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无电解电容LED驱动方案中输出功率的测量

2011-02-12 10:31
络遇
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  采用陶瓷电容时输出电压、电流的波形如图3所示。与用电解电容时相比,输入功率增加了约0.56W(8.10W – 7.54W),而输出功率按万用表读数计算基本不变(6.37W vs. 6.32W),从而导致效率降低了5%。情况真的如此吗?0.5W的功率跑哪里去了?

  图3、输出采用陶瓷电容(22?F X 2)时的电流、电压波形。

  (Ch1=蓝色:输出电压; Ch4=绿色:输出电流; 数学运算=红色:Ch1*Ch4)

  在图3中,用输出电压与输出电流相乘所得的瞬时功率曲线的平均值为6.86W,而不是用平均电压与平均电流计算得到的6.37W,二者相差0.49W,正好补上了输入端增加的0.56W。新的效率应该是η = 6.37/8.10 =84.7%。因此效率是没有下降的。

  为什么在无电解电容(采用陶瓷电容)方案中,输出功率的计算会有如此的不同?原因在于陶瓷电容的容值较小,导致输出电流的纹波巨大,电流的最低值甚至已经触底为零值了。此时,输出电流的纹波已经大于其直流平均值了,也即是输出电流已经是一个交流电流了。再采用平均电流来计算输出功率就不合适了。

  正确的输出功率计算方法是:Po = Vo_rms * Io_rms * PF。式中Vo_rms和Io_rms分别为输出电压和电流的均方根值,PF为功率因子。图4是输出为陶瓷电容时,输出电压及电流的波形及均方根值。与图3比较可以发现,对于交流电流来说,平均值与均方根值不再相等了。

  图4、输出采用陶瓷电容(22?F X 2)时的电流、电压波形。(print)

  (Ch1=蓝色:输出电压; Ch4=绿色:输出电流; 数学运算=红色:Ch1*Ch4)

  但是功率因子PF不太容易测量,用上述的公式在操作上有一定的难度,而采用瞬时功率(瞬时电压乘以瞬时电流)的平均值来计算输出功率就比较容易,这个操作可以在示波器上很容易地实现。在用电解电容的方案中,由于电解电容的容值比较大,输出电流的直流值远大于纹波值,其平均值与均方根值基本相等,用平均电流来计算输出功率就不会引入太大的误差。

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