功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的系數(shù)，一個(gè)設(shè)備功率因數(shù)越高，說(shuō)明它對(duì)電能的利用越充分。想要更有效地利用電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，就需要合理地分配有功功率和無(wú)功功率，盡可能地提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。

功率因數(shù)的差距在工業(yè)用電和民用電的對(duì)比上表現(xiàn)得很明顯，工業(yè)中使用的用電設(shè)備多為電感或電容性設(shè)備，其功率因數(shù)相對(duì)居民用電設(shè)備的功率因數(shù)要低一些，這就造成了電網(wǎng)中無(wú)功功率更高，維持這個(gè)無(wú)功功率需要更多的電能，工業(yè)用電價(jià)格需要為這部分電能買(mǎi)單，價(jià)格自然也就比民用電高出很多。

PFC功率因數(shù)校正

PFC全稱(chēng)Power Factor Correction，也就是功率因數(shù)校正，是提高用電設(shè)備功率因數(shù)的技術(shù)。早期為了改進(jìn)供電效率低下的問(wèn)題，采取的是功率因數(shù)補(bǔ)償這一策略，即在用電設(shè)備上并聯(lián)一個(gè)電容器用以調(diào)整其電壓、電流的相位特性。功率因數(shù)補(bǔ)償也能解決一些EMI和EMC問(wèn)題。

在開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用后，PFC技術(shù)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，PFC技術(shù)完全不同于過(guò)去的功率因數(shù)補(bǔ)償，功率因數(shù)校正針對(duì)非正弦電流波形畸變，使交流線(xiàn)路電流追蹤電壓波形瞬時(shí)變化軌跡，并使電流和電壓保持同相位，是一種線(xiàn)路電流波形校正技術(shù)。PFC同樣能夠解決功率因數(shù)、電磁兼容以及電磁干擾問(wèn)題。

PFC對(duì)工業(yè)用電設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)十分重要，既能改善整體系統(tǒng)效率，也能更合理地分配電壓提高供電質(zhì)量。目前常用的PFC有有源電路拓?fù)浜蜔o(wú)源電路拓?fù)鋬煞N實(shí)現(xiàn)方式，雖然兩種PFC都是力爭(zhēng)校正出正弦或近似正弦的線(xiàn)路電流，并與線(xiàn)路電壓同相，從而最大程度減少產(chǎn)生損耗的諧波電流和無(wú)功功率流，但二者之間的差別還是蠻大的。

從無(wú)源PFC到有源PFC

有源和無(wú)源PFC之間的權(quán)衡取舍與成本、無(wú)源元件權(quán)重和數(shù)量，以及PFC相關(guān)損耗有關(guān)。無(wú)源PFC不使用晶體管等有源器件，由二極管、電阻、電容和電感等無(wú)源器件組成校正電路，這種電路需要正確使用低頻電感和電容以便形成交流線(xiàn)路電流包絡(luò)。

無(wú)源PFC分為電感補(bǔ)償式和填谷電路式，電感補(bǔ)償式利用電感上電流不能突變的特性來(lái)改善供電線(xiàn)路電流波形的畸變，并且利用電感上電壓超前電流的特性補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性，使功率因數(shù)、電磁兼容和電磁干擾得以改善。通過(guò)這種方式校正后的功率因數(shù)可以達(dá)到0.7-0.8。填谷電路式PFC能將功率因數(shù)校正到0.9左右，這種PFC效果很明顯，電路也很簡(jiǎn)單，但是做不了大功率。在大功率電路中，填谷電路的諧波會(huì)非常大，想要進(jìn)一步濾除諧波需要增加額外的成本，大功率電路中用這種校正得不償失。總的來(lái)看，無(wú)源PFC在非高功率的三相系統(tǒng)中更廣泛一些，不需要額外的電感，又能有效提升功率因數(shù)。

有源PFC在單相驅(qū)動(dòng)中很實(shí)用，基本可以完全消除電流波形的畸變，并讓電壓和電流的相位保持一致，在功率因數(shù)、電磁兼容以及電磁干擾上都有非常好的效果，功率因數(shù)可以校正到0.98以上，是高功率應(yīng)用里最好的選擇。難點(diǎn)在于電路很復(fù)雜，當(dāng)然成本也會(huì)更高。有源PFC需要使用專(zhuān)用的IC調(diào)整電流，這就有了模擬PFC控制和數(shù)字PFC控制。

模擬PFC對(duì)決數(shù)字PFC

市面上關(guān)于模擬PFC已達(dá)到極限，要轉(zhuǎn)向數(shù)字PFC才能進(jìn)一步突破的說(shuō)法很多。不可否認(rèn)的是數(shù)字PFC的確能不受線(xiàn)性特性的限制，在任何負(fù)載條件下都可以合成極優(yōu)的輸出波形，但要說(shuō)完全轉(zhuǎn)向數(shù)字PFC還為時(shí)尚早。

如果單單只是完成有源PFC的控制，使用成本更低的模擬PFC控制IC完全獨(dú)立于主系統(tǒng)控制器工作是完全沒(méi)問(wèn)題的，簡(jiǎn)單且直接。數(shù)字PFC的確可以合成極優(yōu)的輸出波形，但是其性能也受到各種因素的影響，比如采樣算法和采樣頻率，PWM以及各種其他軟硬件設(shè)計(jì)等等，這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是繁瑣且復(fù)雜。模擬PFC現(xiàn)在也有CCFF這種技術(shù)可以進(jìn)一步提高能效。所以單從二者可以達(dá)到的PFC控制效果來(lái)看，二者其實(shí)各有千秋，數(shù)字PFC的確在寬負(fù)載下優(yōu)化能效能力更強(qiáng)，但是模擬PFC簡(jiǎn)單直接的優(yōu)化也不差而且成本更低。

應(yīng)該說(shuō)，數(shù)字PFC的優(yōu)勢(shì)更多的其實(shí)體現(xiàn)在使用數(shù)字PFC可以搭配主控處理器和數(shù)字隔離器等其他器件為整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)附加價(jià)值，比如主處理器可將部分時(shí)序、監(jiān)控和保護(hù)功能交由PFC控制器負(fù)責(zé)，增強(qiáng)整體系統(tǒng)功能同時(shí)降低成本。

小結(jié)

不管是模擬PFC還是數(shù)字PFC，目的都是為了提升能效，模擬PFC現(xiàn)在能實(shí)現(xiàn)很高能效而且成本相對(duì)較低，但不可否認(rèn)的是數(shù)字控制強(qiáng)大的功能也的確能夠在系統(tǒng)級(jí)層面帶來(lái)增強(qiáng)，選擇數(shù)字PFC這時(shí)候的權(quán)衡取舍可能已經(jīng)不局限于PFC電路本身了。

審核編輯 ：李倩