【導(dǎo)讀】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(shuō)明電路無(wú)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(lái)說(shuō)，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(wèn)題。
一、為什么LED行業(yè)要測(cè)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(shuō)明電路無(wú)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(lái)說(shuō)，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(wèn)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(zhǎng)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，4為L(zhǎng)ED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cos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(méi)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)cos1 。
二、如何進(jìn)行基波功率因數(shù)測(cè)試呢？
推薦測(cè)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(cè)量這些參數(shù)是首要解決的問(wèn)題，PA5000H功率分析儀擁有0.05%功率測(cè)量精度，5MHz帶寬以及豐富的諧波測(cè)量功能可以廣泛應(yīng)用于LED電源的研發(fā)與測(cè)試。
1. 豐富的電參數(shù)測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)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(cè)量結(jié)果。
圖6 雙PLL源設(shè)置
3. 500次諧波測(cè)量
PA5000H功率分析儀帶寬高達(dá)5MHz、采樣率可達(dá)2MS/s，可以測(cè)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(guò)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(cè)試
推薦測(cè)試設(shè)備2——PA310功率計(jì)
圖8 PA310
4. 基波功率因數(shù)直接測(cè)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(cè)量功能完全符合諧波測(cè)量國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-7:2002，根據(jù)基波頻率，電壓、電流分別可測(cè)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(cè)量。
圖9 諧波測(cè)試
功率測(cè)量精度高達(dá)0.1%，最小測(cè)量電流低至50µA，能夠測(cè)量低至0.01W的功耗
功率計(jì)的基本測(cè)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(cè)量時(shí)都能保證0.1%的功率測(cè)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(cè)量，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC62301、能源之星、SPECpower）的測(cè)試。
標(biāo)配PAM上位機(jī)軟件，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析測(cè)量數(shù)據(jù)，且可通過(guò)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(cè)試分析
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