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来源:半导体照明网  2016.05.03

     一、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?

  二、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。

  三、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(见下图箭头区),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。

  四、闪烁造成的后果和问题

  1.对人体的影响:

  • 会产生应变疲劳,视力模糊,和传统的头疼;
  • 会导致光敏性癫痫病人发作;
  • 在自闭症儿童之间增加重复行为。

  2.对生产工人的影响

  • 对要求视力和视觉有关的工人会导致作业性能上的下降;
  • 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。

  3.对运动员的影响

  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。

  4.对文艺摄影的影响

  • 会在照片上留下条纹;
  • 长时间曝光镜头移动拍摄时会产生怪脸。

  5.对视频、电视、电影制作的影响

  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。

  6.对安防,警戒系统的影响

  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。

  五、怎样才能消除闪烁

  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。

  六、采用电解电容的“缺点”—PF低

  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102W的LED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!

  七、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。

  八、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。

  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。

  九、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!


《前文<LED灯是高PF重要还是无闪烁重要>的再探讨》

来源:半导体照明网

  之前我们发布了一篇名为《LED灯是高PF重要还是无闪烁重要?》的文章后,引起了一些行业人对文章中部分观点的不同看法,到底高PF和无频闪之间是否有直接的冲突?两者是否可以同时并存等。

  秉着对照明行业人知识传播的严谨认真的原则,我们向业内几位人士请教了关于文章中出现的问题。以下是几位专业人士提出的他们对文章中观点的看法,并予以纠正的建议。

  萧弘清

  台湾科技大学电机研究所 教授

  文章大致的说法是合情合理的,但最后一段计算10W的灯,因为效率85%,造成多出30%的热及影响结温那一段叙述是不正确的,需改写。

  欧洲从以前传统光源及节能灯的态度就是25W以下不列管功率因数,35W以上要求0.9以上,主要原因是25W以下消耗电功率太小了,即使功因0.5影响也不大,就算客厅大灯用了15W节能灯8颗,也才120W, 功因0.5不过就是使得电流由0.6安培变成1.2安培(大陆电压220V计算),而一般屋内线路最小线径1.6mm, 可以承受15安培,根本不会有电线起火的危险,所以没有规定高功因的必要。

  此外,要求高功因也会造成内容积有限的节能灯加入多出6个零件,不利散热,因此高功因没有意义。

  回到正题,照明首先要求无频闪才是重点,照明产品会闪烁,那是特别舞台效果,但也不应该造成人视觉不舒服。只盲目强调高功率因数,忘了频闪的祸害,那根本是荒唐的该死想法,所以不用怀疑,会闪烁的产品丢进垃圾桶,即使高功因也没有意义。

  郭树雄

  海峡两岸国家共同标准委员

  台湾照明公会技术顾问

  LED照明产品的使用者是人,应该以安全、舒适为第一优先考量。

  PF事实上是一个目前还在讨论的学理上的现象,还没一个完整的定论和检测标准。对于功率大的产品去要求才有意义。有无电解电容不单是如文章中第八节所说:有跟没有电容都有利弊。

  当然,一个好的电源驱动设计的电路结构本来就要考虑很完备,可是又有成本的因素考量,所以是该从使用者的需求去斟酌。现在的LED照明相关的标准是很乱,各说各话。国内的标准多抄袭国外的标准然后再提更高标准,而国外的标准却很多是外行人订出来的标准。

  标准的精神应该是产业均标,而不应该是高标。安规可以要求高标,标准是不该采用高标。性能标准跟能效标准都该采用均标,要不然正规的厂商也会无法生存,不守规矩的小厂反而有生存的空间。因为消费者是盲目的,无法判断好坏,只好看价钱。

  高PF和无闪烁这两者没有绝对关系,可以做到无闪烁又高PF,那只是一个简易的二分法选择,想用简单的方法来处理时就会有二选一的状况。

  郝敬健

  LUMENS 副总

  文章中第八点论点有点问题的(见上图1、2),加了电解电容后效率应该是变差。不过总的来说是低频闪是比高PF来的重要。严谨的说是低频闪而非无频闪, 要做到无频闪是不可能的。电解电容的寿命远比LED短,所以加电容后寿命是变短。

  第四点写的太夸张,因为所谓频闪是在近距离才能察觉,大多数在超过一米的距离用手机拍摄是看不出频闪的。当然对眼球是容易造成疲劳,所以美国加州法案最新出来的法案要求频闪必须低于30%。

  陈金

  赛尔富标准测试经理

  文章有点问题,两个性能都要满足,不能简单的说哪个更好。高PF和无闪烁都是电源产品的重要性能,不可能要舍弃某一种性能去换取另一种性能的优越,只能根据产品的实际使用场合和定位取平衡。

  另外,欧洲ERP中对小于25w功率因素也是有要求的:2W一5W PF>0.4。

  熊川高

  伊戈尔电气 研发部总监

  首先,文章中人为的把光引擎分为两大类,忽略了即是高功率因数又是无闪烁的这类产品。

  第二,对暗区的原理描述,我认为不仅仅是他说的这一个原因,还有的线性IC产生的暗区在一个周期里有更多个暗区,导致闪烁更严重。

  第三,对人体和环境的影响确实很多,我们也有体验,但至今很少有权威的报告出来,有一点是肯定的,有的国家已经意识到闪烁的危害了,并且出台了相关标准。

  第四,问题最大的是关于功率因数的描述,争议很大。功率因数是有标准定义的,并且在照明行业早就有明确的要求,并不是从LED出现才作的要求。

  IEC61000-3-2对谐波提出要求,就是无形中对功率因数提了要求,要想满足谐波要求,功率因数不够是做不到的。

  并且标准中对产品的划分和功率的划分说的很清楚。目前为止,对25W的界定很清晰。只是不同的国家在不同的节能要求上有不同的细分。这篇文章的目的是想说明低功率因数的无闪烁的产品是很好的,是标准有问题。但是他忘记了标准是法规。我认为,任何一个好产品的前提条件是符合相关标准要求。

  顾明

  经心研科技 总经理兼工程师

  高PF跟无闪频都可以具备的,高PF也有无闪频的,去掉滤波器的做法不可取,PF值只要高于规定就可以,没必要非要接近。

  邓玉仓

  光源工程师、COB研发经理、光电开发经理

  高PF和无频闪并不冲突。PF值影响到电网安全,频闪影响人眼舒适度。

  经过以上几位业界人士对此文的理解判断,大家认为,高PF和无频闪之间可以同时具备,并且文中的部分观点的确存在明显的专业性错误。

  因此,原文中“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!”即哪一个更好的说法不成立。

  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!

ievanz

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