對(duì)80 Plus的抱怨之一是它沒(méi)有針對(duì)極低負(fù)載水平規(guī)定效率目標(biāo)。這似乎是一件不值得做的事，但當(dāng)有大量計(jì)算機(jī)工作時(shí)(如服務(wù)器群)時(shí)就不是這么回事了，因?yàn)槠渲械脑S多計(jì)算機(jī)在某一特定時(shí)刻可能處于待機(jī)或睡眠模式。具有諷刺意味的是，處理器的節(jié)能模式與盡可能節(jié)省交流電源功率之間似乎是矛盾的。

　　更重要的也許是以下兩方面之間的沖突：一方面是像IEC61000-3-2那樣規(guī)定對(duì)諧波失真各個(gè)分量的要求，另一方面是像高級(jí)80 Plus標(biāo)準(zhǔn)那樣規(guī)定單個(gè)值，例如功率因數(shù)為0.9。

　　德州儀器(TI)的Isaac Cohen和Bing Lu在合著的白皮書(shū)“高功率因素和高效率：兩者可以兼得(High Power Factor and High Efficiency – You Can Have Both)”中提供了對(duì)這些問(wèn)題的有趣分析。在這篇論文的開(kāi)頭，作者就計(jì)算了IEC61000-3-2 D類規(guī)范規(guī)定的D類諧波水平所代表的功率因數(shù)。經(jīng)過(guò)一些簡(jiǎn)化后，功率因數(shù)表達(dá)式被精簡(jiǎn)為：

　　由于0.726遠(yuǎn)小于0.9，因此只滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)最低要求的電源將無(wú)法滿足能源之星要求。

　　更讓人感興趣的是，TI作者表示，根據(jù)功率因數(shù)的基本定義：負(fù)載從電壓或電流源吸收的平均功率(用瓦數(shù)表示)與出現(xiàn)在負(fù)載上的RMS電壓與負(fù)載中流動(dòng)的RMS電流乘積之比，理論上可以設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)單的全波橋，并用方波驅(qū)動(dòng)，通過(guò)“模擬具有大電感值的感應(yīng)輸入濾波器”，這種橋可以滿足能源之星提出的0.9功率因數(shù)要求(詳情請(qǐng)參考上述白皮書(shū))。但是，對(duì)方波的傅里葉分析表明，所有11次以上諧波都超過(guò)了IEC61000-3-2的限制。

　　最終，正如白皮書(shū)標(biāo)題提示的那樣，問(wèn)題變得很奇怪。“幸運(yùn)的是，所有經(jīng)常使用的有源PFC電路吸收的輸入電流波型都能輕松符合兩種標(biāo)準(zhǔn)。”作者指出。

　　與TI一樣，安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)已經(jīng)解決了協(xié)調(diào)問(wèn)題。在一次主題為“探討外部電源(EPS)的能源之星要求(草案1版本2.0)”的在線交流中，安森美公司提示美國(guó)能源部，滿足IEC61000-3-3的外部電源在百分之百額定輸出功率下測(cè)量時(shí)一般都具有0.85或更高的功率因數(shù)。

　　“更明確地說(shuō)，采用百分之百額定輸出功率和230V交流線路時(shí)，帶有源PFC前端的兩級(jí)外部電源可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)0.9的功率因數(shù)。”那篇論文解釋道，“不過(guò)反過(guò)來(lái)卻不成立，也就是說(shuō)，一個(gè)外部電源可能達(dá)到0.9的功率因數(shù)，但仍然可能達(dá)不到特定的奇次諧波電流，因而無(wú)法滿足IEC61000-3-2要求。”

　　與直接表述PFC要求而不是個(gè)別諧波有關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題與設(shè)計(jì)效率有關(guān)。單級(jí)PFC拓?fù)湟獫M足建議的230V交流線上的功率因數(shù)規(guī)范，安森美表示，必需做一定的電路修改，這將導(dǎo)致少量的效率損失，并增加一定的成本。

　　“對(duì)于單級(jí)外部電源來(lái)說(shuō)功率因數(shù)通常超過(guò)0.8。建議的功率因數(shù)要求將取消單相拓?fù)?，這是創(chuàng)建銘牌輸出功率低于150W的高效外部電源(如筆記本適配器)的最具成本效益的方式之一。”安森美公司表示。

　　請(qǐng)注意這里強(qiáng)調(diào)的是單級(jí)。它打開(kāi)了TI和安森美提出的有趣設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決之門。為了理解這些問(wèn)題，讓我們先看看實(shí)際的PFC設(shè)計(jì)方法。

　　實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的途徑

　　由于不連續(xù)的輸入濾波器充電電流會(huì)在開(kāi)關(guān)模式電源中形成低功率因數(shù)，解決方法是增大整流器的導(dǎo)通角。解決方案包括無(wú)源和有源PFC以及無(wú)源或有源濾波。

　　無(wú)源PFC在電源輸入端有一個(gè)電感。無(wú)源PFC看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但不實(shí)用，究其原因包括必要的電感、傳導(dǎo)損耗以及與輸出濾波電容的可能的諧振。

　　如上所述，之所以出現(xiàn)交流輸入開(kāi)關(guān)模式電源中的功率因數(shù)問(wèn)題，是因?yàn)閮H在部分交流電源電壓波形超過(guò)大容量存儲(chǔ)(濾波器)電容上的直流電壓時(shí)，才能從電力線吸取電流。這種非對(duì)稱電流汲取會(huì)在電力線上引入交流線路電壓諧波。

　　基本的 PFC概念(圖2)相當(dāng)簡(jiǎn)單?？刂齐娐烽_(kāi)關(guān)MOSFET以便通過(guò)電感用填充間隙的方式汲取電流，否則間隙中就會(huì)出現(xiàn)諧波。

　　圖2：AC-DC電源中的PFC包括利用控制電路開(kāi)關(guān)一個(gè)MOSFET，以便通過(guò)電感用填充間隙的方式汲取電流，否則間隙中將出現(xiàn)諧波。

　　PFC控制器可以設(shè)計(jì)為工作在多種模式：臨界導(dǎo)通模式(也稱為轉(zhuǎn)換模式)和連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)。區(qū)別在于MOSFET開(kāi)關(guān)操作的速度，它決定了電感電流(和電感中的能量)是否接近零或保持較高水平。

　　術(shù)語(yǔ)“臨界”和“轉(zhuǎn)換”反映了每次電流接近0A，電感處于能量接近0點(diǎn)的事實(shí)。轉(zhuǎn)換模式工作可以實(shí)現(xiàn)0.9的功率因數(shù)。但是，轉(zhuǎn)換模式僅限于較低功率水平，一般在600W以下。由于只使用了相對(duì)很少的元件，因而非常經(jīng)濟(jì)。這類應(yīng)用包括照明整流器和LED照明以及消費(fèi)電子。

　　CCM的電路拓?fù)漕愃婆R界導(dǎo)通模式。但與較簡(jiǎn)單模式不同，它的紋波電流具有低得多的峰峰幅度，并且不會(huì)到0A。電感中總是有電流流過(guò)，不會(huì)在每個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)周期釋放掉所有能量，因此是“連續(xù)的”。

　　在本例中，平均電流將產(chǎn)生更高質(zhì)量的復(fù)合交流電流，因此有可能實(shí)現(xiàn)接近1的功率因數(shù)。這一點(diǎn)在較高功率電平時(shí)很重要，因?yàn)檩^大的電流會(huì)放大幅射和傳導(dǎo)的電磁干擾(EMI)水平，使臨界導(dǎo)通模式很難應(yīng)付。