案例曝光:功率因數及固態照明的解決方案
發布時間:2015-03-10 責任編輯:echolady
【導讀】全球化照明技術和固態照明技術的趨勢愈演愈烈,如今基於LED的固態照明的電抗特性引起的成本增多,使得功率因數產生不利影響,配送電流升高,電網承受的壓力增大。
監管機構一直在與公用事業公司合作製定嚴格的標準來控製固態照明技術對電網的影響。由於基於LED的(de)固(gu)態(tai)照(zhao)明(ming)可(ke)以(yi)極(ji)大(da)地(di)降(jiang)低(di)實(shi)際(ji)的(de)功(gong)耗(hao),因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)電(dian)網(wang)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)量(liang)。但(dan)是(shi),如(ru)果(guo)不(bu)對(dui)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)加(jia)以(yi)管(guan)理(li),電(dian)網(wang)仍(reng)將(jiang)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)比(bi)實(shi)際(ji)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)高(gao)得(de)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)級(ji),從(cong)而(er)抵(di)消(xiao)轉(zhuan)向(xiang)固(gu)態(tai)照(zhao)明(ming)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)很(hen)大(da)一(yi)部(bu)分(fen)好(hao)處(chu)。
以yi前qian的de白bai熾chi燈deng具ju有you近jin乎hu完wan美mei的de功gong率lv因yin數shu。因yin此ci,與yu傳chuan統tong的de交jiao直zhi流liu電dian源yuan相xiang比bi,固gu態tai照zhao明ming一yi直zhi堅jian持chi高gao得de多duo的de功gong率lv因yin數shu標biao準zhun。在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia,對dui於yu75W以下的電源來說,它們不受任何功率因數標準的製約。然而對固態照明而言,從低至5W甚至更低功率開始就需要考慮功率因數限製了。
為了高效地設計基於LED的光源,設計師需要理解功率因素、LED驅動器對功率因數的影響,以及在LED驅動器設計中集成經濟有效的功率因數校正的不同技術。
功率因數
功率因數是指有功功率與視在功率的簡單比值,沒有單位。有功功率是指在負載上使用的功率,測量單位是千瓦(kW)。視在功率是電網提供給係統負載的以伏-安(VA)為wei單dan位wei的de測ce量liang功gong率lv。在zai一yi個ge高gao電dian抗kang係xi統tong中zhong,具ju有you角jiao度du參can數shu的de電dian流liu和he電dian壓ya彼bi此ci可ke以yi高gao度du不bu同tong相xiang。這zhe將jiang導dao致zhi電dian網wang需xu要yao在zai任ren何he給gei定ding時shi間jian點dian提ti供gong比bi真zhen正zheng的de有you功gong功gong率lv大da得de多duo的de無wu功gong功gong率lv。

圖1:有功功率(kW)與視在功率(kVA)的功率因數比值。
采用功率因數校正技術的固態照明可以減少從白熾燈變到LED照明的影響,方法是給LED驅動器增加相關的電路,校正電抗性輸入阻抗,從而將功率因數提高到接近於1。
LED驅動器和功率因數校正
LED及其驅動器具有非線性的阻抗,因此固有功率因數非常低。為了解決這個問題,驅動器需要補償功率因數,盡可能將它提高到接近於1。對於工業倉庫或大型商場來說,隻是考慮一盞LED燈(deng)及(ji)其(qi)對(dui)總(zong)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)時(shi),效(xiao)果(guo)是(shi)很(hen)不(bu)明(ming)顯(xian)的(de),但(dan)在(zai)一(yi)個(ge)大(da)型(xing)商(shang)業(ye)場(chang)所(suo)中(zhong)所(suo)有(you)照(zhao)明(ming)單(dan)元(yuan)的(de)總(zong)和(he)將(jiang)顯(xian)著(zhu)影(ying)響(xiang)總(zong)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu),因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)實(shi)現(xian)對(dui)每(mei)個(ge)單(dan)獨(du)燈(deng)盞(zhan)或(huo)驅(qu)動(dong)這(zhe)些(xie)燈(deng)的(de)每(mei)個(ge)鎮(zhen)流(liu)器(qi)進(jin)行(xing)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)。
功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng有you有you源yuan和he無wu源yuan兩liang種zhong方fang法fa。無wu源yuan功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng解jie決jue方fang案an通tong常chang由you無wu源yuan輸shu入ru濾lv波bo器qi組zu成cheng,提ti供gong一yi定ding程cheng度du的de成cheng本ben好hao處chu,但dan由you於yu無wu源yuan功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng隻zhi是shi針zhen對dui特te定ding的de輸shu入ru電dian壓ya和he電dian流liu狀zhuang態tai進jin行xing優you化hua,當dang這zhe些xie條tiao件jian改gai變bian時shi,功gong率lv因yin數shu還hai會hui下xia降jiang。在zai可ke調tiao光guang照zhao明ming設she備bei中zhong,無wu源yuan功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng是shi不bu可ke接jie受shou的de,因yin為wei在zai燈deng盞zhan的de整zheng個ge亮liang度du調tiao節jie範fan圍wei內nei功gong率lv因yin數shu變bian化hua非fei常chang大da。這zhe時shi就jiu需xu要yao采cai用yong有you源yuan功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng,以yi便bian在zai各ge種zhong負fu載zai和he線xian路lu條tiao件jian下xia足zu以yi保bao持chi高gao的de功gong率lv因yin數shu。
借助有源功率因數校正,有使用主電源轉換電路補償功率因數的方法(單級),以及使用獨立的預調整器提供功率因數校正的方法(兩級)。liangzhongfangfadouyougezidehaochu。zuimingxiandeshi,caiyongdanjifangfakeyishixianchengbendezuixiaohua,yinweibufengonglvyinshuxiaozhengzaizhudianyuanzhuanhuandianluzhongwancheng。panduannazhongtuopuzuishihezuizhongyingyongyaoqiugengshenrudifenximeizhongzhuanhuanqi。

圖2:單級和雙級功率因數校正架構。
采用單級LED驅動器時,主電源級電路將輸入電壓轉換為可用的直流電壓和電流,再用於驅動LED。由於隻有一個電源級,主電源級的驅動需要加以管理以便將功率因數增加到接近1。由you於yu功gong率lv因yin數shu的de測ce量liang取qu決jue於yu驅qu動dong器qi輸shu入ru端duan相xiang對dui主zhu輸shu入ru電dian壓ya看kan起qi來lai有you多duo線xian性xing,調tiao製zhi拓tuo撲pu決jue定ding了le轉zhuan換huan器qi輸shu入ru阻zu抗kang相xiang對dui主zhu電dian源yuan呈cheng現xian什shen麼me樣yang的de阻zu抗kang。
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zuidahuagonglvyinshudezuijiafangfashishiyonggudingdaotongshijianfangfa,tanengyouxiaodichuangjiandianyakongzhidedianliuyuan,huokanqilaigaoduzuxingdeshuruzukang。jingguobianyaqichujidefengzhidianliuzhijiezhengbiyuchujiqudongdedaotongshijian,yincizhezhongfangfabenshenjiujuyoujiejinyu1的高功率因數。雖然固定導通時間架構能夠提供高功率因數的好處,但權衡起來考慮經常是不可接受的。正常工作於DCM模式時,峰值電流非常高,有兩個主要結果,即無源器件上有高應力,LED上(shang)有(you)大(da)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)。輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)上(shang)的(de)高(gao)應(ying)力(li)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)這(zhe)些(xie)關(guan)鍵(jian)元(yuan)件(jian)的(de)壽(shou)命(ming),導(dao)致(zhi)燈(deng)盞(zhan)的(de)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)。輸(shu)出(chu)上(shang)過(guo)大(da)的(de)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)則(ze)會(hui)降(jiang)低(di)輸(shu)出(chu)光(guang)的(de)質(zhi)量(liang),因(yin)為(wei)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)上(shang)會(hui)流(liu)過(guo)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu),輸(shu)出(chu)光(guang)將(jiang)增(zeng)加(jia)閃(shan)爍(shuo)噪(zao)聲(sheng),並(bing)降(jiang)低(di)發(fa)光(guang)效(xiao)率(lv),增(zeng)加(jia)自(zi)發(fa)熱(re)損(sun)耗(hao)。
使shi用yong恒heng流liu模mo式shi工gong作zuo代dai替ti固gu定ding導dao通tong時shi間jian可ke以yi減jian輕qing輸shu出chu紋wen波bo電dian流liu,減jian小xiao電dian路lu中zhong無wu源yuan器qi件jian的de應ying力li,但dan由you於yu輸shu入ru阻zu抗kang固gu有you的de電dian抗kang特te性xing,功gong率lv因yin數shu會hui顯xian著zhu減jian小xiao。
尋找結合了高功率因數和低紋波電流同時最大限度地減小對無源外部器件影響的替代方法是找到單級LED驅動器最佳低成本解決方案的關鍵。
iW3626就是單級高功率因數LED驅(qu)動(dong)器(qi)例(li)子(zi),它(ta)不(bu)僅(jin)是(shi)高(gao)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)驅(qu)動(dong)器(qi),而(er)且(qie)能(neng)夠(gou)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)。實(shi)現(xian)技(ji)術(shu)位(wei)於(yu)數(shu)字(zi)引(yin)擎(qing)的(de)核(he)心(xin),能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)監(jian)視(shi)功(gong)率(lv)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji)監(jian)視(shi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)。數(shu)字(zi)核(he)心(xin)允(yun)許(xu)將(jiang)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)到(dao)主(zhu)要(yao)的(de)功(gong)率(lv)晶(jing)體(ti)管(guan),本(ben)例(li)中(zhong)是(shi)功(gong)率(lv)雙(shuang)極(ji)麵(mian)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)。本(ben)例(li)中(zhong)的(de)專(zhuan)有(you)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)允(yun)許(xu)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)將(jiang)想(xiang)要(yao)的(de)最(zui)小(xiao)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)編(bian)程(cheng)
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