【E問(wèn)E答】什么是PFC，PFC穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源是什么？

　　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。

　　什么是PFC?

　　PFC是電腦電源中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，全稱(chēng)是電腦功率因素，簡(jiǎn)稱(chēng)為PFC，等于“視在功率乘以功率因素”，即：功率因素=實(shí)際功率/視在功率

　　功率因素：功率因數(shù)表征著電腦電源輸出有功功率的能力。 功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統(tǒng)里則要復(fù)雜些：即有部分交流電流在負(fù)載里循環(huán)不傳輸電能，它稱(chēng)為電抗電流或諧波電流，它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實(shí)際功率。視在功率和實(shí)際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實(shí)際功率與視在功率的比值。

　　視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積，用公式表示為：S=UI。 上 式中，S是額定輸出功率，單位是VA(伏安)，U是額定輸出電壓，單位是V， 如220V、380V等;I是額定輸出電流，單位是A。 視在功率包括兩部分：有功功率(P)和無(wú)功功率(Q)，有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使電子電路工作等。因?yàn)檫@個(gè)功率做功后都 變成了熱量，可以直接被人們感覺(jué)到，所以有些人就產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)覺(jué)，即把有功功率當(dāng)成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表 示：P=SCOS0θ=UICOSθ =UI?F上式中，P是有功功率，單位是W(瓦)，F(xiàn)=COSθ 被稱(chēng)為功率因數(shù)，而θ是在非線性負(fù)載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。 無(wú)功功率是儲(chǔ)藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q為無(wú)功功率，單位是var(乏)。

　　對(duì)于計(jì)算機(jī)和其它一切靠直流電壓工作的電子電路，離開(kāi)無(wú)功功率是根本無(wú)法工作的。一般用戶(hù)都認(rèn)為計(jì)算機(jī)之類(lèi)的設(shè)備只需要有功功率，而不需要無(wú)功功率。既然無(wú) 功功率不做功，要它何用!于是他們當(dāng)然就認(rèn)為功率因數(shù)為1的電源最好。因?yàn)樗芙o出最大輸出功率。然而，實(shí)際情況并非如此。假如有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，當(dāng)交流市電輸入后進(jìn)行整流，就得到脈動(dòng)直流電壓，若不將脈動(dòng)電壓進(jìn)行任何工，就直接提供給計(jì)算機(jī)電路，毫無(wú)疑問(wèn)，電路根本無(wú)法正常工作。雖然這時(shí)計(jì)算機(jī)的功率因數(shù)接 近于1，可這又有何用呢。為了讓計(jì)算機(jī)電路能正常工作，必須向其提供平滑了的直流電壓。這個(gè)“平滑”工作必須由接在計(jì)算機(jī)電源整流器后面的濾波電容器C來(lái) 完成。這個(gè)濾波器就像一個(gè)水庫(kù)，電容器里面必須儲(chǔ)存足夠數(shù)量的電荷，在整流半波之間的空白時(shí)，使電路上的工作電壓仍不間斷，能保持正常電平。換句話說(shuō)，即 使在兩個(gè)脈動(dòng)半波之間無(wú)輸入電能時(shí)，UC的電壓電平也無(wú)顯著的變化，這個(gè)功能是靠電容器內(nèi)的儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，儲(chǔ)存在電容器內(nèi)的這部分能量就是無(wú)功功率。所以 說(shuō)，計(jì)算機(jī)是靠無(wú)功功率的支持，才能保證電路正確運(yùn)用有功功率實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的。

　　因此可以說(shuō)，計(jì)算機(jī)不但需要有功功率，也需要無(wú)功功率，兩者缺一不可。

　　一、什么是主動(dòng)PFC?

　　主動(dòng)式PFC，也稱(chēng)有源PFC。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，功率因素校正值可達(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。

　　二、什么是被動(dòng)PFC?

　　被動(dòng)式PFC，不論靜音與否，他們都可以被稱(chēng)作無(wú)源PFC。無(wú)源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)，但無(wú) 源PFC的功率因數(shù)不是很高，只能達(dá)到0.7~0.8。靜音型被動(dòng)PFC相比非靜音型被動(dòng)PFC，無(wú)論是成本上還是制造工藝上要求都比較高。這里還要說(shuō)明 的是，PFC會(huì)產(chǎn)生噪聲的原因。從原理上講，我們?cè)谏厦婵吹降牟糠纸Y(jié)構(gòu)上和電感類(lèi)似，在對(duì)電流和電壓補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，始終進(jìn)行著充放電的過(guò)程，因而產(chǎn)生了磁 性，最終會(huì)和周邊的金屬元件產(chǎn)生震動(dòng)進(jìn)而發(fā)出噪音。靜音型PFC相當(dāng)于兩個(gè)非靜音型PFC的疊加，達(dá)到震動(dòng)互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安 裝是否得當(dāng)也是對(duì)靜音效果影響較大的因素。在本次橫測(cè)中就有因安裝位置和安裝方式不得當(dāng)造成的靜音型PFC不靜音的現(xiàn)象。 總體上來(lái)說(shuō)，非靜音型被動(dòng)PFC與靜音型被動(dòng)PFC所能達(dá)到的效果大致相當(dāng)，但都要低于主動(dòng)式PFC的功因校正效果。

　　關(guān)于PFC穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源

　　在PFC開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是非常重要的一個(gè)組成部分。PFC當(dāng)中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源功能和普通的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的區(qū)別并不巨大，只是在供電上有所區(qū)別。普通的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源需要220V整流供電，而PFC穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源是由B+PFC供電。本文就將針對(duì)PFC電源進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

　　整流以后不加濾波電容器，把未經(jīng)濾波的脈動(dòng)正半周電壓作為斬波器的供電源，由于斬波器的一連串的做“開(kāi)關(guān)”工作脈動(dòng)的正電壓被“斬”成電流波形，其波形的特點(diǎn)是：

　　1、電流波形是斷續(xù)的，其包絡(luò)線和電壓波形相同，并且包絡(luò)線和電壓波形相位同相。

　　2、由于斬波的作用，半波脈動(dòng)的直流電變成高頻(由斬波頻率決定，約100KHz)“交流”電，該高頻“交流”電要再次經(jīng)過(guò)整流才能被后級(jí)PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源使用。

　　3、從外供電總的看該用電系統(tǒng)做到了交流電壓和交流電流同相并且電壓波形和電流波形均符合正弦波形，既解決了功率因素補(bǔ)償問(wèn)題，也解決電磁兼容(EMC)和電磁干擾(EMI)問(wèn)題。

　　該高頻“交流”電在經(jīng)過(guò)整流二極管整流并經(jīng)過(guò)濾波變成直流電壓(電源)向后級(jí)的PWM開(kāi)關(guān)電源供電。該直流電壓在某些資料上把它稱(chēng)為：B+PFC(TPW-4211即是如此)，在斬波器輸出的B+PFC電壓一般高于原220交流整流濾波后的+300V，其原因是選用高電壓，其電感的線徑小、線路壓降小、濾波電容容量小，且濾波效果好，對(duì)后級(jí)PWM開(kāi)關(guān)管要求低等諸多好處。

　　目前PFC開(kāi)關(guān)電源部分，起到開(kāi)關(guān)作用的斬波管(K)有兩種工作方式：

　　1、連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)：開(kāi)關(guān)管的工作頻率一定，而導(dǎo)通的占空比(系數(shù))隨被斬波電壓的幅度變化而變化。

　　2、不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)：斬波開(kāi)關(guān)管的工作頻率隨被斬波電壓的大小變化(每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)“開(kāi)”與“關(guān)”時(shí)間相等)。

　　功率因素校正開(kāi)關(guān)電源中的PFC開(kāi)關(guān)電源部分和PWM開(kāi)關(guān)電源部分的激勵(lì)部分均由一塊集成電路完成，一塊IC可以完成設(shè)計(jì)。

　　以上就是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源PFC的簡(jiǎn)單介紹。可以看到，這種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源擁有電感路徑小、線路壓降小、濾波電容容量小的特點(diǎn)。較傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于PFC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源仍舊不太理解的朋友可以花上幾分鐘來(lái)閱讀本文，相信會(huì)有意想不到的收獲。