之前那個(gè)PFC的視頻相信各位看了都一臉懵逼，現(xiàn)在我們簡單講下PFC

首先我們需要談?wù)劰β室驍?shù)和無功功率的概念

簡單來說功率因數(shù)是衡量有功功率和無功功率的比值的

提到功率因數(shù)，必須要解釋交流電力系統(tǒng)的無功功率是什么概念

一般來說，電器消耗電能做功，即普通的有功過程，是不存在無功的問題的

但是在交流電力系統(tǒng)中，當(dāng)儲(chǔ)能元件（電容/電感）連接在電路中時(shí)，它們雖然會(huì)消耗一部分電能用于其本身的電阻發(fā)熱/做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，但是正當(dāng)各位知道的，交流電是電壓方向隨時(shí)在變化的，因此它一方面能夠給無極電容正反充電而通過電容器，另一方面電容器也會(huì)把儲(chǔ)存的電能再還給交流電源，因此就存在一個(gè)無功功率

關(guān)于電容和電感的基礎(chǔ)可以簡單參考視頻：【茜色少女】電臺(tái)與收音機(jī)的原理講解(上)ac4632699

電臺(tái)與礦石收音機(jī)的原理講解(下)(共2P)

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若是給一個(gè)電容串聯(lián)在電阻負(fù)載上（如電燈泡，當(dāng)然是白熾燈），那么一方面電容在交流電路中會(huì)因?yàn)槿菘沟年P(guān)系相當(dāng)于一個(gè)電阻（然而并不等于電阻，它限流不消耗或者說很少能量）給燈泡限流，另一方面又會(huì)提供無功功率改變整個(gè)負(fù)載的功率因數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)欺騙智能限電的目的

寢室限電怎么辦？買個(gè)電容回去焊

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老子就是要在寢室點(diǎn)燈.JPG

電容：想不到吧，電又回來了?

我不要，還給你

那么這個(gè)電路有什么問題嗎？有

由于電能就像這個(gè)動(dòng)圖一樣被電容和電源來回來去的傳送而沒有在燈泡中做功，因此線路中就存在著大于實(shí)際需要的電流，那么也就是說原先如果只點(diǎn)個(gè)燈泡需要1平方的導(dǎo)線，那現(xiàn)在可能需要2平方了

電路中的電流增大了，但是電網(wǎng)的實(shí)際容量卻一點(diǎn)都沒增大

那么也就是說，電路中莫名其妙的多了很多電流，但是它們?yōu)樽龉σ环皱X的價(jià)值都沒創(chuàng)造

而且電容會(huì)滯后90度，電感會(huì)提前90度，大多數(shù)的電源都是容性的，而電機(jī)是感性的

也就是說電容和電感串聯(lián)會(huì)抵消它們?cè)陔娐分械囊徊糠譄o功功率，當(dāng)電容和電感的容抗=感抗的時(shí)候，對(duì)外表現(xiàn)完全的電阻性，LC電路在交流電源的激勵(lì)下發(fā)生諧振，電容和電感之間開始鬼畜?互相充電放電，交流電源輸入的電能完全被這個(gè)諧振電路吸收（理論上，事實(shí)上會(huì)由于電阻的存在和當(dāng)諧振達(dá)到一定的階段的時(shí)候回路的電壓和電流會(huì)很高發(fā)生電暈放電和電弧放電現(xiàn)象達(dá)到一個(gè)能量的輸入和消耗的平衡狀態(tài)）

諧振電壓=輸入電壓*Q值

Q值

品質(zhì)因子或Q因子是物理及工程中的無量綱參數(shù)，是表示振子阻尼性質(zhì)的物理量，也可表示振子的共振頻率相對(duì)于帶寬的大小， 高Q因子表示振子能量損失的速率較慢，振動(dòng)可持續(xù)較長的時(shí)間，例如一個(gè)單擺在空氣中運(yùn)動(dòng)，其Q因子較高，而在油中運(yùn)動(dòng)的單擺Q因子較低。高Q因子的振子一般其阻尼也較小。Q因子可定義為在一系統(tǒng)的共振頻率下，當(dāng)信號(hào)振幅不隨時(shí)間變化時(shí)，系統(tǒng)儲(chǔ)存能量和每個(gè)週期外界所提供能量的比例（此時(shí)系統(tǒng)儲(chǔ)存能量也不隨時(shí)間變化）

對(duì)電子共振系統(tǒng)而言，Q因子表示電阻的影響，若針對(duì)機(jī)電共振系統(tǒng)（例如石英晶體諧振器），也包括摩擦力的影響。

功率因數(shù)（英語：power factor，縮寫：PF）又稱功率因子，是交流電力系統(tǒng)中特有的物理量，是一負(fù)載所消耗的有效功率與其視在功率的比值，是0到1之間的無因次量。

有效功功率代表一電路在特定時(shí)間作功的能力，視在功率是電壓和電流有效值的乘積。純電阻負(fù)載的視在功率等于有功功率，其功率因數(shù)為1。若負(fù)載是由電感、電容及電阻組成的線性負(fù)載，能量可能會(huì)在負(fù)載端及電源端往復(fù)流動(dòng)，使得有功功率下降。若負(fù)載中有電感、電容及電阻以外的元件（非線性負(fù)載），會(huì)使得輸入電流的波形扭曲，也會(huì)使視在功率大于有功功率，這二種情形對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)會(huì)小于1。功率因數(shù)在一定程度上反映了發(fā)電機(jī)容量得以利用的比例，是合理用電的重要指標(biāo)。

電力系統(tǒng)中，若一負(fù)載的功率因數(shù)較低，負(fù)載要產(chǎn)生相同功率輸出時(shí)所需要的電流就會(huì)提高。當(dāng)電流提高時(shí)，電路系統(tǒng)的能量損失就會(huì)增加，而且電線及相關(guān)電力設(shè)備的容量也隨之增加。電力公司為了反映較大容量設(shè)備及浪費(fèi)能量的成本，一般會(huì)對(duì)功率因數(shù)較低的工商業(yè)用戶以較高的電費(fèi)費(fèi)率來計(jì)算電費(fèi)。

提高負(fù)載功率因數(shù)，使其接近1的技術(shù)稱為功率因數(shù)修正。低功率因數(shù)的線性負(fù)載（如感應(yīng)馬達(dá)）可以藉由電感或電容組成的被動(dòng)元件網(wǎng)路來提升功因。非線性負(fù)載（如二極體）會(huì)使得輸入電流的波形扭曲，此情形可以由主動(dòng)或被動(dòng)的功率因數(shù)修正來抵消電流扭曲的影響，并且改善功因。功率因數(shù)修正設(shè)備可以位在中央變電站、分布在電力系統(tǒng)中，或是放在耗能設(shè)備的內(nèi)部。

功率因數(shù)和電效率二者是不同概念，一設(shè)備的效率是輸出功率相對(duì)于輸入功率的比值，和功因不同。一設(shè)備功率因數(shù)提升后，設(shè)備本身的效率不一定會(huì)隨之提升。但功率因數(shù)提升后，視在功率及輸入電流會(huì)減小，因此供電系統(tǒng)的效率會(huì)提升。

若電路中只有純電阻性的加熱元件（如電燈泡、電爐等），其功率因數(shù)是1。若電路中含有電容或電感（如馬達(dá)、螺線管閥、鎮(zhèn)流器等），其功率因數(shù)會(huì)小于1。

交流電有三個(gè)成分：

• 實(shí)功率（real power，也稱為有功功率，active power），以P來表示，其單位是瓦特（W）。

• 視在功率（apparent power），以S來表示，其單位是伏安（VA），是電壓和電流有效值的乘積。

• 無功功率（reactive power），以Q來表示，其單位是無功伏安/瓦爾/乏（var）[3]。不過，另外三個(gè)不正確的寫法也被廣泛使用VAr, VAR, Var

為了降低電力系統(tǒng)的傳輸損失并提升負(fù)載端的穩(wěn)壓程度，一般會(huì)希望負(fù)載可以有較高的功因，最理想的情形是將功因提升到接近1.0的數(shù)值。當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)無效功率時(shí)，視在功率會(huì)隨之提高。輸電系統(tǒng)中若加入功率因數(shù)修正的設(shè)備，可以改善輸電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，而功率因數(shù)修正后，視在功率下降，因此輸電網(wǎng)絡(luò)的效率也可以提升。一些因功率因數(shù)不佳，需要使用較高單位電費(fèi)的客戶也會(huì)進(jìn)行功率因數(shù)修正，以提升功因，減少電費(fèi)。

線性負(fù)載可借由調(diào)整負(fù)載的電抗成分而修正功率因數(shù)，使其接近1.0。若負(fù)載為領(lǐng)先功率因數(shù)，表示是因?yàn)樨?fù)載中電容影響，使其電流波形領(lǐng)先電壓波形，此時(shí)可以加入電感，抵消電容對(duì)功率因數(shù)的影響。反之，若負(fù)載為落后功率因數(shù)，表示是因?yàn)樨?fù)載中電感影響，使其電流波形落后電壓波形，此時(shí)可以加入電容，抵消電感對(duì)功率因數(shù)的影響。一般工業(yè)負(fù)載（如馬達(dá)）多為電感性負(fù)載，因此常用加裝電容器的方式來提升功率因數(shù)

當(dāng)電感或電容元件開關(guān)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生電壓變動(dòng)或是諧波噪聲，而且可能會(huì)提高系統(tǒng)的無載損失。最壞的情形下，這些有電抗成分的元件可能會(huì)和系統(tǒng)中的其他元件共振（諧振），引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定及嚴(yán)重的過電壓問題，因此需在經(jīng)過工程分析后才能加裝修正功率因數(shù)的電感或電容元件。

開關(guān)電源（電源適配器，手機(jī)充電器等等）是一種常見的非線性負(fù)載，世界上至少有數(shù)百萬臺(tái)個(gè)人電腦中有開關(guān)電源，功率輸出從數(shù)瓦到一千瓦。早期廉價(jià)的開關(guān)電源中有一個(gè)全波整流器，整流器只有在電源端電壓超過內(nèi)部電容器的電壓時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，因此其峰值因數(shù)很高，畸變功率因數(shù)很低，而且在三相的電流系統(tǒng)中，其中性線電流不會(huì)為零，可能會(huì)有中性線負(fù)載過大的問題。

典型的開關(guān)電源首先會(huì)用橋式整流器產(chǎn)生直流電壓，再由直流電壓產(chǎn)生輸出電壓。由于整流器為非線性元件，其輸入電流會(huì)有許多的高次諧波成分。此情形會(huì)造成電力公司的困擾，因?yàn)闊o法靠加入電容器及電感器的方式補(bǔ)償高頻的諧波成分。因此一些地區(qū)已開始立法要求所有功率大于一定值的電源供應(yīng)器需要有功率因數(shù)修正機(jī)能。

因此PFC的存在，很有必要

非線性負(fù)載的功率因數(shù)修正

被動(dòng)功率因數(shù)修正

最簡單降低諧波電流的方式是使用只含有被動(dòng)（無源）元件的濾波器，此作法稱為被動(dòng)功率因數(shù)修正或無源功率因數(shù)修正（passive PFC）。

對(duì)于諧波電流，可設(shè)計(jì)一濾波器，只讓基頻（50或60Hz）頻率的電流通過，濾波器可降低諧波電流，因此會(huì)使非線性元件的輸入電流會(huì)和線性元件比較接近。若要使功率因盡可能接近1，需要使用電容器或電感器或兩者并用。一般這類的濾波器需使用大電流的電感器，其體積也比較大。相較于主動(dòng)功率因數(shù)修正（active PFC）的電感器，被動(dòng)功率因數(shù)修正需要的電感器體積較大，但價(jià)格較低。

除了使用電容器、電感器的組合外，也可以使用電容器組來修正負(fù)載的非線性電流，其中一個(gè)例子是使用填谷式電路。被動(dòng)式功率因數(shù)修正的修正效果，電感器電容器組合電路修正后的功率因數(shù)在0.7至0.8之間，填谷式電路的則在0.9左右或更高一些。但效果仍不如主動(dòng)功率因數(shù)修正，產(chǎn)生的熱量較主動(dòng)式功率因數(shù)修正的要大些。

而被動(dòng)功率因數(shù)修正的電效率一般較主動(dòng)功率因數(shù)修正要好。電腦電源供應(yīng)器的被動(dòng)功率因數(shù)修正其效率一般到達(dá)96%左右，而一般主動(dòng)功率因數(shù)修正效率約為94%。此外，一般被動(dòng)式功率因數(shù)修正的電路會(huì)比主動(dòng)式功率因數(shù)修正的要簡單，工作更為可靠穩(wěn)定。

主動(dòng)功率因數(shù)修正

主動(dòng)功率因數(shù)修正或有源功率因數(shù)修正（active PFC）是指可調(diào)整負(fù)載的輸入電流，改善功率因數(shù)的電力電子系統(tǒng)，其主要目的是使輸入電流接近純電阻式負(fù)載的電流，使其視在功率等于有功功率。理想狀態(tài)下其電壓和電流相位相同，而其產(chǎn)生或消耗的無功功率為0，使電源端可以最有效率的傳遞能量給負(fù)載。

Boost轉(zhuǎn)換器（升壓）以下是一些主動(dòng)功率因數(shù)修正的分類：

• Buck轉(zhuǎn)換器（降壓）

• Buck-boost轉(zhuǎn)換器（升降壓）

主動(dòng)功率因數(shù)修正可以是單級(jí)的電能轉(zhuǎn)換，也可以是多級(jí)的電能轉(zhuǎn)換。

以電源供應(yīng)器為例，Boost轉(zhuǎn)換器會(huì)放在整流二極管和主電容器之間。Boost轉(zhuǎn)換器會(huì)設(shè)法在輸入電流和電壓同相位及相同頻率的條件下，維持其輸出是一固定的直流電壓。電源供應(yīng)器中另一個(gè)開關(guān)電源將固定的直流電壓轉(zhuǎn)換為需要的輸出電壓。此作法會(huì)需要增加半導(dǎo)體開關(guān)及電子控制線路，但其被動(dòng)元件的體積會(huì)比較小，在實(shí)務(wù)上常常使用。有主動(dòng)功率因數(shù)修正的開關(guān)電源，功率因數(shù)最高可以到0.99，而沒有功率因數(shù)修正的開關(guān)電源，其功率因數(shù)只有0.55–0.65。

由于其輸入電壓的范圍相當(dāng)廣，許多有主動(dòng)功率因數(shù)修正的電源供應(yīng)器可以配合輸入電壓自動(dòng)調(diào)整，電壓范圍由100V（日本）到230V（歐洲），功率較大的筆記式電腦的電源供應(yīng)器多半都有此功能。

動(dòng)態(tài)功率因數(shù)修正

動(dòng)態(tài)功率因數(shù)修正（Dynamic PFC）是指利用電力電子設(shè)備（如閘流體）高速開關(guān)電容及電感來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。?傳統(tǒng)的控制方法（斷電器）需要數(shù)秒的反應(yīng)時(shí)間，無法應(yīng)付快速改變的負(fù)載，而且只能開關(guān)特定數(shù)量的電容器組。使用閘流體的電容器組只需要一個(gè)周期（20ms）的反應(yīng)時(shí)間，而且能改變輸出功率。

參考資料：什麼是PFC

PFC（功率因數(shù)校正）是指改善功率因數(shù)，並使功率因數(shù)接近1。這是通過使功率因數(shù)角（相位角）接近0°，從而減小電壓與電流的相位差，使視在功率接近有效功率。同時(shí)抑制諧波電流。諧波抑制在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-3-2中已經(jīng)分類限值並規(guī)定了最大額定諧波電流，對(duì)應(yīng)的電子裝置基本上都配備PFC。

單級(jí)PFC與Interleaved(交錯(cuò)式)PFC

PFC的基本工作是使電感電流呈三角波狀，並控制電流使其平均值為正弦波，從而校正電壓和電流的相位差。下面是以單級(jí)和交錯(cuò)式為例的PFC基本電路。

顧名思義，單級(jí)PFC由1組開關(guān)（電晶體）、二極體、電感構(gòu)成，而交錯(cuò)式PFC由2組構(gòu)成，開關(guān)以180°相位差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所以，單級(jí)PFC的電感電流因ON/OFF而呈單一的三角波狀，而交錯(cuò)式PFC則三角波重疊。其結(jié)果是漣波電流減小，有效頻率翻倍。右圖是每個(gè)電感的電流波形和交錯(cuò)式PFC的電流波形示意圖。

交錯(cuò)式使用2組開關(guān)，因此開關(guān)損耗分散，每個(gè)開關(guān)上的負(fù)載減輕，使熱設(shè)計(jì)更容易。另外，漣波電流更小，有效頻率更高，從而有助於減小濾波器尺寸。這與DC/DC轉(zhuǎn)換器的雙相驅(qū)動(dòng)原理相同。

臨界模式（BCM）與連續(xù)模式（CCM）

PFC的控制一般採用兩種模式，一種是在電流為零的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的電流臨界模式（BCM：Boundary Current Mode），一種是在電感連續(xù)流過電流的狀態(tài)下使用的電流連續(xù)模式（CCM：Continuous Current Mode）。

BCM是在二極體電流變?yōu)榱愕臅r(shí)間點(diǎn)開始切換，所以二極體中不會(huì)流過反向回復(fù)電流。但是，電流從零到最大值變化較大，所以電感和二極體的峰值電流將增加。而CCM的特長是在二極體中有電流流動(dòng)的狀態(tài)下開關(guān)導(dǎo)通並強(qiáng)制關(guān)斷二極體，所以會(huì)流過較大的反向回復(fù)電流，並產(chǎn)生切換雜訊。但連續(xù)流動(dòng)的電感電流幾乎為直流，漣波也很小。

方式不同，輸出功率也不同

上述單級(jí)方式和交錯(cuò)方式、BCM控制和CCM控制的不同會(huì)造成輸出功率和峰值電流特性的不同。一般輸出功率較大的電路中多使用交錯(cuò)式PFC及CCM控制。下圖為比較示例。

重點(diǎn):

?PFC（功率因數(shù)校正）是指針對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行校正，並使其接近1。

?PFC的方式包括單級(jí)和交錯(cuò)式，交錯(cuò)式可分散損耗因而熱設(shè)計(jì)更容易。

?PFC的模式包括臨界模式（BCM）和連續(xù)模式（CCM），一般大功率電路中多使用CCM。