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PF（功率因数）

功率因数作为衡量电气设备效率高低的一个重要指标，直接关联到电网的输电效率和稳定性。当功率因数较低时，意味着电网中存在大量的无功功率，这不仅会增加电网的损耗，还可能导致电网电压波动和不稳定。因此，提高功率因数是电力系统优化和节能降耗的重要手段之一。

THD（总谐波失真）

总谐波失真则反映了电流或电压波形中谐波成分的多少，是评估波形畸变程度的关键指标。谐波的存在不仅会增加电网的损耗，还可能对电网中的其他设备造成干扰和损害。控制谐波的产生和传播，降低THD值，也是电力系统设计和运维中需要考虑的重要问题。

PF与THD的关系尽管PF和THD是两个不同的参数，但它们之间确实存在一定的关系。理论上，谐波电流的存在会增加视在功率而不增加有功功率，从而导致功率因数下降。这是因为谐波电流与基波电流在相位上可能存在差异，导致它们与电压之间的相位差增大，进而降低了功率因数。这种关系并不是绝对的。因为功率因数还受到电流与电压相位差的影响，而相位差的大小并不完全由谐波决定。不同设备和电路条件下，PF和THD之间的关系也可能有所不同。

在实际应用中，为了提高电力系统的效率和稳定性，需要综合考虑PF和THD两个参数的影响。在设计和选择电力设备时，应选择功率因数高、谐波产生少的设备；在电网运维过程中，应采取有效的谐波抑制措施，降低电网中的谐波含量和THD值；通过调整电网参数和优化电网结构等方式，提高功率因数并降低电网损耗。

下面两个附件可以看看，可以更详细的了解：

运算放大器失真：HD、THD、THD + N、IMD、SFDR、MTPR.pdf

如何降低 PFC.pdf

在交流/直流（AC/DC）转换器中，功率因数（PF）和总谐波失真（THD）是评估电源性能的两个关键参数。这两个参数不仅影响电源的效率，还关系到电源的稳定性和可靠性。功率因数（PF）

功率因数定义为有功功率（P）与视在功率（S）的比值。

从公式上我们可以了解到 THD越大，PF越低，THD越小，PF越大。因此我们可以大概明白到规格书上的 PF>0.9, THD<10%之类的数据。

其中 φ 是电压与电流之间的相位差。在理想情况下，电压和电流完全同相，此时 φ=0，PF=1。但在实际电路中，由于各种因素（如电感、电容等元件的存在）导致电压和电流之间存在相位差，以及谐波电流的存在，使得功率因数通常小于1。

总谐波失真（THD）

总谐波失真衡量了信号中谐波成分相对于基波成分的大小。在电力系统中，它反映了电流或电压波形的畸变程度。THD越大，说明波形畸变越严重，谐波成分越多。谐波不仅会增加电网的损耗，还可能对电网中的其他设备造成干扰。

PF与THD的关系

虽然从数学上直接推导出“THD越大，PF越低”的严格公式可能较为复杂，但我们可以从物理意义上理解这种关系。谐波电流的存在会增加视在功率（因为谐波电流也贡献了一部分功率，但这部分功率并不做功），而不增加有功功率（因为谐波电流与电压之间的相位差可能使得它们之间的乘积不产生有功功率）。因此，谐波电流的增加会导致功率因数的下降。

提高功率因数的措施降低电源电流的谐波：通过采用滤波器（如LC滤波器、有源电力滤波器APF等）来滤除或抑制谐波电流。

使电源电流与电源电压保持同相：这通常通过调整电源电路中的电感、电容等元件来实现，使得电流波形尽可能接近电压波形，从而减小相位差。

规格书中的数据

在电源产品的规格书中，通常会给出PF和THD的指标，如“PF>0.9, THD<10%”。这些数据是制造商对电源性能的一种承诺和保证，用户可以根据这些指标来评估电源产品的性能和质量。

在交流/直流转换器中功率因数(Power Factor，PF) & 总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)是两项最主要的考量，因为功率因数&总谐波失真与电源性能有着密不可分的关系，良好的功率因数&总谐波失真具有可充分利用电源的设备容量﹑降低峰值电流﹑抑制谐波成份及延長直流测滤波电容寿命等优点。

PF(有的也用入表示)和THD的关系，我们重写公式如下：

当 PF 为 0.5~0.6 的时候，以及 PF为 0.9~1的时候，两个区域如图所示，这两个区域即为目前中小功率用电设备的典型PF值。

再深入下去，我们取两个点，如在 PF=0.5~0.6的区间里选一个点，在PF=0.9~1的区间里选一个点，如图 所示，可以得到:

PF=0.55，THD=120%，cosp=0.86

PF=0.90，THD=20%，cosp=0.92

有意思的问题来了，两个PF值相差很大，但其实相移因数并没有太多的差异而影响 PF 的却是 THD，从 20% 变化到 120%。

PF 和 THD 综合影响：

PF 和 THD 综合影响之相移因数为 1、0.5、0.8 时 THD 和 PF 的关系：

正是由于不同PF之间的相移因数差异化不大，而THD占主导，所以现在的开关电源设计书籍中，都选择性地“忽略”了相移因数这项，即提高 PF 一般变成了减少 THD，这也与IEC61000-3-2标准的定义一致。

PF与THD在开关电源设计中的关系

相移因数与THD的主导作用：在开关电源设计中，由于不同PF之间的相移因数差异化不大，而THD对PF的影响更为显著，因此THD往往成为提高PF的关键因素。

这是因为开关电源中的电流波形往往包含大量的谐波成分，这些谐波成分不仅降低了PF，还可能对电网和其他用电设备造成干扰。

IEC61000-3-2标准的定义：该标准规定了交流电源系统中输入电流的总谐波失真限制，对于50Hz的电源系统，THD限制为不大于8%；对于60Hz的电源系统，THD限制为不大于5%。

这与开关电源设计中通过减少THD来提高PF的做法是一致的。

“忽略”相移因数的原因：在许多开关电源设计书籍中，由于相移因数对PF的影响相对较小，且难以直接通过电路设计进行精确调整，因此往往选择性地“忽略”了相移因数这项。

相反，通过优化电路设计、采用滤波器等技术手段来减少THD，成为提高PF的主要途径。

PF与THD的相互影响THD对PF的影响：THD越大，表示电流波形中的谐波成分越多，这些谐波成分会导致电路中的无功功率增加，从而降低PF。PF对THD的间接影响：虽然PF本身并不直接决定THD的大小，但提高PF的设计目标往往促使设计者采取措施来减少谐波成分（如增加滤波器），从而间接降低THD。

总结：在开关电源设计中，PF与THD之间存在密切的关系。由于相移因数差异化不大且难以直接调整，设计者往往通过减少THD来提高PF。这与IEC61000-3-2标准的定义一致，并在许多开关电源设计书籍中得到了体现。在很多场合下，PF默认与THD画上了等号。也需要注意到PF与THD之间的相互影响以及它们各自在电路设计中的重要作用。