如何避免LED照明中的頻閃問(wèn)題？

頻閃是早期熒光燈很常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。然而，隨著(zhù)時(shí)間的推移，日益強大的電子鎮流器已經(jīng)在很大程度上消除了頻閃的干擾，讓人感受不到頻閃。如今LED(發(fā)光二極管)已涉足照明的各個(gè)領(lǐng)域，包括通用照明，人們再次面臨頻閃的問(wèn)題。而想要實(shí)現盡可能無(wú)頻閃的燈光，LED驅動(dòng)的作用至關(guān)重要。

伴隨著(zhù)LED照明的節能以及對光品質(zhì)和照明舒適度越來(lái)越高的要求，銳高再次將注意力放在頻閃以及如何避免頻閃上。

頻閃是光的強度或亮度在一定時(shí)間周期內的變化。在許多照明應用中都會(huì )出現頻閃，包括電視上的慢動(dòng)作拍攝(尤其是體育頻道)，隧道照明，普通照明的各個(gè)領(lǐng)域以及使用快速旋轉機械的工作場(chǎng)所。頻閃會(huì )影響人體健康，影響程度取決于頻閃的頻率以及個(gè)人對頻閃的敏感度。雖然高頻率頻閃不會(huì )對人體產(chǎn)生顯著(zhù)的影響，但120赫茲以下的低頻率頻閃則很容易影響到人體健康。

本文重點(diǎn)介紹0-120赫茲這個(gè)大多數人覺(jué)得討厭的低頻率頻閃。

頻閃如何產(chǎn)生的?

產(chǎn)生頻閃的原因很多。對于控制裝置制造商而言，紋波電流就是其中的原因之一，是產(chǎn)生頻閃的一個(gè)重要罪魁禍首。紋波電流是整流和濾波后依然存在的交流成分。紋波電流疊加在直流上，具有不同的頻率和曲線(xiàn)。該交流成分使LED模組的功率發(fā)生波動(dòng)，反過(guò)來(lái)又會(huì )使亮度發(fā)生變化。疊加交流的數量及頻率是產(chǎn)生頻閃的決定性因素。

LED光源所使用的載波技術(shù)和燈具設計也是產(chǎn)生頻閃的重要因素。例如，如果將磷光體用作LED光源的轉換器材料，則該層材料具有電容效應，會(huì )消除一小部分疊加交流。

圖1：使用幅度差以及高于和低于平均值的部分來(lái)計算頻閃

個(gè)人感知

由于個(gè)體的活動(dòng)類(lèi)型以及對頻閃敏感度的不同，頻閃所產(chǎn)生的影響也不經(jīng)相同，或讓人感到反感，或讓人注意力不集中，亦或損害人的健康，即使亮度波動(dòng)超出感知閾值(間接感知)。在這里，余光常常起著(zhù)重要的作用，因為它使所有的運動(dòng)看起來(lái)更具強烈感，無(wú)論是頻閃或移動(dòng)體。

頻閃被感知的程度還取決于個(gè)人感知，這與視力、人眼視網(wǎng)膜的感應力以及當時(shí)的照明條件不無(wú)相關(guān)。大多數人對10赫茲左右的頻率最為敏感，與此同時(shí)這部分人對70赫茲以上的變化并不敏感。盡管如此，對光敏感的人還是會(huì )有疲勞、頭疼等感覺(jué)，因為高頻頻閃會(huì )產(chǎn)生刺激性頻閃效應。

據電氣和電子工程師協(xié)會(huì )1789-2015年標準，對于大家熟知的頻閃現象，頻閃發(fā)生的頻率及其在各種頻率范圍內的影響，驅動(dòng)芯片的設計建議，目前都有詳細的解釋。如頻閃發(fā)生在70赫茲以?xún)然虿灰撞煊X(jué)的范圍內，不同的限值適用。10赫茲左右的頻率屬于最敏感的范圍，在這個(gè)范圍內只會(huì )感受到0.5%的頻閃;如頻閃頻率到達60赫茲，則有60%的頻閃可以感受到，換句話(huà)說(shuō)這種頻率下所感受到的頻閃強度是最敏感頻率范圍內所感受到的120倍。因此，這些限值在該范圍內相當高。

圖2：作為常規頻閃測量-在這種情況下，通過(guò)紋波電流進(jìn)行測量-銳高的驅動(dòng)顯示，所測量到的值保持在相對感知閾值以下

優(yōu)質(zhì)驅動(dòng)芯片可大大減少頻閃情況發(fā)生

受電源電壓整流的影響(歐洲標準為50赫茲)，LED驅動(dòng)中有很大一部分紋波電流的頻率是電源頻率的兩倍，約100赫茲。不僅如此，與傳統光源相比，LED可以立即將工作電流轉換為光，無(wú)需進(jìn)行任何大型平滑特效。為了實(shí)現盡可能無(wú)閃的操作效果，優(yōu)質(zhì)LED驅動(dòng)以及驅動(dòng)、調光器和LED模組三者之間的兼容性缺一不可。數據表中的信息通常為評估控制裝置的方法，比如通過(guò)“輸出電流紋波”或“疊加交流”評估。通常情況下，所指示的值是100赫茲。該值越低，頻閃的風(fēng)險越低。

如今的高品質(zhì)驅動(dòng)，如銳高LED驅動(dòng)，可最大限度地減少在輸出紋波，與完美匹配的組件一起工作。優(yōu)質(zhì)組件都有明確定義的參數，這些參數在實(shí)驗室中不斷被檢測。制造商尤其注重10赫茲左右的臨界頻率范圍。銳高正在尋求定義新的市場(chǎng)標準。對于高紋波的老一代設備，現在只推薦給那些不需要人一直在場(chǎng)的應用。

圖3：電氣和電子工程師協(xié)會(huì )1789-2015年標準首次提出降低人體健康風(fēng)險的全面建議。該圖顯示的是對人體健康風(fēng)險較低或無(wú)明顯風(fēng)險(綠色部分)的整個(gè)頻率范圍內的頻閃限值曲線(xiàn)。

推薦的調光方法

雖然LED本身不具頻閃風(fēng)險，但進(jìn)行LED調光，尤其是通過(guò)脈沖寬度調光會(huì )加重頻閃，甚至會(huì )導致一開(kāi)始就出現頻閃。為了避免頻閃，采用其他調光方式，如模擬調光是可行的。為了抵消低調光值模擬調光的缺點(diǎn)，混合調光法正成為理想之選。

結論

驅動(dòng)里的紋波電流數據是頻閃風(fēng)險的第一指示。如想獲得更多可靠信息以便做出一個(gè)明智決定，可查看整個(gè)燈具上的數據。通常燈具制造商會(huì )提供所用驅動(dòng)、疊加交流電量、調光方法以及頻率曲線(xiàn)的詳細信息。尤其是0到120赫茲之間的頻率曲線(xiàn)，最能說(shuō)明頻閃的風(fēng)險。10和70赫茲之間的頻率范圍值得特別考慮，因為這個(gè)范圍內的頻閃對人體健康的影響最大。更重要的是，完全避免PWM調光基本上可以保證無(wú)頻閃的環(huán)境條件。