【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)。現(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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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。
