表 1.諧波幅值表

 

根據(jù)表 1，LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入電流的傅里葉級(jí)數(shù)為：

 

 

根據(jù)諧波幅值 Inm 與諧波有效值 In 的關(guān)系，諧波有效值：

 

 

由式（16） ，則分別計(jì)算各次諧波電流有效值如下（單位 A） ： I1=0.040，I3=0.033，I5=0.023，I7=0.012，I9=0.003. 根據(jù)式（5） ，LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入總電流有效值：

 

 

將表 1 數(shù)據(jù)代入式（17） ，則輸入總電流有效值 Irms=0.058（A） 。實(shí)際中，這個(gè)輸入電 流值可用測(cè)量真有效值的萬(wàn)用表測(cè)得或由功率計(jì)的輸入電流顯示屏讀取。 根據(jù)式（6）計(jì)算總諧波失真：

 

 

根據(jù)表 1 的諧波幅值數(shù)據(jù)，并以基波（一次諧波）分量 100%為基準(zhǔn)，制定諧波電流幅值頻譜圖（忽略高于 9 次以上的諧波）見(jiàn)圖 4.

 

圖4

 

現(xiàn)按式（7）計(jì)算功率因數(shù) PF，當(dāng)基波相移角 Φ1 為零， cosΦ1=1 則有：

 

 

實(shí)測(cè) PF=0.65，二者基本一致。實(shí)際 LED 驅(qū)動(dòng)電源的輸入功率：

 

 

諧波的危害

 

諧波的危害 由以上分析計(jì)算可知，這類(lèi) LED 驅(qū)動(dòng)電源輸入電流諧波含量高，對(duì)于這類(lèi)裝置如功率 不大和少量的使用，其危害性也許不一定會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，然而若成千上萬(wàn)的大量密集地使用， 它所產(chǎn)生的諧波電流總量會(huì)嚴(yán)重污染整個(gè)供電系統(tǒng)和其他用電用戶(hù)，同時(shí)也使電網(wǎng)電壓波 形發(fā)生畸變。理論和實(shí)踐證明，過(guò)大的電流諧波會(huì)產(chǎn)生以下危害：

 

A. 能使配電設(shè)施如電力變壓器和發(fā)電機(jī)、感性負(fù)載設(shè)備如電動(dòng)機(jī)等磁性材料的鐵芯損 耗 Pkz 得到額外的增加，即增加了由于諧波電流引起的磁滯損耗 Ph 分量和渦流損耗 Pc 分 量，使其過(guò)熱而損壞，見(jiàn)式（21） ，其中 fn 是各次諧波電流頻率。

 

 

B. 諧波電流通過(guò)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(jiàn)，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(guò)流或過(guò)壓損壞。

 

圖5

 

C. 能對(duì)線(xiàn)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(xiàn)制供電系統(tǒng)的中，線(xiàn)路正常時(shí)三相交流電基本平衡，各相電流在中線(xiàn)內(nèi)相互抵消，理論上中線(xiàn)電流接近于零，因此我國(guó)電力系統(tǒng)的中線(xiàn)一般比相線(xiàn)細(xì)。然而過(guò)大 的三相三次及高次諧波電流，會(huì)使電網(wǎng)的相電流無(wú)法在中線(xiàn)內(nèi)相互抵消，致使中線(xiàn)內(nèi)電流 產(chǎn)生疊加而過(guò)流損壞，線(xiàn)路示意圖如圖6此外，中線(xiàn)電流過(guò)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(chēng)。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(wú)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(lái)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)。

 

降低 THD 的措施

 

隨著開(kāi)關(guān)電源類(lèi)電子產(chǎn)品的應(yīng)用普及，國(guó)際電工委員會(huì)制定了 IEC61000-3-2、歐盟制 定了 EN60555-2 和我國(guó)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(guò)表 2 限值。

 

表 2. C 類(lèi)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(guò)表 3 的第 2 欄中與功率相關(guān)的限值；

 

 

表3 D類(lèi)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(guò) 86%，5 次諧波不超過(guò) 61%;而且， 假設(shè)基波電壓過(guò)零點(diǎn)為 0°，輸入電流波形應(yīng)是 60°或之前開(kāi)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(guò)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?！　?/div>