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功率因數PF & 功率因數校正PFC ? |
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| 2018年8月2日 | |||||||||||||
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POWER FACTOR 電力供需一直是全球人類需要應對的課題，然而大量的興建電廠，並非解決問題的唯一途徑。進一步提高電氣產品的功率因數（Power factor）或效率，才能有效解決問題。 而Power Factor (功率因數)， 代表對於所提供的電力的利用率， 理想值是 1， 表示所輸入的正弦波交流電，負載可以得到完全同相的交流電流 電力消耗的瞬時功率為電壓和電流的乘積，即Ｐ＝Ｖ× I ， 在一個週期內電壓源在負載所做的功Ｗ為Ｐ在這一週期Ｔ內電壓和電流所圍繞的面積
因此，當電壓電流完全同相時，即功率因數角（相位角）接近0°，從而減小電壓與電流的相位差，可以得到最大的圍繞面積，最大的功率，得到最佳的電力品質，功率因數值近乎1。 一般而言，不同的電氣產品其負載狀況都相當複雜，功率因數值不盡然等於 1 。 在純電阻性負載狀況下，其電壓和電流是相同的相位，而純電容性負載狀況下，其電流 的相位超前電壓 90°，純電感性負載電壓的相位則超前電流 90°，若負載是電阻性加上電容性時，視電容大小，電流的相位會超前電壓 0∼90°之間，而若負載是電阻性加上電感性時，視電感大小，電流的相位會落後電壓 0∼90°之間，這超前或落後的角度直接影響了負載對能量的消耗和儲存的狀況， 因此定義了實功率為 Ｐ＝ＶＩＣｏｓθ PFC（功率因數校正）是指改善功率因數， 這是通過使功率因數角（相位角）接近0°，使功率因數接近1。同時抑制諧波電流。諧波抑制在國際標準IEC61000-3-2中已經分類限值並規定了最大額定諧波電流，對應的電子裝置基本上都配備PFC。 PFC的控制一般有三種模式，一種是在電感電流為零時進行切換的臨界電流模式（BCM：Boundary Current Mode ; 或稱TM: Transition-Mode PFC, CRM: Critical-Conduction mode），一種是在電感連續流過電流的狀態下使用的電流連續模式（CCM：Continuous Current Mode），另一種是前兩種的混和模式。 BCM是在二極體電流變為零的時間點開始切換，因此二極體沒有反向回復電流發生。但是，電流從零到最大值變化較大，所以電感和二極體的峰值電流將增加，平均電流較CCM小，大功率使用受限。而CCM的特長是在二極體中有電流流動的狀態下開關導通並強制關斷二極體，所以會流過較大的反向回復電流，並產生切換雜訊。但連續流動的電感電流幾乎為直流，漣波也很小，平均電流較大，適合輸出功率較大的電路。
PFC有兩種: 1) 被動式 PFC: 被動式功因修正器對於功因值的要求較不嚴謹，其作法是使用含有氣隙矽鋼片形式的電感串聯在輸入端上。或配合電容作ＬＣ型或π型低通濾波器。然而愈是要對低頻有作用的電感，其電感值必需愈大，功因值在最好的狀況下也只能達到 70%左右而已，在嚴格的功因要求規範下並不適用。被動式 PFC 的功率因數只能達到 0.7~0.8。 2) 主動式 PFC: 若要在 Universal input rang（90∼265VAC）的交流輸入電壓且輕重載狀況下都能達到 90% 以上功因值，則主動式功因修正器是必要的選擇。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， 但成本要高出被動式 PFC。市售的主動式功因修正器架構上多為昇壓式的電路架構（Boost Topology）。 主動式 PFC 電路的電源供應器， 具有以下特點: 1. 輸入電壓伏特數可以從 90V 到 270V 2. 高於 0.99 的功率因數， 並具低損耗和高可靠等優點 3. IC 的 PFC 可用作輔助電源， 因此在電路中， 往往不需要待機變壓器 4. 輸出不隨輸入電壓波動很小， 可獲得高度穩定的輸出電壓 5. 採用 PFC 的電源供應器不需要採用很大容量的濾波電容 |
