如何解決LED行業基波功率因數測試難點

  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。

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”，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圖所示，其中V_AC為輸入交流電壓，V_C2為LED電路中整流二極管的充放電波形，I_AC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I₁≈總電流 I_rms，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。

  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。

圖9 諧波測試

2、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。

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。

圖10 上位機測試分析