如何解決LED行業(yè)基波功率因數(shù)測試難點(diǎn)

一、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：

以上關(guān)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(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圖所示，其中為輸入交流電壓，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)。

圖3  各種電壓電流波形

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 ≈總電流，輸入電流失真系數(shù)λ≈1，≈，所以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)。

二、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

4   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。

圖9  諧波測試

功率測量精度高達(dá)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(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。

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)。

圖10  上位機(jī)測試分析