功率因数和啤酒的泡沫有什么共同点？

我一直认为功率因数 (PF) 是一个高级而复杂的话题，直到一位同事解释了 PF 和啤酒之间的关系。

功率因数（Power Factor）的大小与电路的负荷性质有关， 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。视在功率的平方＝有功功率的平方+无功功率的平方
有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。
无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，同时，大量无功功率在电网中来回传送，使得线损高企浪费严重。
为了减少电网的无功传送，就要求用户在用电端，给设备提供无功功率，这种提供无功功率的行为，就是无功补偿。提供无功功率的补偿设备，称之为：无功补偿装置。

原则上，PF（表示为 0 到 1 之间的值）决定了电子设备使用电力的效率。设计人员将始终努力实现理想的统一 PF（值为 1），这意味着电压和电流之间不存在相位角。换句话说，我们正在最大化能量转移。任何小于单位 PF 的东西都意味着电力公司必须提供比运行电子设备所需的更多的电流。这对公用事业公司来说是不方便的，因为他们必须建造更多的基础设施来支持低效的电力需求，而且对消费者来说也是一种滋扰，因为他们支付的电费将超过他们实际需要的费用。

以大屏幕高清电视 (HDTV) 为例。以 0.5 的功率因数运行的 200W 高清电视意味着电视需要 400VA (200W/0.5) 才能运行——但电视实际上只需要一半。因此，我们将支付双倍的看电视所需的能量！

图 1：标准尺寸的大屏幕高清电视

的确，随着 LED 技术的出现，电视的平均功耗随着时间的推移而下降。但是谈论电视让我有机会回到我最初对啤酒的评论，因为电视和啤酒（有时）是齐头并进的。

功率因数就像一杯啤酒。

从酒吧订购啤酒后，我们可能会收到一杯顶部有大量泡沫的玻璃杯。泡沫不可饮用，而且更令人讨厌，但我们实际上是在为此付出代价——实际上，这是一种浪费。由于我们实际上支付了整个杯子的费用，因此如果啤酒一直到边缘会好得多。在这个例子中，啤酒本身代表了电子设备实际需要的“真正的力量”。顶部的泡沫代表“无功功率”，整杯啤酒加上泡沫代表公用事业公司提供的“表观功率”。

（我不完全确定谁提出了 PF 和啤酒相关性，但显然它很流行——只需在互联网上搜索“功率因数校正和啤酒”）

图 2：将 PFC 视为一杯啤酒或苏打水

因此，主动 PF 校正 (PFC) 的目标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。世界各地的监管标准都要求改进 PF。IEC61000-3-2 标准适用于欧洲；中国和日本也采用了类似的标准。美国遵循美国能源部的能源之星指南。作为一般规则，所有额定功率为 75W 或更高的设备都需要包含有源 PFC。符合要求的最简单方法是将有源 PFC 集成到我们的设计中。法规没有明确要求使用有源 PFC，但确实要求 PF 超过一定百分比（能源之星要求），谐波低于EN61000-3-2中规定的谐波。

能源成本越来越重要，我们都必须减少对能源的总体依赖。所有电气设备（不仅仅是那些 >75W 的设备）都需要 PFC 只是时间问题。这一要求的大部分将由降低公用事业成本的愿望以及日益严格的新政府法规推动。如果我们希望领先于这些法规，或者只是在今天遵守我们的下一个交流供电设计，我建议我们遵循以下说明：

首先，喝一杯啤酒。

其次，查看 TI 的可实现统一 PF 的模拟、数字和组合PFC 控制器产品组合，或尝试阅读有关如何设计 PFC 的简单信息：

“以大屏幕高清电视 (HDTV) 为例。以 0.5 的功率因数运行的 200W HDTV 意味着电视需要 400VA (200W/0.5) 才能运行 - 但电视实际上只需要一半。因此，我们将支付两倍的看电视所需的能量！”