本文主要是關于PFC電源的相關介紹，并著重對PFC電源的原理及主動PFC電源與被動PFC電源的不同進行了詳盡的闡述。

　　PFC電源

　　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。

　　簡介

　　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。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

　　被動式PFC

　　被動式PFC一般分“電感補償式”和“填谷電路式（Valley Fill Circuit）” 　　“電感補償方法”是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。

　　“填谷電路式”屬于一種新型無源功率因數校正電路，其特點是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導通角，通過填平谷點，使輸入電流從尖峰脈沖變為接近于正弦波的波形，將功率因數提高到0.9左右，顯著降低總諧波失真。與傳統的電感式無源功率因數校正電路相比，其優點是電路簡單，功率因數補償效果顯著，并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。

　　主動式PFC

　　而主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、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，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。

　　如何選擇主動PFC電源與被動PFC電源

　　PFC是功率因數校正的縮寫，它主要被用來表示電能得有效利用率。PFC的數值越大，就說明其對電能的利用率越高。目前，只要是市面上通過了我國安規認證的的電源，都必須安裝PFC電路。也就是說，如果想要將產品推向市場，那么就必須熟悉PFC電路的設計。本篇文章就將為大家介紹如何選擇合適的PFC。

　　通常，在電源設計當中，PFC電路都會被安裝在第二層濾波之后于全橋整流電路之前。PFC有能夠被細分為兩種，一種是無源PFC，也就是常說的被動式PFC，一種是有源PFC，即主動式PFC。

　　被動式PFC采用的是電感補償方法使交流輸入的基波電流，也就是交流電與電壓之間相位差減小來提高功率因數，被動式PFC又分靜音式被動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。

　　主動式PFC則是由電感電容及電子元器件兩部分所組成，它體積較小、需要通過專用的IC去調整電流的波形，對電流和電壓之間的相位差進行補償。相對于被動式PFC來說，主動式PFC可以達到較高的功率因數通常可達98%以上，但它的成本就被動式PFC來說也相對較高。此外，主動式PFC還可用作輔助電源，所以在使用主動式PFC的電路當中，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。

　　這里有一個有趣的現象，很多人在在購買電源時，都喜歡購買帶有主動式PFC的電源。雖然在使用上主動式PFC具有一定的優點，但是還是要看情況而言。

　　主動PFC和被動PFC的優勢

　　PFC的誕生是因為傳統的二極管整流電路會對電網形成干擾，并且攻略也會降低浪費電網的容量。為了解決這個問題，引入了PFC.簡單說被動PFC是一個工頻電感器，利用電感中電流不能突變的原理，可以大幅降低電網干擾，同時提升功率因數。

　　被動PFC的優勢是：電路簡單，成本低，電磁干擾小。

　　主動PFC的優勢是：電壓適應范圍寬，功率因數高。功率因數和轉換效率是兩個不同的指標。功率因數是電路的參數，交流電路中的一個指標，和線路損耗有一定的關系。功率因數的范圍是 0 1.0，1.0是最理想的，0在實際電路中其實不存在。供電局對這個指標比較重視，對于一般家用沒有實際意義。轉換效率是關于能量轉換的，直接決定電源的損耗大小。轉換效率的范圍是 0% 100%，100%是理想的狀態，0%是最差勁的極端。這才是我們應該關心的，轉換效率越低，電源損耗越大，浪費的電越多。功率因數不影響電表走字，0.1和1.0都是一樣的走法。轉換效率要影響電表走字，轉換效率越低，損耗的電能越多，電表也會多走些。高功率因數，是在給供電局省錢。

　　高轉換效率，是在給自己省錢。

　　主動PFC和電源轉換效率并沒有必然聯系就目前市面上的產品來看，大部分高轉換效率的電源都是主動PFC的，也同時擁有很高的功率因數。

　　這有很大一部分是市場造成的：

　　由于低端產品對成本的要求過于嚴格，所以幾乎不可能使用主動PFC設計。而購買這種商品的人同樣不會關心功率因數及轉換效率究竟如何。因此低端電源普遍采用了傳統的電路設計，效率低，功率因數也低。高端電源主要針對電腦玩家和專業場合設計，功率普遍很大，成本可以放寬，本身賣得也很貴。被動PFC在功率超過400W以后，損耗變大，效率變低，體積太大，重量也大。

　　主動PFC在400W功率以上效率有優勢，雖然價格貴，但是高端用戶不會在乎這一點價格。高端電源通常都不會沿用傳統的電路設計，而是廠家精心研發的先進電路，效率自然提高很多。最終的結果就是：高端電源幾乎全都是主動PFC，功率因數很高，效率也很高。

　　實際上，主動PFC在低功率時，自身損耗大于被動PFC.畢竟它是一個復雜的電路，工作起來要消耗電能；而被動PFC就是一個電感。不過很少有人讓高端電源工作的低負載下，這個問題也就不明顯了。

　　主動PFC還有一個最麻煩的缺點：電磁干擾大

　　為了搞定電磁干擾，EMI濾波電路要加強，電路更加復雜。有些電源在待機時發出高頻噪音，也是因為主動PFC。

　　總結：

　　高端電源（400W或更高），首選主動PFC，在大功率的場合，主動PFC優勢明顯，高端產品成本上不受限制，電路設計優秀，完全可以彌補主動PFC的缺點。高效率高性能的產品誰都喜歡。

　　低端電源（350W或更低），根據自己的需求選擇，不必苛求主動PFC，在成本受限的情況下，主動PFC的缺點開始暴露，電磁干擾，高頻噪音。在300W這個等級，主動PFC已經完全沒有優勢了。在給大家舉幾個例子：

　　用幾臺電腦分別使用額定400W、450W、500W的電源。

　　首先說額定400W的電源，主動PFC，兩級EMI濾波，電路設計比較前衛，轉換效率很高，自身發熱小，因為開關頻率很高，超過了人能聽見的范圍，聽不到高頻噪音。

　　400W;主動PFC;三級EMI濾波；傳統的主動PFC設計，轉換效率不高，自身發熱一般；開關頻率不算高，有明顯的高頻噪音。

　　450W;主動PFC;三級EMI濾波；傳統的主動PFC設計，轉換效率偏低，自身發熱大，開關頻率應該比較高，沒有明顯的高頻噪音。

　　500W;被動PFC;兩級EMI濾波；傳統的被動PFC設計，轉換效率糟糕，發熱巨大。沒有任何高頻噪音，不過風扇的噪音很大。

　　PFC電源的重要性

　　在我們討論PFC（功率因數校正）電路之前，還是讓我們先來簡單的了解一下什么叫做“功率因數（PF）”吧。

　　功率因數（PF）是指，實際功率（有效功率）與視在功率（表觀功率）的比率（kW/kVA），而我們都知道，功率P等于電壓與電流的乘積（P=V×I）。另外，在電路中會存在著最基本的兩種電路負載，一種為“電阻（由電源中各種電阻構成的電路負載）”，另外一種為“電抗（由電源中電感線圈和電容構成的電路負載）”。

　　如果整個電路都是線性負載（電路阻抗為恒定常數的負載），那么電源電壓和電流都將會呈現為正弦曲線，并且相位相同。而如果在這個純電阻電路中，那么電壓和電流都會在同一時刻逆轉極性，那么也就是說，在每一時刻，電壓與電流的乘積都為“正”。也就是說，在電路中，沒有“反方向（負極方向）”的能量移動，而此時所產生負載功率才被稱為“實際功率”。

　　而在一個純電抗負載電路中，電壓和電流之間會產生一定的是時間差，也就會出現相位差（最大理論值為90度，一般情況多為45度），那么電壓與電流的乘積，就不一定每一時刻都為“正”了。在第一個半周期內，能量為“正”，另外一個半周期內能量為“負”，那么就是說，前半周期電源從電網中獲取能量，而在后半個周期內，這些能量又會回流到國家電網中。所以如果按照一個周期計算，那么電源獲得的能量會為“零”，沒有能量。

　　上面的兩種描述都是純理論的理想狀態。但在實際應用中，電路中會有大量的電阻、電感和電容，在同一時刻都會有負載，也就會產生不同方向的“能量”。因此，所有的正向能量，我們稱其為“實際功率”，而反向回流電網的能量則稱之為“無用功率”，那么“實際功率”與“無用功率”的綜合，就是之前我們所說的“視在功率”。

　　但正如我們之前所提到的，“功率因數”實際上就是“實際功率”與“視在功率”的比值。而最為理想的比值為“1”，當然這還無法做到，因此只能無限接近于“1”，這個數值我們一般稱之為“功率因數”。

　　這里我們需要指出的是，居民用戶只需要支付實際功率（瓦數）所消耗的電量，則不會支付回流到電網中無用功率的電量。而對于商業工廠用電則會追加無用功率這一部分的用電，因為他們所消耗電量的基數太大了。

　　雖然對于居民用戶來說，我們不需要支付無用功率的電費，但是根據《歐盟EN61000-3-2號標準》（當然中國也有相關的法規條款），凡是功率擦超過75W的開關電源，都需要至少安裝被動PFC模塊。此外，在80Plus電源認證中，則要求功率因數需要超過0.9，甚至更多。

　　不過在數年前，許多的電源廠商大多都在電源產品中使用被動PFC模塊。而PFC模塊則是一個減少諧波電流，并且將非線性負載轉換成線性負載的過濾器，電容和電感所產生的功率因數則會向單位值跟近一些。

　　因此，我們接下來要說的，就是主動PFC和被動PFC電路。被動PFC相對主動PFC，功率因數較低，并且被動PFC只適用于230V高壓電網，對于115V低壓電網，被動PFC還需要一個倍壓器以適應電網規格。不過，被動PFC比主動PFC的效能要高！

　　對于主動PFC來說，它基本上是一個通過PWM（脈沖寬度調制）控制電流波形的AC/DC整流器。在最開始，AC電壓通過整流橋整流。然后PWM觸發主動PFC電路中的MOSFET管（通常是兩個），分離中間直流電壓到恒定脈沖序列。這些脈沖信號通過濾波電容，將相對平順的電流送到主開關電路。而在此之前，我們還會看到一個大個的電感線圈，而這個大電感可以對突然涌入的電流起到緩沖和梳理的作用，當然磁線圈也是電抗產生的重要元件。

　　此外，在主動PFC電路中我們還會看到一個熱敏電阻，同樣是用來限制突然涌入的電流，特別是當電源通電以及啟動時。

　　主動PFC電路通常也有兩種不同的模式，電流斷續模式DCM（Discontinuous Conduction Mode）和電流連續模式CCM（ Continuous Conduction Mode）。其中DCM是指，當電感電流為零時，PFC的MOSFET管被開啟的工作狀態；CCM是指，電感電流始終在零以上，PFC的MOSFET管被開啟的工作狀態，因此在MOSFET管中，所有的反向恢復的能量都會被浪費。

　　在電源PFC電路中的第二種模式（CCM）主要被用于超過200W功率輸出的電源，因為他能夠提供相對較低電流噪聲峰值，這意味著高功率電源可以有效抑制電流紋波，輸出更為平順的電流。不過CCM的缺點是耗能較高，并且在升壓二極管關閉時，會產生額外EMI，所以我們經常會看到電源整流橋后通常會增加一個X電容。

　　結語

　　關于PFC電源的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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