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    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點

    發布時間:2020-12-17 責任編輯:lina

    【導讀】功率因數通用定義是有功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。

    一、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。
     
     
    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖1 電流電壓相位角關系
    注:如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
     
    以上關系只適用于“正弦波電路中”, 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。
     
     如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖2  LED燈的等效電路
     
    其各種電壓電流波形如下圖所示,其中為輸入交流電壓,4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。
     
    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖3  各種電壓電流波形
     
    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 ≈總電流 ,輸入電流失真系數λ≈1,,所以cos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cos1 。
     
    二、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
     
    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    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。
     
     如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    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。
     
    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    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。
     
     如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖7  功率分析儀的諧波測試
     
    推薦測試設備2——PA310功率計
     
    如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖8  PA310
     
    4. 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。
     
     如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖9  諧波測試
     
    功率測量精度高達0.1%,最小測量電流低至50µA,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。
     
    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。
     
     如何解決 LED 行業基波功率因數測試難點
    圖10  上位機測試分析
     
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