LED照明中頻閃的產(chǎn)生及如何減少

　　頻閃是早期熒光燈很常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。然而，隨著時(shí)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(gè)領(lǐng)域，包括通用照明，人們?cè)俅蚊媾R頻閃的問(wèn)題。而想要實(shí)現(xiàn)盡可能無(wú)頻閃的燈光，LED驅(qū)動(dòng)的作用至關(guān)重要。

　　頻閃是光的強(qiáng)度或亮度在一定時(shí)間周期內(nèi)的變化。在許多照明應(yīng)用中都會(huì)出現(xiàn)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(zhuǎn)機(jī)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(duì)頻閃的敏感度。雖然高頻率頻閃不會(huì)對(duì)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(diǎn)介紹0-120赫茲這個(gè)大多數(shù)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(duì)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?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(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(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(jì)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(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(jì)算頻閃

　　個(gè)人感知

　　由于個(gè)體的活動(dòng)類(lèi)型以及對(duì)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，余光常常起著重要的作用，因?yàn)樗顾械倪\(yùn)動(dòng)看起來(lái)更具強(qiáng)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(yīng)力以及當(dāng)時(shí)的照明條件不無(wú)相關(guān)。大多數(shù)人對(duì)10赫茲左右的頻率最為敏感，與此同時(shí)這部分人對(duì)70赫茲以上的變化并不敏感。盡管如此，對(duì)光敏感的人還是會(huì)有疲勞、頭疼等感覺(jué)，因?yàn)楦哳l頻閃會(huì)產(chǎn)生刺激性頻閃效應(yīng)。

　　據(jù)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)1789-2015年標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(dòng)芯片的設(shè)計(jì)建議，目前都有詳細(xì)的解釋。如頻閃發(fā)生在70赫茲以?xún)?nèi)或不易察覺(jué)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(gè)范圍內(nèi)只會(huì)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(huà)說(shuō)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(cè)量-在這種情況下，通過(guò)紋波電流進(jìn)行測(cè)量-銳高的驅(qū)動(dòng)顯示，所測(cè)量到的值保持在相對(duì)感知閾值以下

　　優(yōu)質(zhì)驅(qū)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(biāo)準(zhǔn)為50赫茲），LED驅(qū)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(tǒng)光源相比，LED可以立即將工作電流轉(zhuǎn)換為光，無(wú)需進(jìn)行任何大型平滑特效。為了實(shí)現(xiàn)盡可能無(wú)閃的操作效果，優(yōu)質(zhì)LED驅(qū)動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)、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(píng)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(píng)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(xiǎn)越低。

　　如今的高品質(zhì)驅(qū)動(dòng)，如銳高LED驅(qū)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(shù)，這些參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室中不斷被檢測(cè)。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(biāo)準(zhǔn)。對(duì)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(chǎng)的應(yīng)用。

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

　　推薦的調(diào)光方法

　　雖然LED本身不具頻閃風(fēng)險(xiǎn)，但進(jìn)行LED調(diào)光，尤其是通過(guò)脈沖寬度調(diào)光會(huì)加重頻閃，甚至?xí)?dǎo)致一開(kāi)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(diǎn)，混合調(diào)光法正成為理想之選。

　　結(jié)論

　　驅(qū)動(dòng)里的紋波電流數(shù)據(jù)是頻閃風(fēng)險(xiǎn)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(shù)據(jù)。通常燈具制造商會(huì)提供所用驅(qū)動(dòng)、疊加交流電量、調(diào)光方法以及頻率曲線(xiàn)的詳細(xì)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(xiǎn)。10和70赫茲之間的頻率范圍值得特別考慮，因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)的頻閃對(duì)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(wú)頻閃的環(huán)境條件。