电源设计一般要求功率因数大于0.9或者更高,因此必须引入功率因数校正技术以提高电源的功率因数,使其符合要求。
1.功率因数(Power Factor,PF)
对于不失真的正弦交流电而言,其输入电压与输入电流的表达式分别为
式中,u、i均为瞬时值;U、I为有效值;φ为相角。
交流输入的视在功率S=UI,而有功功率P=UIcosφ。仅当cosφ=1时,P=UI。功率因数的国际符号为l,定义为有功功率与视在功率的比值[1],计算公式为
交流供电设备的功率因数是在电流波形无失真的情况下定义的。而LED电源一般为采用AC/DC变换器的开关电源,均通过整流电路与电网相连接,其输入整流滤波一般由桥式整流器、滤波电容等非线性元器件构成,使开关电源对电网表现为非线性阻抗,由于大滤波电容的存在,使整流二极管的导通角变得很窄,致使交流输入电流产生严重失真,变成尖峰脉冲,这种电流波形包含大量的谐波分量,不仅对电网造成严重污染,还使功率因数大幅降低。因此,式(5-3)不再适用,应考虑波形畸变的因素。
2.总谐波畸变(Total Harmonic Distortion,THD)
THD通常用来表示电流谐波或电压谐波的含量,定义为总谐波有效值与基波有效值之比,即
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式中,I1为电流基波有效值;Ii为电流各次谐波分量有效值。
根据功率因数的定义可知,l的计算方法为[2]
将基波电流有效值I1和电网电流有效值Irms的比值定义为电流畸变因数γ,所以功率因数l可以表示为l=γcosφ,由式(5-4)、式(5-5)可得
当φ=0时,l与THD的对应关系见表5-1[2-3]。
表5-1l与THD的对应关系(φ=0)
从表5-1可知,当φ=0时,要使l值高于0.999,则THD≤5%。所以,为提高电路的功率因数,应当尽量使THD和φ趋向于0。
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