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LED燈到底是高PF重要還是無閃爍重要?

一、問題的由來


現在市場上有兩種光引擎,一種是高PF但是嚴重閃爍的無電解電容光引擎,另一種是無閃爍而低PF的有電解電容光引擎。那么到底是哪一種光引擎更好呢?

二、起因

美國硅谷的一家公司ExClara發明了一種LED系統,為了提高功率因數PF,不但拿掉了電解電容,而且為了使得電流波形和電壓波形完全匹配,采用了將LED串分為幾組而依次導通。這樣做的結果一定是導致LED間歇發光而產生嚴重的閃爍。

三、閃爍程度

LED本來就是需要有一定的啟動電壓(2V以上)才能導通,現在再要等輸入電壓升高到一定高度以后才導通,這樣做勢必會使得在兩個半正弦波中間有一個很大的暗區(見下圖箭頭區),從而使得它的閃爍遠比其他燈具(像白熾燈、熒光燈)要嚴重得多。

四、閃爍造成的后果和問題

1. 對人體的影響:
· 會產生應變疲勞,視力模糊,和傳統的頭疼;
· 會導致光敏性癲癇病人發作;
· 在自閉癥兒童之間增加重復行為。

2. 對生產工人的影響
· 對要求視力和視覺有關的工人會導致作業性能上的下降;
· 對使用或接觸旋轉機械的工人會產生轉動變慢,停轉,甚至反轉的效果,嚴重時會導致工傷事故。

3. 對運動員的影響
對乒乓球羽毛球等極高速度運動的運動員,因為每隔1/100秒就會有2ms的黑暗,這種燈光的閃爍經?;嵋鴝孕∏虻姆較蚺卸鮮蟮任侍?。

4. 對文藝攝影的影響
· 會在照片上留下條紋;

· 長時間曝光鏡頭移動拍攝時會產生怪臉。

5. 對視頻、電視、電影制作的影響
燈光的閃爍對影視劇的制作質量起很壞的影響,出現重影和干擾條紋,以致無法播放。

6. 對安防,警戒系統的影響
因為攝像機的攝像瞬間有可能正好在燈光黑暗的時候,這時候就有可能拍出全黑的圖像,也就是失去完整的一幀。如果這一幀正好是暴徒行兇的瞬間,那就失去了一個重要的證據。

五、怎樣才能消除閃爍

最徹底的辦法是要消除產生這種亮度閃爍的根源。那就是在整流以后采用電解電容濾波,徹底濾去這種交流紋波。

采用電解電容濾波以后,整流后的正弦波基本上被平滑成為接近直流的波形,只有很小的紋波,而且電解電容的容量越大,紋波就越小。也就是說,閃爍就基本上全部消除了。

六、采用電解電容的“缺點”-PF低

為什么這個“缺點”要帶上引號呢?因為這個測試結果是用市面上有問題的功率因數計測出來的!而這些功率因數計的測試結果是很值得懷疑的。

例如我們用同一個有電解電容的102W的LED光引擎系統,采用不同的測試儀表測試的結果如下:采用市面上常用的數字式功率因數測試儀測得器功率因數為0.6590。

可是如果我們采用國家CHNT認定的Cosφ計來測試同一個系統,卻可以得到PF=0.9的結果??杉庵質質焦β室蚴頻牟饈越峁嗆艸晌侍獾?。

那么功率因數到底是什么呢?

功率因數本來是線性交流電工系統里的cosφ,也就是電壓正弦波和電流正弦波之間的夾角的余弦值,它代表了和電壓不同相的電流正弦波投影到電壓矢量的方向上?;蛘咚凳塹緦魘噶恐瀉偷繆故噶客嗟姆至恐?。把這個同相值和電壓相乘就是有功功率。二兩位一個分量和電壓矢量相乘就是無功功率。如果cosφ=1,也就是PF=1,那時候就沒有無功功率。在線性交流系統中之所以要定義一個cosφ作為功率因數,就是為了能夠采用另一個相角相反的器件來進行補償,使其無功功率為零。

然而在采用整流器的非線性系統里,電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應該如何定義。國際上據說有4種完全不同的定義??墑瞧婀值氖竅衷謔忻嬪先從鋅梢圓飭糠竅咝韻低車墓β室蚴坡?。只是所有這些數字式功率因數計都無法給出功率因數的正負,因為它們都是采用有功功率和無功功率之比作為功率因數,功率是沒有負號的,當然兩個功率之比也沒有正負號了。這種定義顯然是有問題的,現在這個課題是美國大學的碩士論文和瑞典大學的博士論文的課題。很簡單地就可以說明這個問題:功率因數的一個最重要的特點就是有正、負號。因為功率因數分為感性負載和容性負載兩種,感性是正;容性是負,二者可以相互補償。通常家里的電冰箱,空調機,電視機等都是感性負載。所以電業局經常要在變壓器的次級并聯一個大電容來進行補償。而LED電源加上電解電容以后很明顯是容性負載,所以應該對于家電的功率因數的補償還有好處!可是市面上的數字式功率因數計卻給不出正負號來!

從上面的敘述可以看出,對于有電解電容光引擎的這種所謂的功率因數低的“缺點”是一個根本說不清楚的問題,如果拿這種問題來說事不是別有用心也至少是多此一舉了!

七、小功率的LED燈具根本就不應該有功率因數的限制

本來國家對小功率電器的功率因數有非常明確的規定,就是75W以下的小功率電器沒有功率因數的要求和限制。而對于燈具過去也沒有提出過什么功率因數的要求,例如國內常用的36W的熒光燈絕大多數都采用鎮流電感加上啟輝器,它的功率因數也是很低的,只有0.51左右。國家從來沒有對它說過一聲。后來的大功率金鹵燈,甚至于功率高達1000瓦,也還用電感作為鎮流器,功率因數也只有0.51,而且還是感性負載,也從來沒有人對它提出過功率因數的要求。后來對于節能燈好像提出了15W以下沒有限制(因為幾乎所有常用的節能燈都是低于15W,所以這個要求也沒有意義!)

只是到了LED燈反而提出了十分苛刻的要求,5W以下才不要求功率因數。大家知道歐盟通常是要求最嚴格的,而歐盟提出只有25W以上才要求功率因數,我們國家的要求居然比歐盟還高了5倍之多!好像是要有意刁難國產LED燈具似的。

八、無電解電容的光引擎不只是閃爍還有很多更嚴重的問題

最大的問題就是它采用了效率很低的線性電源,它的效率只有85%。有15%的功率都變成了熱量。假如用這種低效率的線性電源放到鋁基板上做成光引擎,那么就要有15%的熱量加到LED上面。以應該10W的光引擎為例。去掉1.5W的電源耗電,只有8.5W供給LED,居然LED的電-光效率為40%,就是本來有8.5x0.6=5.1W的熱量,現在又增加了1.5W的熱量,就是增加了1.5/5.1=0.3,相當于增加了30%的熱量。也就是使得LED的結溫增加了30%。在通常情況下設計的散熱器應該使結溫為85度,現在增加到了110度,就會使得它的熱光效降低25%,壽命從30,000小時降低到10,000小時。

埃菲萊公司發明了一種效率高達99%的有電解電容的線性恒流源,用這種恒流源做成光引擎,不但沒有閃爍,而且還不會對LED光源增加熱量,因為它的效率高,本身幾乎不消耗功率,也就是不產生熱量。所以就不會降低LED的熱光效,也不會縮短光引擎的壽命!可以說,只有這種效率極高的恒流源才能夠把它集成到LED光源的鋁基板上成為高性能的光引擎。所有其它的所謂高PF交流光引擎實際上只是降低了熱光效,縮短了壽命而且閃爍嚴重的產品。

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