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功率因數校正 ■ 何謂工率因數？ 功率因數（power factor；pf）定義為實功（real power；P）對視在功率 apparent power S 1 （ ； ）之比，或代表電壓與電流波形所形成之相角之餘弦，如圖 。 0 1 功率因數值可由 至 之間變化，可為電感性（延遲的、指標向上）或電容性（領先 pf 1 的、指標向下）。為了降低電感性之延遲，可增加電容，直到 為 。當電壓與電流波 形為同相時，工率因數等於1 （cos(0o)=1）。所有努力使工率因數等於1 是為了使電 路為純電阻化（實功等於視在功率）。 ▲ 圖1: 功率因數之三角關係。 實功（瓦特）可提供實際工作，此為能量轉換元素（例如電能到馬達轉動rpm）。 虛功（reactive power）乃為使實功完成實際工作所產生之磁場（損耗）。而視在功 率可想成電力公司提供之總功率，如圖1 所示。此總功率經由電力線提供產生所需之實 功。 當電壓與電流皆為正弦波時，如前述定義之功率因數（簡稱為功因）為電壓與電流 波形之對應相角，但大部份之電源供應器之輸入電流乃非正弦波。當電壓為正絃波而電流 為非正弦波時，則功因包括兩個因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1 表示 相角位移與波形失真因素之於功因的關係。 Irms(1)為電流之主成份，Irms 電流之均方根值。因此功率因數校正線路是為了 使電流失真最小，且使電流與電壓同相。 當功因不等於1 時，電流波形沒有跟隨電壓波形，不但有功率損耗，且其產生之諧 波透過電力線干擾到連接同一電力線之其它裝置。功因越接近1，幾乎所有功率皆包含於 主頻率，其諧波越接近零。 ■ 瞭解規範 EN61000-3-2 對交流輸入電流至第40 次諧波規範。而其class D 對適用設備之 發射有嚴格之限制（圖2）。其class A 要求則較寬鬆（圖3）。 2: PF=1(Class D) ▲ 圖 電壓與電流波形同相且 。 3: PFC 0.9(Class A) ▲ 圖 類 輸入，達到之功因大約 。 ■ 低效率的原因 當切換式電源供應器（SMPS）沒運用任何形式之功因校正時，其輸入電容CIN （見 圖4）只在V 接近峰值電壓V 或V 大於電容電壓V 時被充電。若依輸入電壓之頻 IN PAEK IN CIN 率來設計CIN，其電流波形將比較接近輸入電壓波形（隨負載變化）；但當在輸入主電力 線上有些許之干擾將造成整體系統有不良的影響。但話說回來，為應付輸入電壓跳動或預 防少掉幾個週期，C 之設計會大於V 之頻率以儲存足夠之能量來繼續提供負載之需 IN IN 要。 ▲ 圖4:沒有PFC 之SMPS。 圖5 所表示為在輕載時圖4 線路之V (t)之理論結果。因此，C 只有非常少許之 CIN IN 放電。如負載增加時，VCIN (t)在峰值電壓間會有較大的電壓下降。但這也只代表有非常 小部分的輸入電壓（譬如說，輸入為120Vac，但只有3~5 伏特的下降電壓）。如前所 C V V 述， 只在 大於 被充電，相對於整個週期來說是非常小的一部分。