LED燈主打“節能、環保”,所以LED燈出廠前都會進行功率因數測試。但LED驅動電源輸入電流是非正弦波,因此需要進行基波功率因數的測試,那么該如何正確進行此項測試?本文帶你一探究竟。

為什么LED行業要測試基波功率因數?

功率因數通用定義是有功功率功率與視在功率之比。功率因數低,說明電路無功功率大。功率因數越低,供電設備的負荷越重,電網越不穩定。對于大功率的燈具來說,若功率因數低了,可能會造成:設備損耗大、電力設備超負荷、電網不穩定、諧波污染等問題。

在大家印象中,“功率因數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 電流電壓相位角關系

注:θ=90°

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

因為LED是一個半導體二極管,它需要直流供電,如果用市電供電的話,就一定會有一個整流器,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紋波閃爍,通常都需要加上一個大電解電容。而后面的LED可以近似為一個電阻,所以整個電路如圖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。所以整個系統是一個非線性系統。

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

而在非正弦供電電路中,功率因數沒有明確的物理意義,因此在LED行業這種非正弦供電電路中會關注的是基波功率因數cosφ1。

圖3 各種電壓電流波形

如何進行基波功率因數測試呢?

推薦測試設備1——PA5000H功率分析儀

圖4 PA5000H

LED行業關注較多的則是電源的電壓、電流、功率、諧波及功率因數,如何準確測量這些參數是首要解決的問題,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用于LED電源的研發與測試。

1、豐富的電參數測量

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確測量電源的各種電參數,PA5000H功率分析儀不僅可以針對非正弦系統直接測量出基波功率因數(PF1),還能實時顯示電壓電流波形,豐富的電參數顯示項目可讓用戶分析電源的各種性能指標,可幫助用戶提升功率因數設計提供強有力的數據支持。

圖5 豐富的電參數顯示

2、雙PLL源倍頻技術

PA5000H功率分析儀通過引入雙PLL硬件電路,使采樣頻率和信號頻率同步,保證采樣數據正好是信號周期的整數倍,消除頻譜泄露,可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功率分析儀帶寬高達5MHz、采樣率可達2MS/s,可以測量高達500次諧波,并有多種組合顯示方式能同時顯示各次諧波含量,為了方便用戶進行更細致的分析,我們還設計了可以查看任一次諧波數值的功能,通過此功能,用戶可以查看每一次諧波的數值。

圖7 功率分析儀的諧波測試

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系列功率計采用了純硬件模擬濾波器與鎖相環技術,諧波測量功能完全符合諧波測量國際標準IEC61000-4-7:2002,根據基波頻率,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、各次數的諧波含量、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

功率計的基本測量精度可高達0．1%,由于雙分流器技術的應用,可以保持分流電阻的溫度穩態變化,降低溫漂,可以實現從小電流到大電流測量時都能保證0．1%的功率測量精度。而且,在5mA量程下,PA310可以在最高0．01W的分辨率下執行測量,符合國際標準(IEC62301、能源之星、SPECpower)的測試。

3、標配PAM上位機軟件,可實時監測和分析測量數據,且可通過標配的豐富通信接口USB、RS-232、GPIB和以太網接口上傳至PC機。