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    NTC熱敏電阻護航照明系統有效限制涌浪電流

    來源: 發布時間:2019-07-31 163 次瀏覽

    照明產業持續推動電感性負載,令人困擾的是,其產生的電感抗與系統的電阻反向,會降低系統的效率,PFC得以解決上述問題。但PFC在初始充電時,將產生損壞系統中其他電路的涌浪電流,而透過熱敏電阻的使用,可有效抑制涌浪電流,避免電路受到損壞。


      建立照明系統的方式繁多,而優良的設計能直接提升能效,并節省材料花費?,F今的照明產業逐漸從240V轉變為277V,以提高效率。因此現在正是將功率因數修正(Power

    Factor Correction,PFC)介紹給照明產品制造商的時機。由于這些照明系統無論如何都須要更新,原始設備制造商(OEM)可同時享受PFC的眾多優勢。


      邁向電感性負載是對PFC需求的開端。傳統的照明應用使用電阻性負載,例如白熾燈。然而,電阻性負載的缺點為,它們導入系統中的電阻會產生熱能。熱能會導致功率耗損,并降低效率。為避免這些損失,照明產業持續推動電感性負載,例如效率較高的螢光燈。圖1為基于電感性負載的照明系統。


      功率因數修正降低電壓/電流相位差


      遺憾的是,許多照明設備制造商實現電感性負載的方式嚴重降低了照明系統效率。在許多情況下,他們只是沒有意識到,功率因數修正能以簡易且花費低廉的方式解決這些問題。

      就其性質而言,電感性負載將電壓與電流的相位互相轉換。特別是,其產生的電感抗與系統的電阻反相。此相位差會降低系統的效率。

      功率因數(PF)為系統實際功率(Real Power)與其視在功率(Apparent Power)的比率,視在功率為期望的系統功率,而實際功率為實際得到的功率。依據應用而定,反相系統的效率更低,可能會降至60%。


      功率因數修正的目標為將電壓與電流之間的相位差降至更低。電容抗可用于將電感抗帶回系統僅有的電阻相位中。只需要有正確特質的電容器,亦即有夠高的功率比率以及與電感抗有180度的反相(圖1)。


      功率因數修正效益多


      于照明系統中套用PFC的優點眾多,以下分別說明:


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      依據不同的應用,于照明系統中增加PFC所能提升的效率高達80~95%。隨著公共事業費用高漲,這將使以PFC為基礎的照明系統吸引大量的終端客戶。


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      只要有一個電容器,就能將PFC導入至照明系統中。請注意:同時也需要一個涌浪電流限制器,以避免開機時電容器的起始電容損壞系統。


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      功率因數高的系統能透過較小的功率供應執行與功率因數低的系統相同的工作。需要承載較少的電流代表需要較小且價格較低的發電機、導體、變壓器與開關,因此可精簡機體并節省材料花費。


     ?。€定性提升


      效率較高的系統須消耗較少熱能,因此可讓系統于可接受的溫度范圍內維持系統穩定運作。


     ?。畢^別性特點


      無論您的設計是單機產品,或合并成為一個大型系統的一部分,相較于同等級效率較低的系統而言,較高的功率效率都能驅動等級較高的系統。


     ?。瓦\作成本


      對大型的照明應用來說,透過PFC所營造的高效率能對公共事業的花費有實質的節省。

     ?。a業動力


      早在十多年前,功率因數修正就在歐洲、中國大陸以及日本成為強制標準。雖然PFC在美國的采用率不高,但卻被持續套用于越來越多的應用之上,尤其是照明系統。顯而易見地,PFC很有意義且最終將被目前還沒有需求的應用所使用。預期PFC將成為其未來需求的公司,將在日后受益于今日將PFC作為其區別性特點之一。無法提供PFC的制造廠商將很快發現自己沒有競爭力。


      照明產業持續推動電感性負載,令人困擾的是,其產生的電感抗與系統的電阻反向,會降低系統的效率,PFC得以解決上述問題。但PFC在初始充電時,將產生損壞系統中其他電路的涌浪電流,而透過熱敏電阻的使用,可有效抑制涌浪電流,避免電路受到損壞。


      抑制涌浪電流熱敏電阻便宜又好用


      PFC電容器在初始充電時,將產生系統所能承受的更大電流。此短暫的涌浪電流可能比系統的運作電流高上許多,而依據照明應用而定,可能會損壞系統中的其他電路。為避免此種損壞,需要能限制涌浪電流的電路。


      涌浪限制電路的核心為高電阻。在電路中放置電阻器可限制電容器能取得的電容。然而一旦電容器已充電,若電阻器留在電路中,其將會持續造成熱能損失,并將降低總效率?;旧?,一旦涌浪電流受限,開關可用來繞過電阻器。


      處理涌浪電流最有效率的方式是使用熱敏電阻(Thermistor)。熱敏電阻是一種特殊的可變電阻器,其電阻依據溫度而定。舉例來說,負溫度系數(Negative

    Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻,其溫度上升時能大幅度且可預測地降低電阻。


      為限制涌浪電流,將NTC熱敏電阻放置于電源以及PFC電容器和電感性負載電容器之間(圖2)。開機時,NTC熱??敏電阻溫度低,故能提供高電阻。除了限制進入電容器中的電流外,此高電阻產生的熱能將提高熱敏電阻的溫度。


      NTC自動加熱的同時,其電阻快速下降。當涌浪電流趨于平穩的同時,NTC熱??敏電阻的溫度已經足夠將電阻降到更低,且能讓電流通過,而不對系統運作或效率帶來負面的影響。如此一來,NTC熱??敏電阻能有效地提供限制涌浪電流所需的電阻,同時排除了對額外電路系統的需求,如旁路開關。

      NTC熱敏電阻的耐用度須相當高,其有效運作范圍介于-50℃~250℃。目前,電路保護元件制造商已意識到至277V的轉變,并針對照明應用開發了用于此種較高電壓等級的熱敏電阻,同時為業界提供具UL與CSA認證的熱敏電阻,客戶因此可將由于電阻熱能而損耗的功率效率降至更低。

      適用于照明應用的NTC熱敏電阻的價格范圍為0.15~0.90美元。與那些售價0.50至1美元以上的電阻器相比,NTC熱??敏電阻所被評定的等級足以處理電燈安定器的大量電流。電阻器的價格同時需要將涌浪電流受限后,用于繞過電阻器的電路考量進去。

      功率因數修正極為簡易且安裝價格低。就能提高的效率而言,PFC對許多電感性照明應用來說都是必然的新選擇,即使原本的設計不要求使用PFC。且有了負溫度系數熱敏電阻后,照明設備商便能保護照明系統,在無需復雜昂貴的旁路電路之下,使其免受到跟PFC相關之涌浪電流的影響。

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