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每周了解几个硬件知识+LED照明产品关于PF的要求

工程师
2024-08-12 19:53:53     打赏

关于信息技术类和LED照明产品对功率因数(PF, Power Factor)的标准要求。

可以从以下几个方面进行梳理:

信息技术类设备

IEC 61000-3-2标准:此标准主要关注谐波电流的限制,特别是对于连接到公共低压供电系统的电气设备。虽然标准本身并不直接规定具体的功率因数值,但它通过限制谐波电流来间接影响设备的功率因数。对于D类设备(通常包括信息技术设备),标准要求较低,但随着技术的发展和环保意识的增强,制造商开始主动提升产品的功率因数,以减少对电网的污染并提高效率。

随着电源效率的提升和环保要求的加强,未来对于信息技术类设备的功率因数要求很可能会更加严格。这不仅有助于减少能源浪费,还能提升电网的稳定性和效率。虽然目前尚未有针对75W以下设备的正式PF要求发布,但一些国家和地区可能已经开始考虑或制定相关规范。此外,一些国际组织和标准制定机构也可能在未来推出更严格的功率因数要求。

LED照明产品

能源之星是美国环保署(EPA)推出的一项自愿性节能认证计划,针对包括LED照明产品在内的多种消费品。对于LED灯泡类产品,能源之星规定了包括功率因数在内的多项性能指标。在灯泡V2.1版本中,对于不同类型的LED灯泡,可能设定了不同的功率因数要求。这些要求旨在促进高效、环保的LED照明产品的普及。虽然提到中国地区的标准多参考欧洲标准,但欧洲本身对于LED照明产品的功率因数要求也在不断完善中。ErP(能源相关产品)指令要求制造商提供符合特定能效标准的产品,其中可能包括功率因数等性能指标。

由于标准的演进过程较为缓慢,且不同国家和地区的市场需求和技术水平存在差异,因此存在大量地方标准和企业标准。这些标准可能针对特定类型或功率范围的LED照明产品提出具体的功率因数要求。

随着LED照明技术的不断成熟和成本的降低,LED灯具的市场需求将持续增长。为了满足消费者对高效、环保产品的需求,制造商将不断提升产品的功率因数等性能指标。同时,各国政府和国际组织也将继续推动相关标准的制定和完善,以促进LED照明产业的可持续发展。

能源之星灯泡 V2.1 版本中对于 PF 的要求:

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能源之星(Energy Star)

能源之星灯泡V2.1版本对于功率因数的要求确实体现了对不同功率级别产品的差异化处理。对于5W以下的灯泡豁免PF要求,这主要是考虑到小功率产品的成本效益比,允许制造商使用成本更低的电路设计。而对于5W至10W的灯泡,要求PF>0.6,10W以上则要求PF>0.7,这反映了随着功率增加,对能效和电网质量的更高要求。

提到的PF值允许有+5%的波动范围,这在一定程度上为制造商提供了灵活性,以适应生产过程中的微小差异。至于北美市场的全电压范围(120~277V),虽然表面上看似对PF的要求构成挑战,但实际上由于大多数灯泡产品输入电压相对固定(120V),因此这一标准在实际操作中并不十分严格。也指出了能源之星标准的一个潜在问题,即对于THD(总谐波失真)和相移因数等参数的细化条款不足,这可能导致一些产品虽然满足了PF要求,但在谐波控制方面表现不佳。这提醒我们,在评估产品能效时,需要综合考虑多个性能指标。

Design Lights Consortium (DLC)DLC作为能源之星的补充机构,对LED照明产品提出了更为严格的要求。特别是对于LED灯管(T5、T8、T10、T12等),DLC明确规定了PF≥0.9和THDi≤20%的要求。这些要求远高于能源之星的标准,体现了DLC在推动高效、环保LED照明产品方面的决心和力度。DLC的高标准要求对于制造商来说既是挑战也是机遇。一方面,制造商需要投入更多资源来优化产品设计,以满足DLC的认证要求;另一方面,通过获得DLC认证,制造商的产品将更容易获得市场认可,从而在竞争中占据有利地位。

DLC V4.4 对于 PF 和 THD 等的误差要求 :

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DLC V4.4 对于 PF 和 THD 等的误差要求 :

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DLC、欧盟ErP指令以及中国质量认证中心(CQC)对于LED照明产品及其驱动电源在功率因数(PF)和谐波失真(THD)等方面的要求,这些要求对于制造商来说至关重要。

DLC对于PF和THD的公差说明体现了标准的灵活性和实用性,允许一定的误差范围,使得制造商在设计和生产过程中有一定的调整空间。然而,这并不意味着制造商可以降低对产品性能的要求,而是需要在保证产品性能的同时,合理控制成本和生产效率。

欧盟的ErP指令则对PF的要求更为详细和严格,从2W以上的灯具就开始设定PF要求,这反映了欧盟在推动高效、环保照明产品方面的决心和力度。对于LED灯具种类繁多的情况,ErP指令的细分要求有助于确保各种类型的产品都能达到一定的能效标准。

相比之下,中国的CQC认证标准虽然也是针对LED模块用交流电子控制装置的节能认证,但其要求相对于DLC和ErP指令来说可能略显宽松。特别是COC认证的非强制性,使得市场上仍有可能存在使用低功率因数电源的LED灯具产品。这对于灯具组装厂家来说,确实存在一定的认证失败风险,因为如果他们选择了不符合要求的驱动电源,那么最终的产品可能无法满足相关的能效标准。

对于制造商来说,了解并遵守各地区的能效标准和认证要求至关重要。他们需要在产品设计、生产和认证过程中充分考虑这些要求,以确保产品能够顺利进入市场并获得消费者的认可。同时,制造商也应该积极关注标准的更新和变化,以便及时调整产品设计和生产策略,以适应市场需求的变化。


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从这里可以看到,欧盟ErP指令对此划分得更为细节,从2W以上即开始对PF有要求。正是由于 LED灯具的种类繁多,在这里是很明显地细分出来了。注意到,能源之星、DLC、ErP对PF的要求都是针对灯(即集成了电源驱动的一体化设计),而不是驱动电源的要求,这样对于那些生产电源或是驱动的厂家而言还只是有25W和75W的两个大的门槛要求。中国质量认证中心2014年颁布了一份COC 3146-2014《LED模块用交流电子控制装置节能认证技术规范》,这是目前国内唯一一份驱动电源申请CQC认证的要求,且于2017年11月更新到COC3146-2017,其中对于LED模块控制装置中PF以及效率的要求见表1-5,COC还是非强制性的,所以仍有使用低功率因数电源放在灯具里的产品存在,这个问题最直接的影响就是,对于灯具组装厂家而言,如果选择了比较低端的LED驱动电源来适配LED灯然后成品出售时,面临着一定的认证失败的风险。

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前面的内容可以看到,PF总是与其两个部分同时存在,现在的绝大多数标准都是笼统的给予PF一个具体数字化的要求,有没有同时对PF两个维度都给予要求的情况呢?答案是肯定的,笔者通过查阅资料,发现在标准IEC60969-2016《Self-bal-lasted compact fuorescent lamps for general lighting services - performance reuirements (2016年V2.0版)中,分别提及相移因数和THD这一要求,并给出了推荐要求值(见表),这是唯一一份对PF的两个维度都做出要求的一个标准。重写 PF的公式及两个部分如图所示。

功率因数的两个部分以及 IEC 61000-3-2 中 THD 的计算方法:

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从标准表述来看,所有的值仅为实际测试值,仅是给出参考,所以实际产品可能乃然不会遵守此值,因为单纯的测试相移因数需要一定的测试技巧,相角"定义为输入电压和输人电流一次谐波(基波)之间的相位差。所以,对于欧洲的照明类设备,综合一起,可以得到表 。

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总结:

信息技术类设备与LED照明产品的功率因数(PF)标准要求

信息技术类设备IEC 61000-3-2标准:主要关注谐波电流的限制,间接影响功率因数。D类设备(如信息技术设备)虽无直接PF要求,但制造商为提升效率和环保性,正主动提高PF。

未来趋势:随着技术进步和环保要求加强,对信息技术类设备的PF要求可能更加严格。特别是针对75W以下设备的PF要求,虽尚无正式标准,但部分国家和地区可能已开始制定相关规范。

LED照明产品能源之星(Energy Star):V2.1版本:对不同功率级别LED灯泡设定差异化PF要求(5W以下豁免,5-10W要求PF>0.6,10W以上要求PF>0.7)。潜在问题:对THD和相移因数细化条款不足,可能导致谐波控制不佳。

电压范围:北美市场全电压范围(120-277V)下,实际PF要求因固定输入电压而不严格。

Design Lights Consortium (DLC):V4.4版本:对LED灯管提出更严格PF(≥0.9)和THD(≤20%)要求,远高于能源之星标准。

误差要求:允许PF和THD有一定公差范围,体现标准的灵活性和实用性。

欧盟ErP指令:

对PF要求更为详细和严格,从2W以上灯具即开始设定PF要求,确保各类LED灯具能效达标。

中国CQC认证:《LED模块用交流电子控制装置节能认证技术规范》(COC 3146-2017):针对LED模块控制装置的PF和效率提出要求,但非强制性,市场上仍存在低PF电源产品。

对灯具组装厂家而言,选择低端LED驱动电源可能面临认证失败风险。

功率因数(PF)的组成部分与标准PF的组成部分:包括位移因数(Displacement Factor)和相移因数(Distortion Factor)。IEC 60969-2016标准:唯一一份对PF两个维度(相移因数和THD)都做出要求的标准,提供了推荐要求值。PF与THD的计算:根据IEC 61000-3-2标准,THD的计算方法涉及输入电流的谐波分量。




专家
2024-08-13 09:28:12     打赏
2楼

感谢楼主分享


院士
2024-08-13 18:59:41     打赏
3楼

学习了,谢谢分享。


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