LED燈到底是高PF重要還是無(wú)閃爍重要?

　　一、問(wèn)題的由來(lái)

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上有兩種光引擎，一種是高PF但是嚴(yán)重閃爍的無(wú)電解電容光引擎，另一種是無(wú)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(guó)硅谷的一家公司ExClara發(fā)明了一種LED系統(tǒng)，為了提高功率因數(shù)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(dǎo)通。這樣做的結(jié)果一定是導(dǎo)致LED間歇發(fā)光而產(chǎn)生嚴(yán)重的閃爍。

　　三、閃爍程度

　　LED本來(lái)就是需要有一定的啟動(dòng)電壓(2V以上)才能導(dǎo)通，現(xiàn)在再要等輸入電壓升高到一定高度以后才導(dǎo)通，這樣做勢(shì)必會(huì)使得在兩個(gè)半正弦波中間有一個(gè)很大的暗區(qū)(見下圖箭頭區(qū))，從而使得它的閃爍遠(yuǎn)比其他燈具(像白熾燈、熒光燈)要嚴(yán)重得多。

　　四、閃爍造成的后果和問(wèn)題

　　1.對(duì)人體的影響：

　　·會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變疲勞，視力模糊，和傳統(tǒng)的頭疼;

　　·會(huì)導(dǎo)致光敏性癲癇病人發(fā)作;

　　·在自閉癥兒童之間增加重復(fù)行為。

　　2.對(duì)生產(chǎn)工人的影響

　　·對(duì)要求視力和視覺有關(guān)的工人會(huì)導(dǎo)致作業(yè)性能上的下降;

　　·對(duì)使用或接觸旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工人會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)變慢，停轉(zhuǎn)，甚至反轉(zhuǎn)的效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工傷事故。

　　3.對(duì)運(yùn)動(dòng)員的影響

　　對(duì)乒乓球羽毛球等極高速度運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員，因?yàn)槊扛?/100秒就會(huì)有2ms的黑暗，這種燈光的閃爍經(jīng)常會(huì)引起對(duì)小球的方向判斷失誤等問(wèn)題，

　　4.對(duì)文藝攝影的影響

　　·會(huì)在照片上留下條紋;

　　·長(zhǎng)時(shí)間曝光鏡頭移動(dòng)拍攝時(shí)會(huì)產(chǎn)生怪臉。

　　5.對(duì)視頻、電視、電影制作的影響

　　燈光的閃爍對(duì)影視劇的制作質(zhì)量起很壞的影響，出現(xiàn)重影和干擾條紋，以致無(wú)法播放

　　6.對(duì)安防，警戒系統(tǒng)的影響

　　因?yàn)閿z像機(jī)的攝像瞬間有可能正好在燈光黑暗的時(shí)候，這時(shí)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(gè)重要的證據(jù)

　　五、怎樣才能消除閃爍

　　最徹底的辦法是要消除產(chǎn)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(shuō)，閃爍就基本上全部消除了。

　　六、采用電解電容的“缺點(diǎn)”-PF低

　　為什么這個(gè)“缺點(diǎn)”要帶上引號(hào)呢?因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試結(jié)果是用市面上有問(wèn)題的功率因數(shù)計(jì)測(cè)出來(lái)的!而這些功率因數(shù)計(jì)的測(cè)試結(jié)果是很值得懷疑的。

　　例如我們用同一個(gè)有電解電容的102W的LED光引擎系統(tǒng)，采用不同的測(cè)試儀表測(cè)試的結(jié)果如下：采用市面上常用的數(shù)字式功率因數(shù)測(cè)試儀測(cè)得器功率因數(shù)為0.6590。

　　可是如果我們采用國(guó)家CHNT認(rèn)定的Cosφ計(jì)來(lái)測(cè)試同一個(gè)系統(tǒng)，卻可以得到PF=0.9的結(jié)果?？梢娺@種數(shù)字式功率因數(shù)計(jì)的測(cè)試結(jié)果是很成問(wèn)題的。

　　那么功率因數(shù)到底是什么呢?

　　功率因數(shù)本來(lái)是線性交流電工系統(tǒng)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?；蛘哒f(shuō)是電流矢量中和電壓矢量同相的分量值。把這個(gè)同相值和電壓相乘就是有功功率。二兩位一個(gè)分量和電壓矢量相乘就是無(wú)功功率。如果cosφ=1，也就是PF=1，那時(shí)候就沒有無(wú)功功率。在線性交流系統(tǒng)中之所以要定義一個(gè)cosφ作為功率因數(shù)，就是為了能夠采用另一個(gè)相角相反的器件來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，使其無(wú)功功率為零。

　　然而在采用整流器的非線性系統(tǒng)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(yīng)該如何定義。國(guó)際上據(jù)說(shuō)有4種完全不同的定義?？墒瞧婀值氖乾F(xiàn)在市面上卻有可以測(cè)量非線性系統(tǒng)的功率因數(shù)計(jì)賣。只是所有這些數(shù)字式功率因數(shù)計(jì)都無(wú)法給出功率因數(shù)的正負(fù)，因?yàn)樗鼈兌际遣捎糜泄β屎蜔o(wú)功功率之比作為功率因數(shù)，功率是沒有負(fù)號(hào)的，當(dāng)然兩個(gè)功率之比也沒有正負(fù)號(hào)了。這種定義顯然是有問(wèn)題的，現(xiàn)在這個(gè)課題是美國(guó)大學(xué)的碩士論文和瑞典大學(xué)的博士論文的課題。很簡(jiǎn)單地就可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題：功率因數(shù)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)就是有正、負(fù)號(hào)。因?yàn)楣β室驍?shù)分為感性負(fù)載和容性負(fù)載兩種，感性是正;容性是負(fù)，二者可以相互補(bǔ)償。通常家里的電冰箱，空調(diào)機(jī)，電視機(jī)等都是感性負(fù)載。所以電業(yè)局經(jīng)常要在變壓器的次級(jí)并聯(lián)一個(gè)大電容來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。而LED電源加上電解電容以后很明顯是容性負(fù)載，所以應(yīng)該對(duì)于家電的功率因數(shù)的補(bǔ)償還有好處!可是市面上的數(shù)字式功率因數(shù)計(jì)卻給不出正負(fù)號(hào)來(lái)!

　　從上面的敘述可以看出，對(duì)于有電解電容光引擎的這種所謂的功率因數(shù)低的“缺點(diǎn)”是一個(gè)根本說(shuō)不清楚的問(wèn)題，如果拿這種問(wèn)題來(lái)說(shuō)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(yīng)該有功率因數(shù)的限制

　　本來(lái)國(guó)家對(duì)小功率電器的功率因數(shù)有非常明確的規(guī)定，就是75W以下的小功率電器沒有功率因數(shù)的要求和限制。而對(duì)于燈具過(guò)去也沒有提出過(guò)什么功率因數(shù)的要求，例如國(guó)內(nèi)常用的36W的熒光燈絕大多數(shù)都采用鎮(zhèn)流電感加上啟輝器，它的功率因數(shù)也是很低的，只有0.51左右。國(guó)家從來(lái)沒有對(duì)它說(shuō)過(guò)一聲。后來(lái)的大功率金鹵燈，甚至于功率高達(dá)1000瓦，也還用電感作為鎮(zhèn)流器，功率因數(shù)也只有0.51，而且還是感性負(fù)載，也從來(lái)沒有人對(duì)它提出過(guò)功率因數(shù)的要求。后來(lái)對(duì)于節(jié)能燈好像提出了15W以下沒有限制(因?yàn)閹缀跛谐Ｓ玫墓?jié)能燈都是低于15W，所以這個(gè)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(shù)。大家知道歐盟通常是要求最嚴(yán)格的，而歐盟提出只有25W以上才要求功率因數(shù)，我們國(guó)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(guó)產(chǎn)LED燈具似的。

　　八、無(wú)電解電容的光引擎不只是閃爍還有很多更嚴(yán)重的問(wèn)題

　　最大的問(wèn)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(yīng)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(lái)有8.5x0.6=5.1W的熱量，現(xiàn)在又增加了1.5W的熱量，就是增加了1.5/5.1=0.3，相當(dāng)于增加了30%的熱量。也就是使得LED的結(jié)溫增加了30%。在通常情況下設(shè)計(jì)的散熱器應(yīng)該使結(jié)溫為85度，現(xiàn)在增加到了110度，就會(huì)使得它的熱光效降低25%，壽命從30，000小時(shí)降低到10，000小時(shí)。

　　埃菲萊公司發(fā)明了一種效率高達(dá)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(huì)對(duì)LED光源增加熱量，因?yàn)樗男矢?，本身幾乎不消耗功率，也就是不產(chǎn)生熱量。所以就不會(huì)降低LED的熱光效，也不會(huì)縮短光引擎的壽命!可以說(shuō)，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(shí)際上只是降低了熱光效，縮短了壽命而且閃爍嚴(yán)重的產(chǎn)品。

　　九、結(jié)束語(yǔ)

　　現(xiàn)在應(yīng)該是可以很清楚地得出結(jié)論了：就是無(wú)閃爍的高性能光引擎的優(yōu)點(diǎn)是遠(yuǎn)高于所謂高PF的嚴(yán)重閃爍的光引擎!