大家都来讨论! 主动PFC与被动PFC

大白话总括：主动比被动好，为国家省电，重量轻，是今后发展趋势；但主动成本高，也没有为用户省钱。

个人认为，主动PFC值得选择。





一、什么是PFC：

PFC是电脑电源中的一个非常重要的参数，全称是电脑功率因素，简称为PFC，等于“视在功率乘以功率因素”，即：功率因素=实际功率/视在功率。

功率因素：功率因数表征着电脑电源输出有功功率的能力。

    功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素，功率因素等于实际功率与视在功率的比值。

    视在功率：即交流电压和交流电流的乘积，用公式表示为：S=UI。

     上式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安），U是额定输出电压，单位是V， 如220V、380V等；I是额定输出电流，单位是A。 视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI·F

    上式中，P是有功功率，单位是W（瓦），F=COSθ 被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。 无功功率是储藏在电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为无功功率，单位是var（乏）。

    对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。

    一般用户都认为计算机之类的设备只需要有功功率，而不需要无功功率。既然无功功率不做功，要它何用！于是他们当然就认为功率因数为１的电源最好。因为它能给出最大输出功率。然而，实际情况并非如此。

    假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于１，可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，UC的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的。

    因此可以说，计算机不但需要有功功率，也需要无功功率，两者缺一不可。

二、什么是主动PFC

主动式PFC，也称有源PFC。主动式PFC使用主动组件 [控制线路及功率型开关式组件(power sine conductor On/Off switch)，基本运作原理为调整输入电流波型使其与输入电压波形尽可能相似，功率因素校正值可达近乎100%。 此外主动式PFC有另一项重要附加价值，即电源供应器输入电压范围可扩增为90Vdc到264Vdc的全域电压，电源供应器不需要像以往一般需切换电压。相对地，因为其优异功能，主动式PFC价格也较高。另外消费者还要注意，一般而言很多被动式的设计，在115V的系统上是没有置入的，因为厂商只作230V的部分，所以需请在115V电压系统下的消费者，留意此问题，可能多花了钱却买到在115V下没有PFC作用的电源供应器。

三、什么是被动PFC：

被动式PFC，不论静音与否，他们都可以被称作无源PFC。无源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，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7~0.8。静音型被动PFC相比非静音型被动PFC，无论是成本上还是制造工艺上要求都比较高。这里还要说明的是，PFC会产生噪声的原因。从原理上讲，我们在上面看到的部分结构上和电感类似，在对电流和电压补偿的过程中，始终进行着充放电的过程，因而产生了磁性，最终会和周边的金属元件产生震动进而发出噪音。静音型PFC相当于两个非静音型PFC的叠加，达到震动互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安装是否得当也是对静音效果影响较大的因素。在本次横测中就有因安装位置和安装方式不得当造成的静音型PFC不静音的现象。

总体上来说，非静音型被动PFC与静音型被动PFC所能达到的效果大致相当，但都要低于主动式PFC的功因校正效果。

四、为什么主动式PFC优于被动式PFC?

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。
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。


主动式PFC的优点：
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。 随着IC零件需求增加，成本将随之降低。
较无原料短缺的风险。
较被动式专业的解决方案。
能以较低成本带来全域电压的高附加价值。
功率因素接近完美的100%，使电力利用率极佳化，对环保有益。
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。


被动式PFC的缺点：
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。
沉重重量增加电源供应器在运输过程损坏的风险。
原料短缺的风险较高。
如电源内部结构固定的不正确，容易产生震动噪音。
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不具竞争力。


PFC作为决定电源转换效率的重要因素，其主要分为主动PFC与被动PFC。前者带来的是更高的功率因数但成本也会有很大的增加，后者虽然价格低廉但功率因数也会有所下降。

主动PFC电路本身损耗的电能比起被动PFC电路更高，从而直接降低了电源的转换效率，因为有更多的电能并没有被实际负载利用上。PFC电路所调节的功率因数，是给电厂节省了电能，而并没有真正给用户节省。

深渊领主的观点

看了几篇贴发现大家对电源方面存在很多争议，我来发表一下自己的看法。个人观点，大家尽管拍砖。
 
    PFC是功率因数校正的意思，大家也许听过有功无功的说法，其实是这样的。如果一个正弦波电压比如220v 50HZ电压加在一个电阻上面，那电流也会是正弦的 并且和电压同相位。这样电压和电流做的功就全是有功。但是，电压如果加在一个电感和电阻上面，电流还是正弦变化的，但和电压保持半个周期的延迟或领先，这样电压和电流不是同相位就产生了无功。因为在实际中，电路参数其实是电感电阻电容都有的，所以电流一般也不和电压同相位。

[IMG]http://img8.zol.com.cn/bbs/book/b_183/1435183.jpg[/IMG]
    用向量图来解释就是这样。如果同相位，如图2上面，这样产生的都是有功。

[IMG]http://img8.zol.com.cn/bbs/book/b_184/1435184.jpg[/IMG]
    比如电流超前电压一点，这样产生的有有功也有无功。把电流分解成Ia，Ib。Ia就是有功电流，Ib就是无功电流。分别与电压乘积生成有功和无功。
  
    所谓PFC就是通过控制技术，使电网输入整流电压的电压和电流同相位。这样做，可以使电网仅输入有功，不用提供无功。
      为啥现在提倡要用PFC？ 因为国家提倡这样做，电网很希望大家都用的是电阻，这样只需提供有功就可以了，如果功率因数低的话，电网需要提供更多的无功，这样对电压的稳定很不好。这也就是上文最后一段说节省电力,不是为用户,而是为电网,理论上说,电表测的都是有功,功率因数低能让用户得到更多的实惠(利用无功当输入,最后生成有功利用,而无功是不计费的),但是电力系统是对用户的功率因数有要求的,比如大型工厂的功率因数必须要在多少以上,低于是要罚款的.
     
争论1 这里我同意E6600的意见，认为PFC不和转换效率有直接关系。
      因为输入功率是要同时计算有功和无功，即S 视在功率，比如功率是100，这个100究竟是有功和无功的怎么搭配，他也是100，直流输出功率是60的话 那效率就是60% 只和电源损耗有关。
     
争论2 主动PFC、被动PFC与宽幅电压输入关系
     这里我没有看到具体主动PFC的控制图，但是我曾经做过PWM调制滞环整流，控制是自带电压控制环的，主动PFC都是用的全控点电力电子开关。当直流电压低的时候，控制会向直流稳压环节的电容充电，让电压升上来。我想可能主动PFC的宽幅输入也应该是这么个控制原理。
     被动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。这句话我猜测，可能被动PFC就是指的通常的三相整流电路，他使用的是半控的开关或者是不控的二极管，然后加入了电感以校正一下功率因数，如果单纯是这样的话，他没有单独的电压闭环控制电路，所以交流输入电压对直流电容电压影响比较大。
     所以一般来讲，PFC会对电压进行控制，而且这种控制比较主动，换句话说，是带补偿效果的；而被动PFC只是利用电容稳压原理，如果没有电压闭环控制的话，他对交流侧的电压稳定是比较倚赖的.

    所以在遇到电力系统故障时,突然断电,自动重合闸重合成功,供电恢复.这时会造成一个电压的暂降,据统计,电压暂降是造成电脑重起的主要原因. 由于有了主动的电压闭环控制,我个人认为主动PFC对抵抗电压暂降还是有一定能力的,(当然还需要考虑电容大小的原因,理论上无限大电容的电压是不变的),单就控制策略来说,主动PFC还是有优势的.

争论3 主动PFC被动PFC和谐波的关系

     所谓谐波,是指的电流的波形不是正弦,而是畸变的波形,比如方波. 由于被动PFC仅仅是三相整流的电路,谐波很多,尤其是低次谐波;而主动PFC可以采用新的PWM调制技术,由于开关频率很高,可以把谐波次数推到开关频率的整数倍上,大约是K HZ级别,而且谐波含量少,这样滤波很容易,所以PFC虽然看起来波形畸变的更严重,几乎都是大锯齿,但是谐波却很少,电能质量好.

     个人认为,被动PFC的噪音也是谐波的一种表现,人的听力频域在20~20K 但人的听力对甚高频和甚低频不敏感,被动PFC的谐波范围正好在这个范围,所以很容易干扰人的听觉