到底是高PF重要还是无闪烁重要

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发表于 2018-2-11 09:09:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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埃菲莱光电科技有限公司

茅于海

1. 问题的由来

现在市场上有两种光引擎,一种是高PF但是严重闪烁的无电解电容光引擎,另一种是无闪烁而低PF的有电解电容光引擎。那么到底是哪一种光引擎更好呢?

2. 起因

美国硅谷的一家公司ExClara发明了一种LED系统,为了提高功率因数PF,不但拿掉了电解电容,而且为了使得电流波形和电压波形完全匹配,采用了将LED串分为几组而依次导通。这样做的结果一定是导致LED间歇发光而产生严重的闪烁。

3. 闪烁程度

LED本来就是需要有一定的启动电压(2V以上)才能导通,现在再要等输入电压升高到一定高度以后才导通,这样做势必会使得在两个半正弦波中间有一个很大的暗区(见图1箭头区),从而使得它的闪烁远比其他灯具(像白炽灯、荧光灯)要严重得多。

4. 闪烁造成的后果和问题

1.1 对人体的影响:

l 会产生应变疲劳,视力模糊,和传统的头疼

l 会导致光敏性癫痫病人发作

l 在自闭症儿童之间增加重复行为

1.2 对生产工人的影响

l 对要求视力和视觉有关的工人会导致作业性能上的下降

l 对使用或接触旋转机械的工人会产生转动变慢,停转,甚至反转的效果,严重时会导致工伤事故

1.3 对运动员的影响

l 对乒乓球羽毛球等极高速度运动的运动员,因为每隔1/100秒就会有2ms的黑暗,这种灯光的闪烁经常会引起对小球的方向判断失误等问题,

1.4 对文艺摄影的影响

l 会在照片上留下条纹

l 长时间曝光镜头移动拍摄时会产生怪脸

4.5 对视频、电视、电影制作的影响

l 灯光的闪烁对影视剧的制作质量起很坏的影响,出现重影和干扰条纹,以致无法播放

4.6 对安防,警戒系统的影响

l 因为摄像机的摄像瞬间有可能正好在灯光黑暗的时候,这时候就有可能拍出全黑的图像,也就是失去完整的一帧。如果这一帧正好是暴徒行凶的瞬间,那就失去了一个重要的证据

5. 怎样才能消除闪烁

5.1 最简单的办法

最彻底的办法是要消除产生这种亮度闪烁的根源。那就是在整流以后采用电解电容滤波,彻底滤去这种交流纹波。

采用电解电容滤波以后,整流后的正弦波基本上被平滑成为接近直流的波形,只有很小的纹波,而且电解电容的容量越大,纹波就越小。也就是说,闪烁就基本上全部消除了。

6. 采用电解电容的“缺点”- PF

为什么这个“缺点”要带上引号呢?因为这个测试结果是用市面上有问题的功率因数计测出来的!而这些功率因数计的测试结果是很值得怀疑的。

例如我们用同一个有电解电容的102WLED光引擎系统,采用不同的测试仪表测试的结果如下:采用市面上常用的数字式功率因数测试仪测得器功率因数为0.6590

可是如果我们采用国家CHNT认定的Cosφ计来测试同一个系统,却可以得到PF= 0.9的结果。

可见这种数字式功率因数计的测试结果是很成问题的。

那么功率因数到底是什么呢?

功率因数本来是线性交流电工系统里的cosφ,也就是电压正弦波和电流正弦波之间的夹角的余弦值,它代表了和电压不同相的电流正弦波投影到电压矢量的方向上。或者说是电流矢量中和电压矢量同相的分量值。把这个同相值和电压相乘就是有功功率。二两位一个分量和电压矢量相乘就是无功功率。如果cosφ=1,也就是PF=1,那时候就没有无功功率。在线性交流系统中之所以要定义一个cosφ作为功率因数,就是为了能够采用另一个相角相反的器件来进行补偿,使其无功功率为零。

然而在采用整流器的非线性系统里,电流波根本就不是正弦波,所以根本就不知道它的cosφ等于多少。也就是不知道PF应该如何定义。国际上据说有4种完全不同的定义。可是奇怪的是现在市面上却有可以测量非线性系统的功率因数计卖。只是所有这些数字式功率因数计都无法给出功率因数的正负,因为它们都是采用有功功率和无功功率之比作为功率因数,功率是没有负号的,当然两个功率之比也没有正负号了。这种定义显然是有问题的,现在这个课题是美国大学的硕士论文和瑞典大学的博士论文的课题。很简单地就可以说明这个问题:功率因数的一个最重要的特点就是有正、负号。因为功率因数分为感性负载和容性负载两种,感性是正;容性是负,二者可以相互补偿。通常家里的电冰箱,空调机,电视机等都是感性负载。所以电业局经常要在变压器的次级并联一个大电容来进行补偿。而LED电源加上电解电容以后很明显是容性负载,所以应该对于家电的功率因数的补偿还有好处!可是市面上的数字式功率因数计却给不出正负号来!

从上面的叙述可以看出,对于有电解电容光引擎的这种所谓的功率因数低的“缺点”是一个根本说不清楚的问题,如果拿这种问题来说事不是别有用心也至少是多此一举了!

7. 小功率的LED灯具根本就不应该有功率因数的限制

本来国家对小功率电器的功率因数有非常明确的规定,就是75W以下的小功率电器没有功率因数的要求和限制。而对于灯具过去也没有提出过什么功率因数的要求,例如国内常用的36W的荧光灯绝大多数都采用镇流电感加上启辉器,它的功率因数也是很低的,只有0.51左右。国家从来没有对它说过一声。后来的大功率金卤灯,甚至于功率高达1000瓦,也还用电感作为镇流器,功率因数也只有0.51,而且还是感性负载,也从来没有人对它提出过功率因数的要求。后来对于节能灯好像提出了15W以下没有限制(因为几乎所有常用的节能灯都是低于15W,所以这个要求也没有意义!)

只是到了LED灯反而提出了十分苛刻的要求,5W以下才不要求功率因数。大家知道欧盟通常是要求最严格的,而欧盟提出只有25W以上才要求功率因数,我们国家的要求居然比欧盟还高了5倍之多!好像是要有意刁难国产LED灯具似的。

8. 无电解电容的光引擎不只是闪烁还有很多更严重的问题

最大的问题就是它采用了效率很低的线性电源,它的效率只有85%。有15%的功率都变成了热量。假如用这种低效率的线性电源放到铝基板上做成光引擎,那么就要有15%的热量加到LED上面。以应该10W的光引擎为例。去掉1.5W的电源耗电,只有8.5W供给LED,居然LED的电-光效率为40%,就是本来有8.5x0.6=5.1W的热量,现在又增加了1.5W的热量,就是增加了1.5/5.1=0.3,相当于增加了30%的热量。也就是使得LED的结温增加了30%。在通常情况下设计的散热器应该使结温为85度,现在增加到了110度,就会使得它的热光效降低25%,寿命从30,000小时降低到10,000小时。

9. 埃菲莱公司发明了一种效率高达99%的有电解电容的线性恒流源,用这种恒流源做成光引擎,不但没有闪烁,而且还不会对LED光源增加热量,因为它的效率高,本身几乎不消耗功率,也就是不产生热量。所以就不会降低LED的热光效,也不会缩短光引擎的寿命!可以说,只有这种效率极高的恒流源才能够把它集成到LED光源的铝基板上成为高性能的光引擎。所有其它的所谓高PF交流光引擎实际上只是降低了热光效,缩短了寿命而且闪烁严重的产品。

结束语

现在应该是可以很清楚地得出结论了:就是无闪烁的高性能光引擎的优点是远高于所谓高PF的严重闪烁的光引擎!

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[LV.9]⑨大理皇爷

发表于 2018-2-14 10:48:44 | 显示全部楼层
能加下我的 QQ:3487007993吗?我现在在用线性的方案
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[LV.10]⑩天龙寺主持

发表于 2018-2-14 15:20:08 | 显示全部楼层
茅老师说得太对了,大家对节能灯都能够不要求功率因数>0.6,为什么对LED灯就要求呢?是不是那些理论家形而上学呢?
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[LV.7]⑦大理宰相

发表于 前天 18:28 | 显示全部楼层
效率高达99%的有电解电容的线性恒流源,请问方案可以提供吗?
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