LED燈主打“節(jié)能、環(huán)?！?所以LED燈出廠前都會(huì)進(jìn)行功率因數(shù)測試。但LED驅(qū)動(dòng)電源輸入電流是非正弦波,因此需要進(jìn)行基波功率因數(shù)的測試,那么該如何正確進(jìn)行此項(xiàng)測試?本文帶你一探究竟。

為什么LED行業(yè)要測試基波功率因數(shù)?

功率因數(shù)通用定義是有功功率功率與視在功率之比。功率因數(shù)低,說明電路無功功率大。功率因數(shù)越低,供電設(shè)備的負(fù)荷越重,電網(wǎng)越不穩(wěn)定。對(duì)于大功率的燈具來說,若功率因數(shù)低了,可能會(huì)造成:設(shè)備損耗大、電力設(shè)備超負(fù)荷、電網(wǎng)不穩(wěn)定、諧波污染等問題。

在大家印象中,“功率因數(shù)由電壓與電流之間的相位差決定,它的物理意義是指電壓和電流之間相角差的余弦值”。如下圖所示。

圖1 電流電壓相位角關(guān)系

注:θ=90°

以上關(guān)系只適用于“正弦波電路中”,Vc2而如果在非正弦波電路中,功率因數(shù)與總諧波失真及基波功率因數(shù)有關(guān),如在LED燈電路中。

因?yàn)長ED是一個(gè)半導(dǎo)體二極管,它需要直流供電,如果用市電供電的話,就一定會(huì)有一個(gè)整流器,通常是二極管整流橋。為了得到盡可能平滑的直流避免出現(xiàn)紋波閃爍,通常都需要加上一個(gè)大電解電容。而后面的LED可以近似為一個(gè)電阻,所以整個(gè)電路如圖2所示。

圖2 LED燈的等效電路

其各種電壓電流波形如下如所示,其中VAC為輸入交流電壓,Vc2為LED電路中整流二極管的充放電波形,為輸入電流波形。因其電流波形不是正弦波。所以整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。

通常電氣設(shè)備的波形比較接近正弦波,諧波不多,大多數(shù)情況下基波電流l1≈總電流 lrms,輸入電流失真系數(shù)λ≈1,cosφ ≈ cosφ1,所以cosφ可以等同為功率因數(shù)。

而在非正弦供電電路中,功率因數(shù)沒有明確的物理意義,因此在LED行業(yè)這種非正弦供電電路中會(huì)關(guān)注的是基波功率因數(shù)cosφ1。

圖3 各種電壓電流波形

如何進(jìn)行基波功率因數(shù)測試呢?

推薦測試設(shè)備1——PA5000H功率分析儀

圖4 PA5000H

LED行業(yè)關(guān)注較多的則是電源的電壓、電流、功率、諧波及功率因數(shù),如何準(zhǔn)確測量這些參數(shù)是首要解決的問題,PA5000H功率分析儀擁有0．05%功率測量精度,5MHz帶寬以及豐富的諧波測量功能可以廣泛應(yīng)用于LED電源的研發(fā)與測試。

1、豐富的電參數(shù)測量

如何提升功率因數(shù)一直是LED行業(yè)的難題,要提升功率因數(shù)就必須同時(shí)準(zhǔn)確測量電源的各種電參數(shù),PA5000H功率分析儀不僅可以針對(duì)非正弦系統(tǒng)直接測量出基波功率因數(shù)(PF1),還能實(shí)時(shí)顯示電壓電流波形,豐富的電參數(shù)顯示項(xiàng)目可讓用戶分析電源的各種性能指標(biāo),可幫助用戶提升功率因數(shù)設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

圖5 豐富的電參數(shù)顯示

2、雙PLL源倍頻技術(shù)

PA5000H功率分析儀通過引入雙PLL硬件電路,使采樣頻率和信號(hào)頻率同步,保證采樣數(shù)據(jù)正好是信號(hào)周期的整數(shù)倍,消除頻譜泄露,可以獲得準(zhǔn)備的諧波測量結(jié)果。

圖6 雙PLL源設(shè)置

3、500次諧波測量

PA5000H功率分析儀帶寬高達(dá)5MHz、采樣率可達(dá)2MS/s,可以測量高達(dá)500次諧波,并有多種組合顯示方式能同時(shí)顯示各次諧波含量,為了方便用戶進(jìn)行更細(xì)致的分析,我們還設(shè)計(jì)了可以查看任一次諧波數(shù)值的功能,通過此功能,用戶可以查看每一次諧波的數(shù)值。

圖7 功率分析儀的諧波測試

推薦測試設(shè)備2——PA310功率計(jì)

圖8 PA310

1、基波功率因數(shù)直接測量

PA300系列功率計(jì)采用了純硬件模擬濾波器與鎖相環(huán)技術(shù),諧波測量功能完全符合諧波測量國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-7:2002,根據(jù)基波頻率,電壓、電流分別可測量到最高50次諧波,不論是總諧波畸變率 (THD),還是基波成分、基波功率因數(shù)、各次數(shù)的諧波含量、相位差、含有率等均可直接測量。

2、功率測量精度高達(dá)0．1%,最小測量電流低至50?A,能夠測量低至0．01W的功耗

功率計(jì)的基本測量精度可高達(dá)0．1%,由于雙分流器技術(shù)的應(yīng)用,可以保持分流電阻的溫度穩(wěn)態(tài)變化,降低溫漂,可以實(shí)現(xiàn)從小電流到大電流測量時(shí)都能保證0．1%的功率測量精度。而且,在5mA量程下,PA310可以在最高0．01W的分辨率下執(zhí)行測量,符合國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC62301、能源之星、SPECpower)的測試。

3、標(biāo)配PAM上位機(jī)軟件,可實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析測量數(shù)據(jù),且可通過標(biāo)配的豐富通信接口USB、RS-232、GPIB和以太網(wǎng)接口上傳至PC機(jī)。