超能课堂(56)：主动式PFC与被动式PFC电源有什么不同？
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。