什么是功率因数（功率因数的意义是什么？）

什么是功率因数(功率因数是什么意思？)

追求高质量的电力供应和需求一直是全世界追求的目标。然而，建造大量的发电厂并不是解决问题的唯一途径。一方面提高电力供应的能量，另一方面提高电气产品的功率因数或效率，可以有效解决问题。许多电气产品由于其内部阻抗特性而具有非常低的功率因数。为了提高电气产品的功率因数，必须在电源输入端安装功率因数校正电路。但是电路的安装必然会增加制造成本，而这些成本最终都会转嫁到消费者身上。所以在节约成本的考虑下，厂商通常更注重低价，不愿意让客户在环保上多花钱。大多数消费者，因为不知道功率因数校正电路的重要性，只认为建设电厂是解决电力短缺问题的唯一办法，而电力短缺是大多数发展中国家电力供应的一大问题。功率因数的含义电力公司通过输配电系统向客户输送的电力(市电)是电压为100-110V/60Hz或200-240V/50Hz的交流电，电气产品的负载阻抗有三个条件:电阻、电容、电感等。其中，只有阻性负载才会消耗电能，产生光或热等能量转换，而容性或感性负载只会储存能量，不会造成能量消耗。纯阻性负载下，其电压和电流同相，容性负载下，电流相位超前于电压，感性负载下，电压超前于电流相位。超前或滞后的相位角直接影响负载的能量消耗和储存，因此定义了有功功率的计算公式:P = ViCosθ θ是V与I之间的夹角，Cosθ的值在0到1之间，直接影响负载上电流的有功功率，称为功率因数(PF)。为了满足消费者的需求，电力公司必须提供S=VI的功率，但消费者实际上只使用P的功率值，部分能量做了虚功，消耗在无功功率上。PF值越大，消耗的无功功率越小，电力公司需要提供的S值也就越小，这样就可以少建很多电厂。功率因数校正器的结构功率因数校正器的主要作用是使电压和电流的相位相同，使负载近似于电阻，所以在电路设计中有很多方法。根据使用的元件，它可以分为无源和有源功率因数调节器。无源功率因数校正器的PF值在最佳条件下只能达到70%，因此在严格的功率因数要求下不适用。如果在轻、重负载下，PF值能在全电压范围(90V~265Vac)内达到80%以上，有源功率因数校正器是必要的选择。有源功率因数校正器主要是升压拓扑。

如图1和图2所示，电感的波形。要求输入电压为90V~265Vac，Vd点电压为127V~375V DC。升压电路将输出电压Vo提升到400V DC，其工作过程如下:当Q导通时，电感VL上的电压=Vd，Vd，L和Q形成一个环路，Vd给电感L充电，环路如图1所示。2.当Q关断时，电感电压反相，Vd加到输出端，开始通过二极管d放电，此时电容C处于充电状态，RL保持Vo输出，其中Vo为输入电压Vd加上电感电压(-VL)的值(因为电感电压反相，-VL反而为正)，其环路如图1中灰色线所示，直到Q再次导通(即(1-d)T时间段结束)。如果图1中的boost电路要具有功率因数校正功能，Q的控制信号必须来自具有功率因数校正功能的IC(PFC IC)，要用电压环和电流环进行反馈控制，并将这些信号送回PFC IC控制Q的开通和关断，从而达到电流波形整形的目的。fcics有两种，一种是不连续电流模式功率因数校正器(DCM PFC)，适用于功率要求较低的功率因数校正。欧洲能源规范规定70W以上的电源必须配备PFC电路，200W以下一般使用DCMPFC。另一种是连续电流模式功率因数校正器(CCM PFC)，一般用在200W以上到几千w。

图三峰值电流控制模式DCM PFC DCM PFC控制模式无论CCM还是DCM PFC，其电路结构都是升压电路，最大的区别在于控制方式。DCM PFC一般采用峰峰值电流控制模式(如图3所示)。在这种模式下，交流输入后，M形电压波形由电桥整流，由R5和R6分压，然后乘以由误差放大器放大的输出信号Vc。这是为了给流经Rs的峰值电流提供一个参考电压Vm，该电压将随输入和输出电压而调整。输出电压由电阻R3和R4分压，然后通过误差放大器反馈到乘法器的输入端，使输出电压在负载变化时保持稳定。需要注意的是，当误差放大器用于闭环补偿时，其增益带宽甚至低于商用频率的六分之一，以避免干扰PFC电路的主要功能。因此，C1和C2的值通常都不小，大约是uF级电容。当乘法器输出Vm时，同时的电压波形仍然是M形波形，只不过是排序后的参考电压波形，然后输入到比较器的正输入端，与比较器负输入端Q的S极电流波形(即Rs两端有压降的电压波形Vs)进行比较，控制Q的导通和关断，波形如图4所示。

图4 DCM PFC在各点的动作波形。首先，当Q导通时，输入DC高压Vd对电感L充电，导致电感电流ζL上升(如图4，电感电流波形的A点至B点)。此时，Rs上的电压Vs也上升，直到Vs=Vm(即B点)。此时比较器反相输入端的电压(电流Comp)高于同相输入端的电压，所以RS触发器的R输入端处于低电位，而S端此时处于高电位，使得触发器输出处于高电位，使得Qd导通，而Vg处于低电位，Q处于关断状态，电感上的电压VL反相。当施加输入电压Vd时，二极管D导通，输出R1和C5放电(图中的点B到C)。此时，负载RL保持在高电位，而电容器C5被电感器充电，直到ζL的值为0(点C)。当电感电流ζL为0时，RS触发器的S端为低，R端为高(因为Vm〉Vs)。此时触发器的Q输出为低，关断Qd，Q的VGS为高，因此Q导通，电感的电压VL为正。输入电压Vd提供电流流过电感L和Q，给电感L充电，因此，流过电感L的电流继续上升，直到三角波电压Vs再次遇到M波Vm(C至D段)，以此类推，电路通过这种峰值电流控制模式获得ζL电流波形。ζL的波形是由很多三角波组成的，毕竟不是正弦波。因此，必须在电路中安装C3电容，滤除电感电流的高频分量，使输入弦电流ζ为完整的基本弦分量，其大小为电感电流ζ L的平均值，ζL的基本峰值约为电流ζ的两倍，可作为选择q的电流电阻的参考.对于CCM PFC的PFC控制方式 常用的控制方式是所谓的平均电流控制方式，其控制方式电路如图5所示。

图5平均电流控制模式升压电路图中Vin为DC电压，Ip为DC电流。每个点的电压和电流波形如图6所示。

图6平均电流控制模式升压电路各点波形，其中q的栅极由PWM比较器的Vs电压和Vc电压的比较结果控制:当Vs大于Vc时，比较器输出为低电位，当Vs小于Vc时，比较器输出为高电位。所以当电路开始工作时，Vs小于Vc，此时比较器输出高电位，Q导通。如图5所示，Vin沿虚线路径对电感L充电，因此电感电流ζL上升(A至B部分)。在B点，当Vs大于Vc时，比较器输出从高电位变为低电位，Q关闭。Vin电压施加在电感L上的反向电压通过二极管D给电容C充电，给负载提供电压(如图中灰色线所示)。此时电感L处于放电状态，所以电感电流ζL减小(B到C)，到达C点时Vs小于Vc，比较器再次输出高电位，使Q再次导通。这样，通过比较电流放大器的电流波形和锯齿波形产生Q的驱动波形，达到用平均电流控制负载电压的目的。注意图6中的波形。在ab段或cd段等奇异时间段，Vc电压的波形在与Vs交错之前必须有负斜率，此时Vs是正斜率，必须交错，否则无法控制。在bc段或de段等偶数段，Vc和VS都是正斜率，但Vc的斜率必须小于Vs，否则无法交错或控制。所以在设计控制电路时，需要注意这些控制的关键点来安排外围元器件的参数，否则要么电路无法工作，要么电路失控损坏。

以上就是由优质生活领域创作者 嘉文社百科网小编 整理编辑的，如果觉得有帮助欢迎收藏转发~