LED 灯主打“节能、环保”,所以 LED 灯出厂前都会进行功率因数测试。但 LED 驱动电源输入电流是非正弦波,因此需要进行基波功率因数的测试,那么该如何正确进行此项测试?本文带你一探究竟。


一、为什么 LED 行业要测试基波功率因数?
功率因数通用定义是有功功率与视在功率之比。功率因数低,说明电路无功功率大。功率因数越低,供电设备的负荷越重,电网越不稳定。对于大功率的灯具来说,若功率因数低了,可能会造成:设备损耗大、电力设备超负荷、电网不稳定、谐波污染等问题。


在大家印象中,“功率因数由电压与电流之间的相位差决定,它的物理意义是指电压和电流之间相角差的余弦值”。如下图所示。

 

图 1 电流电压相位角关系


注:
以上关系只适用于“正弦波电路中”, 而如果在非正弦波电路中,功率因数与总谐波失真及基波功率因数有关,如在 LED 灯电路中。
因为 LED 是一个半导体二极管,它需要直流供电,如果用市电供电的话,就一定会有一个整流器,通常是二极管整流桥。为了得到尽可能平滑的直流避免出现纹波闪烁,通常都需要加上一个大电解电容。而后面的 LED 可以近似为一个电阻,所以整个电路如图 2 所示。

 

图 2  LED 灯的等效电路


其各种电压电流波形如下图所示,其中为输入交流电压,为 LED 电路中整流二极管的充放电波形,为输入电流波形。因其电流波形不是正弦波。所以整个系统是一个非线性系统。

 

图 3  各种电压电流波形


通常电气设备的波形比较接近正弦波,谐波不多,大多数情况下基波电流 ≈总电流 ,输入电流失真系数λ≈1,≈,所以可以等同为功率因数。


而在非正弦供电电路中,功率因数没有明确的物理意义,因此在 LED 行业这种非正弦供电电路中会关注的是基波功率因数 。


二、如何进行基波功率因数测试呢?
推荐测试设备 1——PA5000H 功率分析仪

 

图 4  PA5000H


LED 行业关注较多的则是电源的电压、电流、功率、谐波及功率因数,如何准确测量这些参数是首要解决的问题,PA5000H 功率分析仪拥有 0.05%功率测量精度,5MHz 带宽以及丰富的谐波测量功能可以广泛应用于 LED 电源的研发与测试。


1. 丰富的电参数测量
如何提升功率因数一直是 LED 行业的难题,要提升功率因数就必须同时准确测量电源的各种电参数,PA5000H 功率分析仪不仅可以针对非正弦系统直接测量出基波功率因数(PF1),还能实时显示电压电流波形,丰富的电参数显示项目可让用户分析电源的各种性能指标,可帮助用户提升功率因数设计提供强有力的数据支持。

 

图 5  丰富的电参数显示


2. 双 PLL 源倍频技术
PA5000H 功率分析仪通过引入双 PLL 硬件电路,使采样频率和信号频率同步,保证采样数据正好是信号周期的整数倍,消除频谱泄露,可以获得准备的谐波测量结果。

 

图 6  双 PLL 源设置


3.500 次谐波测量
PA5000H 功率分析仪带宽高达 5MHz、采样率可达 2MS/s,可以测量高达 500 次谐波,并有多种组合显示方式能同时显示各次谐波含量,为了方便用户进行更细致的分析,我们还设计了可以查看任一次谐波数值的功能,通过此功能,用户可以查看每一次谐波的数值。

 

图 7  功率分析仪的谐波测试


推荐测试设备 2——PA310 功率计

 

图 8  PA310


4. 基波功率因数直接测量
PA300 系列功率计采用了纯硬件模拟滤波器与锁相环技术,谐波测量功能完全符合谐波测量国际标准 IEC61000-4-7:2002,根据基波频率,电压、电流分别可测量到最高 50 次谐波,不论是总谐波畸变率 (THD),还是基波成分、基波功率因数、各次数的谐波含量、相位差、含有率等均可直接测量。

 

图 9  谐波测试


功率测量精度高达 0.1%,最小测量电流低至 50µA,能够测量低至 0.01W 的功耗


功率计的基本测量精度可高达 0.1%,由于双分流器技术的应用,可以保持分流电阻的温度稳态变化,降低温漂,可以实现从小电流到大电流测量时都能保证 0.1%的功率测量精度。而且,在 5mA 量程下,PA310 可以在最高 0.01W 的分辨率下执行测量,符合国际标准(IEC62301、能源之星、SPECpower)的测试。


标配 PAM 上位机软件,可实时监测和分析测量数据,且可通过标配的丰富通信接口 USB、RS-232、GPIB 和以太网接口上传至 PC 机。

 

图 10  上位机测试分析

 

本文来源于 ZLG 立功科技·致远电子。