率，或者說(shuō)如何把功率因數(shù)提升到最佳值呢？偉大的科學(xué)家們已經(jīng)幫我們研究出了解決辦法：功率因數(shù)校正。提高用電設(shè)備功率因數(shù)，使其接近1的技術(shù)就稱為功率因數(shù)校正。下面讓我們看看供電公司和工業(yè)用電用戶都是怎么樣做的吧。l 供電公司的功率因數(shù)校正方法對(duì)于供電方，最簡(jiǎn)單的方法就是提升送電電壓，也可以在各個(gè)中央變電站、輸送網(wǎng)絡(luò)中，添加功率因數(shù)校正設(shè)備，提升整個(gè)電網(wǎng)本身的功率因數(shù)，減少輸送損耗，如圖2所示。

　　圖2供電公司的功率因數(shù)校正方法l 工業(yè)用電用戶的功率因數(shù)校正方法對(duì)于工業(yè)用電的使用方，可以在低功率因數(shù)負(fù)載電路中，增加功率因數(shù)校正設(shè)備，或者使用高功率因數(shù)的負(fù)載，如圖3所示。

　　主動(dòng)式PFC與被動(dòng)式PFC電源的不同

　　在早些年主動(dòng)式PFC電源剛剛步入主流的時(shí)候，商家們一度大肆宣傳“主動(dòng)式就是比被動(dòng)式好”，現(xiàn)在主動(dòng)式PFC電源已經(jīng)成為主流，雖然不再需要像當(dāng)年那樣瘋狂地推廣，但是我們?nèi)匀豢梢栽诓簧匐娫?a target="_blank">產(chǎn)品的包裝上看到強(qiáng)調(diào)主動(dòng)式PFC的字眼，可見(jiàn)這個(gè)觀點(diǎn)早已深入人心。那么主動(dòng)式PFC相比被動(dòng)式PFC好在哪里呢？今天我們就來(lái)一起探討一下被動(dòng)式PFC與主動(dòng)式PFC之間差異，看看為什么主動(dòng)式PFC電源能夠成為今天的主流。

　　今天主動(dòng)式PFC已經(jīng)成為主流和高端電源的標(biāo)配

　　PC電源為什么需要配置PFC電路？

　　目前電路負(fù)載基本上可以分為兩種模式，其一為電阻型負(fù)載，這種負(fù)載在采用交流輸入時(shí)，其電壓與電流的波形都將呈現(xiàn)正弦曲線且相位相同，換句話說(shuō)電壓和電流都會(huì)在同一時(shí)刻逆轉(zhuǎn)極性，能量一直為正向移動(dòng)；另外一種則是電抗型負(fù)載，這種負(fù)載在采用交流輸入時(shí)雖然電壓與電流的波形同樣為正弦曲線，但兩個(gè)波形之間存在相位差，這樣就無(wú)法保證電壓與電流在每一個(gè)時(shí)刻都是相同的極性，在極性相反的周期內(nèi)，能量是反向移動(dòng)。

　　由于電壓與電流波形之間存在相位差，因此會(huì)有反向能量即無(wú)效功率的產(chǎn)生

　　當(dāng)然這兩種都是理想狀態(tài)下的負(fù)載，在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)是電阻性負(fù)載與電抗型負(fù)載的混合，極少存在單一型負(fù)載的情況，因此在任意時(shí)刻的負(fù)載中會(huì)有兩種不同方向的能量，其中只有正向能量是有價(jià)值的，我們將其稱為有效功率，反向能量則稱為無(wú)效功率，而兩者的綜合就是視在功率了。

　　為了體現(xiàn)電器設(shè)備對(duì)能量的利用率，我們就需要用到功率因數(shù)（Power Factor），即我們PC電源評(píng)測(cè)中常提到的PF值，這是一個(gè)有效功率除以視在功率所得出來(lái)的比值。而功率因數(shù)校正即PFC（Power Factor Correction）的用作就是提升PF值，它可以起到減少脈沖電流諧波分量、降低EMI電磁干擾、降低諧波失真度等作用，從是實(shí)現(xiàn)降低電網(wǎng)污染、使功率因數(shù)趨向于1的效果。

　　目前PC電源中有分為被動(dòng)式PFC和主動(dòng)式PFC，前者常見(jiàn)于低端電源產(chǎn)品或者是一些比較老舊的產(chǎn)品中，一般來(lái)說(shuō)可以將電源的功率因數(shù)控制在0.7到0.8的范圍，但一般不會(huì)超過(guò)0.8；后者則是目前主流和高端電源的標(biāo)配，它可以將電源的功率因數(shù)控制在0.9甚至更高的水平，部分高端產(chǎn)的功率因數(shù)甚至可以無(wú)限接近于1。

　　什么是被動(dòng)式PFC？

　　被動(dòng)式PFC曾經(jīng)是PC電源上的主流，現(xiàn)在雖然已經(jīng)退出主流市場(chǎng)，但由于相對(duì)低廉的成本，因此其仍然活躍在額定功率400W以下的入門級(jí)電源產(chǎn)品中。被動(dòng)式PFC電源的PF值大多在0.7到0.8左右，但甚少能有超過(guò)0.8的水平，畢竟要在被動(dòng)式PFC電源上做到PF值0.8以上，從成本來(lái)說(shuō)足以做主動(dòng)式PFC電源，后者的PF值可以輕松達(dá)到0.9的水平。

　　被動(dòng)式PFC電路中的PFC電感，圖片源自游戲悍將80+ S400電源

　　常見(jiàn)于PC電源中的被動(dòng)式PFC是電感補(bǔ)償式，其通過(guò)減少交流輸入的基波電流與電壓之間相位差來(lái)提高功率因數(shù)，特點(diǎn)是在高壓濾波電容附近有一個(gè)PFC電感，這個(gè)電感由多塊硅鋼片外部纏繞銅線而成，體積大、重量高，為了保證其安裝穩(wěn)固，現(xiàn)在不少被動(dòng)式PFC電源會(huì)把PFC電感固定在外殼，再通過(guò)導(dǎo)線連接到主PCB上。

　　電感補(bǔ)償式的被動(dòng)式PFC有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，但是其電感的體積和重量都會(huì)隨著電源額定功率的提升而增加，因此被動(dòng)式PFC基本上不會(huì)用在額定功率比較高的電源產(chǎn)品中。另外由于被動(dòng)式PFC電源往往有著比較高的重量，因此在玩家群體里產(chǎn)生了一種“電源越重品質(zhì)越好”的判斷方法，這個(gè)判斷法一直沿用至今，雖然現(xiàn)在基本已經(jīng)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，但仍然被不少剛?cè)腴T的玩家奉為信條。

　　這款達(dá)碩角斗士430電源的PFC電感其實(shí)是假的，你看出來(lái)了嗎？

　　值得一提的是，由于有這樣的判斷法，在被動(dòng)式PFC電源仍是主流的年代，有不少假冒偽劣產(chǎn)品會(huì)采用假的PFC電感，這些電感在表面上和真品沒(méi)什么區(qū)別，但實(shí)際上可能只有硅鋼片而沒(méi)有銅線繞圈，甚至只是灌裝水泥冒充的，以增加電源的重量。因此“電源越重品質(zhì)越好”的判斷方法就算有些參考意義，但顯然不會(huì)是絕對(duì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

　　采用假PFC的電源，其PF值只有0.5到0.6的水平

　　此外被動(dòng)式PFC電源對(duì)輸入電壓的穩(wěn)定性有一定的要求，基本上電壓波動(dòng)的允許范圍不會(huì)太廣。而且由于被動(dòng)式PFC適合在比較高的電壓下使用，因此采用110V輸入設(shè)計(jì)的被動(dòng)式PFC電源還需要添加一個(gè)倍壓器，將輸入電壓從110V增加至220V，以保證PFC電路工作的正常。

　　什么是主動(dòng)式PFC？

　　主動(dòng)式PFC在結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)基本就是一個(gè)通過(guò)PWM控制電流波形的AC/DC整流器，交流輸入通過(guò)整流橋進(jìn)行整流，然后PWM觸發(fā)主動(dòng)PFC電路中的MosFET管，分離中間直流電壓到恒定脈沖序列，隨后這些脈沖信號(hào)通過(guò)濾波電容，將相對(duì)平順的電流送到主開(kāi)關(guān)電路。

　　主動(dòng)式PFC電路，圖片源自游戲悍將SURPASS SP500電源

　　此外我們可以在主動(dòng)式PFC電路中看到一個(gè)體積相對(duì)較大的電感線圈，這個(gè)電感線圈可以對(duì)電流起到緩沖和梳理的作用，當(dāng)然它在體積和重量上比起被動(dòng)式PFC的電感要小很多。

　　以先馬金牌500W模組版為例的主動(dòng)式PFC電源，PF值可以輕松達(dá)到0.9以上

　　從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式PFC顯然比被動(dòng)式PFC更復(fù)雜，成本也更高。但是主動(dòng)式PFC有著更寬廣的電壓適應(yīng)能力，在電壓波動(dòng)較大的情況下仍然可以穩(wěn)定工作，不少產(chǎn)品甚至直接支持110V到220V電壓的輸入。同時(shí)在功率因數(shù)校正的效果上，主動(dòng)式PFC也有凌駕于被動(dòng)式PFC，可以輕松達(dá)到0.9以上，部分高端產(chǎn)品甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限接近于1的效果。

　　此外由于主動(dòng)式PFC電路的體積和重量都遠(yuǎn)小于被動(dòng)式PFC，隨著電源額定功率的提升，其在體積和重量上的變化也不會(huì)很大，因此在被動(dòng)式PFC電源上“越重越好”的標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)并不適合主動(dòng)式PFC電源。

　　主動(dòng)式PFC電源會(huì)更省電嗎？

　　在主動(dòng)式PFC電源剛剛步入主流的時(shí)候，又不少廠商為了宣傳自家的主動(dòng)式PFC電源產(chǎn)品，都紛紛打出了“主動(dòng)式PFC電源更加省電”的旗幟，引導(dǎo)消費(fèi)者選擇采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。但事實(shí)上是不是這樣呢？主動(dòng)式PFC電源就一定比被動(dòng)式PFC電源省電嗎？

　　如果從宏觀的角度來(lái)看，確實(shí)是這樣沒(méi)錯(cuò)的。同樣是200W的有效功率，采用被動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)、PF值為0.8的PC電源需要消耗250W的視在功率，而采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)、PF值為0.9的PC電源則只需要222W的視在功率，如果說(shuō)視在功率相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的輸出功率，那主動(dòng)式PFC電源對(duì)發(fā)電機(jī)造成的負(fù)荷就更低，自然也就是更省電了。

　　然而這樣的省電對(duì)于消費(fèi)者而言并沒(méi)有什么實(shí)際意義，因?yàn)槲覀兊碾姳碇唤y(tǒng)計(jì)有效功率，并不是統(tǒng)計(jì)視在功率，換句話說(shuō)你只需要為有效功率付電費(fèi)，因此不管是主動(dòng)式PFC、被動(dòng)式PFC還是沒(méi)有PFC，只要有效功率相同，電表上走的數(shù)字就是相同的，消費(fèi)者需要支付的電費(fèi)也是相同的。

　　真正能讓你省電費(fèi)的參數(shù)是電源的轉(zhuǎn)換效率，這個(gè)轉(zhuǎn)換效率直接影響電源有效功率的高低，在相同的輸出負(fù)載下，轉(zhuǎn)換效率更高的電源所需要的有效功率越低，你需要付的電費(fèi)自然也越少了。

　　我們?yōu)槭裁匆x擇主動(dòng)式PFC電源？

　　如果僅僅是從省電費(fèi)的角度來(lái)考慮，電源是采用主動(dòng)式PFC、被動(dòng)式PFC甚至是有無(wú)PFC都沒(méi)有什么關(guān)系，因?yàn)槭″X與否的關(guān)鍵是在電源的轉(zhuǎn)換效率。但是實(shí)際與理論總是有一些差別的，從客觀事實(shí)來(lái)說(shuō)，同樣額定功率的電源產(chǎn)品，主動(dòng)式PFC電源大部分確實(shí)有著比被動(dòng)式PFC產(chǎn)品更高的轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)榍罢咄谧龉?、用料和架?gòu)上都會(huì)有更高的水平，品質(zhì)也會(huì)更好，所以主動(dòng)式PFC電源產(chǎn)品在客觀上確實(shí)要更省電費(fèi)，雖然兩者沒(méi)有必然的聯(lián)系。

　　此外主動(dòng)式PFC電源對(duì)交流輸入電壓的適應(yīng)性也更強(qiáng)，基本上目前的寬幅電源都采用了主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)，這樣在電壓波動(dòng)比較大環(huán)境下，主動(dòng)式PFC電源仍然可以保持穩(wěn)定的輸出。而被動(dòng)式PFC電源對(duì)輸入電壓的穩(wěn)定性有一定的要求，電壓浮動(dòng)的適應(yīng)范圍往往不如主動(dòng)式PFC產(chǎn)品，在輸入電壓起伏較大的環(huán)境下可能無(wú)法正常工作。

　　另外選擇主動(dòng)式PFC電源也是一種環(huán)保觀念，由于其PF值更接近于1，因此它對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷和污染也會(huì)更低，有利于減少不必要的能量消耗?，F(xiàn)在PC電源中的80Plus認(rèn)證不僅對(duì)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率有要求，它還同時(shí)要求PC電源的PF值在0.9以上，因此80Plus認(rèn)證在一定程度上也是對(duì)電源產(chǎn)品在環(huán)保貢獻(xiàn)上的肯定。

　　主動(dòng)式PFC的一般結(jié)構(gòu)

　　主動(dòng)式PFC一般由功率MOFET開(kāi)關(guān)管、PFC二極管、電感、濾波電容和NTC熱敏電阻以及IC整合電路六個(gè)電子元器件組成。下面我們就來(lái)看看這些配置吧。

　　主電容及IC整合電路

　　主動(dòng)式PFC電路的設(shè)計(jì)還是比較復(fù)雜的，這無(wú)形之中就增加了電源的制作成本，因此在市場(chǎng)上，采用主動(dòng)式PFC電路設(shè)計(jì)的電源給消費(fèi)者的感覺(jué)就是價(jià)格比較高。

　　雖然說(shuō)主動(dòng)式PFC電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，成本也比較高，但是它帶來(lái)的效益還是不可估量的，最重要的是，它能適應(yīng)更高的電壓范圍，這對(duì)于玩家來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。

　　主動(dòng)式PFC的特點(diǎn)及總結(jié)

　　接下來(lái)我們就是看看采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)電源的功率因數(shù)變化了。這次我們選擇了游戲悍將紅紫銀效R500M電源和游戲引擎UT-450AP電源的功率因數(shù)變化來(lái)看一下。

　　這兩款電源都采用了主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)，他們的功率因數(shù)最高都超過(guò)了99%，這說(shuō)明了他們?cè)诠?jié)能方面還是非常出色的。

　　通過(guò)我們對(duì)主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的分析介紹，可以得出以下幾點(diǎn)：

　　1、主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高。

　　2、主動(dòng)式PFC比被動(dòng)式PFC性能要好，更加節(jié)能。

　　3、主動(dòng)式PFC的功率因數(shù)最高能超過(guò)99%。

　　4、主動(dòng)式PFC能適應(yīng)更高的電壓范圍。

　　結(jié)語(yǔ)

　　關(guān)于電源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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