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功率因數修正電路之原理與常用元件規格
㆒、前言
½求高品質的電力供需，㆒直是全球各國所想要達到的目標，然而大量的興建電廠，並
非解決問題的唯㆒途徑 ㆒方面提高電力供給的½量 ㆒方面提高電氣產品的功率因數
，
，
（Power
factor）或效率，才½有效解決問題。有很多電氣產品，因其內部阻抗的特性，½得其功率因
數非常½，為提高電氣產品的功率因數，必須在電源輸入端加裝功率因數修正電路（Power
factor correction circuit）
，½是加裝電路勢必增加½造成本，這些費用到最後㆒定會½嫁給消
費者，因此廠商在節省成本的考量之㆘，通常會以½價為重而不願意讓客戶多花這些環保金，
大多數的消費者，也因為不了解功率因數修正電路的重要性，只以為興建電廠才是解決電力
不足問題的唯㆒方案，這是大多數開發㆗國家電力供應的㆒大問題之所在。本文將探討功率
因數的意義、功率因數修正電路的原理和電路常用元件的規格，期½消費者了解並支持提高
功率因數的意義，½造廠商在研發產品時有快速的解決方案。
㆓、功率因數的意義
電力公司經由輸配電系統送至用戶端的電力（市電）是電壓
100〜110Ｖ或 200〜240Ｖ，
頻率
50〜60Ｈ½的交流電，而電氣產品的負載阻抗有㆔種狀況，包括電阻性、電容性和電感
性等，其㆗只有電阻性負載會消耗功率而產生如光、音或熱等½源½換，而純電容性或純電
感性負載只會儲存½量，並不會造成½量的消耗。圖㆒、圖㆓和圖㆔分別為純電阻性、純電
容性和純電感性負載加㆖交流電壓後的電壓（Ｖ）
、電流（Ｉ）及功率（Ｐ）的電路簡圖和波
½。
I
v
R
(a)
圖㆒、純電阻性負載的電路簡圖和波½
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I
v
C
(a)
圖㆓、純電容性負載的電路簡圖和波½
I
v
L
(a)
圖㆔、純電感性負載的電路簡圖和波½
電力消耗的瞬時功率為電壓和電流的乘積，即Ｐ＝Ｖ× Ｉ ，我們可以把波½圖㆖每㆒個
Ｖ和Ｉ的弦波圖½相乘而得到另㆒個弦波圖½Ｐ，則發現到圖㆒（½）的純電阻性負載，功
率Ｐ½是在正的方向㆖變化（即波½在橫軸㆖方）
，而在㆒個週期內電壓源Ｖ在電阻Ｒ㆖所做
的功Ｗ為Ｐ在週期Ｔ內和橫軸所圍繞的面積，即
W
=
∫
Pdt
，由此可知加諸在電阻性負載㆖
0
T
的電源是½實功。然而若為純電容性或純電感性負載如圖㆓（½）和圖㆔（½）
，其功率變化
是在橫軸的㆖㆘來回震盪，且每
90
Ｏ
相½變換㆒次，其所½的功Ｗ為Ｐ在週期Ｔ內的積分值，
即
W
=
∫
Pdt
=
0
，這是因為正相面積和反相面積相互抵消之故，可見電流½功只是正相時間
0
T
給負載，½是在反相時又把功要回去，所½的功是虛功，因此純電容或純電感負載只½儲存
½量用而不½消耗或½換½量用。㆒般而言，不同的電氣產品其負載狀況½相當複雜，如傳
統電鍋、電暖爐…等為純電阻性負載，馬達、洗衣機…等通常近似為電阻性加㆖電感性負載，
日光燈管的負載狀況則在啟動或穩定狀況½不㆒樣，所以電壓和電流的波½愈加複雜。
在純電阻性負載狀況㆘，其電壓和電流是相同的相½，而純電容性負載狀況㆘，其電流
的相½超前電壓
90
Ｏ
，純電感性負載電壓的相½則超前電流
90
Ｏ
，若負載是電阻性加㆖電容性
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時，視電容大小，電流的相½會超前電壓
0〜90
Ｏ
之間，而若負載是電阻性加㆖電感性時，視
電感大小，電流的相½會½後電壓
0〜90
Ｏ
之間，這超前或½後的角度直接½響了負載對½量
的消耗和儲存的狀況，因此定義了實功率為：
Ｐ＝ＶＩＣ½½θ
【1】
其㆗Ｐ為功率，Ｖ為交流電壓值，Ｉ為交流電流值，θ為Ｖ和Ｉ的夾角。Ｃ½½θ的值介於
0〜1
之間，此值直接½響了電流對負載½實功的狀況，稱之為“功率因數（Power
Factor，簡
稱ＰＦ）”。由圖㆒可看出，在純電阻負載時Ｖ和Ｉ的夾角θ為
0，故Ｃ½½θ﹦1，
Ｐ＝ＶＩ，可知全為½實功，由圖㆓及圖㆔，在純電容及純電感性負載時Ｖ和Ｉ的夾角θ為
Ｏ
90
，故Ｃ½½θ﹦0，Ｐ＝ＶＩ•0 ＝
0，可知完全沒有½實功。㆒般家電產品的電流波½
並不完全是弦波½式，且Ｖ和Ｉ的夾角θ亦不完全為
0，故所½的實功也不會直接是電壓Ｖ
和電流Ｉ的乘積，必然有部分的功用來½虛功，而這些虛功，½用者不必付費，電力公司卻
必需增加發電容量來提供存放½量的需求。大多數家電的ＰＦ值約
0.5〜0.6
之間，有些洗衣
機和電冰箱甚至更½，為了消費者的需求，電力公司所提供的功率是Ｐ＝ＶＩ的量，其實收
的費用只針對Ｐ＝ＶＩＣ½½θ來收，對於電力公司而言，若消費者½可把ＰＦ值控制在
0.9
以㆖，則將可少興建很多電廠。
以橋式整流電路為例，幾乎所有½用到直流電的電氣產品，其電源供應器的最前面㆒級
大½會½用橋式整流，再加㆖㆒個大濾波電容，其電路如圖㆕所示，各節點的波½圖如圖五
所示。
Vb
j
Va
ι
ＡＣ
-
+
Vc
+
C
負
載
-
圖㆕、橋式整流濾波電路
在沒有濾波電容Ｃ的情況㆘，正弦波交流電
Va
輸入橋式整流子後得到如
Vb
的波½，經過濾
波電容Ｃ的儲存電荷½用之後，得到近似穩定的直流電壓波½
Vc，仔細看 Vc
波½㆖的時段
Ａ（陰½部分）Vc＝Vb，此即表示
Vb
點有電流流向
Vc
點而至負載同時對電容
C
充電以保
持½電壓，故
Vb
點有電流
j
流向電容及負載，同時
Va
點亦有電流ι。而進入時段Ｂ，Vc 點
電壓由於有電容保持之故，剛呈現近乎峰值電壓的準½，隨後因為負載的消耗功率而有緩慢
㆘降的趨勢，½是此時的
Vc
電壓仍高於
Vb，故此時段 Vb
點的電流
j＝0，相對的 Va
點的
電流亦ι＝0。由此可知，Va 點的電壓供應，只會在
Va
為峰值的附近（即時段Ａ）時才會有
電流，故電流波½為脈波狀，這種功因是不良的，有兩種情況會½功因更糟，且可½發生危
險，第㆒種情況是負載加重時，由於輸入端必需提高功率，在時段Ｂ內電流
j＝0，則表示在
時段Ａ時，電流ι的峰值必須增加許多，此時橋式整流子的耐電流亦必須增加許多，才不會
燒燬，因此增加許多成本。第㆓種情況是在電容Ｃ加大時，電容的放電速度較慢，時段Ｂ會
增長而時段Ａ會變短，顯然電流的峰值必須增加許多才會符合所傳遞的功率值，是故橋式整
流之後再加電容濾波而得到的直流電壓會產生很多缺點。
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若畫出電壓
Va
、電流ι和功率Ｐ＝Va × ι的波½時，則可看出其瞬時功率的狀況，如
圖六所示，瞬時功率的峰值相當高，表示電力公司必須提供相當高的功率以備½用，然而實
際向消費者收取的費用僅依Ｐ圖½㆖陰½部分的面積所代表的½量來收取而已，然而若經過
ＰＦＣ整½後的電流即功率波½（如圖六灰線所示）
，則瞬時功率必然不會過高，電力公司也
無須供應太高的瞬時功率，對於電力品質的提升有很大的幫助。
圖五、橋式整流濾波電路各點之電壓及電流波½
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圖六、橋式整流濾波電路之輸入電壓、電流及瞬時功率波½
㆔、功因修正器的架構
功因修正器的主要½用是讓電壓與電流的相½相同且½負載近似於電阻性，因此在電路
設計㆖有很多種½法，其㆗依½用的元件來分類，可分為被動式功因修正器和主動式功因修
正器兩種。被動式功因修正器對於功因值的要求較不嚴謹，其½法是½用含有氣隙½鋼片½
式的電感串聯在輸入端㆖
（如圖七）
，或配合電容½ＬＣ型或π型½通濾波器
（如圖八½、½）
。
然而愈是要對½頻有½用的電感，其電感值必需愈大，因此，常用來組裝在個㆟電腦㆖的
ATX
Power，若加裝電感或π型濾波器½成被動式功因修正器時，體積½相當大且笨重，功因值在
最½的狀況㆘也只½達到
70%而已，在嚴格的功因要求規範㆘並不適用。
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