本文主要是關于PFC電源與開關電源的相關介紹，并著重對PFC電源與開關電源的不同之處進行了詳盡的闡述。

PFC電源

PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。 基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。功率因數是用來衡量用電設備用電效率的參數，低功率因數代表低電力效能。為了提高用電設備功率因數的技術就稱為功率因數校正。

計算機開關電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失，此時便需要PFC電路提高功率因數。目前的PFC有兩種，一種為被動式PFC（也稱無源PFC）和主動式PFC（也稱有源式PFC）。

被動式PFC

被動式PFC一般分“電感補償式”和“填谷電路式（Valley Fill Circuit）”

“電感補償式”是使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數，“電感補償式”包括靜音式和非靜音式。“電感補償式”的功率因數只能達到0.7～0.8，它一般在高壓濾波電容附近。

“填谷電路式”屬于一種新型無源功率因數校正電路，其特點是利用整流橋后面的填谷電路來大幅度增加整流管的導通角，通過填平谷點，使輸入電流從尖峰脈沖變為接近于正弦波的波形，將功率因數提高到0.9左右，顯著降低總諧波失真。與傳統的電感式無源功率因數校正電路相比，其優點是電路簡單，功率因數補償效果顯著，并且在輸入電路中不需要使用體積大重量沉的大電感器。

主動式PFC

而主動式PFC則由電感電容及電子元器件組成，體積小、通過專用IC去調整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。主動式PFC可以達到較高的功率因數──通常可達98%以上，但成本也相對較高。此外，主動式PFC還可用作輔助電源，因此在使用主動式PFC電路中，往往不需要待機變壓器，而且主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小，這種電源不必采用很大容量的濾波電容。

PFC相關專業術語： ［1］

1.

corrector， power factor （PFC）

功率因數修正器

2.

power-factor corrector （PFC）

功率因數修正器

3.

power factor control （PFC）

功率因數控制

交過電費的人都知道，同樣是使用電網中的電能，為什么工業用電和居民用電的價格卻不盡相同呢？

大多數人也許會給出這樣一個答案：“工業用電是要創造價值，進行商業盈利的；其次就是工業設備污染環境比較多；再次就是工業用電的傳輸成本高。”這個答案說明了一些問題，但是如果您具備專業知識，或者通過前面的學習，了解了什么是功率因數，那么您肯定能給出更專業的答案：“工業中使用的用電設備多為電感或電容性設備，其功率因數相對居民用電設備的功率因數較低，造成了電網中無功功率較高，電力公司需要多發電來維持這個無功功率，浪費了這部分的電能，所以工業用電用戶就需要為這部分浪費的電能買單。”

那么我們有什么方法來降低無功功率，或者說如何把功率因數提升到最佳值呢？偉大的科學家們已經幫我們研究出了解決辦法：功率因數校正。提高用電設備功率因數，使其接近1的技術就稱為功率因數校正。

下面讓我們看看供電公司和工業用電用戶都是怎么樣做的吧。

l 供電公司的功率因數校正方法

對于供電方，最簡單的方法就是提升送電電壓，也可以在各個中央變電站、輸送網絡中，添加功率因數校正設備，提升整個電網本身的功率因數，減少輸送損耗，如圖2所示。

l 工業用電用戶的功率因數校正方法

對于工業用電的使用方，可以在低功率因數負載電路中，增加功率因數校正設備，或者使用高功率因數的負載，如圖3所示。

開關電源

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。

主要用途

開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽產品，安防監控，LED燈帶，電腦機箱，數碼產品和儀器類等領域。

主要類型

現代開關電源有兩種：一種是直流開關電源；另一種是交流開關電源。

這里主要介紹的只是直流開關電源，其功能是將電能質量較差的原生態電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓（精電）。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說，直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的，DC/DC轉換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。

直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉換器。

隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉換器 有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器（Full-Bridge Converter）。

非隔離式DC/DC轉換器，按有源功率器件的個數，可以分為單管、雙管和四管三類。

單管DC/DC轉換器共有六種，即降壓式（Buck）DC/DC轉換器 ，升壓式（Boost）DC/DC轉換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉換器、Cuk DC/DC轉換器、Zeta DC/DC轉換器和SEPIC DC/DC轉換器。在這六種 單管DC/DC轉換器中，Buck和Boost式DC/DC轉換器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉換 器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉換器。四管DC/DC轉換器常用的是全橋DC/DC轉換器（Full-Bridge Converter）。

隔離式DC/DC轉換器在實現輸出與輸入電氣隔離時，通常采用變壓器來實現，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴大轉換器的輸出應用 范圍，也便于實現不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。

在功率開關管的電壓和電流定額相同時，轉換器的輸出功率通常與所用開關管的數量成正比。所以開關管數越多，DC/DC轉換器的輸出功率越大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。

非隔離式轉換器與隔離式轉換器的組合，可以得到單個轉換器所不具備的一些特性。

按能量的傳輸來分，DC/DC轉換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉換器，既可以從電源側向負載側傳輸功率，也可 以從負載側向電源側傳輸功率。

DC/DC轉換器也可以分為自激式和他控式。借助轉換器本身的正反饋信號實現開關管自持周期性開關的轉換器，叫做自激式轉換器，如洛耶爾 （Royer）轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。他控式DC/DC轉換器中的開關器件控制信號，是由外部專門的控制電路產生的。

按照開關管的開關條件，DC/DC轉換器又可以分為硬開關（Hard Switching）

和軟開關（Soft Switching）兩種。硬開關DC/DC轉換器的開關器件 是在承受電壓或流過電流的情況下，開通或關斷電路的，因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗，即所謂的開關損耗（Switching loss）。當轉換器的工作狀態一定時開關損耗也是一定的，而且開關頻率越高，開關損耗越大，同時在開關過程中還會激起電路分布電感和寄生 電容的振蕩，帶來附加損耗，因此，硬開關DC/DC轉換器的開關頻率不能太高。軟開關DC/DC轉換器的開關管，在開通或關斷過程中，或是加于 其上的電壓為零，即零電壓開關（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通過開關管的電流為零，即零電流開關（Zero-Current·Switching，ZCS）。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗，以及開關過程中激起的振蕩，使開關頻率可以大幅度提高，為轉換器的小型化和模塊化創造 了條件。功率場效應管（MOSFET）是應用較多的開關器件，它有較高的開關速度，但同時也有較大的寄生電容。它關斷時，在外電壓的作用下， 其寄生電容充滿電，如果在其開通前不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內部，這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場 效應管宜采用零電壓開通方式（ZVS）。絕緣柵雙極性晶體管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一種復合開關器件，關斷時的電流拖 尾會導致較大的關斷損耗，如果在關斷前使流過它的電流降到零，則可以顯著地降低開關損耗，因此IGBT宜采用零電流（ZCS）關斷方式。IGBT在 零電壓條件下關斷，同樣也能減小關斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開通時，并不能減小容性開通損耗。諧振轉換器（ResonantConverter ，RC）、準諧振轉換器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多諧振轉換器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零電壓開關PWM轉換器（ZVS PWM Converter）、零電流開關PWM轉換器（ZCS PWM Converter）、零電壓轉換（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉換器和零電流轉換（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉換器等，均屬于軟開關直流轉換器。電力電子開關器件和零開關轉換器技術的發展，促使了高頻開關電源的發展。

基本組成

開關電源大致由主電路、

控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。

1、主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。

整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

2、控制電路

一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3、檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。

4、輔助電源

實現電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

主要分類

人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，

320W單組開關電源

320W單組開關電源

邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。

微型低功率開關電源

開關電源正在走向大眾化，微型化。開關電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用，低功率微型開關電源的應用要首先體現在，數顯表、智能電表、手機充電器等方面。現階段國家在大力推廣智能電網建設，對電能表的要求大幅提高，開關電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應用。

反轉式串聯開關電源

反轉式串聯開關電源與一般串聯式開關電源的區別是，這種反轉式串聯開關電源輸出的電壓是負電壓，正好與一般串聯式開關電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲能電感L只在開關K關斷時才向負載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉式串聯開關電源輸出的電流比串聯式開關電源輸出的電流小一倍。

PFC電源與開關電源的區別是什么

在PFC開關電源當中，開關穩壓電源是非常重要的一個組成部分。PFC當中的開關穩壓電源功能和普通的開關穩壓電源的區別并不巨大，只是在供電上有所區別。普通的開關穩壓電源需要220V整流供電，而PFC穩壓開關電源是由B+PFC供電。

整流以后不加濾波電容器，把未經濾波的脈動正半周電壓作為斬波器的供電源，由于斬波器的一連串的做“開關”工作脈動的正電壓被“斬”成電流波形，其波形的特點是：

1、電流波形是斷續的，其包絡線和電壓波形相同，并且包絡線和電壓波形相位同相。

2、由于斬波的作用，半波脈動的直流電變成高頻（由斬波頻率決定，約100KHz）“交流”電，該高頻“交流”電要再次經過整流才能被后級PWM開關穩壓電源使用。

3、從外供電總的看該用電系統做到了交流電壓和交流電流同相并且電壓波形和電流波形均符合正弦波形，既解決了功率因素補償問題，也解決電磁兼容（EMC）和電磁干擾（EMI）問題。

該高頻“交流”電在經過整流二極管整流并經過濾波變成直流電壓（電源）向后級的PWM開關電源供電。該直流電壓在某些資料上把它稱為：B+PFC（TPW-4211即是如此），在斬波器輸出的B+PFC電壓一般高于原220交流整流濾波后的+300V，其原因是選用高電壓，其電感的線徑小、線路壓降小、濾波電容容量小，且濾波效果好，對后級PWM開關管要求低等諸多好處。

目前PFC開關電源部分，起到開關作用的斬波管（K）有兩種工作方式：

1、連續導通模式（CCM）：開關管的工作頻率一定，而導通的占空比（系數）隨被斬波電壓的幅度變化而變化。

2、不連續導通模式（DCM）：斬波開關管的工作頻率隨被斬波電壓的大小變化（每一個開關周期內“開”與“關”時間相等）。

功率因素校正開關電源中的PFC開關電源部分和PWM開關電源部分的激勵部分均由一塊集成電路完成，一塊IC可以完成設計。

結語

關于PFC電源與開關電源的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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