带宽选择对功率因数测量值的影响分析

LED驱动电源作为照明系统的核心部件，需对其数十项关键技术参数进行精准测量。其中，功率因数是评估LED驱动电源电能利用效率的重要指标，其数值高低关系到电网的运行效率与稳定性。因此，对功率因数进行精确测量具有重要的现实意义。

 

1. 功率因数的定义

功率因数（Power Factor，PF）是交流电路中的一个重要概念，它是有功功率（Active Power）与视在功率（Apparent Power）的比值，用公式表示为：

功率因数 = 有功功率/视在功率

PF = P（W）/ S（VA）

视在功率是供电端提供的总功率，它是电压和电流有效值的乘积，其中电流有效值是基波和谐波成分的总有效值。有功功率则是指实际消耗的功率，用于做功并转换为其他形式的能量，主要由电压与基波电流的有功分量决定。

 

2. 带宽选择对测量值的影响

LED驱动电源属于开关电源，其输入电流中包含大量高次谐波和噪声，会对电网产生多方面的不利影响，并对其他用电器造成电磁干扰。因此，在LED驱动电源的输入端都设置有滤波器网络，以滤除这些高频谐波。

为了评估滤波效果，测量设备的电流检测回路通常设置有低通和高通滤波器，用来在窄频和宽频两种带宽下捕获电流值，并计算功率因数。

窄频模式侧重于考察驱动电源在工作频率（50/60Hz）下的稳态性能，测量值主要受基波电流和少量低次谐波电流的影响。在理想情况下，即使存在一定的低次谐波，视在功率的增加也相对较小，因此功率因数会相对较高。

宽频模式的目的是全面评估LED驱动电源的电磁兼容特性、滤波性能以及对输入电源的适应能力，以了解驱动电源产生的谐波传导、噪声干扰水平以及输入阻抗的变化等。宽频测试会覆盖几十赫兹到几百千赫兹甚至更高的频率范围，能充分捕获输入电流中的高次谐波分量，使输入电流的有效值增大，导致视在功率增加。而谐波电流对有功功率的贡献较小，因此有功功率的变化相对较小。最终，随着谐波电流的增加，功率因数随之降低。

所以，带宽选择的测量结果反映了不同频段下高次谐波对功率因数的实际影响。如果两种模式测得的功率因数相差不大，说明高频分量已基本滤除；如果测量值相差较大，说明有较多的高频分量残留，应调整滤波器参数。这一方法广泛应用于LED驱动电源的研发测试，是工程人员调试电路的常用手段。

 

3. 测量设备的选择

对于线性电源，可以使用专门针对工频范围设计的测试设备，例如普通功率计等。这类仪器的带宽约20Hz~5kHz，在工频下具有较高的测量精度，能够准确测量有功功率、视在功率、功率因数以及各次谐波分量等参数。

对于LED驱动电源，为全面评估高频噪声和EMC性能，应选择较宽频带的测试设备，例如电力分析仪、谐波分析仪等。这类设备的带宽约20Hz~300KHz甚至更高，能对输入电流的高次谐波进行更准确的采集和分析。

如果使用带宽不足的设备去测量具有高频谐波而滤波设计不合理的驱动电源，可能带来严重误差，常见表现如下：

• 电流测量值偏小
• 功率因数测量值偏大
• 测量设备的读数跳动，显示不稳定

 

4. 测量示例

Silan的SD6822S是一款单级原边控制高功率因数LED驱动芯片，我们参考规格书中的电路，设计了一个LED驱动电源。使用EVERFINE LT-101A LED 驱动电源性能测试仪对电参数进行测量，在设备的窄频模式（20Hz～5kHz）和宽频模式（20Hz～1MHz）下分别读取的测量值如下：

从测量数据可以看出，LED驱动电源在窄频模式下的功率因数达到0.984，完全符合高功率因数的宣称条件。然而，在宽频模式下测得的电流总谐波失真（THD）比窄频模式高出数倍，功率因数降低至0.617。我们将这种现象称为功率因数虚高，其主要原因在于电路输入端没有配置滤波电路，导致高频谐波被测量设备全部捕获，从而影响了测量结果。

为此，我们在输入端增加X电容、共模电感、差模电感等器件，以增强电路的滤波性能，改善电磁兼容特性。修改后的测量值如下：

从测量数据可以看出，在C1、L1、L2全部接入形成完整的滤波网络后，宽频模式下的电流总谐波失真（THD）大大降低，功率因数明显升高，测量值与窄频模式趋于一致，说明此时的滤波效果达到最佳。

由此可见，LED驱动电源测试中的带宽选择对功率因数有着重要影响，测量差异主要与电路中是否存在非线性元件、是否采用功率因数校正电路、开关元件的工作频率以及滤波电路的设计等因素有关。为了提高LED驱动电源的功率因数，降低对电网的影响，应合理设计电路，有效抑制谐波电流的产生，确保LED驱动电源在宽频范围内具有良好的性能。

参考资料：LT-101A用户手册