你了解电源吗？主动PFC究竟有多重要

    泡泡网电源频道7月5日 在上一篇文章《你了解电源吗？ 小白晋级不完全教程》中，我们简单的了解一下开关电源在电脑配件中的重要作用。并且也了解了电源第一个关键电路——“EMI滤波电路”在电源中扮演了什么样的角色。虽然EMI电路无非就是几颗电容和两三个电感组成的一个简单电路，但是这却关乎到周边电器用品是否能够正常工作。

    而正是因为这部分电路相对简单，许多的无良电源工厂，为了节省成本则会省略这个部分，而消费者却无从知晓，也根本察觉不到。而当使用电脑时，发现屋内照明明暗不定、电视遥控突然失灵……等等。然而我们都知道，即便电源拥有一个良好完整的EMI滤波电路，并不能证明这就是一颗好电源，因为这仅仅才是一个开始。

    那么今天我们就来了解一下电流进入电源之后的第二个部分，这里包括整流桥和PFC，同时通过这部分内容，也让我们重新认识一下PFC对于电源的重要作用，“功率因数”又是什么意思，而在被动PFC和主动PFC的选择上，我们应如何看待？都会在这篇文章中有所涉及。

    同时，也希望这篇文章能够给各位在电源知识的了解上，和选择电源过程中，所有帮助，算是一种参考吧。

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    其实整理桥的全称叫做“桥式整流器”，是由四只整流硅芯片作桥式连接，然后使用绝缘朔料将其封装一起，而一些大功率桥式整流器在绝缘层外添加锌金属壳包封，主要也是为了增强散热。

电源整流桥

    而有些质量较低，或者结构较老的电源中，我们不会看到封装好的整流桥，大多会以四个整流晶体管并列焊接在电路板上。

非常古老的整流桥

    另外，需要注意的是，整流桥是电源中发热量较大的电气元件，尤其是在一些功率较大的电源中，整流桥必须配有散热片进行散热，否则会存在电源使用的安全隐患。

    通过整流桥矫正后直流电被输入到PFC电路。而在我们讨论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”。

纯电抗电路负载

    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。

电阻电抗混合电路负载

    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。

工业用电功率因数太低 会造成巨大电能浪费

    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！

主动PC电路

    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。

80Plus要求PFC超过0.9

    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。

    因此在目前的电源产品中，都会采用CCM模式的PFC电路，虽然功耗略高，也会产生额外的EMI，但是可以有较高水准的功率因数输出。因此对于高能耗的用电大户来说，高功率因数的电源是非常有必要的，对于国家电网的节能也是十分重要的，毕竟节约能源人人有责嘛。■

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