LED電源總諧波失真的分析、測(cè)量及預(yù)防
加入技術(shù)交流群
B. 諧波電流通過功率補(bǔ)償設(shè)備的電力電容器，圖5是電容器的等效圖。由圖5可見，當(dāng)由諧波電流引起的容抗與寄生電感引起的感抗相等時(shí)形成諧振，產(chǎn)生強(qiáng)大的諧波電流， 從而導(dǎo)致電力電容器過流或過壓損壞。
圖5
C. 能對(duì)線路上的繼電保護(hù)、儀器儀表、自動(dòng)控制、電子通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，從而引起誤動(dòng)作、出現(xiàn)噪聲等異?，F(xiàn)象。
D. 在三相四線制供電系統(tǒng)的中，線路正常時(shí)三相交流電基本平衡，各相電流在中線內(nèi)相互抵消，理論上中線電流接近于零，因此我國電力系統(tǒng)的中線一般比相線細(xì)。然而過大 的三相三次及高次諧波電流，會(huì)使電網(wǎng)的相電流無法在中線內(nèi)相互抵消，致使中線內(nèi)電流 產(chǎn)生疊加而過流損壞，線路示意圖如圖6此外，中線電流過大引起三相不平衡，即三相電位發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致大批 LED 燈具燒毀，甚至引起火災(zāi)！
圖6
E. 當(dāng)大量的大功率的高諧波含量的電源設(shè)備使用時(shí)，其偶次諧波（a2、a4、a6……） 不容忽視，它使供電回路電流正負(fù)半周不對(duì)稱。尤其是含量較大的二次諧波，它的直流分量使電力變壓器鐵芯產(chǎn)生局部磁化，損耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及變壓器及電力運(yùn)行安全。 因此，無論是從保護(hù)電力系統(tǒng)安全還是從保護(hù)用電設(shè)備和人身安全來看，嚴(yán)格控制并 限定電流諧波含量，以減少諧波污染造成的危害已成為人們的共識(shí)。
4. 降低 THD 的措施
隨著開關(guān)電源類電子產(chǎn)品的應(yīng)用普及，國際電工委員會(huì)制定了 IEC61000-3-2、歐盟制 定了 EN60555-2 和我國制定了 GB17625.1-2003 等法規(guī)，對(duì)用電設(shè)備的電壓、電流波形失真 作出了具體限制和規(guī)定。目前這些法規(guī)也適用于 LED 燈具及 LED 驅(qū)動(dòng)電源。 對(duì)于輸入有功功率大于 25W 的 LED 照明燈具，諧波電流不應(yīng)超過表 2 限值。
表 2. C 類設(shè)備的限值
對(duì)于輸入有功功率不大于 25W 的 LED 照明燈具，規(guī)定符合如下的其中一項(xiàng)：
a.諧波電流不應(yīng)超過表 3 的第 2 欄中與功率相關(guān)的限值；
表3 D類設(shè)備的限制
b. 用基波電流百分?jǐn)?shù)表示的 3 次諧波電流不應(yīng)超過 86%，5 次諧波不超過 61%;而且， 假設(shè)基波電壓過零點(diǎn)為 0°，輸入電流波形應(yīng)是 60°或之前開始流通，65°或之前有最后 一個(gè)峰值（如果在半個(gè)周期內(nèi)有幾個(gè)峰值） ，在 90°前不應(yīng)停止流通。
圖 1 所示的 LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入功率為 8.8W，根據(jù)表 3 第 2 欄的限值，THD 顯然超標(biāo)。 一個(gè)好的 LED 驅(qū)動(dòng)電源，不僅需要高功率因數(shù) PF，而且還要實(shí)現(xiàn)低 THD，使奇次諧波含量 不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
但有的電源設(shè)計(jì)者，為了片面強(qiáng)調(diào)高 PF 而將濾波電容值減小，其結(jié)果是橋式整流器的 導(dǎo)通角增加，PF 增大，但橋式整流器輸出的脈動(dòng)直流電壓導(dǎo)致電路的峰值電流極高，使電 源變換器的功率管等損耗劇增，很容易損壞功率管、高頻變壓器、高頻輸出整流管元件。
目前，性能比較優(yōu)良的 LED 驅(qū)動(dòng)電源，均采用了有源功率因數(shù)校正（Advantage Power Factor Correetion）APFC 電路，圖 7 是一種常用的臨界導(dǎo)通模式（TCM）的單級(jí) PFC 反激式電源變換器示意圖。
圖7
這種電路能使輸入電流即電感電流的波形（見圖 8）與整流二極管輸出的脈動(dòng)電壓波形保持一致的特點(diǎn)，不存在整流二極管導(dǎo)通角的影響，因此輸入電流與輸入電壓的具有相同 相位，如圖 9 所示。
圖8
圖9
這種電路的功率因數(shù) PF 與總諧波失真 THD 的關(guān)系如下：
該電路通?？梢宰龅?PF≥0.96、THD≤30%，甚至可以使 PF 值接近于 1，輸入電流失真 系數(shù) K=I1 / Irms≤3，THD≤10%. 圖 10 的輸入電路是一種通用的填谷式的無源功率因數(shù)控制（PPFC）電路，對(duì)于輸入功率 較小的 LED驅(qū)動(dòng)電源采用此電路，有成本低、線路簡單等優(yōu)點(diǎn)。其功率因數(shù)可在 0.85-0.9， 但諧波含量往往會(huì)超過符合規(guī)定。
圖 10
它的電壓和輸入電流的波形如圖 11
圖 11
圖（12）是其測(cè)試結(jié)果，結(jié)果表明諧波含量超標(biāo)。
圖 12
圖 13
針對(duì)圖10電路的這一缺陷，我們可以提出一種改進(jìn)方案，即在無源 PFC 電路中，增加一個(gè)2-5 OHM/2W 的電阻與二極管 D3 串聯(lián)（見圖13），這樣可以有效地降低諧波含量，同時(shí)還能 進(jìn)一步提高PF，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的 LED驅(qū)動(dòng)電源，是一種很有效的改良方法。
評(píng)論