一文(wén)了解如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點

LED燈主打“節能(néng)、環保”,所以LED燈出廠前都會進行功率因數測試。但LED驅動電(diàn)源輸入電(diàn)流是非正弦波,因此需要進行基波功率因數的測試,那麽該如何正确進行此項測試?本文(wén)帶你一探究竟。

為(wèi)什麽LED行業要測試基波功率因數?

功率因數通用(yòng)定義是有(yǒu)功功率功率與視在功率之比。功率因數低,說明電(diàn)路無功功率大。功率因數越低,供電(diàn)設備的負荷越重,電(diàn)網越不穩定。對于大功率的燈具(jù)來說,若功率因數低了,可(kě)能(néng)會造成:設備損耗大、電(diàn)力設備超負荷、電(diàn)網不穩定、諧波污染等問題。

在大家印象中(zhōng),“功率因數由電(diàn)壓與電(diàn)流之間的相位差決定,它的物(wù)理(lǐ)意義是指電(diàn)壓和電(diàn)流之間相角差的餘弦值”。如下圖所示。

圖1 電(diàn)流電(diàn)壓相位角關系

注:θ=90°

以上關系隻适用(yòng)于“正弦波電(diàn)路中(zhōng)”,Vc2而如果在非正弦波電(diàn)路中(zhōng),功率因數與總諧波失真及基波功率因數有(yǒu)關,如在LED燈電(diàn)路中(zhōng)。

因為(wèi)LED是一個半導體(tǐ)二極管,它需要直流供電(diàn),如果用(yòng)市電(diàn)供電(diàn)的話,就一定會有(yǒu)一個整流器,通常是二極管整流橋。為(wèi)了得到盡可(kě)能(néng)平滑的直流避免出現紋波閃爍,通常都需要加上一個大電(diàn)解電(diàn)容。而後面的LED可(kě)以近似為(wèi)一個電(diàn)阻,所以整個電(diàn)路如圖2所示。

圖2 LED燈的等效電(diàn)路

其各種電(diàn)壓電(diàn)流波形如下如所示,其中(zhōng)VAC為(wèi)輸入交流電(diàn)壓,Vc2為(wèi)LED電(diàn)路中(zhōng)整流二極管的充放電(diàn)波形,為(wèi)輸入電(diàn)流波形。因其電(diàn)流波形不是正弦波。所以整個系統是一個非線(xiàn)性系統。

通常電(diàn)氣設備的波形比較接近正弦波,諧波不多(duō),大多(duō)數情況下基波電(diàn)流l1≈總電(diàn)流 lrms,輸入電(diàn)流失真系數λ≈1,cosφ ≈ cosφ1,所以cosφ可(kě)以等同為(wèi)功率因數。

而在非正弦供電(diàn)電(diàn)路中(zhōng),功率因數沒有(yǒu)明确的物(wù)理(lǐ)意義,因此在LED行業這種非正弦供電(diàn)電(diàn)路中(zhōng)會關注的是基波功率因數cosφ1。

圖3 各種電(diàn)壓電(diàn)流波形

如何進行基波功率因數測試呢(ne)?

推薦測試設備1——PA5000H功率分(fēn)析儀

圖4 PA5000H

LED行業關注較多(duō)的則是電(diàn)源的電(diàn)壓、電(diàn)流、功率、諧波及功率因數,如何準确測量這些參數是首要解決的問題,PA5000H功率分(fēn)析儀擁有(yǒu)0．05%功率測量精(jīng)度,5MHz帶寬以及豐富的諧波測量功能(néng)可(kě)以廣泛應用(yòng)于LED電(diàn)源的研發與測試。

1、豐富的電(diàn)參數測量

如何提升功率因數一直是LED行業的難題,要提升功率因數就必須同時準确測量電(diàn)源的各種電(diàn)參數,PA5000H功率分(fēn)析儀不僅可(kě)以針對非正弦系統直接測量出基波功率因數(PF1),還能(néng)實時顯示電(diàn)壓電(diàn)流波形,豐富的電(diàn)參數顯示項目可(kě)讓用(yòng)戶分(fēn)析電(diàn)源的各種性能(néng)指标,可(kě)幫助用(yòng)戶提升功率因數設計提供強有(yǒu)力的數據支持。

圖5 豐富的電(diàn)參數顯示

2、雙PLL源倍頻技(jì )術

PA5000H功率分(fēn)析儀通過引入雙PLL硬件電(diàn)路,使采樣頻率和信号頻率同步,保證采樣數據正好是信号周期的整數倍,消除頻譜洩露,可(kě)以獲得準備的諧波測量結果。

圖6 雙PLL源設置

3、500次諧波測量

PA5000H功率分(fēn)析儀帶寬高達5MHz、采樣率可(kě)達2MS/s,可(kě)以測量高達500次諧波,并有(yǒu)多(duō)種組合顯示方式能(néng)同時顯示各次諧波含量,為(wèi)了方便用(yòng)戶進行更細緻的分(fēn)析,我們還設計了可(kě)以查看任一次諧波數值的功能(néng),通過此功能(néng),用(yòng)戶可(kě)以查看每一次諧波的數值。

圖7 功率分(fēn)析儀的諧波測試

推薦測試設備2——PA310功率計

圖8 PA310

1、基波功率因數直接測量

PA300系列功率計采用(yòng)了純硬件模拟濾波器與鎖相環技(jì )術,諧波測量功能(néng)完全符合諧波測量國(guó)際标準IEC61000-4-7:2002,根據基波頻率,電(diàn)壓、電(diàn)流分(fēn)别可(kě)測量到最高50次諧波,不論是總諧波畸變率 (THD),還是基波成分(fēn)、基波功率因數、各次數的諧波含量、相位差、含有(yǒu)率等均可(kě)直接測量。

2、功率測量精(jīng)度高達0．1%,最小(xiǎo)測量電(diàn)流低至50?A,能(néng)夠測量低至0．01W的功耗

功率計的基本測量精(jīng)度可(kě)高達0．1%,由于雙分(fēn)流器技(jì )術的應用(yòng),可(kě)以保持分(fēn)流電(diàn)阻的溫度穩态變化,降低溫漂,可(kě)以實現從小(xiǎo)電(diàn)流到大電(diàn)流測量時都能(néng)保證0．1%的功率測量精(jīng)度。而且,在5mA量程下,PA310可(kě)以在最高0．01W的分(fēn)辨率下執行測量,符合國(guó)際标準(IEC62301、能(néng)源之星、SPECpower)的測試。