本文主要是關(guān)于主動PFC電源的相關(guān)介紹,并著重對主動PFC電源的省電進(jìn)行了詳盡的闡述。
PFC
PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”,意思是“功率因數(shù)校正”,功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關(guān)系,也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。 基本上功率因數(shù)可以衡量電力被有效利用的程度,當(dāng)功率因數(shù)值越大,代表其電力利用率越高。功率因數(shù)是用來衡量用電設(shè)備用電效率的參數(shù),低功率因數(shù)代表低電力效能。為了提高用電設(shè)備功率因數(shù)的技術(shù)就稱為功率因數(shù)校正。
計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路,其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失,此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種,一種為被動式PFC(也稱無源PFC)和主動式PFC(也稱有源式PFC)。
被動式PFC
被動式PFC一般分“電感補(bǔ)償式”和“填谷電路式(Valley Fill Circuit)”
“電感補(bǔ)償式”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù),“電感補(bǔ)償式”包括靜音式和非靜音式?!半姼醒a(bǔ)償式”的功率因數(shù)只能達(dá)到0.7~0.8,它一般在高壓濾波電容附近。
“填谷電路式”屬于一種新型無源功率因數(shù)校正電路,其特點(diǎn)是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導(dǎo)通角,通過填平谷點(diǎn),使輸入電流從尖峰脈沖變?yōu)榻咏谡也ǖ牟ㄐ?,將功率因?shù)提高到0.9左右,顯著降低總諧波失真。與傳統(tǒng)的電感式無源功率因數(shù)校正電路相比,其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單,功率因數(shù)補(bǔ)償效果顯著,并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。
主動式PFC
而主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成,體積小、通過專用IC去調(diào)整電流的波形,對電流電壓間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。主動式PFC可以達(dá)到較高的功率因數(shù)──通??蛇_(dá)98%以上,但成本也相對較高。此外,主動式PFC還可用作輔助電源,因此在使用主動式PFC電路中,往往不需要待機(jī)變壓器,而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小,這種電源不必采用很大容量的濾波電容。
PFC電源的選擇
PFC是功率因數(shù)校正的縮寫,它主要被用來表示電能得有效利用率。PFC的數(shù)值越大,就說明其對電能的利用率越高。目前,只要是市面上通過了我國安規(guī)認(rèn)證的的電源,都必須安裝PFC電路。也就是說,如果想要將產(chǎn)品推向市場,那么就必須熟悉PFC電路的設(shè)計(jì)。本篇文章就將為大家介紹如何選擇合適的PFC。
通常,在電源設(shè)計(jì)當(dāng)中,PFC電路都會被安裝在第二層濾波之后于全橋整流電路之前。PFC有能夠被細(xì)分為兩種,一種是無源PFC,也就是常說的被動式PFC,一種是有源PFC,即主動式PFC。
被動式PFC采用的是電感補(bǔ)償方法使交流輸入的基波電流,也就是交流電與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù),被動式PFC又分靜音式被動PFC和非靜音式被動PFC。被動式PFC的功率因數(shù)只能達(dá)到0.7~0.8,它一般在高壓濾波電容附近。
主動式PFC則是由電感電容及電子元器件兩部分所組成,它體積較小、需要通過專用的IC去調(diào)整電流的波形,對電流和電壓之間的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。相對于被動式PFC來說,主動式PFC可以達(dá)到較高的功率因數(shù)通常可達(dá)98%以上,但它的成本就被動式PFC來說也相對較高。此外,主動式PFC還可用作輔助電源,所以在使用主動式PFC的電路當(dāng)中,往往不需要待機(jī)變壓器,而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小,這種電源不必采用很大容量的濾波電容。
這里有一個(gè)有趣的現(xiàn)象,很多人在在購買電源時(shí),都喜歡購買帶有主動式PFC的電源。雖然在使用上主動式PFC具有一定的優(yōu)點(diǎn),但是還是要看情況而言。
主動PFC和被動PFC的優(yōu)勢
PFC的誕生是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的二極管整流電路會對電網(wǎng)形成干擾,并且攻略也會降低浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。為了解決這個(gè)問題,引入了PFC.簡單說被動PFC是一個(gè)工頻電感器,利用電感中電流不能突變的原理,可以大幅降低電網(wǎng)干擾,同時(shí)提升功率因數(shù)。
被動PFC的優(yōu)勢是:電路簡單,成本低,電磁干擾小。
主動PFC的優(yōu)勢是:電壓適應(yīng)范圍寬,功率因數(shù)高。功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率是兩個(gè)不同的指標(biāo)。功率因數(shù)是電路的參數(shù),交流電路中的一個(gè)指標(biāo),和線路損耗有一定的關(guān)系。功率因數(shù)的范圍是 0 1.0,1.0是最理想的,0在實(shí)際電路中其實(shí)不存在。供電局對這個(gè)指標(biāo)比較重視,對于一般家用沒有實(shí)際意義。轉(zhuǎn)換效率是關(guān)于能量轉(zhuǎn)換的,直接決定電源的損耗大小。轉(zhuǎn)換效率的范圍是 0% 100%,100%是理想的狀態(tài),0%是最差勁的極端。這才是我們應(yīng)該關(guān)心的,轉(zhuǎn)換效率越低,電源損耗越大,浪費(fèi)的電越多。功率因數(shù)不影響電表走字,0.1和1.0都是一樣的走法。轉(zhuǎn)換效率要影響電表走字,轉(zhuǎn)換效率越低,損耗的電能越多,電表也會多走些。高功率因數(shù),是在給供電局省錢。
高轉(zhuǎn)換效率,是在給自己省錢。
主動PFC和電源轉(zhuǎn)換效率并沒有必然聯(lián)系就目前市面上的產(chǎn)品來看,大部分高轉(zhuǎn)換效率的電源都是主動PFC的,也同時(shí)擁有很高的功率因數(shù)。
這有很大一部分是市場造成的:
由于低端產(chǎn)品對成本的要求過于嚴(yán)格,所以幾乎不可能使用主動PFC設(shè)計(jì)。而購買這種商品的人同樣不會關(guān)心功率因數(shù)及轉(zhuǎn)換效率究竟如何。因此低端電源普遍采用了傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì),效率低,功率因數(shù)也低。高端電源主要針對電腦玩家和專業(yè)場合設(shè)計(jì),功率普遍很大,成本可以放寬,本身賣得也很貴。被動PFC在功率超過400W以后,損耗變大,效率變低,體積太大,重量也大。
主動PFC在400W功率以上效率有優(yōu)勢,雖然價(jià)格貴,但是高端用戶不會在乎這一點(diǎn)價(jià)格。高端電源通常都不會沿用傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì),而是廠家精心研發(fā)的先進(jìn)電路,效率自然提高很多。最終的結(jié)果就是:高端電源幾乎全都是主動PFC,功率因數(shù)很高,效率也很高。
實(shí)際上,主動PFC在低功率時(shí),自身損耗大于被動PFC.畢竟它是一個(gè)復(fù)雜的電路,工作起來要消耗電能;而被動PFC就是一個(gè)電感。不過很少有人讓高端電源工作的低負(fù)載下,這個(gè)問題也就不明顯了。
主動PFC還有一個(gè)最麻煩的缺點(diǎn):電磁干擾大
為了搞定電磁干擾,EMI濾波電路要加強(qiáng),電路更加復(fù)雜。有些電源在待機(jī)時(shí)發(fā)出高頻噪音,也是因?yàn)橹鲃覲FC。
總結(jié):
高端電源(400W或更高),首選主動PFC,在大功率的場合,主動PFC優(yōu)勢明顯,高端產(chǎn)品成本上不受限制,電路設(shè)計(jì)優(yōu)秀,完全可以彌補(bǔ)主動PFC的缺點(diǎn)。高效率高性能的產(chǎn)品誰都喜歡。
低端電源(350W或更低),根據(jù)自己的需求選擇,不必苛求主動PFC,在成本受限的情況下,主動PFC的缺點(diǎn)開始暴露,電磁干擾,高頻噪音。在300W這個(gè)等級,主動PFC已經(jīng)完全沒有優(yōu)勢了。在給大家舉幾個(gè)例子:
用幾臺電腦分別使用額定400W、450W、500W的電源。
首先說額定400W的電源,主動PFC,兩級EMI濾波,電路設(shè)計(jì)比較前衛(wèi),轉(zhuǎn)換效率很高,自身發(fā)熱小,因?yàn)殚_關(guān)頻率很高,超過了人能聽見的范圍,聽不到高頻噪音。
400W;主動PFC;三級EMI濾波;傳統(tǒng)的主動PFC設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)換效率不高,自身發(fā)熱一般;開關(guān)頻率不算高,有明顯的高頻噪音。
450W;主動PFC;三級EMI濾波;傳統(tǒng)的主動PFC設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)換效率偏低,自身發(fā)熱大,開關(guān)頻率應(yīng)該比較高,沒有明顯的高頻噪音。
500W;被動PFC;兩級EMI濾波;傳統(tǒng)的被動PFC設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)換效率糟糕,發(fā)熱巨大。沒有任何高頻噪音,不過風(fēng)扇的噪音很大。
400W這個(gè)電源,也都是名廠產(chǎn)品。主動PFC效率明顯占優(yōu),不過在EMI濾波器方面,主動PFC卻更為實(shí)用。在選電源的時(shí)候,很消費(fèi)者都還很糾結(jié)該選擇被
主動PFC電源會更省電嗎?
電源的PFC電路最大作用就是提升電源的功率因素,進(jìn)而提高電力利用率,主動PFC 》98%功率因素,明顯要比被動PFC 60~75%要高得多,主動式PFC方案無疑對電能的利用率更高,更為省電。通過以上的測試,這一說法也獲得了證實(shí)。那么主動PFC是否就是一個(gè)能為用戶節(jié)省電費(fèi)的完美方案呢?其實(shí)并不盡然。
主動PFC節(jié)能但不一定省錢
我們需要知道的是功率因素所產(chǎn)生損耗是由電力部門來承擔(dān)的,而我們?nèi)粘J褂玫碾姳硎歉緹o法計(jì)算電能從電網(wǎng)至電源之間的損耗,所以這些電能損耗并不需要用戶自己掏腰包;也就是說:在相同的前提下,無論是主動式PFC還是被動PFC的電源,在輸入同樣功率電能的時(shí)候,用戶所繳納的用電費(fèi)用是完全相同的;不同的是主動式PFC能為電網(wǎng)節(jié)省更多電能。當(dāng)然,任何電能都是地球的、大家的資源,無論是否省自己錢包的錢,節(jié)約能源都是我們應(yīng)該盡力去實(shí)現(xiàn)的義務(wù)和責(zé)任。
真心省電費(fèi)的80PLUS電源必采用主動PFC
那為什么上面的測試結(jié)果中主動PFC的電源更省電呢?其實(shí)很大一部分原因是由于大多數(shù)的被動PFC電源都屬于低端產(chǎn)品,采用的是老舊的半橋拓?fù)浜土畠r(jià)的二極管元件,轉(zhuǎn)換率只有75%左右。而主動式PFC的產(chǎn)品大多都配搭更為先進(jìn)的雙管正激電路和優(yōu)質(zhì)元件,轉(zhuǎn)換率自然比被動PFC電源要高,從而更省電達(dá)到節(jié)省用戶電費(fèi)的效果。而本次測試價(jià)格越高的產(chǎn)品效能越強(qiáng)、表現(xiàn)越好的結(jié)果中,也從側(cè)面證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。
如今80PLUS認(rèn)證已經(jīng)被大家所熟悉,這個(gè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電源在滿載時(shí)功率因數(shù)不低于0.9,這就限制了功率因素較低的被動式PFC電源無法跨越80PLUS的門檻,讓不少人產(chǎn)生了電源節(jié)能是因?yàn)槭褂昧酥鲃邮絇FC電路的錯(cuò)覺。而近年來,有源箝位、相移全橋、LLC等多種高效結(jié)構(gòu)正在逐漸普及,轉(zhuǎn)換率達(dá)到90%以上已經(jīng)不再困難,正是由于這些先進(jìn)高效的拓?fù)涠嗯c主動式PFC電路配搭的關(guān)系,造成了主動式PFC電源比大部分被動式PFC電源要省電的“現(xiàn)實(shí)”情況。
如今主動式PFC電源已經(jīng)成為了消費(fèi)者的首選,特別是在主流市場上,它能帶給用戶更優(yōu)秀的輸出質(zhì)量和更高效的轉(zhuǎn)換效率,這些都是老舊的被動PFC電源所不能相比的。但如果你的配置功耗較低,平時(shí)也比較少使用電腦,那么并不必強(qiáng)求主動式PFC的電源,因?yàn)樵谀壳皝砜粗鲃邮絇FC電源在低瓦數(shù)的級別上并沒有優(yōu)勢,反而價(jià)格更高。但相信在不久的將來,主動式PFC配搭高效結(jié)構(gòu)的電源將會逐步平民化,在成本降低的同時(shí)主動式PFC的弊端也會得到解決,主動式PFC搭配更先進(jìn)高效的方案將會成為未來市場的趨勢。
最后,由于近幾年來各種硬件的功耗越來越大,不少消費(fèi)者都對電源的重要性有了更加深刻的了解,大家在裝機(jī)時(shí)已經(jīng)不再只關(guān)注CPU、顯卡等的主要硬件有多么強(qiáng)大,還會細(xì)心去選擇一款品質(zhì)更優(yōu)效率更高的電源產(chǎn)品。本次評測我們對比了主動式PFC電源和被動式PFC電源的功耗高低,通過評測的結(jié)果去探討了兩種PFC電源的購買價(jià)值和未來趨勢,希望通過這個(gè)評測能讓廣大消費(fèi)者對主動式PFC和被動式PFC電源有著更深入的了解。
結(jié)語
關(guān)于主動PFC電源的相關(guān)介紹就到這了,如有不足之處歡迎指正。
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