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功率因数（Power Factor，PF）一词，是电源工程师非常熟悉的一个名词，基本上从接触电源伊始，就会接触到PF这个名词。与之相对应的是，PF的概念及意义，却是众多工程师疑惑的问题，不管新手还是经验丰富的工程师，在此概念上都或多或少存在过困惑。本书希望正本清源，理清PF这一概念，同时希望纠正网络上流传的众多资料中错误的概念及表述。
本书的读者至少在如下一些描述中遇到过令他们头痛的问题，很多情况是在面试中被问到，它们看起来是那么理所当然，但实际作答时却无从下手：
问题1： PF会大于1吗？
问题2： PF有负数吗？
问题3： PF与电路负载有关系吗？
问题4： 直流电也存在PF的概念吗？
问题5： PF是表征用电设备还是表征输入电网的特性？
问题6： PF是政府与产品生产者/使用者之间的博弈吗？即PF代表谁的立场？或者说为什么对PF有要求？
问题7： PF与电源电路拓扑结构有关系吗？
问题8： PF与电源效率有关系吗？PF高了，效率会提高或降低吗？
问题9： PF和总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）成反比吗（这一点后面有一节会专门讨论）？
问题10： 为什么信息技术类设备在75W以上会要求“PF”，而目前照明类产品却一般在25W以上要求“PF”（注意：此处的PF都加了引号）？
问题11： PF和功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）的关联是怎样的（众多资料混淆了二者的概念）？
面对上述这些表面看似简单的问题，我们还是一步步从源头出发，拿起我们曾经忘记过的课本（不需要很复杂的数学理论分析，也不需要很高深的电路分析理论，只需要最简单的电路学或是电工学基础即可），有些电源行业从业者并不一定系统地学过电路分析等专业课程，但是这不妨碍我们的理解，在这里我们试图以一种较为简洁的方式来说明PF这一参数的意义和价值，为后面电源电路设计提供一定的理论基础。注意，本书不刻意去强调理论的重要性，因为本书的宗旨即是一本工程化实用设计指南，如果过多着墨于理论分析，那有悖于本书出版的目的，因为大量的公式和理论分析会让80%以上的工程技术人员望而却步，从而造成的结果是，一本书总是翻在前几页，而永远不会看完。在海量知识包围的今天，工程技术人员受到“快餐式”研发流程的影响，让他们花大量的时间在阅读理论分析上有点不太现实，所以在本书里，我们只讲最关键最重要的公式，也会把公式讲透。
从图1—1中可以看到，功率因数包括两个部分，一个称之为位移因数（这里用cos φ 表示），一个称之为畸变因数。用数学公式表达即为
注意，在抛出所有的问题之前，读者需要知道的是，PF的符号是希腊字母 λ ，而不是cos φ 。
图1—1 功率因数的两个部分
诚如之前所述，众多读者对公式不太敏感，故我们仍以图形化来表示。
为了便于理解，现假设对于从发电装置里出来的电压信号，我们默认将其作为基准，且其波形是标准正弦曲线。
在这里，我们先定义如下：
位移因数cos φ 被定义为固定在某一参考点下，电压与电流之间的相位差，即电流与电压不同步，这是从时序上去看，从图1—2可知，它是有正负向之分的。
图1—2 功率因数两个部分的图形化表示
畸变因数被定义为电流与电压的波形形状不同，因为如前面设定，电压为完美的正弦曲线，但电流由于接在电网上的负载不同，导致汲取的电流波形形状与电压波形不同，这是从波形角度来看。
基于式（1-1）我们可以看到，位移因数，其值范围为-1～1。而畸变因数永远≤1，所以我们可以知道PF的数值范围为-1～1，不会超过1，这即回答了问题1。同时我们一般是从电网端去观察，所以PF同时也反映出设备接入电网后，电网受到的影响程度，所以PF是同时反映出用电设备和电网端的性能。
由于接入电网的负载有各种各样不同的形态，PF会受到负载的不同影响进而不同，一般有如下三种情况：
1）纯阻性负载，即负载对位移没有影响，对畸变也不构成影响。典型负载如白炽灯泡、加热器等；
2）纯无功元件（电容或是电感）负载，这只对位移产生影响，对畸变不构成影响。此类典型负载有电机类负载；
3）非线性负载，1）与2）的组合，这样即为我们通常见到的情况，这类负载不仅影响了位移，还导致了畸变的产生。典型负载如各类电子产品，如节能灯、电源类产品等。
仍旧以图形化来表征上述三类情况（见图1—3）。
图1—3 不同负载对PF的影响
不同负载下对应的PF结果如图1—4所示。
图1—4 不同负载对PF的影响（图形化表示）
当读者看到这里的时候，应该可以回答上面提出的多个问题的其中几个了。
问题1： PF会大于1吗？
不会大于1，从数值维度上看，PF介于0到1之间，最大为1，不会超过1，测量出超过1的情况，一般是测试仪器出现了问题或测试方法有误，这里要说明的是，许多低端的PF测量仪器，由于受测试准确度和带宽的限制，测出来的PF出现超过1的情况，这对于输入电流为非标准正弦时，测试结果错误更为明显，所以要尽量选择高带宽（尽量涵盖更多次谐波检测的）仪器来进行PF（以及THD）测量。
问题2： PF有负数吗？
PF是可以存在负数的，因为从公式中可以看到，位移这一项，电流如果超前于电压，即为负数，而畸变这一项永远不会为负，这里必须说明下，从本书涉及的产品的角度来看，只考虑PF的绝对值，即我们常说的PF为0或正值，处于0到1之间。
问题3： PF与电路负载有关系吗？
有，从图1—4中可以清楚地看到不同的实际应用负载会影响到PF。
问题4： 直流电也存在PF的概念吗？
不存在，因为PF的定义是在交流供电系统中，而且是以正弦信号作为参考。
再回到更复杂的两个问题：
问题5： PF是表征用电设备的特性还是表征输入电网的？
从定义来看，PF是电源（或是其他负载）与电网共同依赖存在的一个参数，因为参考量即为电网电压，而从电网汲取的电流（不管大小、相位还是形状）却与负载相关。只是我们现在众多场合，以及众多教科书中将其表达简化了，默认电网特性固定，而负载总是变化不可预知的，所以PF更多时候是用来表征电源（负载）本身。
问题6： PF是供电方/政府与产品生产/使用者之间的博弈吗？即PF代表谁的立场？或者说为什么对PF有要求？
这是一个很有意思的问题，当各种标准法规条例出来后，政府（或者说是供电方）对消费者使用的产品PF值提出了要求，后面会详细分析当今全球主流市场/国家对PF的要求。为什么会出现这样的情况，这还仍然需要我们从PF的定义源头上去看。