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功率因數(shù)校正的幾個(gè)小知識(shí)

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 2022-01-24 10:30:32

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1、什么是功率因數(shù)校正(PFC)?

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。開(kāi)關(guān)電源供應(yīng)器上的功率因數(shù)校正器的運(yùn)作原理是去控制調(diào)整交流電電流輸入的時(shí)間與波型，使其與直流電電壓波型盡可能一致，讓功率因數(shù)趨近于。這對(duì)于電力需求量大到某一個(gè)水準(zhǔn)的電子設(shè)備而言是很重要的,

否則電力設(shè)備系統(tǒng)消耗的電力可能超出其規(guī)格，極可能干擾銅系統(tǒng)的其它電子設(shè)備。一般狀況下, 電子設(shè)備沒(méi)有功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)時(shí)其PF值約只有0.5。

PFC的英文全稱(chēng)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。

基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因素值越大，代表其電力利用率越高。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(chēng)無(wú)源PFC)和主動(dòng)式PFC(也稱(chēng)有源式PFC)。

PFC打個(gè)形象的比方：一個(gè)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(shí)候很猛，就多了不少的泡沫，這就是無(wú)功功率，杯底的啤酒其實(shí)很少，這些就是有功功率。這時(shí)候酒杯的利用率就很低，相當(dāng)于電源的功率因數(shù)就很小。PFC的加入就是要減少輸入側(cè)的無(wú)功功率，提高電網(wǎng)的利用率，對(duì)于普通的工業(yè)用電來(lái)講是把電流的相位與電壓的相位調(diào)整到一塊了，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)講是把嚴(yán)重畸變了的交流側(cè)輸入電流變成正弦，另外還有降低低次諧波的功能，因?yàn)檩斎氲碾娏魇钦伊恕?/p>

2、為什么我們需要PFC?

功率因素校正的好處包含:

(1)節(jié)省電費(fèi)

(2)增加電力系統(tǒng)容量

(3)穩(wěn)定電流

低功率因數(shù)即代表低的電力效能，越低的功率因數(shù)值代表越高比例的電力在配送網(wǎng)絡(luò)中耗損，若較低的功率因數(shù)沒(méi)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(guān)的虛功，這導(dǎo)致需要更大的發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換機(jī)、輸送工具、纜線及額外的配送系統(tǒng)等事實(shí)上可被省略的設(shè)施，以彌補(bǔ)損耗的不足。有PFC功能的電子設(shè)備配可以幫助改善自身能源使用率，減少電費(fèi)，PFC也是一種環(huán)保科技，可以有效減低造成電力污染之諧波，是對(duì)社會(huì)全體有益的功能。

3 PFC電源供應(yīng)器是如何幫助節(jié)省能源?

藉由降低您的電力設(shè)備必須傳輸?shù)碾妷?電流，以提供一臺(tái)電源供應(yīng)器至少所需的供電量。因?yàn)楫a(chǎn)生較少無(wú)用的諧波(只會(huì)替交流電運(yùn)輸系統(tǒng)增加不必要的負(fù)擔(dān))，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(fù)合的60個(gè)循環(huán)正弦波組合而成的頻率所造成。他們通常發(fā)生在電源供應(yīng)器及其它包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)等多種頻率相關(guān)機(jī)器。諧波會(huì)扭曲基本的正弦波波型,也會(huì)在同一系統(tǒng)的水線及接地線造成偏高的電流。

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

5 有哪些國(guó)家規(guī)定PFC為電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配備?

2001年一月，歐盟正式對(duì)電子設(shè)備諧波有詳細(xì)規(guī)范，規(guī)定凡輸出在75W~600W范圍間之電子設(shè)備產(chǎn)品，都必須通過(guò)諧波測(cè)試[Harmonics test(EN61000-3-2)]，測(cè)量待測(cè)物對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波干擾;中國(guó)大陸自2002年5月起，規(guī)范凡政府機(jī)關(guān)采購(gòu)之電子設(shè)備，皆將功率因數(shù)校正(PFC)視為電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配備功能;日本已著手研擬關(guān)于節(jié)約電力的各項(xiàng)方案，這是一種未來(lái)的趨勢(shì)，相信在不久的將來(lái)，其它國(guó)家將陸續(xù)跟進(jìn)。

6 什么是主動(dòng)式/被動(dòng)式功率因數(shù)校正(Active/Passive PFC)?

被動(dòng)式PFC，使用由電感、電容等組合而成的電路來(lái)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(dá)75%~80%。主動(dòng)式PFC使用主動(dòng)組件 [控制線路及功率型開(kāi)關(guān)式組件(power sine conductor On/Off switch)，基本運(yùn)作原理為調(diào)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(shù)校正值可達(dá)近乎100%。

此外主動(dòng)式PFC有另一項(xiàng)重要附加價(jià)值，即電源供應(yīng)器輸入電壓范圍可擴(kuò)增為90Vdc到264Vdc的全域電壓，電源供應(yīng)器不需要像以往一般需切換電壓。相對(duì)地，因?yàn)槠鋬?yōu)異功能，主動(dòng)式PFC價(jià)格也較高。另外消費(fèi)者還要注意，一般而言很多被動(dòng)式的設(shè)計(jì)，在115V的系統(tǒng)上是沒(méi)有置入的，因?yàn)閺S商只作230V的部分，所以需請(qǐng)?jiān)?15V電壓系統(tǒng)下的消費(fèi)者，留意此問(wèn)題，可能多花了錢(qián)卻買(mǎi)到在115V下沒(méi)有PFC作用的電源供應(yīng)器。

被動(dòng)式PFC一般采用電感補(bǔ)償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數(shù)，被動(dòng)式PFC包括靜音式被動(dòng)PFC和非靜音式被動(dòng)PFC。被動(dòng)式PFC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。

而主動(dòng)式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、通過(guò)專(zhuān)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。

7 為什么主動(dòng)式PFC優(yōu)于被動(dòng)式PFC?

(1)主動(dòng)式PFC提升功率因素值至95%以上，被動(dòng)式PFC約只能改善至75%。換句話(huà)說(shuō)，主動(dòng)式PFC比被動(dòng)式PFC能節(jié)約更多的能源。

(2)采用主動(dòng)式PFC的電源供應(yīng)器的重量，較用笨重組件的被動(dòng)式PFC產(chǎn)品要輕巧許多，而產(chǎn)品走向輕薄小是未來(lái)3C市場(chǎng)必然趨勢(shì)。

8 主動(dòng)式PFC的優(yōu)點(diǎn)：

校正效果遠(yuǎn)優(yōu)于歐洲的 EN 諧波規(guī)范，即便未來(lái)規(guī)格更趨嚴(yán)格也都能符合規(guī)定。

隨著IC零件需求增加，成本將隨之降低。

較無(wú)原料短缺的風(fēng)險(xiǎn)。

較被動(dòng)式專(zhuān)業(yè)的解決方案。

能以較低成本帶來(lái)全域電壓的高附加價(jià)值。

功率因數(shù)接近完美的100%，使電力利用率極佳化，對(duì)環(huán)保有益。

因應(yīng)未來(lái)CPU發(fā)展趨勢(shì)，輸出瓦特?cái)?shù)(電力)要求將越高，主動(dòng)式PFC因成本不隨輸出瓦特?cái)?shù)增加而上升，故擁有較好競(jìng)爭(zhēng)力。

9 被動(dòng)式PFC的缺點(diǎn)：

當(dāng)歐洲EN的諧波規(guī)范越來(lái)越嚴(yán)格時(shí)，電感量產(chǎn)的品質(zhì)需提升，而生產(chǎn)難度將提高。

沉重重量增加電源供應(yīng)器在運(yùn)輸過(guò)程損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

原料短缺的風(fēng)險(xiǎn)較高。

如電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定的不正確，容易產(chǎn)生震動(dòng)噪音。

當(dāng)電源供應(yīng)器輸出超過(guò)300瓦以上，被動(dòng)式PFC在材料成本及產(chǎn)品性能表現(xiàn)上將越不具競(jìng)爭(zhēng)力。

10 如何區(qū)別主動(dòng)式功率因數(shù)校正?

知道了主動(dòng)式功率因數(shù)校正(Active Power Factor Correction)的好處后，使用者最想知道的是如何區(qū)分真的具有主動(dòng)式功率因數(shù)校正功能的電源供應(yīng)器。在此提供幾項(xiàng)簡(jiǎn)單評(píng)量的方式：

(1)看文字?jǐn)⑹觯?/p>

準(zhǔn)確率90%以上。因?yàn)楣β室驍?shù)校正是很有用的功能，廠商當(dāng)然希望能藉此吸引消費(fèi)者，所以有此功能的必定會(huì)用文字描述。所以有看到功率因數(shù)校正、Power Factor Correct 或 PFC 這些字眼的產(chǎn)品，都是有功率因數(shù)校正功能的。同理，因?yàn)橹鲃?dòng)式的較被動(dòng)式的功率因數(shù)高，廠商沒(méi)有理由不大書(shū)特書(shū)一番，所以基本上沒(méi)說(shuō)明為主動(dòng)式的功率因數(shù)校正產(chǎn)品必定為被動(dòng)式的。

(2)看規(guī)格書(shū)：

準(zhǔn)確率100%。若有功率因數(shù)校正功能，在其產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中應(yīng)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(dòng)式的功率因數(shù)校正。

(3)看電源外觀：

準(zhǔn)確率50%。在目前所知的技術(shù)下，具有主動(dòng)式功率因數(shù)校正的電源供應(yīng)器，不會(huì)有電壓切換開(kāi)關(guān)(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(kāi)關(guān)。就不會(huì)有主動(dòng)式功率因數(shù)校正的功能。但相反的，并不是所有無(wú)電壓切換開(kāi)關(guān)(多為紅色)的電源都有主動(dòng)式功率因數(shù)校正功能，所以使用此法的準(zhǔn)確率只有50%，建議應(yīng)與前兩項(xiàng)指針交互印證。

關(guān)鍵詞：功率