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功率因數校正 1．功率因數的定義 功率因數(PF)是有功功率P與視在功率s的比值。 當電壓、電流為正弦波，負載為電阻、電容、電感等線性負載時，由于電壓、電流之間存在著相位 差，其有功功率為P=UIcosφ，相移功率因數COSφ=P／S。 當輸入電壓不是正弦波時，由非線性負載引起失真，基波因數r一基波電流有效值／總電流有效值。 在非線性負載電路中，功率因數定義為PF=rCOSφ。 2．功率因數校正 交流輸入電源經整流和濾波后，非線性負載使得輸入電流波形畸變，輸入電流呈脈沖波形，含有大量 的諧波分量，使得功率因數很低。由此帶來的問題是：諧波電流污染電網，干擾其他用電設備；在輸入功率一定的條件下，輸入電流較大，必須增大輸入斷路器和電 源線的量；三相四線制供電時中線中的電流較大，由于中線中無過流防護裝置，有可能過熱甚至著火。為此，沒有功率因數校正電路的開關電源被逐漸限制應用。因 此，開關電源必須減小諧波分量，提高功率因數。提高功率因數對于降低能源消耗，減小電源設備的體積和重量，縮小導線截面積，減弱電源設備對外輻射和傳導干 擾都具有重大意義。所以，設有功率因數校正電路使功率因數近于1的開關電源得到迅速的發展。 功率因數校正，就是將畸變電流校正為正弦電流，并使之與電壓同相位，從而使功率因數接近于1。 3。功率因數校正的基本方法 開關電源中功率因數校正的基本方法有無源功率因數校正和有源功率因數校正兩種，應用最多、效果 最好的是后者。 功率因數校正器 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。為了提高電源的功率校正因數，國家強制電源廠家要為電源安裝PFC電路以提高電源的轉換效率，其實這一點在Intel的電源 設計規范中也已經有了強行的規定。 PFC電路分主動式（有源）PFC和被動式（無源）PFC兩種。 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。被動式PFC電路的結構也較為簡單，實際上是一顆矽鋼片制成的工頻電感，它利用電感線圈內部電流不能突變的原理調節電路中的電壓及電流的相位差，使電流趨向于正弦化以提高功率因素。被動式PFC結構笨重，工作時常帶有低頻震動并引發低頻噪音，相對于主動式PFC電路，被動式PFC電路的功率因數要低得多，一般只有70%左右。 因此被動式PFC 電路固有其不可克服的缺點: 1、當歐洲EN的諧波規范越來越嚴格時，電感量產的質量需提升，而生產難度將提高。 2、沉重重量增加電源供應器在運輸過程損壞的風險。 3、原料短缺的風險較高。 4、如電源內部結構固定的不正確，容易產生震動噪音。 5、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突出其不可克服的多種的缺陷。 主動式PFC 電路由高頻電感、開關管和電容等元件構成，可簡單的歸納為升壓型開關電源電路，它能將110V或220V的交流市電轉變為380V左右的直流高壓。主動式 PFC電路具有體積小，重量輕，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，輸入電壓范圍寬等優越的電氣性能，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。與被動式PFC電路類似，主動式PFC工作時也會產生噪音，只不過是高頻噪音。相對于被動PFC電路，主動PFC電路復雜，成本較被動PFC要高得多，主要應用于中高端電源產品。 |
