主动式电源和被动式电源的区别-ooDD网络记录手册

在如今的电脑配件市场上，电源制造商发现让自己的产品在众多品牌产品中脱颖而出变得越来越困难。目前，用户的最大误区在于对电源功率瓦数的追捧（事实上，一台用料十足的300W电源可以满足绝大部分计算机的供电要求，但是用户在购买电源时往往更愿意购买标称值更高的产品而忽略了关系电源品质的其他因素）。和几年前相比，现在的电源更加花哨。多风扇设计、线缆的装饰、镀金接头、LED装饰……

图1 被动式电源内部

图2 主动式电源内部

　（一）被动式图1（又称无源式）

　　被动式PFC采用串联电感（图4），直接串联在交流电源进线或整流桥与滤波用的200V电容之间，同时改造开关电路的校正。被动式PFC的最大好处是EMI（电磁干扰）较低，而且所需线路简单，生产成本也因此较低，一般只需二美元左右，多用于家用DIY市场。不过，被动式PFC的功率因数（能源转换效率）不高而且重，容易产生工频震动和噪音等问题。

图4 被动式PFC

（二）主动式图2（又称有源式）

　　主动式PFC是在输入整流桥与滤波用200V电容之间插入一个开关变换器线圈（图5），以控制输入电流的波形跟随电网电压波形，使电源呈现阻性。主动式PFC支持90V至270V的宽范围输入电压(标准是220V)，并有0.99以上的功率因数。另外，主动式PFC可用较低μF值的200V电容，有助于减少电源的重量和成本。此外，主动式PFC还拥有稳定性佳、工频震动和噪音低等优点。

　　图5 主动式PFC

　　不过，尽管主动式PFC拥有多项优点，但其线路设计比被动式PFC复杂，成本也较高约四美元　，因此以服务器、工作站等专业市场为主。

但是和这些元素相比，电源的PFC电路设计对一款电源的品质显示得更加重要。那么，今天我们就对PFC电路做一个详细的了解。

    PFC（Power Factor Correction）译为功率因数校正电路。PFC并不是PC电源不可获缺的部分，但是目前几乎所有的电源都有PFC设计，因为很多国家都有相应的规定要求电源具有PFC设计。大部分电源产品都采用被动式PFC（Passive PFC）设计，少数高端产品则采用主动式PFC（Active PFC）设计。
   在您选购电源时，售货员肯定会特别说明某款产品采用了主动式PFC设计，因为它具有更高的工作效率，他/她或者会告诉你采用主动式PFC设计的电源更省电
     售货员的这两种说法都有些主观。
     本质上来讲，PFC电路所做的就是让交流负载像单路负载那样工作。欧美地区电压值110V，交流电信号的震荡频率为50Hz（50次/秒）；澳大利亚及亚洲一些国家的电压为220V，频率为50Hz（震荡频率为50次/秒）。
     如果交流电被转化为单路输出，电压值将非常稳定。当交流电路中电压达到最大值时，电流值也会达到最大。在此状态下电压和电流会随着电路的震荡而波动，这一点非常简单且明确，它遵循直流电路中的欧母定律。简单的交流电路与直流电路相似，而复杂交流电路则没有这么简单了，它的瞬时功率不随电压改变而改变，或者说它们并不同步。因为负载是采用感应生电的方式，电抗性负载能在任何条件下保持稳定。如果我们希望电源供电稳定，则需要保证电压的稳定。这就好比管道中的水流，只有在水压合适时，水流量才会稳定。电源的电路设计越复杂，电流及电压值就会越偏离同步的轨道，功率校正因数也就越差，电源的效率也就越差，有时侯往往因为功率校正因数的差异，标称值略低的电源实测功率反倒更高。因此，电源的标称参数不是选择电源的唯一依据。

判断一款电源的实际功率，最常用的办法就是将标称电压值与标称电流值相乘。但得到的这个数值并不是电源的实际功率，这其中会涉及到功率校正因数，它是电压值与电流值相位差的余弦值。（您不必反复思考功率校正因数的计算方法，因为我们不会在后面提问您相关的内容。而电流波形不规则的图像导致它与电压的相位差也在时时变化中，因此计算功率校正因数远不像想象中那样简单）。

将电源的RMS（实际输出）电流值与RMS电压值相乘就得到电路的VA（volt-amps）值（VA值是在UPS电源上经常出现的标注单位）得到的VA值您可以直接理解为电源的功率，但非实际功率。电源的实际功率等于VA值乘以功率因数，而功率因数是电压与电流波相位差的余弦。

举个简单的例子，一款标注电压为1000VA、功率因数为0.5的电源实际功率为500W。如果您进行一下测试，会发现它的发热量和一台500W的电热器相仿。

不使用安培伏特表测试，电源的实际功率似乎可以从VA值反映出来。但事实上有部分能量会储存在直流电路的震荡阻抗线圈中，并在下一周期反馈。这一过程就好像安装了两台万用表电路的消耗。

电路中的具体情况更加复杂，因为电流的波形不是严格的正弦波，因此电流波形与电压波形没有固定的相位差。波形，我们不讨论这个头疼的指标了。

衡量一款电源的实际功率，更需要事实说话。相比各家评测机构的各种专业仪器，电力公司用来计算每户用电量的感应式电度表更具说服力。电表上的数值直接关系到用户需要付多少钱给电力公司，这自然是用户最关心的。各家厂商标注的各种参数只是表面的东西，产品规格的好与坏，功率因数的真实性全部会体现在电费帐单上面。

设备功率因数为零的设备只会出现在物理实验室内，那应该是理想的感应电路设备，用来进行功率因数方面的研究。在理想的感应电路设备中，你可以准确测量电流值，获得完美的相位差角（90度相位差），这就意味着没有能量的损失。它描绘出的电流图像是稳定地以四分之一圆为周期的波形图。

这样的情景不是电力供应商希望看到的，因为在这种情况下传输电流需要半个周期的时间，而另外半个周期电流则会回流，这半个周期时间内的电流不会被计入用户的电费中去，而是被白白消耗掉，而这种情况需要供应商布网时使用更粗的导线、更大的变压器，无疑又增大了开销。

很多电抗性负载电器（包括大部分办公室电脑）会影响整个电路网络的稳定性，它会扰乱整个电路网络的电流波形，不稳定的电流会影响到同一网络中其他设备的应用。这是困扰电力公司的一个严重的问题。

与电力公司相对应的，工业用电的消费者除了设备功率外也会把功率因数当作一项重要的指标。因为线路中越多的消耗就意味着更高的电费帐单。

功率因数校正电路（PFC）于是派上用场，它让电抗性负载电路的效率更高。被动式PFC仅仅由补偿性电容或感应电感构成，用以稳定电路。主动式PFC则更像是一个备用电路，它从主电路中获取能量填补到电路因数较低的电路中以取得平衡。主动式PFC可以改善功率因数，但改善的幅度不会太大，而它副面的影响就是会通过散热损失一些功率（约10%）。

主动式PFC电路对于工业用户来说是一个不错的解决方案，因为它可以让电力分配更加合理。更多地使用主动式PFC电路可以减少电网的负担，更细的导线、更小的变压器即可满足要求。

如果您是个人或小型企业用户，没有使用主动式PFC的电源或其他功率因数校正设备，或者是使用了虚标功率、未使PFC的廉价电源，这一区别会体现在电费帐单上面。也许计算下来，每年多付的电费还要高于购买优质电源的费用。

如果您希望电路更干净清爽有效率，推荐您使用具有PFC设计的电源。这样的选择非常明智，因为个人用电量的多少会受功率因数的影响。而一旦您选用功率因数较低或不具备PFC的电源，等于在无形之中提高了电费的价格。

主动式PFC电源要比被动式PFC电源在效率转换方面更加优秀，但整体来讲，无论是主动式PFC还是被动PFC电脑电源基本都能应付绝大部分的需要，您只需要选择适当功率的产品。

总之，您可以购买喜欢的主动式PFC电源，它们没有害处，并且在规格指标上体现出高质量，但在目前普通用电的层次下，别指望它会为您省多少电费。

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2011-5-15 19:44:31