切換式電源PF & THD 規格介紹與影響

1.前言:
隨著資訊與科技的快速成長，人們對於電力的需求也愈來愈高，相對地使得人們開始重視電力供需的品質。電力系統供電時隨著負載側阻抗特性之不同，可能導致輸入側之電流產生相位移或畸變，因此必須加入功率因數修正器(Power Factor Corrector，PFC)，使得電源輸入電流維持正弦波形並與電源電壓同相位，進而提高有效功率的利用、降低輸入突波電流與抑制輸入電流諧波成份。

在交流/直流轉換器中功率因數(Power Factor，PF) & 總諧波失真(Total Harmonic Distortion，THD)是兩項最主要的考量，因為功率因數&總諧波失真與電源性能有著密不可分的關係，良好的功率因數& 總諧波失真具有可充份利用電源的設備容量、降低峰值電流、抑制諧波成份及延長直流側濾波電容壽命等優點。

2.定義THD:

電流is可以利用傅立葉級數展開成基本波is1與其他各諧波的總和。若電壓vs為一標準的正弦波，則vs可表示為：

(2-1)

其中Vs為vs的有效值，ω1為基本頻。假設電源電流is無直流成份，則is可表示為：
 (2-2)

其中ish(t)為第h次諧波，則is(t)可表示為：

(2-3)

其中Is1為is1的有效值，Ish為ish的有效值，Φ1為vs與is1之間的相位差，ωh為h次頻。因此is的有效值為：

(2-4)

其中T為週期，is的有效值也可表示成(2-5)式：

(2-5)

總失真電流成份可由(2-2)式得知：

(2-6)

idis其有效值為：

(2-7)

THD的定義為：

(2-8)

3.定義PF:
PF之定義為平均功率 (Average Power) P對視在功率 (Apparent Power) S的比值：

(2-9)

平均功率P可由定義求得：

(2-10)

由於

(2-11)

其中a與b為正整數，T為週期，因此只有基本波電流對實功率有所貢獻：

(2-12)

視在功率S的定義則為：

(2-13)

其中Is為電流is的有效值，因此PF值為：

(2-14)

在(2-14)式中，定義位移功率因數(Displacement Power Factor, DPF)為：

(2-15)

因此(2-14)式可改寫為：

(2-16)

將(2-8)式代入(2-16)式，亦可將PF表示為：

(2-17)