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中国LED网论坛 » LED驱动电源
版主:  zpwang   零距离   半导狂人   夜行侠   刘冈陇   LED-power   Anna 
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到底是高PF重要还是无闪烁重要
 茅于海
助理工程师   122  2016/7/28 9:17:00
楼主

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!

 YHLAN
高级工程师   1306  2016/7/28 12:14:00
第1楼
PF与闪烁好像没有什么因果关系,PF是输入特性,闪烁是输出特性,而电源的重要指标就是控制转换,输出稳定的输出特性,如稳压源(在LED照明领域是恒流源),显然把两件事扯在一起只是搅得更乱,闪烁是因LED光输出功率在变化所致,可见LED没有得到良好恒流驱动,谈品质、可靠性和长寿命也就奢侈了;而PF是指电源系统按正弦交流变化线性吸收程度,感性负载的cosφ是电流跟随问题,但视在功率是理想化的最大功率,可见,PF=1也是一种理想化状态,人和电子设备都无法接受变化的功率传输,这显然是交流电的先天性缺陷,后天弥补显然不可能完美,纯电阻的PF理论上等于1只是一个特例,不具备普遍性,而实际上纯电阻负载应用的PF同样小于1,因为启动不可能都在电压过零点时刻,只是无限接近1罢了。
 这里有棵菜
版主   1478  2016/7/28 15:13:00
第2楼

还是成本问题!

电话:186 8892 0403(微信同号) QQ:1827036511感谢这么有才华的你还愿意和我做朋友。 [回复]  [引用]  [回到顶部]
无闪频的高性能LED驱动方案优点太多了,肯定是趋势!

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 深圳合创捷LED电源瞿
实习生   16  2016/8/2 13:53:00
第4楼
无闪频的高性能LED驱动方案优点太多了!赞同这点!
 ltechli
实习生   14  2016/8/6 11:29:00
第5楼
必须是无闪烁的
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 huangjerry
实习生   3  2016/8/8 13:56:00
第6楼
无频闪高PF 成本高 目前 鱼和熊掌取其一吧
 YHLAN
高级工程师   1306  2016/8/8 15:48:00
第7楼
PF是一个输入参数指标,做高PF当然成本是高,但与频闪并没有什么关系,频闪是LED电流变化所致,良好的直流LED驱动本身基本可以忽略频闪,因此频闪和PF没有什么可比性,也没有什么相关性,如液晶显示面板,闪烁本身就是不合格,而与PF高低并没有什么关系。
 lingguan369
实习生   9  2016/8/15 16:14:00
第8楼

高PT无频闪电源 一个就可以解决啦

 goldganlu
实习生   4  2016/9/18 10:49:00
第9楼

各类显示屏(如电脑、电视)的频闪那么利害没人管,到LED灯具上,却变成了鸡蛋里挑刺般的纠结!

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 YHLAN
高级工程师   1306  2016/9/18 16:14:00
第10楼
以下是引用goldganlu在2016/9/18 10:49:00的发言:

各类显示屏(如电脑、电视)的频闪那么利害没人管,到LED灯具上,却变成了鸡蛋里挑刺般的纠结!

这不是【鸡蛋里挑刺】的事,显示屏需要显示图像内容,光基本是不断变化的,不可避免频闪,但目标是显示需要的图像,正因为如此,所以看电脑时间不宜太长,适当让眼睛休息一下,而照明本身并不需要像显示屏类的光变化,显然也就无频闪就是更健康的了,当然,无频闪并不是能轻易完成的,那么频闪标准还是很有必要的,当然这要与实际结合了,综合平衡即可,对于LED简单驱动来说,解决频闪并不是什么问题,因为这种静态电流驱动技术并不难,完全可以胜任,可现实的频闪来自电源交流文波,产生的是较为严重的100HZ工频频闪,这就不应该了,而行业盲目去电源化或去电容化方案误导,100HZ频闪严重,PFC电路需要跟随电压调整,不能采用电容滤波的方式,因此频闪才会与PFC挂上钩,其实PFC与频闪没有任何关系的,无频闪(可接受范围)并不太难。
 正芯源-彭俊
实习生   4  2016/11/2 15:55:00
第11楼
深圳正芯源科技有限公司,专业生产LED驱动电源,LED日光灯电源。联系电话13713852172 [回复]  [引用]  [回到顶部]
 vical86
技术员   59  2016/11/8 10:38:00
第12楼
高PF无频闪肯定是趋势,目前都有方案解决。鱼和熊掌可以兼得了
一样做方案,不一样的体验 [回复]  [引用]  [回到顶部]
 YHLAN
高级工程师   1306  2016/11/8 11:33:00
第13楼
以下是引用vical86在2016/11/8 10:38:00的发言:
高PF无频闪肯定是趋势,目前都有方案解决。鱼和熊掌可以兼得了

高PF是电源的一个输入指标,而频闪是一个电流输出指标,这两个没有相关性,也就不存在“鱼和熊掌可以兼得”问题,LED只要是实时直流驱动就没有或忽略频闪,不能把这两个混为一谈了。
 nc965
实习生   2  2017/4/7 6:10:00
第14楼
50W无频闪无电解高PF电源

 nc965
实习生   2  2017/4/7 6:14:00
第15楼

50W无频闪无电解高PF电源
 cjledic
乞丐   1  2017/4/29 11:41:00
第16楼
  •     根据要求而定,根据我司4000多款设计研发生产的经验,目前的来说也可以做到PF>0.99,频闪<10%(认证要求的无频闪),THD<5%,成本也可控制在可接受范围。
  •     但现在由于3.15的报道,市场提出的新要求是完全手机拍不出来的绝对无频闪,由于线性的天生缺陷,无论是多段还是单段,甚至加电解电容都不可能,所以我可以肯定的事:目前来说现在国内外够做到高压线性方案做到做到绝对无频闪是几乎不可能的,如果能够解决并将成本控制在合理的范围之内,结合高压线性的自身优势,高压线性模组将很快霸占整个LED市场。
 LED应急电源
实习生   26  2017/5/4 11:17:00
第17楼
必须地,无闪烁第一。
LED应急电源、自检报警应急装置18676360198 [回复]  [引用]  [回到顶部]
 li787904
实习生   23  2017/10/30 13:51:00
第18楼
新手学习一下
每天学一点。。。 [回复]  [引用]  [回到顶部]
 mt1993
实习生   3  2018/1/2 18:59:00
第19楼
无频闪高性能的LED驱动当然是好,成本不好控制。
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