功率因數校正的幾個小知識

2022-01-20 18:07:07 來源: 網絡

1、什么是功率因數校正(PFC)?

功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。

基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。開關電源供應器上的功率因數校正器的運作原理是去控制調整交流電電流輸入的時間與波型，使其與直流電電壓波型盡可能一致，讓功率因數趨近于。這對于電力需求量大到某一個水準的電子設備而言是很重要的,

否則電力設備系統消耗的電力可能超出其規格，極可能干擾銅系統的其它電子設備。一般狀況下, 電子設備沒有功率因數校正(Power Factor Correction, PFC)時其PF值約只有0.5。

PFC的英文全稱為“power Factor Correction”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。

基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。計算機開關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，此時便需要PFC電路提高功率因數。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)。

PFC打個形象的比方：一個啤酒杯的容積是一定的，就好比是視在功率，可是你倒啤酒的時候很猛，就多了不少的泡沫，這就是無功功率，杯底的啤酒其實很少，這些就是有功功率。這時候酒杯的利用率就很低，相當于電源的功率因數就很小。PFC的加入就是要減少輸入側的無功功率，提高電網的利用率，對于普通的工業用電來講是把電流的相位與電壓的相位調整到一塊了，對于開關電源來講是把嚴重畸變了的交流側輸入電流變成正弦，另外還有降低低次諧波的功能，因為輸入的電流是正弦了。

2、為什么我們需要PFC?

功率因素校正的好處包含:

(1)節省電費

(2)增加電力系統容量

(3)穩定電流

低功率因數即代表低的電力效能，越低的功率因數值代表越高比例的電力在配送網絡中耗損，若較低的功率因數沒有被校正提升，電力公司除了有效功率外，還要提供與工作非相關的虛功，這導致需要更大的發電機、轉換機、輸送工具、纜線及額外的配送系統等事實上可被省略的設施，以彌補損耗的不足。有PFC功能的電子設備配可以幫助改善自身能源使用率，減少電費，PFC也是一種環保科技，可以有效減低造成電力污染之諧波，是對社會全體有益的功能。

3 PFC電源供應器是如何幫助節省能源?

藉由降低您的電力設備必須傳輸的電壓-電流，以提供一臺電源供應器至少所需的供電量。因為產生較少無用的諧波(只會替交流電運輸系統增加不必要的負擔)，讓電力的消耗減少。

4 什么是諧波?

諧波是一種噪音形式，基本上是由復合的60個循環正弦波組合而成的頻率所造成。他們通常發生在電源供應器及其它包括計算機在內等多種頻率相關機器。諧波會扭曲基本的正弦波波型,也會在同一系統的水線及接地線造成偏高的電流。

[注:美國的電源線,有3個pins,就是(Live,火線)-(Neutral,水線)-(Ground,地線)]

5 有哪些國家規定PFC為電子設備的標準配備?

2001年一月，歐盟正式對電子設備諧波有詳細規范，規定凡輸出在75W~600W范圍間之電子設備產品，都必須通過諧波測試[Harmonics test(EN61000-3-2)]，測量待測物對電力系統所產生的諧波干擾;中國大陸自2002年5月起，規范凡政府機關采購之電子設備，皆將功率因數校正(PFC)視為電子設備的標準配備功能;日本已著手研擬關于節約電力的各項方案，這是一種未來的趨勢，相信在不久的將來，其它國家將陸續跟進。

6 什么是主動式/被動式功率因數校正(Active/Passive PFC)?

被動式PFC，使用由電感、電容等組合而成的電路來降低諧波電流，其輸入電流為低頻的50Hz到60Hz，因此需要大量的電感與電容。而且其功率因素校正僅達75%~80%。主動式PFC使用主動組件 [控制線路及功率型開關式組件(power sine conductor On/Off switch)，基本運作原理為調整輸入電流波型使其與輸入電壓波形盡可能相似，功率因數校正值可達近乎100%。

此外主動式PFC有另一項重要附加價值，即電源供應器輸入電壓范圍可擴增為90Vdc到264Vdc的全域電壓，電源供應器不需要像以往一般需切換電壓。相對地，因為其優異功能，主動式PFC價格也較高。另外消費者還要注意，一般而言很多被動式的設計，在115V的系統上是沒有置入的，因為廠商只作230V的部分，所以需請在115V電壓系統下的消費者，留意此問題，可能多花了錢卻買到在115V下沒有PFC作用的電源供應器。

被動式PFC一般采用電感補償方法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的功率因數只能達到0.7～0.8，它一般在高壓濾波電容附近。

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——通常可達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。

7 為什么主動式PFC優于被動式PFC?

(1)主動式PFC提升功率因素值至95%以上，被動式PFC約只能改善至75%。換句話說，主動式PFC比被動式PFC能節約更多的能源。

(2)采用主動式PFC的電源供應器的重量，較用笨重組件的被動式PFC產品要輕巧許多，而產品走向輕薄小是未來3C市場必然趨勢。

8 主動式PFC的優點：

校正效果遠優于歐洲的 EN 諧波規范，即便未來規格更趨嚴格也都能符合規定。

隨著IC零件需求增加，成本將隨之降低。

較無原料短缺的風險。

較被動式專業的解決方案。

能以較低成本帶來全域電壓的高附加價值。

功率因數接近完美的100%，使電力利用率極佳化，對環保有益。

因應未來CPU發展趨勢，輸出瓦特數(電力)要求將越高，主動式PFC因成本不隨輸出瓦特數增加而上升，故擁有較好競爭力。

9 被動式PFC的缺點：

當歐洲EN的諧波規范越來越嚴格時，電感量產的品質需提升，而生產難度將提高。

沉重重量增加電源供應器在運輸過程損壞的風險。

原料短缺的風險較高。

如電源內部結構固定的不正確，容易產生震動噪音。

當電源供應器輸出超過300瓦以上，被動式PFC在材料成本及產品性能表現上將越不具競爭力。

10 如何區別主動式功率因數校正?

知道了主動式功率因數校正(Active Power Factor Correction)的好處后，使用者最想知道的是如何區分真的具有主動式功率因數校正功能的電源供應器。在此提供幾項簡單評量的方式：

(1)看文字敘述：

準確率90%以上。因為功率因數校正是很有用的功能，廠商當然希望能藉此吸引消費者，所以有此功能的必定會用文字描述。所以有看到功率因數校正、Power Factor Correct 或 PFC 這些字眼的產品，都是有功率因數校正功能的。同理，因為主動式的較被動式的功率因數高，廠商沒有理由不大書特書一番，所以基本上沒說明為主動式的功率因數校正產品必定為被動式的。

(2)看規格書：

準確率100%。若有功率因數校正功能，在其產品規格書中應該可以看到功率因素(Power Factor, PF)的值，我們知道 PF值要大于90%以上才是主動式的功率因數校正。

(3)看電源外觀：

準確率50%。在目前所知的技術下，具有主動式功率因數校正的電源供應器，不會有電壓切換開關(多為紅色)，其輸入電壓必須是全域電壓(Full range/ universal free input)或固定電壓，而不能是切換電壓。所以如果你看到有電壓切換開關。就不會有主動式功率因數校正的功能。但相反的，并不是所有無電壓切換開關(多為紅色)的電源都有主動式功率因數校正功能，所以使用此法的準確率只有50%，建議應與前兩項指針交互印證。

關鍵詞：功率

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