如何选择主动PFC电源与被动PFC电源

　　本文主要是关于PFC电源的相关介绍，并着重对PFC电源的原理及主动PFC电源与被动PFC电源的不同进行了详尽的阐述。

　　PFC电源

　　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。

　　简介

　　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。目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。

　　被动式PFC

　　被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式（Valley Fill Circuit）” 　　“电感补偿方法”是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。

　　“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。

　　主动式PFC

　　而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成，体积小、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，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。

　　如何选择主动PFC电源与被动PFC电源

　　PFC是功率因数校正的缩写，它主要被用来表示电能得有效利用率。PFC的数值越大，就说明其对电能的利用率越高。目前，只要是市面上通过了我国安规认证的的电源，都必须安装PFC电路。也就是说，如果想要将产品推向市场，那么就必须熟悉PFC电路的设计。本篇文章就将为大家介绍如何选择合适的PFC。

　　通常，在电源设计当中，PFC电路都会被安装在第二层滤波之后于全桥整流电路之前。PFC有能够被细分为两种，一种是无源PFC，也就是常说的被动式PFC，一种是有源PFC，即主动式PFC。

　　被动式PFC采用的是电感补偿方法使交流输入的基波电流，也就是交流电与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC又分静音式被动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。

　　主动式PFC则是由电感电容及电子元器件两部分所组成，它体积较小、需要通过专用的IC去调整电流的波形，对电流和电压之间的相位差进行补偿。相对于被动式PFC来说，主动式PFC可以达到较高的功率因数通常可达98%以上，但它的成本就被动式PFC来说也相对较高。此外，主动式PFC还可用作辅助电源，所以在使用主动式PFC的电路当中，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。

　　这里有一个有趣的现象，很多人在在购买电源时，都喜欢购买带有主动式PFC的电源。虽然在使用上主动式PFC具有一定的优点，但是还是要看情况而言。

　　主动PFC和被动PFC的优势

　　PFC的诞生是因为传统的二极管整流电路会对电网形成干扰，并且攻略也会降低浪费电网的容量。为了解决这个问题，引入了PFC.简单说被动PFC是一个工频电感器，利用电感中电流不能突变的原理，可以大幅降低电网干扰，同时提升功率因数。

　　被动PFC的优势是：电路简单，成本低，电磁干扰小。

　　主动PFC的优势是：电压适应范围宽，功率因数高。功率因数和转换效率是两个不同的指标。功率因数是电路的参数，交流电路中的一个指标，和线路损耗有一定的关系。功率因数的范围是 0 1.0，1.0是最理想的，0在实际电路中其实不存在。供电局对这个指标比较重视，对于一般家用没有实际意义。转换效率是关于能量转换的，直接决定电源的损耗大小。转换效率的范围是 0% 100%，100%是理想的状态，0%是最差劲的极端。这才是我们应该关心的，转换效率越低，电源损耗越大，浪费的电越多。功率因数不影响电表走字，0.1和1.0都是一样的走法。转换效率要影响电表走字，转换效率越低，损耗的电能越多，电表也会多走些。高功率因数，是在给供电局省钱。

　　高转换效率，是在给自己省钱。

　　主动PFC和电源转换效率并没有必然联系就目前市面上的产品来看，大部分高转换效率的电源都是主动PFC的，也同时拥有很高的功率因数。

　　这有很大一部分是市场造成的：

　　由于低端产品对成本的要求过于严格，所以几乎不可能使用主动PFC设计。而购买这种商品的人同样不会关心功率因数及转换效率究竟如何。因此低端电源普遍采用了传统的电路设计，效率低，功率因数也低。高端电源主要针对电脑玩家和专业场合设计，功率普遍很大，成本可以放宽，本身卖得也很贵。被动PFC在功率超过400W以后，损耗变大，效率变低，体积太大，重量也大。

　　主动PFC在400W功率以上效率有优势，虽然价格贵，但是高端用户不会在乎这一点价格。高端电源通常都不会沿用传统的电路设计，而是厂家精心研发的先进电路，效率自然提高很多。最终的结果就是：高端电源几乎全都是主动PFC，功率因数很高，效率也很高。

　　实际上，主动PFC在低功率时，自身损耗大于被动PFC.毕竟它是一个复杂的电路，工作起来要消耗电能；而被动PFC就是一个电感。不过很少有人让高端电源工作的低负载下，这个问题也就不明显了。

　　主动PFC还有一个最麻烦的缺点：电磁干扰大

　　为了搞定电磁干扰，EMI滤波电路要加强，电路更加复杂。有些电源在待机时发出高频噪音，也是因为主动PFC。

　　总结：

　　高端电源（400W或更高），首选主动PFC，在大功率的场合，主动PFC优势明显，高端产品成本上不受限制，电路设计优秀，完全可以弥补主动PFC的缺点。高效率高性能的产品谁都喜欢。

　　低端电源（350W或更低），根据自己的需求选择，不必苛求主动PFC，在成本受限的情况下，主动PFC的缺点开始暴露，电磁干扰，高频噪音。在300W这个等级，主动PFC已经完全没有优势了。在给大家举几个例子：

　　用几台电脑分别使用额定400W、450W、500W的电源。

　　首先说额定400W的电源，主动PFC，两级EMI滤波，电路设计比较前卫，转换效率很高，自身发热小，因为开关频率很高，超过了人能听见的范围，听不到高频噪音。

　　400W;主动PFC;三级EMI滤波；传统的主动PFC设计，转换效率不高，自身发热一般；开关频率不算高，有明显的高频噪音。

　　450W;主动PFC;三级EMI滤波；传统的主动PFC设计，转换效率偏低，自身发热大，开关频率应该比较高，没有明显的高频噪音。

　　500W;被动PFC;两级EMI滤波；传统的被动PFC设计，转换效率糟糕，发热巨大。没有任何高频噪音，不过风扇的噪音很大。

　　PFC电源的重要性

　　在我们讨论PFC（功率因数校正）电路之前，还是让我们先来简单的了解一下什么叫做“功率因数（PF）”吧。

　　功率因数（PF）是指，实际功率（有效功率）与视在功率（表观功率）的比率（kW/kVA），而我们都知道，功率P等于电压与电流的乘积（P=V×I）。另外，在电路中会存在着最基本的两种电路负载，一种为“电阻（由电源中各种电阻构成的电路负载）”，另外一种为“电抗（由电源中电感线圈和电容构成的电路负载）”。

　　如果整个电路都是线性负载（电路阻抗为恒定常数的负载），那么电源电压和电流都将会呈现为正弦曲线，并且相位相同。而如果在这个纯电阻电路中，那么电压和电流都会在同一时刻逆转极性，那么也就是说，在每一时刻，电压与电流的乘积都为“正”。也就是说，在电路中，没有“反方向（负极方向）”的能量移动，而此时所产生负载功率才被称为“实际功率”。

　　

　　而在一个纯电抗负载电路中，电压和电流之间会产生一定的是时间差，也就会出现相位差（最大理论值为90度，一般情况多为45度），那么电压与电流的乘积，就不一定每一时刻都为“正”了。在第一个半周期内，能量为“正”，另外一个半周期内能量为“负”，那么就是说，前半周期电源从电网中获取能量，而在后半个周期内，这些能量又会回流到国家电网中。所以如果按照一个周期计算，那么电源获得的能量会为“零”，没有能量。

　　

　　上面的两种描述都是纯理论的理想状态。但在实际应用中，电路中会有大量的电阻、电感和电容，在同一时刻都会有负载，也就会产生不同方向的“能量”。因此，所有的正向能量，我们称其为“实际功率”，而反向回流电网的能量则称之为“无用功率”，那么“实际功率”与“无用功率”的综合，就是之前我们所说的“视在功率”。

　　但正如我们之前所提到的，“功率因数”实际上就是“实际功率”与“视在功率”的比值。而最为理想的比值为“1”，当然这还无法做到，因此只能无限接近于“1”，这个数值我们一般称之为“功率因数”。

　　这里我们需要指出的是，居民用户只需要支付实际功率（瓦数）所消耗的电量，则不会支付回流到电网中无用功率的电量。而对于商业工厂用电则会追加无用功率这一部分的用电，因为他们所消耗电量的基数太大了。

　　

　　虽然对于居民用户来说，我们不需要支付无用功率的电费，但是根据《欧盟EN61000-3-2号标准》（当然中国也有相关的法规条款），凡是功率擦超过75W的开关电源，都需要至少安装被动PFC模块。此外，在80Plus电源认证中，则要求功率因数需要超过0.9，甚至更多。

　　不过在数年前，许多的电源厂商大多都在电源产品中使用被动PFC模块。而PFC模块则是一个减少谐波电流，并且将非线性负载转换成线性负载的过滤器，电容和电感所产生的功率因数则会向单位值跟近一些。

　　因此，我们接下来要说的，就是主动PFC和被动PFC电路。被动PFC相对主动PFC，功率因数较低，并且被动PFC只适用于230V高压电网，对于115V低压电网，被动PFC还需要一个倍压器以适应电网规格。不过，被动PFC比主动PFC的效能要高！

　　对于主动PFC来说，它基本上是一个通过PWM（脉冲宽度调制）控制电流波形的AC/DC整流器。在最开始，AC电压通过整流桥整流。然后PWM触发主动PFC电路中的MOSFET管（通常是两个），分离中间直流电压到恒定脉冲序列。这些脉冲信号通过滤波电容，将相对平顺的电流送到主开关电路。而在此之前，我们还会看到一个大个的电感线圈，而这个大电感可以对突然涌入的电流起到缓冲和梳理的作用，当然磁线圈也是电抗产生的重要元件。

　　此外，在主动PFC电路中我们还会看到一个热敏电阻，同样是用来限制突然涌入的电流，特别是当电源通电以及启动时。

　　主动PFC电路通常也有两种不同的模式，电流断续模式DCM（Discontinuous Conduction Mode）和电流连续模式CCM（ Continuous Conduction Mode）。其中DCM是指，当电感电流为零时，PFC的MOSFET管被开启的工作状态；CCM是指，电感电流始终在零以上，PFC的MOSFET管被开启的工作状态，因此在MOSFET管中，所有的反向恢复的能量都会被浪费。

　　在电源PFC电路中的第二种模式（CCM）主要被用于超过200W功率输出的电源，因为他能够提供相对较低电流噪声峰值，这意味着高功率电源可以有效抑制电流纹波，输出更为平顺的电流。不过CCM的缺点是耗能较高，并且在升压二极管关闭时，会产生额外EMI，所以我们经常会看到电源整流桥后通常会增加一个X电容。

　　结语

　　关于PFC电源的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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