電源你不知道的事(10):談主動與被動PFC

2020-11-23 太平洋電腦網

　　【PConline 雜談】小電源、大知識，不知不覺《電源你不知道的事》系列已經來到了第十期。作為PC系統的大心臟，原來電源就如心臟一樣看似功能簡單但是裡面卻隱含不少學問。前面幾期我們介紹了電源的構成、成本、用料等方方面面，今天我們繼續談電源的結構，那就是PFC。雖然PFC我們可以輕易從百科文章中知道原理，而這次，我們用不同的角度來談談PFC。


電源你不知道的事(10)：談主動與被動PFC

PFC是什麼？

　　什麼是PFC，全稱是Power Factor Correction，翻譯過來是「功率因數校正」的意思。什麼？這六個字太深奧？小編也這麼認為，所以還是用通俗的角度來解釋下吧。


功率因數＝有功功率/視在功率，就是cos函數，另外一邊就是指無效功率

　　什麼是功率因數？是用來衡量用電設備（包括：廣義的用電設備，如：電網的變壓器、傳輸線路，等等）的用電效率的數據。 功率因數的定義公式：功率因數＝有功功率（true power）/視在功率（apparent power）。有功功率，是設備消耗了的，轉換為其他能量的功率。視在功率，就使我們常說的功率容量。1減去功率因數就是無效功率（recative power）係數。

　　雖然上面一段話與我們使用的電源無關，但是作為用電設備範疇，它依然在電源規格中佔有很重要位置。這樣以來，大家就很好理解了：當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。

　　當我們了解了功率因素後，那麼功率因數校正（PFC）的定義就很好理解了：為了提高用電設備功率因數的技術就稱為功率因數校正。

我們為什麼需要PFC？


電流與電壓極值不同，電流和電壓之間會出現相位差，會造成交換功率的損失

　　我們知道，電源是一種電容輸入型電路。由於交流電的電流最大值和電壓最大值並不是在同一個時刻出現，所以在這樣的情況下，電流和電壓之間會出現相位差，會造成交換功率的損失。於是，功率計算公式「電流*電壓」的乘積並不等於電流做功的功率。並且，會出現實際功率低於功率容量的情況。


相信大家都知道小編放PFC電路圖是不懂裝懂的，好吧，您猜對了

　　這種損失如何去避免呢？此時便需要PFC電路提高功率因數以減少交換功率的損失。我們所說的PFC一般指的是PFC電路，它起到的作用就是減少交換功率的損失。

　　不過，這裡也需要注意，「功率因數」並不就等於「轉換效率」。現在有些商家將主動式0.99的功率因數解釋為能得到99%的電源轉換效率，這很顯然這是不對的，因為功率因數是指所有有功功率，有功功率不僅包括電力還包括熱量。而電源轉換效率是只針對供電方面的，量不包括在內。


PFC有什麼用？就是讓你在有限的酒杯容量中儘可能品嘗到更多啤酒

　　雖然兩個都是描述省電的概念，但對於個人而言兩個概念的意義是不一樣的。形象地說，PFC「功率因數」高是為國家省錢，因為可以少浪費供電，避免浪費電，但電轉熱是不能避免的；而「轉換效率」高是為用戶省錢，供電量低，不包括其他概念。

主動PFC與被動PFC

　　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）。


主動式PFC

　　主動式PFC主要由高頻電感、開關管、電容以及控制IC等元件構成，可簡單的歸納為升壓型開關電源電路，這種電路的特點是構造複雜，但優點很多：功率因數高達0.99、低損耗和高可靠、輸入電壓可以從90V到270V(寬幅輸入)等，由於輸出DC電壓紋波很小，因此採用主動式PFC的電源不需要採用很大容量的濾波電容。


被動式PFC

　　被動式PFC通常為一塊體積較大的電感，其內部由多塊矽鋼片外部纏繞銅線而組成，它的原理是採用電感補償方法通過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，被動式PFC的功率因數不是很高，只能達到0.7~0.8，因此其效率也比較低，發熱量也比較大。被動式PFC也並非一無是處，其結構簡單，成本也比較低，穩定性上表現好，比較適合中低端電源。

PConline 總結


上為主動式PFC設計的電源，下為被動式PFC設計的電源

　　如今，PFC已經成為了電源的標配結構。雖然主動PFC以及被動PFC地位上有很大的差距，但是它們本質上沒有對與錯。主動式PFC設計複雜、性能更好、成本較高；被動PFC設計簡單、故障率低、價格便宜。各取所需，互為補充的關係，就看你的消費成本了。如今在京東上看，一般採用被動式PFC設計的電源基本只出現在200元以內的價格區間內，而200元以上基本全部都採用主動式PFC，由此可見，主動式PFC是今後電源發展的必然趨勢。

往期回顧：

電源你不知道的事(9):80PLUS有多重要?
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電源你不知道的事(8):各路輸出負責哪裡？
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電源你不知道的事(7):簡述電源工作原理
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電源你不知道的事(6):貴价電源怎樣煉成?
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