什么是功率因素校正

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此方

2020-07-02 20:58:39

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我想对于刚进入电子行业的毕业生，或者一直从事低压小功率设计的技术人员来说，可从未听说过PFC，并不知道什么是PFC，就算听过也不了解PFC是什么东东，在哪里用到，什么情况下要用PFC设计，PFC跟我们生活又有什么关系？

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。

功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。

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)，一种为主动式PFC(也称有源式PFC)。被动式PFC一般分"电感补偿式"和"填谷电路式(ValleyFill Circuit)"

"电感补偿式"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，"电感补偿式"包括静音式和非静音式。"电感补偿式"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。

交过电费的人都知道，同样是使用电网中的电能，为什么工业用电和居民用电的价格却不尽相同呢?

大多数人也许会给出这样一个答案:"工业用电是要创造价值，进行商业盈利的;其次就是工业设备污染环境比较多;再次就是工业用电的传输成本高。"这个答案说明了一些问题，但是如果您具备专业知识，或者通过前面的学习，了解了什么是功率因数，那么您肯定能给出更专业的答案:"工业中使用的用电设备多为电感或电容性设备，其功率因数相对居民用电设备的功率因数较低，造成了电网中无功功率较高，电力公司需要多发电来维持这个无功功率，浪费了这部分的电能，所以工业用电用户就需要为这部分浪费的电能买单。"

工业用电与居民用电成本对比如图1所示。

图1 工业用电与居民用电成本对比

那么我们有什么方法来降低无功功率，或者说如何把功率因数提升到最佳值呢?伟大的科学家们已经帮我们研究出了解决办法:功率因数校正。提高用电设备功率因数，使其接近1的技术就称为功率因数校正。

下面让我们看看供电公司和工业用电用户都是怎么样做的吧。

对于供电方，最简单的方法就是提升送电电压，也可以在各个中央变电站、输送网络中，添加功率因数校正设备，提升整个电网本身的功率因数，减少输送损耗，如图2所示。

图2供电公司的功率因数校正方法

图3 工业用电用户的功率因数校正方法