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成為主流的主動(dòng)式PFC電源,為何優(yōu)于被動(dòng)式PFC電源?

發(fā)布時(shí)間:2016-09-02 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】在早些年主動(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?今天我們就來一起探討一下被動(dòng)式PFC與主動(dòng)式PFC之間差異,看看為什么主動(dòng)式PFC電源能夠成為今天的主流,今天主動(dòng)式PFC已經(jīng)成為主流和高端電源的標(biāo)配。
 
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)。
 
由于電壓與電流波形之間存在相位差,因此會(huì)有反向能量即無效功率的產(chǎn)生
  
當(dāng)然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,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,我們將其稱為有效功率,反向能量則稱為無效功率,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諧波分量、降低EMI電磁干擾、降低諧波失真度等作用,從是實(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,一般來說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0.8;后者則是目前主流和高端電源的標(biāo)配,它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電源上的主流,現(xiàn)在雖然已經(jīng)退出主流市場(chǎng),但由于相對(duì)低廉的成本,因此其仍然活躍在額定功率400W以下的入門級(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,但甚少能有超過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,從成本來說足以做主動(dòng)式PFC電源,后者的PF值可以輕松達(dá)到0.9的水平。
 
被動(dòng)式PFC電路中的PFC電感,圖片源自游戲悍將80+ S400電源
  
常見于PC電源中的被動(dòng)式PFC是電感補(bǔ)償式,其通過減少交流輸入的基波電流與電壓之間相位差來提高功率因數(shù),特點(diǎn)是在高壓濾波電容附近有一個(gè)PFC電感,這個(gè)電感由多塊硅鋼片外部纏繞銅線而成,體積大、重量高,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),但是其電感的體積和重量都會(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)判斷法一直沿用至今,雖然現(xiàn)在基本已經(jīng)沒有實(shí)用價(jià)值,但仍然被不少剛?cè)腴T的玩家奉為信條。
 
這款達(dá)碩角斗士430電源的PFC電感其實(shí)是假的,你看出來了嗎?
  
值得一提的是,由于有這樣的判斷法,在被動(dòng)式PFC電源仍是主流的年代,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什么區(qū)別,但實(shí)際上可能只有硅鋼片而沒有銅線繞圈,甚至只是灌裝水泥冒充的,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)。
 
采用假PFC的電源,其PF值只有0.5到0.6的水平
 
此外被動(dòng)式PFC電源對(duì)輸入電壓的穩(wěn)定性有一定的要求,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電路工作的正常。
  
什么是主動(dòng)式PFC?
  
主動(dòng)式PFC在結(jié)構(gòu)上來說基本就是一個(gè)通過PWM控制電流波形的AC/DC整流器,交流輸入通過整流橋進(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)通過濾波電容,將相對(duì)平順的電流送到主開關(guān)電路。
 
主動(dòng)式PFC電路,圖片源自游戲悍將SURPASS SP500電源
  
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)上來說,主動(dòng)式PFC顯然比被動(dòng)式PFC更復(fù)雜,成本也更高。但是主動(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電壓的輸入。同時(shí)在功率因數(shù)校正的效果上,主動(dòng)式PFC也有凌駕于被動(dòng)式PFC,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也不會(huì)很大,因此在被動(dòng)式PFC電源上“越重越好”的標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)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,又不少廠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”的旗幟,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)上是不是這樣呢?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看,確實(shí)是這樣沒錯(cuò)的。同樣是200W的有效功率,采用被動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)、PF值為0.8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。
  
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)的角度來考慮,電源是采用主動(dòng)式PFC、被動(dòng)式PFC甚至是有無PFC都沒有什么關(guān)系,因?yàn)槭″X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)來說,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?、用料和架?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電源產(chǎn)品在客觀上確實(shí)要更省電費(fèi),雖然兩者沒有必然的聯(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)境下可能無法正常工作。
  
另外選擇主動(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,它還同時(shí)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。
 
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