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一、LED驱动电源总谐波失真（THD）分析

 定义与原理

总谐波失真（THD）是指当信号源输入时，输出信号中除基波外，所有谐波及其倍频成分所占的

功率因数 (PF)：PF 是指有功功率与视在功率的比值，即：

 比例，以百分数表示。它直接反映了电源输入电流波形的畸变程度，是衡量电源性能的重要指标之一。

产生原因

LED驱动电源通常采用桥式整流和滤波电容的输入电路结构。由于整流二极管仅在输入交流电压的峰值附近导通，导通角较小（约60°），导致输入电流波形呈尖状脉冲状，进而产生丰富的谐波，造成THD增加。

与功率因数（PF）的关系

功率因数（PF）是交流输入的有功功率与视在功率之比，反映了电源对电能的利用效率。PF与THD之间存在反比关系：在相移因数不变的情况下，降低THD有助于提高PF；反之，PF的提升也意味着THD的降低。

谐波含量的测量与分析

谐波含量可通过示波器测量输入电流波形，并利用傅里叶级数分解方法进行定量分析。谐波含量包括基波电流和各次谐波电流的有效值，其中基波电流有效值与总电流有效值的比值可直观反映输入电流的失真程度。

二、降低LED驱动电源总谐波失真（THD）的对策

采用功率因数校正器（PFC）无源功率因数校正（PPFC）：通过增加填谷电路等无源元件，扩展整流二极管的导通角，使输入电流波形更接近正弦波，从而降低THD。

有源功率因数校正（APFC）：利用有源电路对输入电流进行主动控制，使其与输入电压保持同相位，并有效滤除谐波，显著提升PF并降低THD。

优化电路设计选择合适的滤波电容器和电感器，以减小输入电流的波动和谐波含量。

优化整流电路设计，如采用软开关技术，降低开关过程中的电磁干扰和谐波产生。

采用先进的控制策略

引入数字控制或智能控制策略，对LED驱动电源进行精确控制，优化输入电流波形，从而降低THD。

加强电磁兼容性设计在LED驱动电源的设计中，充分考虑电磁兼容性（EMC）问题，采取适当的屏蔽、滤波和接地措施，减少外部电磁干扰对电源性能的影响。

先看附件

LED驱动电源总谐波失真（THD）分析及对策.pdf

总谐波失真THD与功率因数 PF 的关系市面上很多的 LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流 滤波电路：

该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比 较小，大约为 60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为 3ms，是半个周期（10ms） 的 1/3.输入电压及电流波形如图 2 所示。由此可见，造成 LED 电源输入电流畸变的根本原 因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。

总谐波失真 (THD)：THD 是描述电流波形中非基波（即高次谐波）成分占比的指标。它反映了电流波形的畸变程度，计算公式为：

其中，I1 是基波电流，I2,I3,…,In 是各次谐波电流。

功率因数 (PF)：PF 是指有功功率与视在功率的比值，即：

其中，p是有功功率，s是视在功率，cosΦ1  是基波电流与电压之间的相位差，Irms是总电流有效值。

在LED驱动电源中，由于整流电路和滤波电容的影响，输入电流通常呈现出尖状脉冲波形，这导致较高的谐波成分。根据功率因数的定义，PF不仅与基波电流和电压的相位差有关，还与电流的失真程度（即THD）密切相关。

由功率因数的公式可以得出：

这表明，在相移因数cosΦ1 恒定的情况下，随着THD增加，PF会降低；反之，降低THD可以提高PF。假设Φ1=0，则cosΦ1=1。如果THD = 30%，PF 计算如下：

当THD 降低至 10% 时，PF 计算为：

降低THD能够显著提高PF。

谐波的危害,高谐波成分会带来以下危害：

设备过热和损坏：谐波电流增加变压器、电动机等设备的铁芯损耗，导致设备过热甚至损坏。

谐波谐振：谐波电流可能与电力电容器的寄生电感谐振，造成电容器过流或过压损坏。

干扰问题：谐波电流干扰电力系统中的继电保护、仪表、自动控制、通讯系统等，造成误动作和噪声。

三相不平衡：三相四线制系统中，高次谐波电流可能导致中线过载，引发设备烧毁和火灾。

降低THD的措施

对于LED驱动电源等非线性负载，降低THD的有效方法包括使用有源功率因数校正 (APFC) 电路和优化无源PFC设计。特别是在输入功率较小的情况下，可以通过增加阻尼元件来降低谐波含量，提高PF。

总结：

总谐波失真（THD）是衡量LED驱动电源输入电流波形失真程度的重要指标。LED驱动电源通常采用桥式整流和滤波电容的输入结构，导致输入电流呈现尖状脉冲，产生大量高次谐波，进而增加THD。THD与功率因数（PF）呈反比关系：随着THD增加，PF降低；降低THD则能显著提高PF。高谐波成分可能引发设备过热、谐波谐振、干扰问题以及三相不平衡，危害设备安全和电力系统稳定。为降低THD，可采用有源功率因数校正（APFC）或优化无源PFC设计，通过控制电流波形、减小谐波成分，提升PF并改善电源性能。特别是在小功率场合，通过增加阻尼元件等方式，能够有效降低THD，提升LED驱动电源的可靠性和电能利用效率。