什麼是PFC?PFC控制電路

什麼是PFC?

PFC是電腦電源中的一個非常重要的參數，全稱是電腦功率因素，簡稱為PFC，等於“視在功率乘以功率因素”，即：功率因素=實際功率/視在功率。

PFC不是一個新概念了，在UPS電源要運用地較多，而PC電源上很少見到PFC電路。PFC在PC電源上的興起，主要是源於CCC認證,所有需要通過CCC認證的電腦電源，都必須增加PFC電路。
　　PFC就是“功功率因數校正”的意思，主要用來表徵電子產品對電能的利用效率。功率因數越高，說明電能的利用效率越高。
　　PC電源採用傳統的橋式整流、電容濾波電路會使AC輸入電流產生嚴重的波形畸變，向電網注入大量的高次諧波，因此網側的功率因數不高，僅有0.6左右，並對電網和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。早在80年代初，人們已對這類裝置產生的高次諧波電流所造成的危害引起了關注。1982年，國際電工委員會制訂了IEC55－2限制高次諧波的規範（後來的修訂規範是IEC1000－3－2），促使眾多的電力電子技術工作者開始了對諧波濾波和功率因數校正（PFC）技術的研究。電子電源產品中引入PFC電路，就可以大大提高對電能的利用效率。
　　PFC有兩種，一種是無源PFC（也稱被動式PFC），一種是有源PFC（也稱主動式PFC）。無源PFC一般採用電感補償方法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，但無源PFC的功率因數不是很高，只能達到0.7~0.8；有源PFC由電感電容及電子元器件組成，體積小，可以達到很高的功率因數，但成本要高出無源PFC一些。
　　有源PFC電路中往往採用高集成度的IC，採用有源PFC電路的PC電源，至少具有以下特點：
　　1） 輸入電壓可以從90V到270V；
　　2） 高於0.99的線路功率因數，並具有低損耗和高可靠等優點；
　　3） IC的PFC還可用作輔助電源，因此在使用有源PFC電路中，往往不需要待機變壓器；
　　4） 輸出不隨輸入電壓波動變化，因此可獲得高度穩定的輸出電壓；
　　5） 有源PFC輸出DC電壓紋波很小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波，因此採用有源PFC的電源不需要採用很大容量的濾波電容。　
　　　
　　現在市面上採用PFC電路的電源不多，而採用有源PFC電路的更少。
功率因素：功率因數表徵著電腦電源輸出有功功率的能力。
功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統里則要複雜些：即有部分交流電流在負載里循環不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大於實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因素，功率因素等於實際功率與視在功率的比值。
只有電加熱器和燈泡等線性負載的功率因素為1，許多設備的實際功率與視在功率的差值很小，可以忽略不計，而像容性設備如電腦的這種差值則很大、很重要。最近美國PC Magazine 雜誌的一項研究表明電腦的典型功率因素為0.65，即視在功率(VA)比實際功率(Watts)大50％！
視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積，用公式表示為：S=UI。
上式中，S是額定輸出功率，單位是VA（伏安），U是額定輸出電壓，單位是V， 如220V、380V等；I是額定輸出電流，單位是A。 視在功率包括兩部分：有功功率（P）和無功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發亮，使電機轉動，使電子電路工作等。因為這個功率做功后都變成了熱量，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產生一個錯覺，即把有功功率當成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI•F
上式中，P是有功功率，單位是W（瓦），F=COSθ 被稱為功率因數，而θ是在非線性負載時電壓電流不同相時的相位差。 無功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q為無功功率，單位是var（乏）。
對於計算機和其它一切靠直流電壓工作的電子電路，離開無功功率是根本無法工作的。
一般用戶都認為計算機之類的設備只需要有功功率，而不需要無功功率。既然無功功率不做功，要它何用！於是他們當然就認為功率因數為１的電源最好。因為它能給出最大輸出功率。然而，實際情況並非如此。
假如有一台計算機，當交流市電輸入後進行整流，就得到脈動直流電壓，若不將脈動電壓進行任何工，就直接提供給計算機電路，毫無疑問，電路根本無法正常工作。雖然這時計算機的功率因數接近於１，可這又有何用呢。為了讓計算機電路能正常工作，必須向其提供平滑了的直流電壓。這個“平滑”工作必須由接在計算機電源整流器後面的濾波電容器C來完成。這個濾波器就像一個水庫，電容器裡面必須儲存足夠數量的電荷，在整流半波之間的空白時，使電路上的工作電壓仍不間斷，能保持正常電平。換句話說，即使在兩個脈動半波之間無輸入電能時，UC的電壓電平也無顯著的變化，這個功能是靠電容器內的儲能來實現的，儲存在電容器內的這部分能量就是無功功率。所以說，計算機是靠無功功率的支持，才能保證電路正確運用有功功率實現正常運行的。
因此可以說，計算機不但需要有功功率，也需要無功功率，兩者缺一不可。

PFC電路的電流環路由整流后的輸入電壓和輸出電壓的誤差信號通過乘法器來控制。通過調節電流控制信號的平均幅度來控制輸出電壓。通過輸入電壓的波形來調節輸入電流的波形。
在與輸入電壓信號相乘之前，電壓誤差信號先除以平均輸入電壓（前饋電壓）的平方。

作用：保證電壓環的增益為常數。
註：電壓環帶寬過寬會使控制電路儘可能的保持輸出中壓的穩定，而導致諧波失真加重。
由於電壓環的增益為常數，電壓環的誤差信號實際上就控制輸出功率。
理由：如Vin 2Vin Ⅰmo=Ve*（ 2Vin ）/ （2Va）2 Ⅰin 1 /2 Ⅰin，則2Vin*1/2Iin=Vin*Iin，功率不變，輸出中壓誤差信號就可以控制了輸出功率。
作用：限制輸出電壓的誤差信號就可以限制住PFC的輸出功率。
頻率設定
頻率高：電感體積小，交叉失真小，損耗大，適用於中小功率。
頻率低：電感體積大，交叉失真大，損耗小，適用於大功率。