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NTC热敏电阻护航照明系统有效限制涌浪电流

导读: 照明产业持续推动电感性负载,令人困扰的是,其产生的电感抗与系统的电阻反向,会降低系统的效率,PFC得以解决上述问题。但PFC在初始充电时,将产生损坏系统中其他电路的涌浪电流,而透过热敏电阻的使用,可有效抑制涌浪电流,避免电路受到损坏。

  照明产业持续推动电感性负载,令人困扰的是,其产生的电感抗与系统的电阻反向,会降低系统的效率,PFC得以解决上述问题。但PFC在初始充电时,将产生损坏系统中其他电路的涌浪电流,而透过热敏电阻的使用,可有效抑制涌浪电流,避免电路受到损坏。

  建立照明系统的方式繁多,而优良的设计能直接提升能效,并节省材料花费。现今的照明产业逐渐从240V转变为277V,以提高效率。因此现在正是将功率因数修正(Power Factor Correction, PFC)介绍给照明产品制造商的绝佳时机。由于这些照明系统无论如何都须要更新,原始设备制造商(OEM)可同时享受PFC的众多优势。

  迈向电感性负载是对PFC需求的开端。传统的照明应用使用电阻性负载,例如白炽灯。然而,电阻性负载的缺点为,它们导入系统中的电阻会产生热能。热能会导致功率耗损,并降低效率。为避免这些损失,照明产业持续推动电感性负载,例如效率较高的萤光灯。图1为基于电感性负载的照明系统。

  图1 将并联电容器加在电感性负载上

  功率因数修正降低电压/电流相位差

  遗憾的是,许多照明设备制造商实现电感性负载的方式严重降低了照明系统效率。在许多情况下,他们只是没有意识到,功率因数修正能以简易且花费低廉的方式解决这些问题。

  就其性质而言,电感性负载将电压与电流的相位互相转换。特别是,其产生的电感抗与系统的电阻反相。此相位差会降低系统的效率。

  功率因数(PF)为系统实际功率(Real Power)与其视在功率(Apparent Power)的比率,视在功率为期望的系统功率,而实际功率为实际得到的功率。依据应用而定,反相系统的效率最低,可能会降至60%。

  功率因数修正的目标为将电压与电流之间的相位差降至最低。电容抗可用于将电感抗带回系统仅有的电阻相位中。只需要有正确特质的电容器,亦即有够高的功率比率以及与电感抗有180度的反相(图1)。

  功率因数修正效益多

  于照明系统中套用PFC的优点众多,以下分别说明:

  .效率提升

  依据不同的应用,于照明系统中增加PFC所能提升的效率高达80~95%。随着公共事业费用高涨,这将使以PFC为基础的照明系统吸引大量的终端客户。

  .易于安装

  只要有一个电容器,就能将PFC导入至照明系统中。请注意:同时也需要一个涌浪电流限制器,以避免开机时电容器的起始电容损坏系统。

  .降低功率供应花费

  功率因数高的系统能透过较小的功率供应执行与功率因数低的系统相同的工作。需要承载较少的电流代表需要较小且价格较低的发电机、导体、变压器与开关,因此可精简机体并节省材料花费。

  .稳定性提升

  效率较高的系统须消耗较少热能,因此可让系统于可接受的温度范围内维持系统稳定运作。

  .区别性特点

  无论您的设计是单机产品,或合并成为一个大型系统的一部分,相较于同等级效率较低的系统而言,较高的功率效率都能驱动等级较高的系统。

  .低运作成本

  对大型的照明应用来说,透过PFC所营造的高效率能对公共事业的花费有实质的节省。

  .产业动力

  早在十多年前,功率因数修正就在欧洲、中国大陆以及日本成为强制标准。虽然PFC在美国的采用率不高,但却被持续套用于越来越多的应用之上,尤其是照明系统。显而易见地,PFC很有意义且最终将被目前还没有需求的应用所使用。预期PFC将成为其未来需求的公司,将在日后受益于今日将PFC作为其区别性特点之一。无法提供PFC的制造厂商将很快发现自己没有竞争力。

  照明产业持续推动电感性负载,令人困扰的是,其产生的电感抗与系统的电阻反向,会降低系统的效率,PFC得以解决上述问题。但PFC在初始充电时,将产生损坏系统中其他电路的涌浪电流,而透过热敏电阻的使用,可有效抑制涌浪电流,避免电路受到损坏。

  抑制涌浪电流热敏电阻便宜又好用

  PFC电容器在初始充电时,将产生系统所能承受的最大电流。此短暂的涌浪电流可能比系统的运作电流高上许多,而依据照明应用而定,可能会损坏系统中的其他电路。为避免此种损坏,需要能限制涌浪电流的电路。

  涌浪限制电路的核心为高电阻。在电路中放置电阻器可限制电容器能取得的电容。然而一旦电容器已充电,若电阻器留在电路中,其将会持续造成热能损失,并将降低总效率。基本上,一旦涌浪电流受限,开关可用来绕过电阻器。

  处理涌浪电流最有效率的方式是使用热敏电阻(Thermistor)。热敏电阻是一种特殊的可变电阻器,其电阻依据温度而定。举例来说,负温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻,其温度上升时能大幅度且可预测地降低电阻。

  为限制涌浪电流,将NTC热敏电阻放置于电源以及PFC电容器和电感性负载电容器之间(图2)。开机时,NTC热??敏电阻温度低,故能提供高电阻。除了限制进入电容器中的电流外,此高电阻产生的热能将提高热敏电阻的温度。

  图2 加入NTC热敏电阻以限制涌浪电流

  NTC自动加热的同时,其电阻快速下降。当涌浪电流趋于平稳的同时,NTC热??敏电阻的温度已经足够将电阻降到最低,且能让电流通过,而不对系统运作或效率带来负面的影响。如此一来,NTC热??敏电阻能有效地提供限制涌浪电流所需的电阻,同时排除了对额外电路系统的需求,如旁路开关。

  NTC热敏电阻的耐用度须相当高,其有效运作范围介于-50℃~250℃。目前,电路保护元件制造商已意识到至277V的转变,并针对照明应用开发了用于此种较高电压等级的热敏电阻,同时为业界提供具UL与CSA认证的热敏电阻,客户因此可将由于电阻热能而损耗的功率效率降至最低。

  适用于照明应用的NTC热敏电阻的价格范围为0.15~0.90美元。与那些售价0.50至1美元以上的电阻器相比,NTC热??敏电阻所被评定的等级足以处理电灯安定器的大量电流。电阻器的价格同时需要将涌浪电流受限后,用于绕过电阻器的电路考量进去。

  功率因数修正极为简易且安装价格低。就能提高的效率而言,PFC对许多电感性照明应用来说都是必然的新选择,即使原本的设计不要求使用PFC。且有了负温度系数热敏电阻后,照明设备商便能保护照明系统,在无需复杂昂贵的旁路电路之下,使其免受到跟PFC相关之涌浪电流的影响。

责任编辑:Alvin
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