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功率因數矯正(PFC)基礎知識

1.1 什么是功率因數?

功率因數（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）功率因數值介于0到1之間，這是由于電路中感性效應和容性效應引起的。為了減少感性效應引起的功率因數值偏低需要增加電容來進行線路補償。當電流和電壓波形無相位差時則功率因數為1（cos (0°) = 1），此時負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）是實際做功的功率，衡量能量轉換的“速度”（如電能轉換為電機的動能）。由電廠發電機發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致產生了有功功率和無功功率（單位乏，Var），如圖1所示。

以上討論的是當電流、電壓波形均為正弦波時的功率因數，它和電流、電壓波形的相位差有關。而實際發配電應用中，供電電壓是正弦波形，而輸入電流卻并非是正弦波形，即電流波形出現諧波成分。此時功率因數并非由于電流、電壓波形相位差引起的，而是由電流的波形失真導致的。算式1表明了這種失真對于功率因數的影響。
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載更類似于一個純電阻負載。當以上條件不滿足時，功率因數很低，這不僅僅會降低電網系統的工作效率，也會對電網和其它連接于電網的設備產生諧波污染，功率因數越接近于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 了解相關規范

在2001年，歐盟就把限制電流諧波成份寫入EN61000-3-2電氣設計規范中。而在此之前，就已有相關規范對筆記本電腦、顯示器、電視機等個人消費電子品設立了嚴格的CLASS D（如圖2）規范，要求嚴格限制其產生的諧波污染，而其它產品則需要遵循類似的CLASS A規范（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，對于電子設備需要調節輸入電流的相位以使其跟隨輸入電壓波形。其基本觀點是使負載類似于一個純阻性負載。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校正功能中受益。鳴志的LED 電源集成了功率因數校正模塊，使LED照明系統能夠更平穩的運行，減少電磁污染。圖4. PFC概念圖解