1.7 ATX电源中的功率

在高中物理中，我们学习过功率的概念。它是一个和功（能量）与时间有关的物理量（单位是W），是指单位时间内所做的功。在ATX电源中，有几个与功率有关的概念：视在功率、有功功率、无功功率和功率因数。

1．视在功率

考虑到ATX电源以交流市电220V为输入源，所以我们仅讨论交流市电220V以ATX电源为负载时的视在功率。

功率的定义是电压与电流的乘积。但是对于交流市电220V而言，其电压是呈正弦波形变化的。如果按照功率的定义，则交流市电220V在不同时刻的功率也一定是一个变化的值。总之，这个功率不是一个恒定的数值，它应随时间的变化而变化。

与此同时，我们又可以用钳形交流电流表（UT202）和万用表测量出真实ATX电源正常工作时的交流电流和交流电压，如图1-10所示（图中ATX电源为空载）。

钳形交流电流表测得此ATX电源空载时的交流电流为0.079A。另用万用表实测此交流市电220V的电压为233V。

这里就产生了一个矛盾，即用钳形交流电流表和万用表实测得到的恒定电压/电流值与交流市电220V的电流/电压值实际上是随时间的变化而变化的非恒定值之间的矛盾。

可见，在真正衡量交流电的功率时（仪器实测），人们实际上是对随时间的变化而变化的电压/电流值进行了一种合理的平均化变换，即实测得到的交流市电220V为233V、交流电流为0.079A都是一种平均值（实际为“有效值”）。

既然已经通过实测得到了从交流市电220V输入的实测电压/电流值，那么自然能够根据功率的定义计算出此时从交流市电220V输入的功率：233V×0.079A=18W。这个18W，就是此时ATX电源的从交流市电220V输入的视在功率。

2．有功功率和无功功率

从交流市电220V输入的电能，会被ATX电源转换后提供给主板等负载使用。那么请读者思考一个问题，这个转换过程是100%的转换吗？答案是否定的。

也许有的读者会说，任何电路都有其自身的损耗，这个过程当然不会是100%的转换。事实也的确如此。如果我们将ATX电源理想化，认为其无电路损耗，那么这个转换过程会是100%的转换吗？答案仍然是否定的。

对于基于电磁感应原理进行电能转换的设备而言，它们其实都是一种电感性负载（当然还存在与之对应的电容性负载及电阻性负载）。前面实测的、从交流市电220V输入的18W功率，除被ATX电源内置散热风扇和空载电阻消耗的功率之外，18W功率实际上还有两个去向：一个是读者已经考虑到的任何电路都有的自身损耗；另一个就是感性负载中的电感（ATX电源中的各种电感）产生的磁场中所储存的磁场能。

综上所述，如果从能量守恒的角度出发，可以不严格地认为有功功率是经ATX电源转换后，可被内置散热风扇、空载电阻、主板等负载所真实使用的功率，而无功功率则是ATX电源在换能过程中由其自身所占用的功率，这部分功率以磁场能的形式储存在ATX电源内部的电感之中。无功功率突出地表现为虽然这部分功率已经从交流市电220V输入到了ATX电源内部，但是无法被ATX电源输出到负载。因此，无功功率对于负载而言是毫无意义的。特别强调，这并不是说无功功率对ATX电源本身毫无意义。恰恰相反，无功功率的意义重大。

在电学中，无功功率并不是没有用的功率，它也不会凭空消失（能量不灭），它只是不能被负载所使用而已。无功功率的电学本质是交流市电220V电流与电压之间具有相位差（两者不同步），本书不再赘述。

理解有功功率和无功功率的概念对维修意义不大，但有助于我们理解PFC的功能。

不难理解，对于一个理想的ATX电源来说，我们希望它能够理想地完成换能过程：即在不考虑电路自身损耗的情况下，它从交流市电220V获得多少电能的输入，就能够在输出端子提供多少电能的输出。但是无功功率的存在实际上意味着ATX电源无法将从交流市电220V输入电能更为有效（再次强调，这里的有效与电路自身损耗毫无关系）地转换为负载可以使用的电能。

正是因为这个原因，人们开发了两种技术：主动（Active）PFC和被动（Passive）PFC。其目的是提高从交流市电220V输入能量的负载可利用率。

无论是无功功率还是有功功率，都对应着真实的能量。换句话说，ATX电源无论有没有使用PFC技术，与ATX电源能节约多少电能没有任何关系。因为能量的真正去处只有电路自身的损耗（如热损耗）和负载消耗。在某些电源宣传语中标榜PFC节约电能的广告语纯粹是贻笑大方的噱头。

使用主动PFC不仅不会省电，还会随着主动PFC电路元件的增加而增加ATX电源整体电路的自身损耗，实际上是更费电（用户需要交纳更多的电费）。但是，使用主动PFC所额外付出的电费支出对电网却有着重要的意义，它能够有效地保证电网所提供的交流市电220V不至于因为此ATX电源的接入而降低供电质量。总之，无论采用何种PFC，实际上都起不到省电的功能，但PFC可以提高能量转换的过程，使之更为有效，消除ATX电源本身对电网的不利影响。

3．功率因数

有功功率与视在功率的比值即为功率因数。

当设计中有被动PFC时，ATX电源的功率因数为0.70～0.80。当设计中有主动PFC时，ATX电源的功率因数通常可达到甚至超过0.98。