LED驅(qū)動電源總諧波失真（THD）分析及對策

1.總諧波失真 THD 與功率因數(shù) PF 的關(guān)系

市面上很多的 LED 驅(qū)動電源，其輸入電路采用簡單的橋式整流器和電解電容器的整流 濾波電路，見圖 1.

圖1

該電路只有在輸入交流電壓的峰值附近，整流二極管才出現(xiàn)導(dǎo)通，因此其導(dǎo)通角θ比 較小，大約為 60°左右，致使輸入電流波形為尖狀脈沖，脈寬約為 3ms,是半個周期(10ms) 的 1/3.輸入電壓及電流波形如圖 2 所示。由此可見，造成 LED 電源輸入電流畸變的根本原 因是使用了直流濾波電解電容器的容性負(fù)載所致。

圖2

對于 LED 驅(qū)動電源輸入電流產(chǎn)生畸變的非正弦波，須用傅里葉(Fourier)級數(shù)描述。 根據(jù)傅里葉變換原理，瞬時輸入電流可表為：

式中，n 是諧波次數(shù)，傅里葉系數(shù) an 和 bn 分別表為：

每一個電流諧波，通常會有一個正弦或余弦周期，n 次諧波電流有效值 In 可用下式計算：

輸入總電流有效值

上式根號中，I1 為基波電流有效值，其余的 I2,3,分別代表 2,3,… n 次諧波電流有效值。 用基波電流百分比表示的電流總諧波含量叫總諧波失真(THD) ,總諧波含量反映了波形的 畸變特性，因此也叫總諧波畸變率。定義為

根據(jù)功率因數(shù) PF 的定義，功率因數(shù) PF 是指交流輸入的有功功率 P 與輸入視在功率 S 之比值，即

其中， 為輸入電源電壓; U cosΦ1 叫相移因數(shù)， 它反映了基波電流 i1 與電壓 u 的相位關(guān)系， Φ1 是基波相移角;輸入基波電流有效值 I1 與輸入總電流有效值 Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫輸入電流失真系數(shù)。上式表明，在 LED 驅(qū)動電源等非線性的開關(guān)電源電路中，功率 因數(shù) PF 不僅與基波電流 i1 電壓 u 之間的相位有關(guān)，而且還與輸入電流失真系數(shù) K 有關(guān)。 將式(6)代入式(7) ,則功率因數(shù) PF 與總諧波失真 THD 有如下關(guān)系：

上式說明，在相移因數(shù) cosΦ1 不變時，降低總諧波失真 THD,可以提高功率因數(shù) PF;反之 也能說明， PF 越高則 THD 越小。 例如，通過計算，當(dāng)相移角 Φ1=0 時，THD=30% @ PF=0.9578;THD=10% @ PF=0.9950. 2.諧波測量與分析 諧波測量與