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使用NTC热电阻的功率因数校正(PFC)电路设计指南

来源:发表时间:2019-07-18


      浪涌电流限制器在当今的许多应用中使用,当首次向系统供电时需要抑制浪涌电流。浪涌电流限制器的一个常见应用是功率因数校正电路。本文提供了一种解决方案,用于为感性负载找到正确的功率因数校正(PFC)电路。该解决方案适用于包括镇流器,LED驱动器和HVAC的应用。
背景
      功率因数(PF)描述了荧光灯,电器,变压器,继电器和电机中的交流电路的特性。它是执行实际工作的功率与传送到设备的功率之间的比率。它是一个无量纲实体,其值在理论上在0和1之间变化。在现实世界中,PF的实际值在0.65和1之间变化。当其值小于1时,需要额外的功率来操作电气变压器,感应电动机或高强度放电照明等部件。
      从数学上讲,PF或Cos(α)= W /视在功率的真功率 - 均方根电压x rms电流(测量),或X R / Z,其中角度α表示电压和电流波形之间的相角。视在功率 (伏特安培(VA))表示电压乘以电流的量。然而,实际功率是在瓦特表的帮助下测量的。如下面的图1所示,Z是X R(无功功率或有功功率)和X L(感应功率或视在功率)的矢量相加。


      图2显示了较大的感性负载(需要较大的无功功率)如何导致较大的角度α(在X R和Z 之间测量)。这意味着大的感应负载导致较小的定量PF值。


注意:
      如今构建的大多数设备都承载感性负载,而不是电阻负载。当发生这种情况时,由于电阻,电压和电流变得异相。电压和电流的乘积称为视在功率。这通常被称为VA而不是瓦特,因为瓦特是为实际功率保留的。可以将实际功率视为电阻功率,其作为热量消散。来自感应负载的电抗不会耗散功率,而是将能量存储在电场或磁场中。或者,PF是实际功率与视在功率之比。
用电容器减小电感负载的理论
      当电路中存在电感和电容时,X L和X C在代数上相加或相减,因为它们相位相差180°。矢量三角形或相量三角形如下所示:


问题陈述
      以下电路展示了电感电路的典型特性,其中电流的电感分量滞后于主线中的电压。


      第一步是确定上述电路的PF,使用相量图计算,如图5所示。



      功率因数校正(PFC)电路能够校正这种不良PF。为了纠正这种情况,在感性负载上增加一个并联电容。如图6所示,得到的相量图如图7所示。电容电流试图将电压引导90o并抵消滞后感应电流,即大约43.30°。


 


 


      接下来,打开电容器会像短路一样产生巨大的浪涌电流。限制浪涌电流的最佳方法是引入NTC热电阻,如图8所示。请注意,此NTC热电阻必须处理稳态电流2.02 A.让我们考虑PFC电路的目标(设计)PF值为0.8。



      阻止的浪涌电流不自毁所需的能量为E = CV? 2=?(2.77 x 1.414V)2(165 / 1,000,000)= 12.70 J.

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