在前幾年主動式PFC電源剛剛步入主流的時候,商家們一度大肆宣傳“主動式就是比被動式好”,現在主動式PFC電源已經成為主流,雖然不再需要像當年那樣瘋狂地推廣,但是我們仍然可以在不少電源産品的包裝上看到強調主動式PFC的字眼,可見這個觀點早已深入人心。那麼主動式PFC相比被動式PFC好在哪裡呢?我們就來一起探讨一下被動式PFC與主動式PFC之間的差異,看看為什麼主動式PFC電源能夠成為今天的主流之選。
PC電源為什麼需要配置PFC電路?
目前,電路負載基本上可以分為兩種模式,其一為電阻型負載,這種負載在采用交流輸入時,其電壓與電流的波形都将呈現正弦曲線且相位相同,換句話說電壓和電流都會在同一時刻逆轉極性,能量一直為正向移動;另外一種則是電抗型負載,這種負載在采用交流輸入時雖然電壓與電流的波形同樣為正弦曲線,但兩個波形之間存在相位差,這樣就無法保證電壓與電流在每一個時刻都是相同的極性,在極性相反的周期内,能量是反向移動。
當然,上述這兩種都是理想狀态下的負載,在實際應用中其實是電阻性負載與電抗型負載的混合負載,極少存在單一型負載的情況,因此在任意時刻的負載中會有兩種不同方向的能量,其中隻有正向能量是有價值的,我們将其稱為有效功率,反向能量則稱為無效功率,而兩者的綜合就是視在功率了。
為了體現電器設備對能量的利用率,我們就需要用到功率因數(PowerFactor),即我們PC電源評測中常提到的PF值,這是一個有效功率除以視在功率所得出來的比值。而功率因數校正即PFC(PowerFactorCorrection)的用作就是提升PF值,它可以起到減少脈沖電流的諧波分量、降低EMI電磁幹擾、降低諧波失真度等作用,從而實現降低電網“污染”、使功率因數趨向于1的效果。
目前PC電源中有分為被動式PFC和主動式PFC,前者常見于低端電源産品或者是一些比較老舊的産品中,一般來說被動式PFC可以将電源的功率因數控制在0.7到0.8的範圍,但一般不會超過0.8;後者則是目前主流和高端電源的标配,主動式PFC可以将電源的功率因數控制在0.9甚至更高的水平,部分高端産的功率因數甚至可以無限接近于1。酷冷至尊MasterWattMaker1200W,如今主動式PFC已經成為主流和高端電源的标配
由于電壓與電流波形之間存在相位差,因此會有反向能量即無效功率的産生
遊戲悍将80+S400電源,被動式PFC電路中的PFC電感什麼是被動式PFC?
被動式PFC曾經是PC電源中的主流技術,雖然現在已經退出主流市場,但由于其相對低廉的成本,因此它仍然活躍在額定功率400W以下的入門級電源産品中。被動式PFC電源的PF值大多在0.7到0.8左右,但很少能有超過0.8的水平,畢竟要在被動式PFC電源上做到PF值0.8以上,從成本上來說足以改成主動式PFC電源,後者的PF值可以輕松達到0.9的水平。
PC電源中常見的被動式PFC為電感補償式,它通過減少交流輸入的基波電流與電壓之間相位差來提高功率因數,其特點是:在高壓濾波電容附近配有一個PFC電感,這個電感由多塊矽鋼片外部纏繞銅線而成,體積和重量都較大,為了保證其安裝穩固,現在不少被動式PFC電源會把PFC電感固定在外殼,再通過導線連接到主PCB上。
電感補償式的被動式PFC有結構簡單、成本低廉的優勢,但是PFC電感的體積和重量均會随着電源額定功率的提升而增加,因此被動式PFC基本上不會用在額定功率比較高的電源産品中。另外,由于被動式PFC電源往往有着比較高的重量,因此在玩家群體裡産生了一種“電源越重品質越好”的判斷方法,這個判斷邏輯一直沿用至今,雖然現在來看基本已經沒有實用價值,但仍然被不少剛入門的玩家奉為信條。
需要提及的是,由于有上述這樣的判斷方法,在被動式PFC電源仍是主流的年代中,有不少假冒僞劣産品會采用假的PFC電感,這些電感在表面上和真品沒什麼區别,但實際上可能隻有矽鋼片而沒有銅線纏繞,有的甚至隻是灌裝水泥冒充-以增加電源的重量。因此“電源越重品質越好”的判斷方法就算有些參考意義,但顯然不會是絕對的判斷标準。
此外,被動式PFC電源對輸入電壓的穩定性也有一定要求,基本上電壓波動的允許範圍不會太廣。而且由于被動式PFC适合在比較高的電壓下使用,因此采用110V輸入設計的被動式PFC電源還需要添加一個倍壓器,将輸入電壓從110V增加至220V,以保證PFC電路的工作正常。
這款達碩角鬥士430電源的PFC電感其實是假的,你看出來了嗎?什麼是主動式PFC?
主動式PFC電源在結構上基本就是一個通過PWM控制電流波形的AC/DC整流器,交流輸入通過整流橋進行整流,然後PWM觸發主動PFC電路中的MosFET管,分離中間直流電壓到恒定脈沖序列,随後這些脈沖信号通過濾波電容,将相對平順的電流送到主開關電路。
此外,我們可以在主動式PFC電路中看到一個體積相對較大的電感線圈,這個電感線圈可以對電流起到緩沖和梳理的作用,當然它在體積和重量上比起被動式PFC的電感要小很多。
以先馬金牌500W模組版為例的主動式PFC電源,PF值可以輕松達到0.9以上從設計結構上來看,主動式PFC顯然比被動式PFC更複雜,成本也更高。而且主動式PFC有着更寬廣的電壓适應能力,在電壓波動較大的情況下仍然可以穩定工作,不少産品甚至直接支持110V到220V的電壓輸入。同時,在功率因數校正效果上,主動式PFC也有淩駕于被動式PFC的實力,它可以輕松達到0.9以上,部分高端産品甚至可以實現無限接近于1的效果。
此外,由于主動式PFC電路的體積和重量都遠小于被動式PFC,随着電源額定功率的提升,其在體積和重量上的變化不會很大,因此,在被動式PFC電源上“越重越好”的評價标準自然并不适合主動式PFC電源。
主動式PFC電路示意圖主動式PFC電源會更省電嗎?
在主動式PFC電源剛剛步入主流的時候,有不少廠商為了宣傳自家的主動式PFC電源産品,都紛紛打出了“主動式PFC電源更加省電”的旗号,引導消費者選擇采用主動式PFC設計的産品。但事實是不是這樣呢?主動式PFC電源就一定比被動式PFC電源省電嗎?
如果從宏觀的角度來看,主動式PFC電源省電的說法确實沒錯。同樣是200W的有效功率,采用被動式PFC設計、PF值為0.8的PC電源需要消耗250W的視在功率,而采用主動式PFC設計、PF值為0.9的PC電源則隻需要222W的視在功率,如果說視在功率相當于發電機的輸出功率,那主動式PFC電源對發電機造成的負荷就更低,自然也就是更省電了。
然而這樣的省電對于消費者而言并沒有什麼實際意義,因為我們的電表隻統計有效功率,并不是統計視在功率,換句話說你隻需要為有效功率付電費,因此不管是主動式PFC、被動式PFC還是沒有PFC,隻要有效功率相同,電表上走的數字就是相同的,消費者需要支付的電費也是相同的。
采用假PFC的電源,其PF值隻有0.5到0.6的水平事實上,真正能讓你省電費的參數是電源的轉換效率,這個轉換效率直接影響電源有效功率的高低,在相同的輸出負載下,轉換效率更高的電源所需要的有效功率越低,你需要付的電費自然也越少了。
我們為什麼要選擇主動式PFC電源?
如果僅僅是從省電費的角度來考慮,電源是采用主動式PFC、被動式PFC甚至有無PFC都沒有什麼關系,因為省錢與否的關鍵是在電源的轉換效率。但是實際與理論總是有一些差别的,從客觀事實來說,同樣額定功率的電源産品,主動式PFC電源大部分确實有着比被動式PFC産品更高的轉換效率,因為前者往往在做工、用料和架構上都會有更高的水平,品質也會更好,所以主動式PFC電源在客觀上确實要更省電費,雖然兩者沒有必然的聯系。
此外,主動式PFC電源對交流輸入電壓的适應性也更強,基本上目前的寬幅電源都采用了主動式PFC設計,這樣在電壓波動比較大環境下,主動式PFC電源仍然可以保持穩定的輸出。而被動式PFC電源對輸入電壓的穩定性有一定的要求,電壓浮動的适應範圍往往不如主動式PFC産品,在輸入電壓起伏較大的環境下可能無法正常工作。
當然,選擇主動式PFC電源也是一種環保觀念,由于其PF值更接近于1,因此它對電網的負荷和污染也會更低,有利于減少不必要的能量消耗。現在PC電源中的80Plus認證不僅對産品的轉換效率有要求,它同時還要求PC電源的PF值在0.9以上,因此80Plus認證在一定程度上也是對電源産品在環保貢獻上的肯定。主動式PFC電路,圖片源自遊戲悍将SURPASSSP500電源