功率因数校正及功率因数校正器

功率因数校正

1．功率因数的定义 功率因数(PF)是有功功率P与视在功率s的比值。 当电压、电流为正弦波，负载为电阻、电容、电感等线性负载时，由于电压、电流之间存在着相位 差，其有功功率为P=UIcosφ，相移功率因数COSφ=P／S。 当输入电压不是正弦波时，由非线性负载引起失真，基波因数r一基波电流有效值／总电流有效值。 在非线性负载电路中，功率因数定义为PF=rCOSφ。

2．功率因数校正 交流输入电源经整流和滤波后，非线性负载使得输入电流波形畸变，输入电流呈脉冲波形，含有大量 的谐波分量，使得功率因数很低。由此带来的问题是：谐波电流污染电网，干扰其他用电设备；在输入功率一定的条件下，输入电流较大，必须增大输入断路器和电 源线的量；三相四线制供电时中线中的电流较大，由于中线中无过流防护装置，有可能过热甚至着火。为此，没有功率因数校正电路的开关电源被逐渐限制应用。因 此，开关电源必须减小谐波分量，提高功率因数。提高功率因数对于降低能源消耗，减小电源设备的体积和重量，缩小导线截面积，减弱电源设备对外辐射和传导干 扰都具有重大意义。所以，设有功率因数校正电路使功率因数近于1的开关电源得到迅速的发展。 功率因数校正，就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。

3。功率因数校正的基本方法 开关电源中功率因数校正的基本方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种，应用最多、效果 最好的是后者。

功率因数校正器

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。 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。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PFC

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。

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PFC

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。