如何避免LED照明中的頻閃問題？

頻閃是早期熒光燈很常見的一個問題。然而，隨著時間的推移，日益強(qiáng)大的電子鎮(zhèn)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)已涉足照明的各個領(lǐng)域，包括通用照明，人們再次面臨頻閃的問題。而想要實現(xiàn)盡可能無頻閃的燈光，LED驅(qū)動的作用至關(guān)重要。

伴隨著LED照明的節(jié)能以及對光品質(zhì)和照明舒適度越來越高的要求，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(qiáng)度或亮度在一定時間周期內(nèi)的變化。在許多照明應(yīng)用中都會出現(xiàn)頻閃，包括電視上的慢動作拍攝(尤其是體育頻道)，隧道照明，普通照明的各個領(lǐng)域以及使用快速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作場所。頻閃會影響人體健康，影響程度取決于頻閃的頻率以及個人對頻閃的敏感度。雖然高頻率頻閃不會對人體產(chǎn)生顯著的影響，但120赫茲以下的低頻率頻閃則很容易影響到人體健康。

本文重點介紹0-120赫茲這個大多數(shù)人覺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)生頻閃的一個重要罪魁禍?zhǔn)?。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。該交流成分使LED模組的功率發(fā)生波動，反過來又會使亮度發(fā)生變化。疊加交流的數(shù)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(shè)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(zhuǎn)換器材料，則該層材料具有電容效應(yīng)，會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計算頻閃

個人感知

由于個體的活動類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，即使亮度波動超出感知閾值(間接感知)。在這里，余光常常起著重要的作用，因為它使所有的運動看起來更具強(qiáng)烈感，無論是頻閃或移動體。

頻閃被感知的程度還取決于個人感知，這與視力、人眼視網(wǎng)膜的感應(yīng)力以及當(dāng)時的照明條件不無相關(guān)。大多數(shù)人對10赫茲左右的頻率最為敏感，與此同時這部分人對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有疲勞、頭疼等感覺，因為高頻頻閃會產(chǎn)生刺激性頻閃效應(yīng)。

據(jù)電氣和電子工程師協(xié)會1789-2015年標(biāo)準(zhǔn)，對于大家熟知的頻閃現(xiàn)象，頻閃發(fā)生的頻率及其在各種頻率范圍內(nèi)的影響，驅(qū)動芯片的設(shè)計建議，目前都有詳細(xì)的解釋。如頻閃發(fā)生在70赫茲以內(nèi)或不易察覺的范圍內(nèi)，不同的限值適用。10赫茲左右的頻率屬于最敏感的范圍，在這個范圍內(nèi)只會感受到0.5%的頻閃;如頻閃頻率到達(dá)60赫茲，則有60%的頻閃可以感受到，換句話說這種頻率下所感受到的頻閃強(qiáng)度是最敏感頻率范圍內(nèi)所感受到的120倍。因此，這些限值在該范圍內(nèi)相當(dāng)高。

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

優(yōu)質(zhì)驅(qū)動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(biāo)準(zhǔn)為50赫茲)，LED驅(qū)動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(tǒng)光源相比，LED可以立即將工作電流轉(zhuǎn)換為光，無需進(jìn)行任何大型平滑特效。為了實現(xiàn)盡可能無閃的操作效果，優(yōu)質(zhì)LED驅(qū)動以及驅(qū)動、調(diào)光器和LED模組三者之間的兼容性缺一不可。數(shù)據(jù)表中的信息通常為評估控制裝置的方法，比如通過“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(qū)動，如銳高LED驅(qū)動，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(shù)，這些參數(shù)在實驗室中不斷被檢測。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標(biāo)準(zhǔn)。對于高紋波的老一代設(shè)備，現(xiàn)在只推薦給那些不需要人一直在場的應(yīng)用。

圖3：電氣和電子工程師協(xié)會1789-2015年標(biāo)準(zhǔn)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)險較低或無明顯風(fēng)險(綠色部分)的整個頻率范圍內(nèi)的頻閃限值曲線。

推薦的調(diào)光方法

雖然LED本身不具頻閃風(fēng)險，但進(jìn)行LED調(diào)光，尤其是通過脈沖寬度調(diào)光會加重頻閃，甚至?xí)?dǎo)致一開始就出現(xiàn)頻閃。為了避免頻閃，采用其他調(diào)光方式，如模擬調(diào)光是可行的。為了抵消低調(diào)光值模擬調(diào)光的缺點，混合調(diào)光法正成為理想之選。

結(jié)論

驅(qū)動里的紋波電流數(shù)據(jù)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明智決定，可查看整個燈具上的數(shù)據(jù)。通常燈具制造商會提供所用驅(qū)動、疊加交流電量、調(diào)光方法以及頻率曲線的詳細(xì)信息。尤其是0到120赫茲之間的頻率曲線，最能說明頻閃的風(fēng)險。10和70赫茲之間的頻率范圍值得特別考慮，因為這個范圍內(nèi)的頻閃對人體健康的影響最大。更重要的是，完全避免PWM調(diào)光基本上可以保證無頻閃的環(huán)境條件。