功率因數(shù)和啤酒的泡沫有什么共同點？

我一直認為功率因數(shù) (PF) 是一個高級而復(fù)雜的話題，直到一位同事解釋了 PF 和啤酒之間的關(guān)系。

功率因數(shù)（Power Factor）的大小與電路的負荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。

功率因數(shù)的定義公式：功率因數(shù)＝有功功率/視在功率。視在功率的平方＝有功功率的平方+無功功率的平方
有功功率，是設(shè)備消耗了的，轉(zhuǎn)換為其他能量的功率。
無功功率，是維持設(shè)備運轉(zhuǎn)，但是并不消耗的能量。他存在于電網(wǎng)與設(shè)備之間，是電網(wǎng)和設(shè)備不可缺少的能量部分。但是無功功率如果被設(shè)備占用過多，就造成電網(wǎng)效率低下，同時，大量無功功率在電網(wǎng)中來回傳送，使得線損高企浪費嚴重。
為了減少電網(wǎng)的無功傳送，就要求用戶在用電端，給設(shè)備提供無功功率，這種提供無功功率的行為，就是無功補償。提供無功功率的補償設(shè)備，稱之為：無功補償裝置。

原則上，PF（表示為 0 到 1 之間的值）決定了電子設(shè)備使用電力的效率。設(shè)計人員將始終努力實現(xiàn)理想的統(tǒng)一 PF（值為 1），這意味著電壓和電流之間不存在相位角。換句話說，我們正在最大化能量轉(zhuǎn)移。任何小于單位 PF 的東西都意味著電力公司必須提供比運行電子設(shè)備所需的更多的電流。這對公用事業(yè)公司來說是不方便的，因為他們必須建造更多的基礎(chǔ)設(shè)施來支持低效的電力需求，而且對消費者來說也是一種滋擾，因為他們支付的電費將超過他們實際需要的費用。

以大屏幕高清電視 (HDTV) 為例。以 0.5 的功率因數(shù)運行的 200W 高清電視意味著電視需要 400VA (200W/0.5) 才能運行——但電視實際上只需要一半。因此，我們將支付雙倍的看電視所需的能量！

圖 1：標準尺寸的大屏幕高清電視

的確，隨著 LED 技術(shù)的出現(xiàn)，電視的平均功耗隨著時間的推移而下降。但是談?wù)撾娨曌屛矣袡C會回到我最初對啤酒的評論，因為電視和啤酒（有時）是齊頭并進的。

功率因數(shù)就像一杯啤酒。

從酒吧訂購啤酒后，我們可能會收到一杯頂部有大量泡沫的玻璃杯。泡沫不可飲用，而且更令人討厭，但我們實際上是在為此付出代價——實際上，這是一種浪費。由于我們實際上支付了整個杯子的費用，因此如果啤酒一直到邊緣會好得多。在這個例子中，啤酒本身代表了電子設(shè)備實際需要的“真正的力量”。頂部的泡沫代表“無功功率”，整杯啤酒加上泡沫代表公用事業(yè)公司提供的“表觀功率”。

（我不完全確定誰提出了 PF 和啤酒相關(guān)性，但顯然它很流行——只需在互聯(lián)網(wǎng)上搜索“功率因數(shù)校正和啤酒”）

圖 2：將 PFC 視為一杯啤酒或蘇打水

因此，主動 PF 校正 (PFC) 的目標是最大限度地利用所有可用能量，而不是使用部分但不是全部可用能量。世界各地的監(jiān)管標準都要求改進 PF。IEC61000-3-2 標準適用于歐洲；中國和日本也采用了類似的標準。美國遵循美國能源部的能源之星指南。作為一般規(guī)則，所有額定功率為 75W 或更高的設(shè)備都需要包含有源 PFC。符合要求的最簡單方法是將有源 PFC 集成到我們的設(shè)計中。法規(guī)沒有明確要求使用有源 PFC，但確實要求 PF 超過一定百分比（能源之星要求），諧波低于EN61000-3-2中規(guī)定的諧波。

能源成本越來越重要，我們都必須減少對能源的總體依賴。所有電氣設(shè)備（不僅僅是那些 >75W 的設(shè)備）都需要 PFC 只是時間問題。這一要求的大部分將由降低公用事業(yè)成本的愿望以及日益嚴格的新政府法規(guī)推動。如果我們希望領(lǐng)先于這些法規(guī)，或者只是在今天遵守我們的下一個交流供電設(shè)計，我建議我們遵循以下說明：

首先，喝一杯啤酒。

其次，查看 TI 的可實現(xiàn)統(tǒng)一 PF 的模擬、數(shù)字和組合PFC 控制器產(chǎn)品組合，或嘗試閱讀有關(guān)如何設(shè)計 PFC 的簡單信息：

“以大屏幕高清電視 (HDTV) 為例。以 0.5 的功率因數(shù)運行的 200W HDTV 意味著電視需要 400VA (200W/0.5) 才能運行 - 但電視實際上只需要一半。因此，我們將支付兩倍的看電視所需的能量！”