成為主流的主動式PFC電源,為何優於被動式PFC電源?
發布時間:2016-09-02 責任編輯:susan
【導讀】在早些年主動式PFC電源剛剛步入主流的時候,商家們一度大肆宣傳“主動式就是比被動式好”,現在主動式PFC電源已經成為主流,雖然不再需要像當年那樣瘋狂地推廣,但是我們仍然可以在不少電源產品的包裝上看到強調主動式PFC的字眼,可見這個觀點早已深入人心。
那麼主動式PFC相比被動式PFC好在哪裏呢?今天我們就來一起探討一下被動式PFC與主動式PFC之間差異,看看為什麼主動式PFC電源能夠成為今天的主流,今天主動式PFC已經成為主流和高端電源的標配。
PC電源為什麼需要配置PFC電路?
muqiandianlufuzaijibenshangkeyifenweiliangzhongmoshi,qiyiweidianzuxingfuzai,zhezhongfuzaizaicaiyongjiaoliushurushi,qidianyayudianliudeboxingdoujiangchengxianzhengxianquxianqiexiangweixiangtong,huanjuhuashuodianyahedianliudouhuizaitongyishikenizhuanjixing,nengliangyizhiweizhengxiangyidong;lingwaiyizhongzeshidiankangxingfuzai,zhezhongfuzaizaicaiyongjiaoliushurushisuirandianyayudianliudeboxingtongyangweizhengxianquxian,danlianggeboxingzhijiancunzaixiangweicha,zheyangjiuwufabaozhengdianyayudianliuzaimeiyigeshikedoushixiangtongdejixing,zaijixingxiangfandezhouqinei,nengliangshifanxiangyidong。

由於電壓與電流波形之間存在相位差,因此會有反向能量即無效功率的產生
當(dang)然(ran)這(zhe)兩(liang)種(zhong)都(dou)是(shi)理(li)想(xiang)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)負(fu)載(zai),在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)其(qi)實(shi)是(shi)電(dian)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)與(yu)電(dian)抗(kang)型(xing)負(fu)載(zai)的(de)混(hun)合(he),極(ji)少(shao)存(cun)在(zai)單(dan)一(yi)型(xing)負(fu)載(zai)的(de)情(qing)況(kuang),因(yin)此(ci)在(zai)任(ren)意(yi)時(shi)刻(ke)的(de)負(fu)載(zai)中(zhong)會(hui)有(you)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)方(fang)向(xiang)的(de)能(neng)量(liang),其(qi)中(zhong)隻(zhi)有(you)正(zheng)向(xiang)能(neng)量(liang)是(shi)有(you)價(jia)值(zhi)的(de),我(wo)們(men)將(jiang)其(qi)稱(cheng)為(wei)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv),反(fan)向(xiang)能(neng)量(liang)則(ze)稱(cheng)為(wei)無(wu)效(xiao)功(gong)率(lv),而(er)兩(liang)者(zhe)的(de)綜(zong)合(he)就(jiu)是(shi)視(shi)在(zai)功(gong)率(lv)了(le)。
為了體現電器設備對能量的利用率,我們就需要用到功率因數(Power Factor),即我們PC電源評測中常提到的PF值,這是一個有效功率除以視在功率所得出來的比值。而功率因數校正即PFC(Power Factor Correction)的用作就是提升PF值,它可以起到減少脈衝電流諧波分量、降低EMI電磁幹擾、降低諧波失真度等作用,從是實現降低電網汙染、使功率因數趨向於1的效果。
目前PC電源中有分為被動式PFC和主動式PFC,前者常見於低端電源產品或者是一些比較老舊的產品中,一般來說可以將電源的功率因數控製在0.7到0.8的範圍,但一般不會超過0.8;後者則是目前主流和高端電源的標配,它可以將電源的功率因數控製在0.9甚至更高的水平,部分高端產的功率因數甚至可以無限接近於1。
什麼是被動式PFC?
被動式PFC曾經是PC電源上的主流,現在雖然已經退出主流市場,但由於相對低廉的成本,因此其仍然活躍在額定功率400W以下的入門級電源產品中。被動式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,畢竟要在被動式PFC電源上做到PF值0.8以上,從成本來說足以做主動式PFC電源,後者的PF值可以輕鬆達到0.9的水平。

被動式PFC電路中的PFC電感,圖片源自遊戲悍將80+ S400電源
常見於PC電源中的被動式PFC是電感補償式,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,特點是在高壓濾波電容附近有一個PFC電感,這個電感由多塊矽鋼片外部纏繞銅線而成,體積大、重量高,為了保證其安裝穩固,現在不少被動式PFC電源會把PFC電感固定在外殼,再通過導線連接到主PCB上。
電感補償式的被動式PFC有結構簡單、成本低廉的優勢,但是其電感的體積和重量都會隨著電源額定功率的提升而增加,因此被動式PFC基本上不會用在額定功率比較高的電源產品中。另外由於被動式PFC電源往往有著比較高的重量,因此在玩家群體裏產生了一種“電源越重品質越好”的判斷方法,這個判斷法一直沿用至今,雖然現在基本已經沒有實用價值,但仍然被不少剛入門的玩家奉為信條。

這款達碩角鬥士430電源的PFC電感其實是假的,你看出來了嗎?
值得一提的是,由於有這樣的判斷法,在被動式PFC電源仍是主流的年代,有不少假冒偽劣產品會采用假的PFC電dian感gan,這zhe些xie電dian感gan在zai表biao麵mian上shang和he真zhen品pin沒mei什shen麼me區qu別bie,但dan實shi際ji上shang可ke能neng隻zhi有you矽gui鋼gang片pian而er沒mei有you銅tong線xian繞rao圈quan,甚shen至zhi隻zhi是shi灌guan裝zhuang水shui泥ni冒mao充chong的de,以yi增zeng加jia電dian源yuan的de重zhong量liang。因yin此ci“電源越重品質越好”的判斷方法就算有些參考意義,但顯然不會是絕對的判斷標準。

采用假PFC的電源,其PF值隻有0.5到0.6的水平
此外被動式PFC電源對輸入電壓的穩定性有一定的要求,基本上電壓波動的允許範圍不會太廣。而且由於被動式PFC適合在比較高的電壓下使用,因此采用110V輸入設計的被動式PFC電源還需要添加一個倍壓器,將輸入電壓從110V增加至220V,以保證PFC電路工作的正常。
什麼是主動式PFC?
主動式PFC在結構上來說基本就是一個通過PWM控製電流波形的AC/DC整流器,交流輸入通過整流橋進行整流,然後PWM觸發主動PFC電路中的MosFET管,分離中間直流電壓到恒定脈衝序列,隨後這些脈衝信號通過濾波電容,將相對平順的電流送到主開關電路。

主動式PFC電路,圖片源自遊戲悍將SURPASS SP500電源
此外我們可以在主動式PFC電路中看到一個體積相對較大的電感線圈,這個電感線圈可以對電流起到緩衝和梳理的作用,當然它在體積和重量上比起被動式PFC的電感要小很多。

以先馬金牌500W模組版為例的主動式PFC電源,PF值可以輕鬆達到0.9以上
從設計結構上來說,主動式PFC顯然比被動式PFC更複雜,成本也更高。但是主動式PFC有著更寬廣的電壓適應能力,在電壓波動較大的情況下仍然可以穩定工作,不少產品甚至直接支持110V到220V電壓的輸入。同時在功率因數校正的效果上,主動式PFC也有淩駕於被動式PFC,可以輕鬆達到0.9以上,部分高端產品甚至可以實現無限接近於1的效果。
此外由於主動式PFC電路的體積和重量都遠小於被動式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很大,因此在被動式PFC電源上“越重越好”的標準其實並不適合主動式PFC電源。
主動式PFC電源會更省電嗎?
在主動式PFC電源剛剛步入主流的時候,又不少廠商為了宣傳自家的主動式PFC電源產品,都紛紛打出了“主動式PFC電源更加省電”的旗幟,引導消費者選擇采用主動式PFC設計的產品。但事實上是不是這樣呢?主動式PFC電源就一定比被動式PFC電源省電嗎?
如果從宏觀的角度來看,確實是這樣沒錯的。同樣是200W的有效功率,采用被動式PFC設計、PF值為0.8的PC電源需要消耗250W的視在功率,而采用主動式PFC設計、PF值為0.9的PC電源則隻需要222W的視在功率,如果說視在功率相當於發電機的輸出功率,那主動式PFC電源對發電機造成的負荷就更低,自然也就是更省電了。
ranerzheyangdeshengdianduiyuxiaofeizheeryanbingmeiyoushenmeshijiyiyi,yinweiwomendedianbiaozhitongjiyouxiaogonglv,bingbushitongjishizaigonglv,huanjuhuashuonizhixuyaoweiyouxiaogonglvfudianfei,yincibuguanshizhudongshiPFC、被動式PFC還是沒有PFC,隻要有效功率相同,電表上走的數字就是相同的,消費者需要支付的電費也是相同的。
真(zhen)正(zheng)能(neng)讓(rang)你(ni)省(sheng)電(dian)費(fei)的(de)參(can)數(shu)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv),這(zhe)個(ge)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)源(yuan)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv)的(de)高(gao)低(di),在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)下(xia),轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)源(yuan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv)越(yue)低(di),你(ni)需(xu)要(yao)付(fu)的(de)電(dian)費(fei)自(zi)然(ran)也(ye)越(yue)少(shao)了(le)。
我們為什麼要選擇主動式PFC電源?
如果僅僅是從省電費的角度來考慮,電源是采用主動式PFC、被動式PFC甚至是有無PFC都(dou)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)關(guan)係(xi),因(yin)為(wei)省(sheng)錢(qian)與(yu)否(fou)的(de)關(guan)鍵(jian)是(shi)在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)。但(dan)是(shi)實(shi)際(ji)與(yu)理(li)論(lun)總(zong)是(shi)有(you)一(yi)些(xie)差(cha)別(bie)的(de),從(cong)客(ke)觀(guan)事(shi)實(shi)來(lai)說(shuo),同(tong)樣(yang)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)的(de)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin),主(zhu)動(dong)式(shi)PFC電源大部分確實有著比被動式PFC產品更高的轉換效率,因為前者往往在做工、用料和架構上都會有更高的水平,品質也會更好,所以主動式PFC電源產品在客觀上確實要更省電費,雖然兩者沒有必然的聯係。
此外主動式PFC電源對交流輸入電壓的適應性也更強,基本上目前的寬幅電源都采用了主動式PFC設計,這樣在電壓波動比較大環境下,主動式PFC電源仍然可以保持穩定的輸出。而被動式PFC電源對輸入電壓的穩定性有一定的要求,電壓浮動的適應範圍往往不如主動式PFC產品,在輸入電壓起伏較大的環境下可能無法正常工作。
另外選擇主動式PFC電源也是一種環保觀念,由於其PF值更接近於1,因此它對電網的負荷和汙染也會更低,有利於減少不必要的能量消耗。現在PC電源中的80Plus認證不僅對產品的轉換效率有要求,它還同時要求PC電源的PF值在0.9以上,因此80Plus認證在一定程度上也是對電源產品在環保貢獻上的肯定。
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