功率因数校正器

物理学术语

PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。

定义介绍

基本概述

计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。

基本简介

为了提高电源的功率校正因数，国家强制电源厂家要为电源安装PFC电路以提高电源的转换效率，其实这一点在Intel的电源设计规范中也已经有了强行的规定。

PFC电路分主动式（有源）PFC和被动式（无源）PFC两种。

被动式

概述

一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。被动式PFC电路的结构也较为简单，实际上是一颗矽钢片制成的工频电感，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因素。被动式PFC结构笨重，工作时常带有低频震动并引发低频噪音，相对于主动式PFC电路，被动式PFC电路的功率因数要低得多，一般只有70%左右。

缺点

因此被动式PFC电路固有其不可克服的缺点:

1、当欧洲EN的谐波规范越来越严格时，电感量产的质量需提升，而生产难度将提高。

2、沉重重量增加电源供应器在运输过程损坏的风险。

3、原料短缺的风险较高。

4、如电源内部结构固定的不正确，容易产生震动噪音。

5、当电源供应器输出超过300瓦以上，被动式PFC在材料成本及产品性能表现上将越突出其不可克服的多种的缺陷。

主动式

电路由高频电感、开关管和电容等元件构成，可简单的归纳为升压型开关电源电路，它能将110V或220V的交流市电转变为380V左右的直流高压。主动式PFC电路具有体积小，重量轻，通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，输入电压范围宽等优越的电气性能，但成本也相对较高。此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。与被动式PFC电路类似，主动式PFC工作时也会产生噪音，只不过是高频噪音。相对于被动PFC电路，主动PFC电路复杂，成本较被动PFC要高得多，主要应用于中高端电源产品。

比较

概述

1、主动式PFC提升功率因素值至95%以上，被动式PFC约只能改善至75%。换句话说，主动式PFC比被动式PFC能节约更多的能源。

2、采用主动式PFC的电源供应器的重量，较用笨重组件的被动式PFC产品要轻巧许多，而产品走向轻薄小是未来3C市场必然趋势。

优点

而相对于被动式PFC，主动式PFC具有与生俱来的优点：

1、校正效果远优于欧洲的EN 谐波规范，即便未来规格更趋严格也都能符合规定。

2、随着IC零件需求增加，成本将随之降低。

3、较无原料短缺的风险。

4、较被动式专业的解决方案。

5、能以较低成本带来全域电压的高附加价值。

6、功率因数接近完美的100%，使电力利用率极佳化，对环保有益。

7、因应未来CPU发展趋势，输出瓦特数(电力)要求将越高，主动式PFC因成本不随输出瓦特数增加而上升，故拥有较好竞争力。

综述

分析了上面两大主流功率校正因素优缺点之后，其实不言而喻，要知道一个PFC对电源的性能影响是极大的。主动式PFC能电源输入功率将近100%的转换无非是令人为之心动的数据。其实可以做个简单的计算，假如你的主机实际需要250W的功率来消耗，电源采用主动式PFC电路的，功率因素达到主流的95%，那么实际输入功率将达到264W；如果采用被动式PFC电路，功率因素亦达到70%，那么实际输入功率需要357W。相减便得到93W，即是说采用了主动式PFC的电脑连续开一个小时可以省下93W/1000=0.093度的电量。按照笔者所在地广州市一度电0.65元来算，每个小时能省下7分钱。不要小看七分钱的作用，正所谓涓细的小流也可以汇聚成大海，同是400W额定功率的采用被动PFC世纪之星钻石500+和采用主动PFC世纪之星皇家骑士报价相差60元左右。60元和7分钱相除等于857小时左右，按照电脑一天开八个钟左右来计，虽然还没有将待机是节省的功耗算进来，但是一百天就可以将你以前出的钱完全拿了回来。很明显地，每个月面对电费单手无举措的你是否会想到这种节省电费的方法，一年二年，未来的时间里这可是非常可观的数目。这是针对个人而言，企事业单位或者工厂那些大规模用电脑的地方呢？虽然那些电脑并没有像个人电脑那样又是奔腾D双核，又是SLI之类的电老虎，但总是要用电的吧？作为企业主管或者老总的你在电费上想要开源节流并不没有办法。何况现在不只是广东，全国各地都在闹电荒。中国经济的发展大多数靠的是能源利用率低的方式，如果像欧美或者是日本那样高效率利用能源，“超英赶美”岂非指日可待？作为个人的你节能降耗应该从你身边做起，于己，于人，于国家都尽到了匹夫之责的重任！

最后的内容有误导性！目前电表计算的是有功功率，而功率因数的定义是有功功率/（有功功率+无功功率）。换句话说，同为400W的主机电源，如果一个功率因数是0.9，另一个的功率因数是0.5.实际使用时电表是跑得同样快的，（即功率因数不同，但电费一样）。【计入电费的是有功功率，无功功率实际上是不计入电费的。】但是，功率因数越高的电器对电能的利用效率越好，举个例子：一个额定功率400W，功率因数0.5，效率90%的主机电源，当它满负载使用(即输出400W的功率)时，输入功率必须大于400/0.9 = 445W。但电力线却需要890V·A的功率容量，原因在于无功功率虽然不做功，却“占据”电力线的功率容量。假如对这个功率因数只有0.5的电源进行改造，使他的功率因数提升到1.0，这时候只需要功率容量为445W的电力线就可以正常使用这个电源了。对于用电户来说，功率因数多少电费也一样，但对于发电厂来说，同样的用电户和同样的用电量，电网的功率因数低时却要发更多的电，对于供电局，却要布设更加粗的电线。而从技术上讲，电网的功率因数低时其实代表能力得不到充分的利用，白白浪费能源。-------------纠正：陈鹤昌

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