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超能课堂(56):主动式PFC与被动式PFC电源有什么不同?

2016-9-1 10:52  |  作者:潘靖江   |  关键字:超能课堂,PFC,主动式PFC,被动式PFC

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主动式PFC相比被动式PFC好在哪里呢?今天我们就来一起探讨一下被动式PFC与主动式PFC之间差异,看看为什么主动式PFC电源能够成为今天的主流。

在早些年主动式PFC电源刚刚步入主流的时候,商家们一度大肆宣传“主动式就是比被动式好”,现在主动式PFC电源已经成为主流,虽然不再需要像当年那样疯狂地推广,但是我们仍然可以在不少电源产品的包装上看到强调主动式PFC的字眼,可见这个观点早已深入人心。那么主动式PFC相比被动式PFC好在哪里呢?今天我们就来一起探讨一下被动式PFC与主动式PFC之间差异,看看为什么主动式PFC电源能够成为今天的主流。


今天主动式PFC已经成为主流和高端电源的标配(图片源自酷冷至尊MasterWatt Maker 1200W

PC电源为什么需要配置PFC电路?

目前电路负载基本上可以分为两种模式,其一为电阻型负载,这种负载在采用交流输入时,其电压与电流的波形都将呈现正弦曲线且相位相同,换句话说电压和电流都会在同一时刻逆转极性,能量一直为正向移动;另外一种则是电抗型负载,这种负载在采用交流输入时虽然电压与电流的波形同样为正弦曲线,但两个波形之间存在相位差,这样就无法保证电压与电流在每一个时刻都是相同的极性,在极性相反的周期内,能量是反向移动。


由于电压与电流波形之间存在相位差,因此会有反向能量即无效功率的产生

当然这两种都是理想状态下的负载,在实际应用中其实是电阻性负载与电抗型负载的混合,极少存在单一型负载的情况,因此在任意时刻的负载中会有两种不同方向的能量,其中只有正向能量是有价值的,我们将其称为有效功率,反向能量则称为无效功率,而两者的综合就是视在功率了。

为了体现电器设备对能量的利用率,我们就需要用到功率因数(Power Factor),即我们PC电源评测中常提到的PF值,这是一个有效功率除以视在功率所得出来的比值。而功率因数校正即PFC(Power Factor Correction)的用作就是提升PF值,它可以起到减少脉冲电流谐波分量、降低EMI电磁干扰、降低谐波失真度等作用,从是实现降低电网污染、使功率因数趋向于1的效果。

目前PC电源中有分为被动式PFC和主动式PFC,前者常见于低端电源产品或者是一些比较老旧的产品中,一般来说可以将电源的功率因数控制在0.7到0.8的范围,但一般不会超过0.8;后者则是目前主流和高端电源的标配,它可以将电源的功率因数控制在0.9甚至更高的水平,部分高端产的功率因数甚至可以无限接近于1。

什么是被动式PFC?

被动式PFC曾经是PC电源上的主流,现在虽然已经退出主流市场,但由于相对低廉的成本,因此其仍然活跃在额定功率400W以下的入门级电源产品中。被动式PFC电源的PF值大多在0.7到0.8左右,但甚少能有超过0.8的水平,毕竟要在被动式PFC电源上做到PF值0.8以上,从成本来说足以做主动式PFC电源,后者的PF值可以轻松达到0.9的水平。


被动式PFC电路中的PFC电感,图片源自游戏悍将80+ S400电源

常见于PC电源中的被动式PFC是电感补偿式,其通过减少交流输入的基波电流与电压之间相位差来提高功率因数,特点是在高压滤波电容附近有一个PFC电感,这个电感由多块硅钢片外部缠绕铜线而成,体积大、重量高,为了保证其安装稳固,现在不少被动式PFC电源会把PFC电感固定在外壳,再通过导线连接到主PCB上。

电感补偿式的被动式PFC有结构简单、成本低廉的优势,但是其电感的体积和重量都会随着电源额定功率的提升而增加,因此被动式PFC基本上不会用在额定功率比较高的电源产品中。另外由于被动式PFC电源往往有着比较高的重量,因此在玩家群体里产生了一种“电源越重品质越好”的判断方法,这个判断法一直沿用至今,虽然现在基本已经没有实用价值,但仍然被不少刚入门的玩家奉为信条。


这款达硕角斗士430电源的PFC电感其实是假的,你看出来了吗?

值得一提的是,由于有这样的判断法,在被动式PFC电源仍是主流的年代,有不少假冒伪劣产品会采用假的PFC电感,这些电感在表面上和真品没什么区别,但实际上可能只有硅钢片而没有铜线绕圈,甚至只是灌装水泥冒充的,以增加电源的重量。因此“电源越重品质越好”的判断方法就算有些参考意义,但显然不会是绝对的判断标准。


采用假PFC的电源,其PF值只有0.5到0.6的水平

此外被动式PFC电源对输入电压的稳定性有一定的要求,基本上电压波动的允许范围不会太广。而且由于被动式PFC适合在比较高的电压下使用,因此采用110V输入设计的被动式PFC电源还需要添加一个倍压器,将输入电压从110V增加至220V,以保证PFC电路工作的正常。

什么是主动式PFC?

主动式PFC在结构上来说基本就是一个通过PWM控制电流波形的AC/DC整流器,交流输入通过整流桥进行整流,然后PWM触发主动PFC电路中的MosFET管,分离中间直流电压到恒定脉冲序列,随后这些脉冲信号通过滤波电容,将相对平顺的电流送到主开关电路。


主动式PFC电路,图片源自游戏悍将SURPASS SP500电源

此外我们可以在主动式PFC电路中看到一个体积相对较大的电感线圈,这个电感线圈可以对电流起到缓冲和梳理的作用,当然它在体积和重量上比起被动式PFC的电感要小很多。


以先马金牌500W模组版为例的主动式PFC电源,PF值可以轻松达到0.9以上

从设计结构上来说,主动式PFC显然比被动式PFC更复杂,成本也更高。但是主动式PFC有着更宽广的电压适应能力,在电压波动较大的情况下仍然可以稳定工作,不少产品甚至直接支持110V到220V电压的输入。同时在功率因数校正的效果上,主动式PFC也有凌驾于被动式PFC,可以轻松达到0.9以上,部分高端产品甚至可以实现无限接近于1的效果。

此外由于主动式PFC电路的体积和重量都远小于被动式PFC,随着电源额定功率的提升,其在体积和重量上的变化也不会很大,因此在被动式PFC电源上“越重越好”的标准其实并不适合主动式PFC电源。

主动式PFC电源会更省电吗?

在主动式PFC电源刚刚步入主流的时候,又不少厂商为了宣传自家的主动式PFC电源产品,都纷纷打出了“主动式PFC电源更加省电”的旗帜,引导消费者选择采用主动式PFC设计的产品。但事实上是不是这样呢?主动式PFC电源就一定比被动式PFC电源省电吗?

如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。

真正能让你省电费的参数是电源的转换效率,这个转换效率直接影响电源有效功率的高低,在相同的输出负载下,转换效率更高的电源所需要的有效功率越低,你需要付的电费自然也越少了。

我们为什么要选择主动式PFC电源?

如果仅仅是从省电费的角度来考虑,电源是采用主动式PFC、被动式PFC甚至是有无PFC都没有什么关系,因为省钱与否的关键是在电源的转换效率。但是实际与理论总是有一些差别的,从客观事实来说,同样额定功率的电源产品,主动式PFC电源大部分确实有着比被动式PFC产品更高的转换效率,因为前者往往在做工、用料和架构上都会有更高的水平,品质也会更好,所以主动式PFC电源产品在客观上确实要更省电费,虽然两者没有必然的联系。

此外主动式PFC电源对交流输入电压的适应性也更强,基本上目前的宽幅电源都采用了主动式PFC设计,这样在电压波动比较大环境下,主动式PFC电源仍然可以保持稳定的输出。而被动式PFC电源对输入电压的稳定性有一定的要求,电压浮动的适应范围往往不如主动式PFC产品,在输入电压起伏较大的环境下可能无法正常工作。

另外选择主动式PFC电源也是一种环保观念,由于其PF值更接近于1,因此它对电网的负荷和污染也会更低,有利于减少不必要的能量消耗。现在PC电源中的80Plus认证不仅对产品的转换效率有要求,它还同时要求PC电源的PF值在0.9以上,因此80Plus认证在一定程度上也是对电源产品在环保贡献上的肯定。


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  • 游客  2016-09-13 09:16

    ccen3020 研究生 :

    无功应该是储存起来的能量,不是倒流回去的吧= =
    倒流回去那不是成了电表倒着转了
    2016-09-02 20:45
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  • 潘靖江 编辑 :

    如果反向能量可以存储起来就不是无效功率了,也不用担心PF值的高低了。

    反向能量并不是指电流往回走,通俗点说是指它加重了发电机的负载,但没有在电器中正常做功,连发热的作用也没有起到,对电网来说是一种污染。
    2016-09-05 10:23
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  • 游客:

    1.无功不会导致电表反转,一些长距离输电的高压发电厂,还要从电网吸收无功,如果电表反转还怎么赚钱。
    2.说实话,无功是什么这个很难理解,有点像是势能。例如发电机,无功是需要励磁来调节的,励磁也是需要电力来调节,那么,这些能量转换到哪里去了?网上说无功会和电源交换,但是电源基本上都是在发出无功。
    3.所以说,还是要交无功的电费的,而且功率因数过低,供电部门要罚款的。
    2016-09-05 19:11
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  • 其实因为相位差,导致正负能量抵消了,这个电表依然会转,但是其实没有电流做功

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    32#

  • 
  • 游客  2016-09-11 10:49

    主动式350W电源,正在为RX480显卡供电,表示很稳定,还能超频

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    31#

  • 
  • 游客  2016-09-10 00:24

    讲APFC的文章不应该缺少的两项内容
    一、无PFC和被动PFC的开关电源实际的输入电流波形,并不是一个滞后于电压波形的正弦波,而是一个和电压波形几乎同步,但只在电压最高点附近有尖锐峰值的畸变波形,这个畸变的波形带有大量谐波,谐波既增加了发电机和变压器的负载,也增加了输电的损耗。
    二、APFC电路还可以对后面的DC-DC电路起到“预稳压”的作用,所以对电网电压波动的适应性比无PFC和被动PFC设计更好。

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    30#

  • 
  • 游客  2016-09-05 19:11

    ccen3020 研究生 :

    无功应该是储存起来的能量,不是倒流回去的吧= =
    倒流回去那不是成了电表倒着转了
    2016-09-02 20:45
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  • 潘靖江 编辑 :

    如果反向能量可以存储起来就不是无效功率了,也不用担心PF值的高低了。

    反向能量并不是指电流往回走,通俗点说是指它加重了发电机的负载,但没有在电器中正常做功,连发热的作用也没有起到,对电网来说是一种污染。
    2016-09-05 10:23
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  • 1.无功不会导致电表反转,一些长距离输电的高压发电厂,还要从电网吸收无功,如果电表反转还怎么赚钱。
    2.说实话,无功是什么这个很难理解,有点像是势能。例如发电机,无功是需要励磁来调节的,励磁也是需要电力来调节,那么,这些能量转换到哪里去了?网上说无功会和电源交换,但是电源基本上都是在发出无功。
    3.所以说,还是要交无功的电费的,而且功率因数过低,供电部门要罚款的。

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    29#

  • 
  • 潘靖江编辑 2016-09-05 10:23

    ccen3020 研究生 :

    无功应该是储存起来的能量,不是倒流回去的吧= =
    倒流回去那不是成了电表倒着转了
    2016-09-02 20:45
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  • 如果反向能量可以存储起来就不是无效功率了,也不用担心PF值的高低了。

    反向能量并不是指电流往回走,通俗点说是指它加重了发电机的负载,但没有在电器中正常做功,连发热的作用也没有起到,对电网来说是一种污染。

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    28#

  • 
  • 游客  2016-09-04 23:46

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 我来给你讲通俗的。主动PFC确实比被动省电,但只是给电厂省电,你所交的电费并不会少一毛钱,明白吗

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    27#

  • 
  • 游客  2016-09-04 02:12

    借地问个问题 ——我想买块好电源 选好几款,但是不知道选哪款?请大家帮忙看下!备选电源:1-海盗船RM650X,2-海韵G-650,3-讯景XTR650,4-振华冰山金蝶GX650,5-振华 LEADEX G 650 —— 以上五款,都是额定650W,价格只有海盗船RM650X比较高,其它价格都接近,是不是海盗船那款最好?除此之外,其它四款电源大家觉得哪款最好?为什么?非常谢谢!!!如果可以的话,请解释下原因 谢谢!

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    26#

  • 
  • ccen3020研究生 2016-09-02 20:45

    无功应该是储存起来的能量,不是倒流回去的吧= =
    倒流回去那不是成了电表倒着转了

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    25#

  • 
  • 游客  2016-09-02 17:37

    去年学了中级电工,这个文章就变的很简单了

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    24#

  • 
  • 潘靖江编辑 2016-09-02 09:35

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 游客:

    基本上是这样,但pf太低会被停止供电的。而且pf太低的电源转换效率一般也高不到哪里去
    2016-09-01 21:08
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  • 游客:

    小编又在混淆概念了,pf值和转换效率是2个概念,pf值的高低的确不影响国内的电费,可是转换效率的高低是实实在在影响电费的
    2016-09-01 21:48
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  • 游客:

    更正一下,小编混淆概念倒不至于,只是结论有误导
    2016-09-01 22:02
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  • 小编并没有混淆概念,首先文章里有明确指出,PFC的作用是省电而不是省电费,省电是指它可以降低电网的负载也就是视在功率,不省电费是因为电表只计算有效功率,所以主动式PFC、被动式PFC有无PFC对电表上的数字是没有影响的,你交的电费也一样多。

    同时文章也有提到,真正影响电费高低的是转换效率,在负载相同的情况下,转换效率越高所需要的有效功率就越低。负载指的是电源的输出功率,有效功率则是指我们常说的输入功率

    另外主动式PFC电源转换效率往往比被动式PFC电源更高这个我也是有说到的,所以说只要你完完整整看完文章,理论上最后的结论是不会产生误导的。

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    23#

  • 
  • 卡吧基佬教授 2016-09-02 09:13

    现在也就超能课堂还在出好文。

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    22#

  • 
  • NISIZHIZHU教授 2016-09-02 07:56

    恩恩,丰田

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    21#

  • 
  • 游客  2016-09-01 22:19

    游客:

    "因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费"
    视在?现在?
    2016-09-01 12:43 已有2次举报
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  • 游客:

    百度视在功率 然后回去补高中物理电学
    2016-09-01 12:49
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  • 游客:

    高中电学可不学视在功率
    2016-09-01 15:04
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  • 游客:

    单个主电容才270μF的,不是应该都标称300W功率吗??怎么现在各种电源集体写500W??
    2016-09-01 15:53
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  • 耐压200V 和400V的区别

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    20#

  • 
  • squallgy研究生 2016-09-01 22:17

    好文章

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    19#

  • 
  • 游客  2016-09-01 22:02

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 游客:

    基本上是这样,但pf太低会被停止供电的。而且pf太低的电源转换效率一般也高不到哪里去
    2016-09-01 21:08
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  • 游客:

    小编又在混淆概念了,pf值和转换效率是2个概念,pf值的高低的确不影响国内的电费,可是转换效率的高低是实实在在影响电费的
    2016-09-01 21:48
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  • 更正一下,小编混淆概念倒不至于,只是结论有误导

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    18#

  • 
  • 游客  2016-09-01 21:51

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 当然有关系,转换效率被小编吃了

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    17#

  • 
  • 游客  2016-09-01 21:48

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 游客:

    基本上是这样,但pf太低会被停止供电的。而且pf太低的电源转换效率一般也高不到哪里去
    2016-09-01 21:08
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  • 小编又在混淆概念了,pf值和转换效率是2个概念,pf值的高低的确不影响国内的电费,可是转换效率的高低是实实在在影响电费的

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    16#

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  • 游客  2016-09-01 21:08

    游客:

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?
    2016-09-01 20:50
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  • 基本上是这样,但pf太低会被停止供电的。而且pf太低的电源转换效率一般也高不到哪里去

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    15#

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  • 游客  2016-09-01 20:50

    “【如果从宏观的角度来看,确实是这样没错的。同样是200W的有效功率,采用被动式PFC设计、PF值为0.8的PC电源需要消耗250W的视在功率,而采用主动式PFC设计、PF值为0.9的PC电源则只需要222W的视在功率,如果说视在功率相当于发电机的输出功率,那主动式PFC电源对发电机造成的负荷就更低,自然也就是更省电了。

    然而这样的省电对于消费者而言并没有什么实际意义,因为我们的电表只统计有效功率,并不是统计视在功率,换句话说你只需要为有效功率付电费,因此不管是主动式PFC、被动式PFC还是没有PFC,只要有效功率相同,电表上走的数字就是相同的,消费者需要支付的电费也是相同的。】”

    我也对这段话理解不能..........意思就是200W的使用感受,主动PFC需要222W,被动需要250W,但是!有与没有PFC,电表都只是跑200W有效功率的数值是么?所以省不省电跟PFC没关系是么?

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    14#

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  • 游客  2016-09-01 19:20

    好文!

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    13#

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