NTC熱敏電阻護(hù)航,照明系統(tǒng)有效抑制涌浪電流侵害
發(fā)布時(shí)間:2016-07-26 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)推動(dòng)電感性負(fù)載,令人困擾的是,其產(chǎn)生的電感抗與系統(tǒng)的電阻反向,會(huì)降低系統(tǒng)的效率,PFC得以解決上述問(wèn)題。但PFC在初始充電時(shí),將產(chǎn)生損壞系統(tǒng)中其他電路的涌浪電流,而透過(guò)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(tǒng)的方式繁多,而優(yōu)良的設(shè)計(jì)能直接提升能效,并節(jié)省材料花費(fèi)?,F(xiàn)今的照明產(chǎn)業(yè)逐漸從240V轉(zhuǎn)變?yōu)?77V,以提高效率。因此現(xiàn)在正是將功率因數(shù)修正(Power Factor Correction, PFC)介紹給照明產(chǎn)品制造商的絕佳時(shí)機(jī)。由于這些照明系統(tǒng)無(wú)論如何都須要更新,原始設(shè)備制造商(OEM)可同時(shí)享受PFC的眾多優(yōu)勢(shì)。
邁向電感性負(fù)載是對(duì)PFC需求的開端。傳統(tǒng)的照明應(yīng)用使用電阻性負(fù)載,例如白熾燈。然而,電阻性負(fù)載的缺點(diǎn)為,它們導(dǎo)入系統(tǒng)中的電阻會(huì)產(chǎn)生熱能。熱能會(huì)導(dǎo)致功率耗損,并降低效率。為避免這些損失,照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)推動(dòng)電感性負(fù)載,例如效率較高的螢光燈。圖1為基于電感性負(fù)載的照明系統(tǒng)。
圖1.將并聯(lián)電容器加在電感性負(fù)載上
功率因數(shù)修正 降低電壓/電流相位差
遺憾的是,許多照明設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)電感性負(fù)載的方式嚴(yán)重降低了照明系統(tǒng)效率。在許多情況下,他們只是沒(méi)有意識(shí)到,功率因數(shù)修正能以簡(jiǎn)易且花費(fèi)低廉的方式解決這些問(wèn)題。
就其性質(zhì)而言,電感性負(fù)載將電壓與電流的相位互相轉(zhuǎn)換。特別是,其產(chǎn)生的電感抗與系統(tǒng)的電阻反相。此相位差會(huì)降低系統(tǒng)的效率。
功率因數(shù)(PF)為系統(tǒng)實(shí)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(tǒng)功率,而實(shí)際功率為實(shí)際得到的功率。依據(jù)應(yīng)用而定,反相系統(tǒng)的效率最低,可能會(huì)降至60%。
功率因數(shù)修正的目標(biāo)為將電壓與電流之間的相位差降至最低。電容抗可用于將電感抗帶回系統(tǒng)僅有的電阻相位中。只需要有正確特質(zhì)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(shù)修正效益多
于照明系統(tǒng)中套用PFC的優(yōu)點(diǎn)眾多,以下分別說(shuō)明:
.效率提升
依據(jù)不同的應(yīng)用,于照明系統(tǒng)中增加PFC所能提升的效率高達(dá)80∼95%。隨著公共事業(yè)費(fèi)用高漲,這將使以PFC為基礎(chǔ)的照明系統(tǒng)吸引大量的終端客戶。
.易于安裝
只要有一個(gè)電容器,就能將PFC導(dǎo)入至照明系統(tǒng)中。請(qǐng)注意:同時(shí)也需要一個(gè)涌浪電流限制器,以避免開機(jī)時(shí)電容器的起始電容損壞系統(tǒng)。
.降低功率供應(yīng)花費(fèi)
功率因數(shù)高的系統(tǒng)能透過(guò)較小的功率供應(yīng)執(zhí)行與功率因數(shù)低的系統(tǒng)相同的工作。需要承載較少的電流代表需要較小且價(jià)格較低的發(fā)電機(jī)、導(dǎo)體、變壓器與開關(guān),因此可精簡(jiǎn)機(jī)體并節(jié)省材料花費(fèi)。
.穩(wěn)定性提升
效率較高的系統(tǒng)須消耗較少熱能,因此可讓系統(tǒng)于可接受的溫度范圍內(nèi)維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。
.區(qū)別性特點(diǎn)
無(wú)論您的設(shè)計(jì)是單機(jī)產(chǎn)品,或合并成為一個(gè)大型系統(tǒng)的一部分,相較于同等級(jí)效率較低的系統(tǒng)而言,較高的功率效率都能驅(qū)動(dòng)等級(jí)較高的系統(tǒng)。
.低運(yùn)作成本
對(duì)大型的照明應(yīng)用來(lái)說(shuō),透過(guò)PFC所營(yíng)造的高效率能對(duì)公共事業(yè)的花費(fèi)有實(shí)質(zhì)的節(jié)省。
.產(chǎn)業(yè)動(dòng)力
早在十多年前,功率因數(shù)修正就在歐洲、中國(guó)大陸以及日本成為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。雖然PFC在美國(guó)的采用率不高,但卻被持續(xù)套用于越來(lái)越多的應(yīng)用之上,尤其是照明系統(tǒng)。顯而易見地,PFC很有意義且最終將被目前還沒(méi)有需求的應(yīng)用所使用。預(yù)期PFC將成為其未來(lái)需求的公司,將在日后受益于今日將PFC作為其區(qū)別性特點(diǎn)之一。無(wú)法提供PFC的制造廠商將很快發(fā)現(xiàn)自己沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。
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(shí),將產(chǎn)生系統(tǒng)所能承受的最大電流。此短暫的涌浪電流可能比系統(tǒng)的運(yùn)作電流高上許多,而依據(jù)照明應(yīng)用而定,可能會(huì)損壞系統(tǒng)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(huì)持續(xù)造成熱能損失,并將降低總效率?;旧?,一旦涌浪電流受限,開關(guān)可用來(lái)繞過(guò)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(jù)溫度而定。舉例來(lái)說(shuō),負(fù)溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻,其溫度上升時(shí)能大幅度且可預(yù)測(cè)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(fù)載電容器之間(圖2)。開機(jī)時(shí),NTC熱敏電阻溫度低,故能提供高電阻。除了限制進(jìn)入電容器中的電流外,此高電阻產(chǎn)生的熱能將提高熱敏電阻的溫度。
圖2.加入NTC熱敏電阻以限制涌浪電流
NTC自動(dòng)加熱的同時(shí),其電阻快速下降。當(dāng)涌浪電流趨于平穩(wěn)的同時(shí),NTC熱敏電阻的溫度已經(jīng)足夠?qū)㈦娮杞档阶畹停夷茏岆娏魍ㄟ^(guò),而不對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作或效率帶來(lái)負(fù)面的影響。如此一來(lái),NTC熱敏電阻能有效地提供限制涌浪電流所需的電阻,同時(shí)排除了對(duì)額外電路系統(tǒng)的需求,如旁路開關(guān)。
NTC熱敏電阻的耐用度須相當(dāng)高,其有效運(yùn)作范圍介于-50℃∼250℃。目前,電路保護(hù)元件制造商已意識(shí)到至277V的轉(zhuǎn)變,并針對(duì)照明應(yīng)用開發(fā)了用于此種較高電壓等級(jí)的熱敏電阻,同時(shí)為業(yè)界提供具UL與CSA認(rèn)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最低。
適用于照明應(yīng)用的NTC熱敏電阻的價(jià)格范圍為0.15∼0.90美元。與那些售價(jià)0.50至1美元以上的電阻器相比,NTC熱敏電阻所被評(píng)定的等級(jí)足以處理電燈安定器的大量電流。電阻器的價(jià)格同時(shí)需要將涌浪電流受限后,用于繞過(guò)電阻器的電路考量進(jìn)去。
功率因數(shù)修正極為簡(jiǎn)易且安裝價(jià)格低。就能提高的效率而言,PFC對(duì)許多電感性照明應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是必然的新選擇,即使原本的設(shè)計(jì)不要求使用PFC。且有了負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻后,照明設(shè)備商便能保護(hù)照明系統(tǒng),在無(wú)需復(fù)雜昂貴的旁路電路之下,使其免受到跟PFC相關(guān)之涌浪電流的影響。
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