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1.4 产品真的需要这么严格的PF和THD要求吗

由上面的分析可以知道,标准对照明类产品PF的要求越来越严格,如额定功率2W以上就要求,但是我们不禁要问,照明类产品真的需要这么严格的PF要求吗?标准制定者(一般是国家利益代表方)每提出一个标准要求,产品生产商就需要认真应对。但实际上我们分析电网以及用电负载的情况,可以得到一个非常有意思的结论。

因为,工业用电的场合,作为动力的负载很多是感性负载,导致电流相位滞后于电压相位而使得PF值低下,但很多时候一般会采用加入容性电抗器进行补偿以提高功率因数。而LED照明设备,如果不加PFC电路的话一般PF值在0.5左右,整流桥后存在大电容,电源呈容性(当然,对于一些单级PFC电路,也不存在大电解电容)。可以这样想象一下,如果感性负载场合采用低PF的LED灯,那么LED灯存在的固有容性刚刚好可以和电路上的感性相互抵消使得整体电路PF值得到提升,主要的原因是本身感性电路上电流波形相对滞后,之后又加入有容性的LED灯,使得电压波形也滞后,结果就是使电压相位和电流相位又接近一致,达到最佳的效果,这是一种阴差阳错的“互补”过程。

PF的两个影响因子为位移因数和THD,先看位移因数。

位移因数是一个矢量,所以感性和容性的低位移因数在一定程度上可以抵消,如图1—29所示。

图1—29 理想情况下,感性负载和容性负载的位移因数相抵消

而电网中基本上是呈感性,所以容性设备的存在一定程度上能够补偿PF。实际负载情况是感性负载与容性负载的叠加,如图1—30所示。

图1—30 实际负载情况是感性负载与容性负载的叠加

其实THD也是一个矢量,不同频次的谐波也在一定程度上会相互抵消掉。

所以本书给出的一个观点是:除非所在电网只有同一种负载使用,如电网此时的负载全是低PF的LED灯具产品或是其他低功率因数的产品,这时才对电网质量有影响,不然的话,电网中的混合性负载可能会“意外”地抵消掉位移因数和THD的不利影响。当然,如果在局城区间里,如一个学校或是一个办公室,这种密集使用照明设备的场合,而又没有其他感性负载时,这仍然会造成一定的问题,本书后续章节会介绍一个实例来说明这种情况。

其实,高PF的设备并不是都代表着高质量和高可靠性,这是因为一些高PF产品需要更复杂的电路设计,更多的电子元器件,而更多的元器件则可能会导致可靠性降低,产品成本升高,寿终时产生更多的电子废弃物,从这一点来说,与大家常知的概念有点矛盾。但大家可以释然的是,因为工程师面对的是产品设计,仍然是以技术为导向,复杂的电路设计能够有助于工程师了解更多的技术知识,然后再是系统层面的考虑。

另一个层面,前述的一些要求,均是在满载情况,以我们最常用的充电器适配器为例,即使是100W这种的笔记本适配器,在峰值功率下的应用场景反而不多,一般工作在非满载情况,这样的话,只在满载情况下的PF和THD要求,变得在实际场合上没有太多的意义。再来看照明产品,目前LED照明已全面应用,智能照明也在蓬勃发展,节能这个主题变得更加容易实现,正因为如此,市场上开始出现了一种情况,即30%~100%宽负载全电压(有时也要求50%~100%)情况下要求PF和THD,这样貌似真正解决了法规上的空白,但为电路设计提出了更大的挑战。目前照明行业,许多芯片设计厂家开始在这方面提供了大量的解决思路,但截至目前,并没有太好的实际应用方案,关于电路层面,本书后续章节会给予详细说明。 iE7o7c9Itk5k2HWRCq4BHAoS6taK2d6OrdNOWO2HMN6I4S0ZOkOPpikV1tQVbvUq

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