當(dāng)歐洲強(qiáng)制要求 80W 及以上的電氣負(fù)載以高功率因數(shù)的方式消耗電路中的電流時(shí),，這意味著人類在資源和環(huán)境保護(hù)方面又向前邁出了一步。當(dāng)然,，許多消費(fèi)類電子產(chǎn)品也由此受到了影響,，其中包括白色家電,。由于配置了逆變器用于電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)，所以諸如空調(diào),、冰箱,、洗衣機(jī)和干燥機(jī)之類的許多家電的負(fù)載非常復(fù)雜。一般而言,，復(fù)雜負(fù)載的功率因數(shù)都比較低,。通過(guò)強(qiáng)制校正上述家用電器的功率因數(shù)，可更好地利用輸電線路送來(lái)的電能,，從而節(jié)約能源并同時(shí)降低電能成本和減少燃燒礦物燃料而產(chǎn)生的二氧化碳排放。當(dāng)今世界,，很多政府監(jiān)管部門都已經(jīng)強(qiáng)制要求在白色家電中要具有類似的 PFC 功能,。

　　不具備 PFC 功能的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路前端非常類似于一個(gè)開關(guān)模式的電源。在這個(gè)電源中有一個(gè)大容量電容,，它將消除整流電源中的直流,。當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路首次通電時(shí)，由于大容量電容上沒(méi)有電荷,，整流電源的輸入端看起來(lái)就像是一個(gè)短路電路,。當(dāng)通電時(shí)，這種情況將產(chǎn)生較大的浪涌電流,，以為電容器充電,。如果上述浪涌電流未得到控制或限制，那么線路中的電流消耗將迅速飆升,，從而超過(guò)其正常 RMS 工作電流（請(qǐng)參閱圖 1）,。這些過(guò)大的電流會(huì)對(duì)保險(xiǎn)絲、焊點(diǎn)和電子組件等機(jī)械和電氣元件造成潛在的損壞或應(yīng)力,。




　　圖 1 典型的 120VAC 浪涌電流曲線圖

　　大多數(shù)的白色家電的馬達(dá)制造商都已經(jīng)選用負(fù)溫度系數(shù)電阻 (NTC) 來(lái)限制浪涌電流,。NTC 的工作原理非常簡(jiǎn)單。在低溫和初次啟動(dòng)的情況下,，NTC 是一只高阻抗器件,，限流能力非常突出。NTC 啟動(dòng)或進(jìn)入正常運(yùn)行工作狀態(tài)片刻后,，由于功耗的存在,，其溫度會(huì)升高。隨著溫度的升高,，其電阻顯著下降,，這樣則為電流提供了一條更為順暢的流經(jīng)通道。在大多數(shù)嵌入式馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路中,，NTC 放置在大電流路徑中,，或是交流側(cè),，抑或是橋接整流器之后（請(qǐng)參閱圖 2）。




　　圖 2 典型的浪涌保護(hù)電路

　　采用 NTC 來(lái)限制浪涌的做法存在一些內(nèi)在的不足之處,，這些不足將對(duì)嵌入式馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器件的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面的影響,。正如前面所述，NTC 的效率取決于溫度的高低,。NTC 的溫度越高,，其效率也就越高。NTC 不可用作散熱元件,，否則它將無(wú)法像預(yù)想的那樣工作,。由于功率的消耗，而使其他半導(dǎo)體元件所在區(qū)域的環(huán)境溫度上升,。在嵌入式環(huán)境中,，這一問(wèn)題更為嚴(yán)重。溫度只要升高 10oc,，半導(dǎo)體的預(yù)期壽命或平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 將縮短 50% 之多,，從而大幅降低馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器件的穩(wěn)定性。

　　NTC 存在的另一個(gè)主要問(wèn)題就是其熱堆積 (thermal mass) 或時(shí)間響應(yīng),。如果電源電壓暫時(shí)下降或電源電壓長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重欠壓,，而此時(shí)大容量電容器又切斷對(duì)其的有效充電，那么將會(huì)引發(fā)問(wèn)題,。當(dāng)線電壓恢復(fù)正常時(shí),，NTC 或許還未能獲得足夠的冷卻時(shí)間，這樣將使其處于低阻抗?fàn)顟B(tài),。在這種情況下,，由于線電壓的恢復(fù)而產(chǎn)生比正常情況下更高的浪涌電流，甚至比初次啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流還要高,。此時(shí),，電路無(wú)任何保護(hù)措施。這種超乎尋常的大電流會(huì)損壞電路中傳動(dòng)系元件,，如保險(xiǎn)絲,、焊點(diǎn)、線跡以及路徑中的所有元件,。

　　圖 3 顯示了為克服 NTC 中許多惱人問(wèn)題的實(shí)施方案,。這種實(shí)施方案就是既可選擇固定阻值的電阻，也可選擇 NTC 作為浪涌電阻,。這里所闡述的浪涌電路具有兩只額外的硅控整流器 (SCR) 和一個(gè)來(lái)自 PFC 升壓電感小輔助繞組的非穩(wěn)壓電壓源,。

　　馬達(dá)電路首次通電時(shí)，電流首先流經(jīng)橋接整流器、浪涌電阻,，然后流至大容量電容器,。在該電容器處，浪涌電阻對(duì)電流進(jìn)行了限制,。一段時(shí)間之后（時(shí)間長(zhǎng)短通常取決于 PFC 控制器電路）,，電流開始流動(dòng)。電流流動(dòng)時(shí),，PFC 控制器開始開關(guān)功率 MOSFET,，而 MOSFET 反過(guò)來(lái)啟動(dòng)升壓電感中的脈沖電流。然后,，這一脈沖電流會(huì)在輔助繞組上產(chǎn)生一個(gè)浮動(dòng)非穩(wěn)壓電壓,，這一電壓用于觸發(fā)兩只 SCR 的柵極電路。兩只 SCR 以如下方式布置在電路中：提供一條電流通道,，這條通道繞過(guò)橋接整流電路中的兩只整流器以及浪涌電阻,。在電路中無(wú)需額外增加串聯(lián)元件的情況下，上述所選路徑即可為電流提供一條非常高效的通道,。雖然 SCR 的正向壓降 (Vf) 比整流二極管稍大，但是固定阻值電阻或 NTC 等限流組件兩端的壓降已經(jīng)消除,。此外,，SCR 散發(fā)的熱量可由散熱片予以消除（經(jīng)由 SCR 的機(jī)架），而 NTC 無(wú)法做到這一點(diǎn),。這種散熱能力可使器件在更適宜的環(huán)境下運(yùn)行,，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和 MTBF 值。

　　必須選擇輔助繞組的匝數(shù)比,，以確保產(chǎn)生足夠的電壓來(lái)觸發(fā)各種規(guī)定線電壓極限下 SCR 的柵極電路,。由于 PFC 電路的開關(guān)頻率一般比線路頻率高許多，所以柵極電路觸發(fā)的時(shí)間設(shè)定通常無(wú)關(guān)緊要,。工作頻率僅為 40 kHz 的 PFC 電路將確保 SCR 的零交叉開關(guān),，使其更像橋接中的簡(jiǎn)單整流器。