概述

日常生活中，大家會發(fā)現(xiàn)工業(yè)用電電費會高于居民用電電費。從技術角度來解答是因為工業(yè)用電傳輸成本高，由于工業(yè)應用中的用電設備多為大功率電感或容性負載，其功率因數(shù)相對居民用電設備的功率因數(shù)較低，從而導致無功功率較高，損耗大，因此供電成本相對較高。而居民用電普遍為中小功率設備，耗電小，功率因數(shù)高，無功功率損耗少。

本文將介紹功率因數(shù)（PF）和總諧波失真 (THD) 的概念，并回顧如何利用功率因數(shù)校正 (PFC) 電路和 PFC 控制器來實現(xiàn)高功率因數(shù)并減少諧波失真。

交流電的功率因數(shù)

功率因素PF (λ) 是指有功功率 (P) 與視在功率 (S) 之間的關系，其中總功耗等于 V x I。λ 為P 與 S 的比值，可用公式 (1) 來估算：

無功功率 (Q)、S 和 P 之間的關系可以用公式 (2) 來表示：

PF 用于衡量有多少電力被有效利用。PF 值越大，表示其電力的利用率越高。

在交流輸入電網(wǎng)中，PF 可以根據(jù)實際工作波形來表征，并用公式 (3) 來估算：

影響 PF 的兩個主要因素是 cos (φ) 和 THD。φ為輸入交流電壓波形和負載電流波形之間的相位差，如圖1所示。

總諧波失真（THD）是指由諧波引起的輸入電流失真程度。圖 2 顯示了輸入交流電壓和負載電流之間的 THD。

通過公式 (4) 可以計算失真：

交流電網(wǎng)中的諧波是相對于基波而言的。例如一個 頻率為 50Hz的220VAC 的正弦電壓施加于一個非線性負載。通過傅里葉級數(shù)可知，失真的輸入電流波形由每個諧波分量的相加而成。THD 相當于二次以上諧波分量的 RMS 值和基波分量的 RMS 值比值的方和根。

失真輸入電流波形的總諧波失真計算如圖3所示。

失真度越大，THD值越大，PF值則越小。為了提高用電效率，業(yè)界針對各種電氣設備的諧波電流要求制定了相應的國際標準，例如IEC 61000-3-2和EN 61000-3-2。

利用電路來實現(xiàn)高功率因數(shù)校正 (PFC)

圖 4 顯示了沒有功率因數(shù)校正的一般電路圖。其整流橋后只有電容濾波，它直接給負載設備供電。這導致輸入電流的導通角非常小，PF 很差，最后獲得的輸入電流波形也嚴重失真。

圖 5 顯示了無功率因數(shù)校正的電路電壓和電流波形。

現(xiàn)代AC/DC電源中，功率因數(shù)校正（PFC）電路主要采用有源功率因數(shù)校正（APFC）電路。APFC電路由電感、電容和半導體開關器件組成。它體積小，而且通過專用IC根據(jù)正弦電壓波形的變化來控制電流。其電流正弦度高，PF值可達0.99，非常接近最優(yōu)值1。

圖 6 顯示了一個典型的升壓（Boost） APFC 電路，該電路通過一個高頻開關控制電感電流波形。

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