金 貴
我國(guó)是一個(gè)資源緊缺的國(guó)家,節(jié)能是大勢(shì)所趨,也勢(shì)在必行。節(jié)能是每個(gè)公民和企業(yè)所應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任。本文通過分析主動(dòng)式PFC和被動(dòng)式PFC電源的區(qū)別,讓大家更加了解電源,從而明白自己在使用PC電源時(shí)該如何為自己省電,為國(guó)家省電。
什么是PFC
PFC是電腦電源中的一個(gè)非常重要的參數(shù),全稱是功率校正因數(shù)(Power Factor Comect)簡(jiǎn)稱為PFC,等于實(shí)際功率與視在功率的比值,表征的是電源對(duì)輸入電能的利用效率。
功率因數(shù)=實(shí)際功率/視在功率
功率是能量傳輸率的度量,在直流電路中它是電壓和電流的乘積。在交流系統(tǒng)里則要復(fù)雜些:即有部分交流電流在負(fù)載里循環(huán)不傳輸電能(它稱為電抗電流或諧波電流)。比如我們常見的正弦交流電路,有功功率一般小于視在功率,也就是說視在功率上打一個(gè)折扣才能等于平均功率,這個(gè)折扣就是我們所說的功率因數(shù)(Power Factor)。
功率因數(shù)通常用Cosφ來(lái)表示,其中φ就是交流電壓與交流電流間的相位差角,也被稱為功率因數(shù)角。
什么是主動(dòng)式PFC
主動(dòng)式PFC也稱有源PFC,也就是在交流電轉(zhuǎn)換為直流電之前,用一個(gè)“控制線路及功率型開關(guān)式”的組件電路來(lái)調(diào)整輸入電流相位,以縮小其與輸入電壓的相位差,從而提高對(duì)輸入電能的利用效率。因此,主動(dòng)式PFC電源的功率因數(shù)通常都很高,甚至接近1。
此外,主動(dòng)式PFC電路修正了輸入電流相位后,即電源供應(yīng)器可以適應(yīng)輸入交流電壓范圍增大了很多。一般適應(yīng)90V~264V的交流,電源供應(yīng)器不需要切換電壓,這對(duì)于電壓不穩(wěn)定的地區(qū)用戶而言,是非常有用的。
相關(guān)知識(shí)
1、什么是視在功率
在電工技術(shù)中,將單口網(wǎng)絡(luò)兩端電壓和電流有效值的乘積,稱為視在功率(Apparent Power),記為S=UI。
顯然,只有單口網(wǎng)絡(luò)完全由電阻混聯(lián)而成時(shí),視在功率才等于平均功率,否則,視在功率總是大于平均功率(即有功功率),也就是說,視在功率不是單口網(wǎng)絡(luò)實(shí)際所消耗的功率。為了與功率有所區(qū)別,視在功率通常用伏安(VA)或千伏安(KVA)為單位。
2、視在功率的意義
由于視在功率等于網(wǎng)絡(luò)端鈕處電流、電壓有效值的乘積,而有效值能客觀地反映正弦量的大小和它的做功能力,因此這兩個(gè)量的乘積反映了為確保網(wǎng)絡(luò)能正常工作,外電路需傳給網(wǎng)絡(luò)的能量或該網(wǎng)絡(luò)的容量。
由于網(wǎng)絡(luò)中既存在電阻這樣的耗能元件,又存在電感、電容這樣的儲(chǔ)能元件,所以,外電路必須提供其正常工作所需的功率,即平均功率或有功功率,同時(shí)應(yīng)有一部分能量被貯存在電感、電容等元件中。只有視在功率大于平均功率的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備才能正常工作,若按平均功率給網(wǎng)絡(luò)提供電能是不能保證其正常工作的。
在交流電路中,我們將正弦交流電壓有效值與電流有效值的乘積稱為視在功率。視在功率并不表示交流電路實(shí)際消耗的功率,只表示電網(wǎng)可能提供的最大功率。
什么是被動(dòng)式PFC
被動(dòng)式PFC也被稱作無(wú)源PFC。之所以叫“被動(dòng)”,它不是直接對(duì)輸入的交流電流進(jìn)行相位調(diào)整,而是采用一個(gè)電感產(chǎn)生輔助電流并疊加到原來(lái)的輸入電流上,以改變?cè)瓉?lái)的輸入電流與電壓之間相位差的方式來(lái)提高功率因數(shù),因此被動(dòng)式PFC電源的功率因數(shù)通常不會(huì)很高,只能達(dá)到0.7~0.8。
由于修正過程采用的是疊加的方式,交流電流會(huì)有所增大,那么在轉(zhuǎn)換成直流電之前,PFC電路就需要比主動(dòng)式PFC更多更大的容量來(lái)存儲(chǔ)這個(gè)電流,因此在被動(dòng)式PFC電感之后通常需要設(shè)置兩個(gè)大容量電容。
小提示:由于被動(dòng)式PFC在對(duì)電流和電壓補(bǔ)償?shù)倪^程中,始終進(jìn)行著充放電的動(dòng)作,因而產(chǎn)生了磁性,最終會(huì)和周邊的金屬元件產(chǎn)生振動(dòng)進(jìn)而發(fā)出噪音。因此,被動(dòng)式PFC還可分為靜音型和非靜音型兩種。靜音型PFC相當(dāng)于兩個(gè)非靜音型PFC的疊加,達(dá)到振動(dòng)互相抵消的目的,但成本上和制造工藝上,靜音型要求都比較高。
主動(dòng)式PFC好在哪
電源的PFC電路是為了提高電源的功率因數(shù),但有人認(rèn)為“功率因數(shù)”就等于“轉(zhuǎn)換效率”,甚至將主動(dòng)式0.99的功率因數(shù)理解為能得到99%的電源轉(zhuǎn)換效率。很顯然,這是不正確的。雖然兩個(gè)都是描述省電的概念,但對(duì)于電腦用戶而言,兩個(gè)概念的意義是不一樣的。
1、“功率因數(shù)”為國(guó)家省錢
功率因數(shù)=輸入電源的實(shí)際能量/電網(wǎng)供給電源的能量
一般來(lái)說,在二端網(wǎng)絡(luò)中,提高用電設(shè)備的功率因數(shù)有兩方面的意義,一是可以減小輸電線路上的功率損失:二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備(如發(fā)電機(jī),變壓器等)的潛力。在電網(wǎng)負(fù)載一定的情況下,如果用戶用電設(shè)備的功率因數(shù)越大,那么電網(wǎng)的能量利用率和穩(wěn)定性就越高。
由于功率因數(shù)所產(chǎn)生的損耗是由電力部門負(fù)擔(dān)的,因此使用功率因數(shù)比較高的產(chǎn)品,能為國(guó)家做出貢獻(xiàn),能提高電網(wǎng)的利用率。
小提示:這里的“穩(wěn)定”指的是電器設(shè)備之間的相互干擾少,例如平時(shí)我們?cè)诩依飭?dòng)一個(gè)大功率的電器時(shí),家里的電燈就會(huì)突然暗下來(lái)。
2、“轉(zhuǎn)換效率”為用戶省錢
電源轉(zhuǎn)換效率=電源為主機(jī)提供的即時(shí)輸出功率,輸入電源的即時(shí)功率×100%
電源在工作的時(shí)候,輸入電源的電能并不會(huì)全部由交流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電,總會(huì)有部分電能會(huì)在轉(zhuǎn)換的過程中變成熱能而損耗掉。所謂轉(zhuǎn)換效率,就是電源的實(shí)際輸出功率除以輸入功率的百分比。比如說一款電源的轉(zhuǎn)換效率為80%,那么通過該電源輸出200w的直流電功率。則在輸入端輸入的交流電功率為“200W÷80%=250w”,足足有50w的功率是白白被浪費(fèi)掉了,而浪費(fèi)部分的費(fèi)用是由用戶來(lái)承擔(dān)的。
小知識(shí):電源轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)
對(duì)于電源而言,其轉(zhuǎn)換效率有兩大特點(diǎn):不同的電源產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)換效率不同;同一電源產(chǎn)品,在不同的工作狀態(tài)下,其轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生變化。第一點(diǎn)很容易被人理解,因?yàn)椴煌碾娫串a(chǎn)品之間,它們內(nèi)在的變壓電路、電流轉(zhuǎn)換器以及功能電路都會(huì)有所不同,所以轉(zhuǎn)換效率不同是理所當(dāng)然的。
但為什么同一產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率也會(huì)變化呢?這是因?yàn)殡娫吹妮敵鲭妷河卸嗦?,例?12V、+5V、+3.3V等,當(dāng)各路輸出的負(fù)載情況發(fā)生變化時(shí),電源內(nèi)部的變壓器、磁感線圈等也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率發(fā)生變化。早期的電源,轉(zhuǎn)換效率一般只有65%左右。發(fā)展到ATX12V 1.3規(guī)范時(shí),要求電源的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到70%,而ATX12V 2.0版或后續(xù)版本電源,轉(zhuǎn)換效率要求達(dá)到80%以上。
3、電源的實(shí)際效率
明白了“功率因數(shù)”和“轉(zhuǎn)換效率”之后,那么電能從電網(wǎng)端到電源輸出端的轉(zhuǎn)換效率就很容易計(jì)算了:
電源的實(shí)際效率=功率因數(shù)×轉(zhuǎn)換效率
假設(shè)現(xiàn)在有被動(dòng)式PFC和主動(dòng)式PFC兩款電源,前者的功率因數(shù)為0.75,轉(zhuǎn)換效率為82%,而后者的功率因數(shù)為0.99,而轉(zhuǎn)換效率為81%,那么我們就得到它們的實(shí)際效率:
被動(dòng)式PFC電源的實(shí)際效率=0.75×82%=61.5%
主動(dòng)式PFC電源的實(shí)際效率=0.99×81%=80.19%
在轉(zhuǎn)換效率基本相同的時(shí)候,兩者在實(shí)際效率上的差距達(dá)到了18.69%。也就是說,在相同的硬件配置下,使用主動(dòng)式PFC電源要比被動(dòng)式PFC的節(jié)約1/3左右的電能(所節(jié)約出來(lái)的電能是個(gè)人和電網(wǎng)公司共同享有的),差距相當(dāng)明顯。
主動(dòng)式PFC電源推薦
航嘉多核R80
報(bào)價(jià):42.8元
參數(shù)規(guī)格
電源版本:ATX12V 2.3
額定功率:300W
PFC:主動(dòng)式
風(fēng)扇:12cm
點(diǎn)評(píng):多核R80電源是一款環(huán)保、節(jié)能為設(shè)計(jì)理念的電源產(chǎn)品。采用的是12cm風(fēng)扇的抽吸式散熱架構(gòu),在內(nèi)部電路上采用了長(zhǎng)城獨(dú)有的分段式智能溫控技術(shù),風(fēng)扇可以根據(jù)內(nèi)部溫度的不同來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,以保障良好的靜音和散熱效果。性能上,多核R80除了通過我國(guó)基本的3C強(qiáng)制認(rèn)證外,還通過了RoHS、80PLUS、EnergyStar 4.0以及Windows Premium Ready等認(rèn)證。
多彩超霸DLP-500A
報(bào)價(jià):328元
參數(shù)規(guī)格
電源版本:ATX12V 2.3
額定功率:350W
PFC:主動(dòng)式
風(fēng)扇:12cm
點(diǎn)評(píng):多彩超霸DLP-500A為黑色啞光烤漆鋼板外殼,12cm大口徑四色彩燈風(fēng)扇,工作時(shí)可發(fā)出彩光,非常適合于搭配高檔、時(shí)尚的機(jī)箱。內(nèi)部電路采用的是貼片工藝,散熱更加充分。得益于主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì),電源可支持150V-264V的電壓輸入。性能方面,DLP-500A完美通過了國(guó)家節(jié)能認(rèn)證要求。