現代開關模式電源將 X 電容器和 Y 電容器與電感器組合使用，以過濾共模和差模 EMI。濾波元件位于任何有源（或無源）功率因數校正 （PFC） 電路的前面（圖 1），因此 EMI 濾波器的電抗對功率因數 （PF） 施加的任何失真都會改變完美校正的電壓-電流關系。

圖 1：典型 PFC 225W 電源的輸入級示意圖，突出顯示了 EMI 濾波器中 ~680 nF 的 X 電容，連接在 L 相和 N 相之間

高于 75W 輸入時，當輸出功率處于最大標稱功率時，通常需要有源 PFC 才能實現大于 0.9 的 PF。直到最近，這種滿載要求在設計輸入濾波器時都非常有用。隨著負載的增加，電源的阻性輸入阻抗會降低并最終淹沒X電容的無功阻抗，從而主導整個功率轉換引擎的PF。在輕負載和高壓線路上，PSU輸入阻抗最高，PF將因X電容而降低（圖2）。

圖 2：在整個負載范圍（230VAC 輸入）中，通過向理想系統（單位功率因數）添加增加的 X 電容（共模）對 PF 的平均影響

然而，一些現代標準，如80 PLUS鈦PC標準（20%負載下的PF > 0.9），開始要求PF在輕負載下很高。如果配電網絡并行暴露給大量機器，這是有道理的。在輕負載下并行運行的多個設備、顯示器或計算機可能（并且將）通過在低 PF 下提供大量需求來壓倒本地網絡的 VA 電源能力，從而產生不可持續的視在功率需求。由于許多電機的共模效應，電器通常使用較大的 X 電容值，因此這是設計中 X 電容可能較大的另一個原因。最后，與濾波電感器相比，X電容相對便宜，因此應用更多或更大的X電容而不是增加EMI濾波電感器的尺寸具有吸引力。

“蠻力”方法可能是在系統的輸入端增加電感以減少容抗，在某些情況下，這可能是可行的。然而，一個更優雅的解決方案是讓PFC級監控輸入電壓和輸入電流-相位關系，然后在輕負載時對PF功能應用校正因子。這具有在其校正算法中引入電流相位滯后的效果，以將整個系統功率因數恢復到統一狀態。圖 3 顯示了基于 Power Integrations 的 HiperPFS-5 IC 系列的高級有源 PFC 設計，該系列是一款集成了 750V PowiGaN 開關的高級 PFC 控制器 IC，針對整個負載范圍內的高 PF 和效率進行了優化。

圖 3：PFC 250W 電源的輸入級。PFC 采用變頻準諧振 DCM 控制技術，以及 GaN 電源開關，在整個負載范圍內提供非常高的效率，同時保持低升壓電感。

功率因數增強 （PFE） 通過使校正電流波形失真來補償輸入電容的相位失真，從而提高功率因數。它還降低了輸入電流形狀失真的影響（電流正弦波的失真，特別是在過零處，將增加總諧波失真，在另一篇文章中討論）。

圖4顯示了實際電源的PF，負載了人為的高輸入電容（650 nF）。PFE 功能可將功率因數提高多達 10%，最高可達約 75W 負載。

圖 4：隨著負載增加（230VAC 和 265VAC），具有活動 PFE 和 PFC 模塊上禁用 PFE 功能的 225W 電源的 PF

通過向PF控制引擎添加失真信息，可以顯著降低輸入電容對PF的失真。該電路可自動補償輸入阻抗的變化，確保準確的PF，盡管濾波器組件的生產公差和各種工作條件。系統支持嚴重失真的輸入電壓波形（例如發電機或逆變器輸入）的能力在另一篇文章中進行了介紹。

審核編輯 黃宇