LED驱动稳定性设计所不能回避的几个基础知识

      一、什么是PF值？

       PF值即功率因素：是表示用电设备对电网电力系统利用率的一个指标。相同功率的用电设备，PF值较高的设备输入电流更小，所需电力系统的容量也更小。各国对民用、商业和工业用电设备都有明确的PF值要求。

      二、PF值过低有什么坏处？

       PF值过低会带来多方面的不良影响：首先PF值过低会导致输入电流较大，需要增大输入线线径保证线路安全，其次PF值过低会增大电网损耗，拉低电网电压，导致用电设备异常。同时PF值低的设备往往谐波也很大，谐波容易对电网用电设备产生干扰，影响设备正常工作。

      三、什么是总谐波失真（THD）？

       谐波是指电流中所含的频率为基波整数倍的电量。总谐波失真是指信号输入时，输出信号比输入信号多出的额外谐波成分，各谐波叠加在输入信号上会产生畸变的波形，THD通常用百分比来表示，表示电流谐波含量占基波含量的百分比。

      四、总谐波失真（THD）过高有什么不好？

       当大量使用THD过高的用电器设备时，它产生的谐波电流总量会严重污染整个供电系统和其他用电用户，同时也使电网电压波形发生畸变。

过大的谐波电流会产生以下危害：

       1、使电力变压器产生局部磁化，损耗增大，严重时会危及变压器及电力运行安全。

       2、谐波电流通过功率补偿设备的电力电容器时，容易导致电力电容器过流或过压损坏。

       3、谐波电流能对线路上的继电保护、仪器仪表、自动控制、电子通讯、卫星导航以及计算机系统产生强烈干扰，从而引起误动作、出现噪声等异常现象。

       4、在三相四线制供电系统中，谐波电流会使电网的相电流无法在中线相互抵消致使中线内电流产生叠加而过流损坏，若三相电位发生偏移，严重时会导致烧毁灯具，甚至引起火灾。

      五、什么是浪涌？

       顾名思义就是瞬间出现超出额定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可以引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。

       1、浪涌简介

       浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。

       在电子设计中，浪涌主要指的是电源刚开通的那一瞬间产生的强力脉冲，由于电路本身的非线性有可能高于电源本身的脉冲；

       或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫浪涌。它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏，如PN结电容击穿，电阻烧断等。

       浪涌保护就是利用非线性元器件对高频（浪涌）的敏感设计的保护电路。简单而常用的是并联大小电容和串联电感。

       2、产生原因

       ⑴、外部原因（雷电原因）

       雷击引起的浪涌危害最大。在雷击放电时，以雷击为中心1.5～2.0KM范围内，都可能产生危险的过电压。雷击引起（外部）电涌的特点是单相脉冲型，能量巨大。

       外部电涌的电压在几微秒内可以从百伏特快速升高至20000V，可以传输相当长的距离。按ANSI/IEEE C62.41-1991说明，瞬间电涌可高达20000V，瞬间电流可达10000A。根据统计，系统外的电涌主要来自于雷电和其它系统的冲击，大约占20%。

       ①、感应雷击电涌过电压：雷击闪电产生的高速变化的磁场，闪电辐射的电场作用于导体，感应很高的过电压，这类过电压具有很陡的前沿并快速衰减。

       ②、直接雷击电涌过电压：直接落雷面电网上，由于瞬间能量巨大，破坏力超强，还没有一种设备能对直接落雷进行保护。

       ③、雷击传导电涌过电压：由远处的架空线传导而来，由于接于电力网的设备对过电压有不同的抑制能力，因此传导过电压能量随线路的延长而减弱。

       ④、振荡电涌过电压：动力线等效一个电感，并与大地及临近金属物体间存在分布电容，构成并联谐振回路，在TT、TN供电系统，当出现单相接地故障的瞬间，由于高频率的成分出现谐振，在线路上产生很高过电压，主要损坏二次仪表。

       直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100KA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达5KA到10KA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。

       间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。

       ⑵、内部原因（大型设备工作、短路、电源切换、设备故障、同一线路带载数量过多）

       内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：

       在电力系统内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程，将在系统内部出现过电压。系统内的电涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击，大约占80%。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为：

       ①、电力在负荷的投入和切除。

       ②、感性负荷的投入和切除。

       ③、功率因素补偿电容器的投入和切除。

       ④、短路故障。

       ⑤、同一线路带载数量过多。

      六、浪涌的等级分类

       根据GB/T17626.5-2008《电磁兼容试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验》等同于国际标准：IEC61000-4-5:2005

       浪涌抗扰度试验等级分为：

备注：“X”可以是高于、低于或在其他等级之间的任何等级，该等级可以在产品标准中规格。

      七、纹波电流

       纹波电流定义为输出直流电流上叠加的交流成分。LED电源将输入端的交流电转换成直流电来驱动LED，转换的过程中因电路及器件的特性不可避免的叠加了交流成分。有试验证明，纹波电流对LED的光输出和光效有影响，纹波电流的存在会降低LED的光输出和光效，纹波电流幅值越大光效和输出下降越明显，但控制纹波幅值的大小，LED仍可保持较高的光效。