當歐洲強制要求 80W 及以上的電氣負載以高功率因數(shù)的方式消耗電路中的電流時，這意味著人類在資源和環(huán)境保護方面又向前邁出了一步。當然，許多消費類電子產(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馬達的驅(qū)動，所以諸如空調(diào)、冰箱、洗衣機和干燥機之類的許多家電的負載非常復雜。一般而言，復雜負載的功率因數(shù)都比較低。通過強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的電能，從而節(jié)約能源并同時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。當今世界，很多政府監(jiān)管部門都已經(jīng)強制要求在白色家電中要具有類似的 PFC 功能。

　　不具備 PFC 功能的馬達驅(qū)動電路前端非常類似于一個開關模式的電源。在這個電源中有一個大容量電容，它將消除整流電源中的直流。當馬達驅(qū)動電路首次通電時，由于大容量電容上沒有電荷，整流電源的輸入端看起來就像是一個短路電路。當通電時，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，從而超過其正常 RMS 工作電流（請參閱圖 1）。這些過大的電流會對保險絲、焊點和電子組件等機械和電氣元件造成潛在的損壞或應力。




　　圖 1 典型的 120VAC 浪涌電流曲線圖

　　大多數(shù)的白色家電的馬達制造商都已經(jīng)選用負溫度系數(shù)電阻 (NTC) 來限制浪涌電流。NTC 的工作原理非常簡單。在低溫和初次啟動的情況下，NTC 是一只高阻抗器件，限流能力非常突出。NTC 啟動或進入正常運行工作狀態(tài)片刻后，由于功耗的存在，其溫度會升高。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)嵌入式馬達驅(qū)動電路中，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（請參閱圖 2）。




　　圖 2 典型的浪涌保護電路

　　采用 NTC 來限制浪涌的做法存在一些內(nèi)在的不足之處，這些不足將對嵌入式馬達驅(qū)動器件的穩(wěn)定性產(chǎn)生負面的影響。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，否則它將無法像預想的那樣工作。由于功率的消耗，而使其他半導體元件所在區(qū)域的環(huán)境溫度上升。在嵌入式環(huán)境中，這一問題更為嚴重。溫度只要升高 10oc，半導體的預期壽命或平均無故障時間 (MTBF) 將縮短 50% 之多，從而大幅降低馬達驅(qū)動器件的穩(wěn)定性。

　　NTC 存在的另一個主要問題就是其熱堆積 (thermal mass) 或時間響應。如果電源電壓暫時下降或電源電壓長時間嚴重欠壓，而此時大容量電容器又切斷對其的有效充電，那么將會引發(fā)問題。當線電壓恢復正常時，NTC 或許還未能獲得足夠的冷卻時間，這樣將使其處于低阻抗狀態(tài)。在這種情況下，由于線電壓的恢復而產(chǎn)生比正常情況下更高的浪涌電流，甚至比初次啟動時產(chǎn)生的浪涌電流還要高。此時，電路無任何保護措施。這種超乎尋常的大電流會損壞電路中傳動系元件，如保險絲、焊點、線跡以及路徑中的所有元件。

　　圖 3 顯示了為克服 NTC 中許多惱人問題的實施方案。這種實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) 和一個來自 PFC 升壓電感小輔助繞組的非穩(wěn)壓電壓源。

　　馬達電路首次通電時，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，浪涌電阻對電流進行了限制。一段時間之后（時間長短通常取決于 PFC 控制器電路），電流開始流動。電流流動時，PFC 控制器開始開關功率 MOSFET，而 MOSFET 反過來啟動升壓電感中的脈沖電流。然后，這一脈沖電流會在輔助繞組上產(chǎn)生一個浮動非穩(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，這條通道繞過橋接整流電路中的兩只整流器以及浪涌電阻。在電路中無需額外增加串聯(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 的機架），而 NTC 無法做到這一點。這種散熱能力可使器件在更適宜的環(huán)境下運行，從而實現(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 電路的開關頻率一般比線路頻率高許多，所以柵極電路觸發(fā)的時間設定通常無關緊要。工作頻率僅為 40 kHz 的 PFC 電路將確保 SCR 的零交叉開關，使其更像橋接中的簡單整流器。