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功率因數(shù)矯正(PFC)基礎(chǔ)知識

1.1 什么是功率因數(shù)?

功率因數(shù)（PF）定義為有功功率（P）視在功率（S）的比值，或者是電流、電壓正弦波角位移的余弦值。（詳見圖 1）功率因數(shù)值介于0到1之間，這是由于電路中感性效應(yīng)和容性效應(yīng)引起的。為了減少感性效應(yīng)引起的功率因數(shù)值偏低需要增加電容來進(jìn)行線路補(bǔ)償。當(dāng)電流和電壓波形無相位差時則功率因數(shù)為1（cos (0°) = 1），此時負(fù)載是一個純電阻電路，視載功率完全等于有功功率，沒有無功功率。
有功功率（單位瓦特，W）是實(shí)際做功的功率，衡量能量轉(zhuǎn)換的“速度”（如電能轉(zhuǎn)換為電機(jī)的動能）。由電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的總功率是視載功率（單位伏安，VA），由于線路感性元件的特性導(dǎo)致產(chǎn)生了有功功率和無功功率（單位乏，Var），如圖1所示。

以上討論的是當(dāng)電流、電壓波形均為正弦波時的功率因數(shù)，它和電流、電壓波形的相位差有關(guān)。而實(shí)際發(fā)配電應(yīng)用中，供電電壓是正弦波形，而輸入電流卻并非是正弦波形，即電流波形出現(xiàn)諧波成分。此時功率因數(shù)并非由于電流、電壓波形相位差引起的，而是由電流的波形失真導(dǎo)致的。算式1表明了這種失真對于功率因數(shù)的影響。
其中：Irms(1)指電流的基波分量，Irms指電流的有效值。由此可以看出，功率因數(shù)校正電路就是減少輸入電流波形的失真，并保持電流波形跟隨電壓波形使負(fù)載更類似于一個純電阻負(fù)載。當(dāng)以上條件不滿足時，功率因數(shù)很低，這不僅僅會降低電網(wǎng)系統(tǒng)的工作效率，也會對電網(wǎng)和其它連接于電網(wǎng)的設(shè)備產(chǎn)生諧波污染，功率因數(shù)越接近于1，電流的諧波成分越少，電流基波分量才會包含更多的有功功率。

1.2 了解相關(guān)規(guī)范

在2001年，歐盟就把限制電流諧波成份寫入EN61000-3-2電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中。而在此之前，就已有相關(guān)規(guī)范對筆記本電腦、顯示器、電視機(jī)等個人消費(fèi)電子品設(shè)立了嚴(yán)格的CLASS D（如圖2）規(guī)范，要求嚴(yán)格限制其產(chǎn)生的諧波污染，而其它產(chǎn)品則需要遵循類似的CLASS A規(guī)范（如圖3）。圖2 . 電流、電壓波形同相位， PF=1 (Class D)圖3. 此種波形稱為Quasi-PFC輸入，PF=0.9 (Class A)

綜上所述，對于電子設(shè)備需要調(diào)節(jié)輸入電流的相位以使其跟隨輸入電壓波形。其基本觀點(diǎn)是使負(fù)載類似于一個純阻性負(fù)載。如圖4所示。這樣不論是個人還是供電公司都能夠從功率因數(shù)校正功能中受益。鳴志的LED 電源集成了功率因數(shù)校正模塊，使LED照明系統(tǒng)能夠更平穩(wěn)的運(yùn)行，減少電磁污染。圖4. PFC概念圖解