APFC/PPFC 功率因素校正

先用尽量简化的字眼解释为什么需要功率因素校正。请先回忆下功率基本公式P=UI和正弦函数的图形。

理论情况1：电阻性负载(Resistive Load，阻值恒定)下，电流和电压的两条正弦曲线完全重合(零相位差)。X轴为正负极分界点，任何时候电压和电流的乘积都非负，这种情况下的输入功率都是有功功率，即零损耗。如图4：

图4

理论情况2：电抗性负载(Reactive Load)下，两条正弦曲线有相位差。在周期内的某些时候电流电压乘积为负，电流方向改变，流回电网。正负相抵，这部分的功率为零，造成电网能量的浪费。这也是我国强制要求电源必须有PFC，才能拿CCC认证的原因。不过这部分并未被家庭电表记录。

图5

到这里可以进一步解释EMI滤波部分提到的“共模噪声”和“差模噪声”。前者是电流正向流动产生的，后者是不同向电流流动产生的。

现实情况：器件复杂，有正向电流也有反向电流，有效功率/视在功率的比值就是功率因素，恒小于1，功率因素校正电路的作用就是尽可能的让这个数接近1。

接下来看看主动式功率因素校正(APFC)和被动式功率因素校正(PPFC)。

先下一个结论：300W以上电源尽量选APFC，总功率极低的系统(如200W内HTPC)多数是PPFC电源，无碍。原因马上讲。

早期PPFC电源通过大电容和PFC电感进行补偿，以减小相位差，提高功率因素(一般可达0.7-0.8)。这种方案受电网电压影响较大，非宽幅。后来为了适应115V/230V，一些电源(如荣盛达老版本的350)在电源内增设倍压器、在输入插头上增设拨动开关，所以电源要么适应230V，要么适应115V (非115V-230V宽幅适应)。

图6

PPFC电路的优势是自身损耗较小，因为电路简单、器件少，随着负载降低，相对于APFC电路的转换效率更高。同样的，由于APFC电路设计复杂，器件较多，自身损耗较高，随着负载降低(20%-10%以下)，转换效率跌落很快。反过来，负载升高时，APFC的优势就体现了，而PPFC那颗大电感的损耗和发热都不容小觑，并且一旦固定不牢，容易产生噪音。

由于目前市场焦点几乎都是APFC电源，因此简要介绍APFC电路的电感、电容和开关管是怎么工作的。

图7

·电感充电：开关闭合，电路导通，从整流桥输出的直流电流过电感，电感电流按比率增加、储能。

·电感放电(电容充电)：开关打开，电路断开，电感给电容充电，电容两端电压升高。

以上步骤按开关管频率反复进行，从而达到升压、能量传递、储能目的。开关管的动作由芯片控制，因此经常看到这部分有一枚竖立的小电路板，正中一枚IC芯片。二极管起箝位作用，防止在boost电容充电中对地放电。整流桥后面的X电容作用是减小/抑制在这种PFC模式(CCM)下工作时产生的损耗和EMI干扰。