主動(dòng)式PFC與被動(dòng)式PFC電源有何不同？

在主動(dòng)式PFC電源剛剛步入主流的時(shí)候，有不少?gòu)S商為了宣傳自家的主動(dòng)式PFC電源產(chǎn)品，都紛紛打出了“主動(dòng)式PFC電源更加省電”的旗號(hào)，引導(dǎo)消費(fèi)者選擇采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。但事實(shí)是不是這樣呢？主動(dòng)式PFC電源就一定比被動(dòng)式PFC電源省電嗎？

在前幾年主動(dòng)式PFC電源剛剛步入主流的時(shí)候，商家們一度大肆宣傳“主動(dòng)式就是比被動(dòng)式好”，現(xiàn)在主動(dòng)式PFC電源已經(jīng)成為主流，雖然不再需要像當(dāng)年那樣瘋狂地推廣，但是我們?nèi)匀豢梢栽诓簧匐娫串a(chǎn)品的包裝上看到強(qiáng)調(diào)主動(dòng)式PFC的字眼，可見(jiàn)這個(gè)觀點(diǎn)早已深入人心。那么主動(dòng)式PFC相比被動(dòng)式PFC好在哪里呢？我們就來(lái)一起探討一下被動(dòng)式PFC與主動(dòng)式PFC之間的差異，看看為什么主動(dòng)式PFC電源能夠成為今天的主流之選。

PC電源為什么需要配置PFC電路？

目前，電路負(fù)載基本上可以分為兩種模式，其一為電阻型負(fù)載，這種負(fù)載在采用交流輸入時(shí)，其電壓與電流的波形都將呈現(xiàn)正弦曲線且相位相同，換句話說(shuō)電壓和電流都會(huì)在同一時(shí)刻逆轉(zhuǎn)極性，能量一直為正向移動(dòng)；另外一種則是電抗型負(fù)載，這種負(fù)載在采用交流輸入時(shí)雖然電壓與電流的波形同樣為正弦曲線，但兩個(gè)波形之間存在相位差，這樣就無(wú)法保證電壓與電流在每一個(gè)時(shí)刻都是相同的極性，在極性相反的周期內(nèi)，能量是反向移動(dòng)。

當(dāng)然，上述這兩種都是理想狀態(tài)下的負(fù)載，在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)是電阻性負(fù)載與電抗型負(fù)載的混合負(fù)載，極少存在單一型負(fù)載的情況，因此在任意時(shí)刻的負(fù)載中會(huì)有兩種不同方向的能量，其中只有正向能量是有價(jià)值的，我們將其稱(chēng)為有效功率，反向能量則稱(chēng)為無(wú)效功率，而兩者的綜合就是視在功率了。

為了體現(xiàn)電器設(shè)備對(duì)能量的利用率，我們就需要用到功率因數(shù)（Power Factor），即我們PC電源評(píng)測(cè)中常提到的PF值，這是一個(gè)有效功率除以視在功率所得出來(lái)的比值。而功率因數(shù)校正即PFC（Power Factor Correction）的用作就是提升PF值，它可以起到減少脈沖電流的諧波分量、降低EMI電磁干擾、降低諧波失真度等作用，從而實(shí)現(xiàn)降低電網(wǎng)“污染”、使功率因數(shù)趨向于1的效果。

目前PC電源中有分為被動(dòng)式PFC和主動(dòng)式PFC，前者常見(jiàn)于低端電源產(chǎn)品或者是一些比較老舊的產(chǎn)品中，一般來(lái)說(shuō)被動(dòng)式PFC可以將電源的功率因數(shù)控制在0.7到0.8的范圍，但一般不會(huì)超過(guò)0.8；后者則是目前主流和高端電源的標(biāo)配，主動(dòng)式PFC可以將電源的功率因數(shù)控制在0.9甚至更高的水平，部分高端產(chǎn)的功率因數(shù)甚至可以無(wú)限接近于1。

什么是被動(dòng)式PFC？

被動(dòng)式PFC曾經(jīng)是PC電源中的主流技術(shù)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)退出主流市場(chǎng)，但由于其相對(duì)低廉的成本，因此它仍然活躍在額定功率400W以下的入門(mén)級(jí)電源產(chǎn)品中。被動(dòng)式PFC電源的PF值大多在0.7到0.8左右，但很少能有超過(guò)0.8的水平，畢竟要在被動(dòng)式PFC電源上做到PF值0.8以上，從成本上來(lái)說(shuō)足以改成主動(dòng)式PFC電源，后者的PF值可以輕松達(dá)到0.9的水平。

PC電源中常見(jiàn)的被動(dòng)式PFC為電感補(bǔ)償式，它通過(guò)減少交流輸入的基波電流與電壓之間相位差來(lái)提高功率因數(shù)，其特點(diǎn)是：在高壓濾波電容附近配有一個(gè)PFC電感，這個(gè)電感由多塊硅鋼片外部纏繞銅線而成，體積和重量都較大，為了保證其安裝穩(wěn)固，現(xiàn)在不少被動(dòng)式PFC電源會(huì)把PFC電感固定在外殼，再通過(guò)導(dǎo)線連接到主PCB上。

電感補(bǔ)償式的被動(dòng)式PFC有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，但是PFC電感的體積和重量均會(huì)隨著電源額定功率的提升而增加，因此被動(dòng)式PFC基本上不會(huì)用在額定功率比較高的電源產(chǎn)品中。另外，由于被動(dòng)式PFC電源往往有著比較高的重量，因此在玩家群體里產(chǎn)生了一種“電源越重品質(zhì)越好”的判斷方法，這個(gè)判斷邏輯一直沿用至今，雖然現(xiàn)在來(lái)看基本已經(jīng)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，但仍然被不少剛?cè)腴T(mén)的玩家奉為信條。

需要提及的是，由于有上述這樣的判斷方法，在被動(dòng)式PFC電源仍是主流的年代中，有不少假冒偽劣產(chǎn)品會(huì)采用假的PFC電感，這些電感在表面上和真品沒(méi)什么區(qū)別，但實(shí)際上可能只有硅鋼片而沒(méi)有銅線纏繞，有的甚至只是灌裝水泥冒充一以增加電源的重量。因此“電源越重品質(zhì)越好”的判斷方法就算有些參考意義，但顯然不會(huì)是絕對(duì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

此外，被動(dòng)式PFC電源對(duì)輸入電壓的穩(wěn)定性也有一定要求，基本上電壓波動(dòng)的允許范圍不會(huì)太廣。而且由于被動(dòng)式PFC適合在比較高的電壓下使用，因此采用110V輸入設(shè)計(jì)的被動(dòng)式PFC電源還需要添加一個(gè)倍壓器，將輸入電壓從110V增加至220V，以保證PFC電路的工作正常。

什么是主動(dòng)式PFC？

主動(dòng)式PFC電源在結(jié)構(gòu)上基本就是一個(gè)通過(guò)PWM控制電流波形的AC/DC整流器，交流輸入通過(guò)整流橋進(jìn)行整流，然后PWM觸發(fā)主動(dòng)PFC電路中的MosFET管，分離中間直流電壓到恒定脈沖序列，隨后這些脈沖信號(hào)通過(guò)濾波電容，將相對(duì)平順的電流送到主開(kāi)關(guān)電路。

此外，我們可以在主動(dòng)式PFC電路中看到一個(gè)體積相對(duì)較大的電感線圈，這個(gè)電感線圈可以對(duì)電流起到緩沖和梳理的作用，當(dāng)然它在體積和重量上比起被動(dòng)式PFC的電感要小很多。

以先馬金牌500W模組版為例的主動(dòng)式PFC電源，PF值可以輕松達(dá)到0.9以上

從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，主動(dòng)式PFC顯然比被動(dòng)式PFC更復(fù)雜，成本也更高。而且主動(dòng)式PFC有著更寬廣的電壓適應(yīng)能力，在電壓波動(dòng)較大的情況下仍然可以穩(wěn)定工作，不少產(chǎn)品甚至直接支持110V到220V的電壓輸入。同時(shí)，在功率因數(shù)校正效果上，主動(dòng)式PFC也有凌駕于被動(dòng)式PFC的實(shí)力，它可以輕松達(dá)到0.9以上，部分高端產(chǎn)品甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限接近于1的效果。

此外，由于主動(dòng)式PFC電路的體積和重量都遠(yuǎn)小于被動(dòng)式PFC，隨著電源額定功率的提升，其在體積和重量上的變化不會(huì)很大，因此，在被動(dòng)式PFC電源上“越重越好”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自然并不適合主動(dòng)式PFC電源。

主動(dòng)式PFC電源會(huì)更省電嗎？

在主動(dòng)式PFC電源剛剛步入主流的時(shí)候，有不少?gòu)S商為了宣傳自家的主動(dòng)式PFC電源產(chǎn)品，都紛紛打出了“主動(dòng)式PFC電源更加省電”的旗號(hào)，引導(dǎo)消費(fèi)者選擇采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。但事實(shí)是不是這樣呢？主動(dòng)式PFC電源就一定比被動(dòng)式PFC電源省電嗎？

如果從宏觀的角度來(lái)看，主動(dòng)式PFC電源省電的說(shuō)法確實(shí)沒(méi)錯(cuò)。同樣是200w的有效功率，采用被動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)、PF值為O.8的PC電源需要消耗250W的視在功率，而采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)、PF值為0.9的PC電源則只需要222W的視在功率，如果說(shuō)視在功率相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的輸出功率，那主動(dòng)式PFC電源對(duì)發(fā)電機(jī)造成的負(fù)荷就更低，自然也就是更省電了。

然而這樣的省電對(duì)于消費(fèi)者而言并沒(méi)有什么實(shí)際意義，因?yàn)槲覀兊碾姳碇唤y(tǒng)計(jì)有效功率，并不是統(tǒng)計(jì)視在功率，換句話說(shuō)你只需要為有效功率付電費(fèi)，因此不管是主動(dòng)式PFC、被動(dòng)式PFC還是沒(méi)有PFC，只要有效功率相同，電表上走的數(shù)字就是相同的，消費(fèi)者需要支付的電費(fèi)也是相同的。

事實(shí)上，真正能讓你省電費(fèi)的參數(shù)是電源的轉(zhuǎn)換效率，這個(gè)轉(zhuǎn)換效率直接影響電源有效功率的高低，在相同的輸出負(fù)載下，轉(zhuǎn)換效率更高的電源所需要的有效功率越低，你需要付的電費(fèi)自然也越少了。

我們?yōu)槭裁匆x擇主動(dòng)式PFC電源？

如果僅僅是從省電費(fèi)的角度來(lái)考慮，電源是采用主動(dòng)式PFC、被動(dòng)式PFC甚至有無(wú)PFC都沒(méi)有什么關(guān)系，因?yàn)槭″X(qián)與否的關(guān)鍵是在電源的轉(zhuǎn)換效率。但是實(shí)際與理論總是有一些差別的，從客觀事實(shí)來(lái)說(shuō)，同樣額定功率的電源產(chǎn)品，主動(dòng)式PFC電源大部分確實(shí)有著比被動(dòng)式PFC產(chǎn)品更高的轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)榍罢咄谧龉ぁ⒂昧虾图軜?gòu)上都會(huì)有更高的水平，品質(zhì)也會(huì)更好，所以主動(dòng)式PFC電源在客觀上確實(shí)要更省電費(fèi)，雖然兩者沒(méi)有必然的聯(lián)系。

此外，主動(dòng)式PFC電源對(duì)交流輸入電壓的適應(yīng)性也更強(qiáng)，基本上目前的寬幅電源都采用了主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)，這樣在電壓波動(dòng)比較大環(huán)境下，主動(dòng)式PFC電源仍然可以保持穩(wěn)定的輸出。而被動(dòng)式PFC電源對(duì)輸入電壓的穩(wěn)定性有一定的要求，電壓浮動(dòng)的適應(yīng)范圍往往不如主動(dòng)式PFC產(chǎn)品，在輸入電壓起伏較大的環(huán)境下可能無(wú)法正常工作。

當(dāng)然，選擇主動(dòng)式PFC電源也是一種環(huán)保觀念，由于其PF值更接近于1，因此它對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷和污染也會(huì)更低，有利于減少不必要的能量消耗?，F(xiàn)在PC電源中的80Plus認(rèn)證不僅對(duì)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率有要求，它同時(shí)還要求PC電源的PF值在0.9以上，因此80Plus認(rèn)證在一定程度上也是對(duì)電源產(chǎn)品在環(huán)保貢獻(xiàn)上的肯定。