基于不同驱动条件下白光LED照明频闪问题的研究[2]

　　C. 实际应用中，按照不同照明的需求来选用不同的驱动电流形式。要得到具有良好照明品质的光输出，就要选用脉动成分小的驱动电源。

　　2) 不同频率驱动条件下的光输出

　　对于不同频率驱动条件下的LED 光输出特性的测试，分别采用了频率范围为30kHz ～ 60kHz 且电流平均值不变的含脉动成分的直流电流来分别驱动LED。实际的波形见图6 ( a) ～ ( d) 所示。由图6 ( a) ～ ( d) 的比较可见: LED 的光输出的频闪程度与驱动电流的频率有良好的对应关系，分析及归纳如下:

　　图6 LED 在不同频率驱动条件的光输出

　　A. 在LED 的驱动中，不改变其他参数， 当频率由较低逐步向较高方向发展时，光输出的波动将由大变小。在图6 中当频率30kHz 时，光输出的波动深度约为18% ，当频率为60kHz 时，光输出的波动深度约为8% ;

　　B. 同一驱动电流频率的升高使得LED 光输出的波动减小的原因，主要是在高频的条件下，LED 荧光粉的余辉效应逐步显现，使得光输出的波动减小;

　　C. 采用高频电流驱动是减小LED 光输出波动，提高照明光源品质的重要技术措施之一。

　　3) 不同程度电流脉动驱动下的光输出

　　对于不同程度电流脉动驱动条件下LED 光输出特性的测试，分别采用了频率为30kHz 且电流的平均值不变的脉动直流电流来驱动LED，实际的波形见图7 ( a) ～ ( c) 所示。

　　由图7 ( a) ～ ( c) 的比较可见: 采用不同脉动成分的直流电流来驱动LED，其光输出具有不同的的频闪效应。分析归纳如下:

　　A. 在高脉动电流驱动的条件下[图7 ( a) ，脉动成分为100% ]，LED 的光输出具有强烈的波动，频闪的深度约为28% ; 在中脉动电流驱动的条件下[图7 ( b) ，脉动成分为44% ]，LED 光输出的频闪的深度约为20% ; 在低脉动电流驱动的条件下[图7c，脉动成分为8. 3% ]，LED 光输出频闪的深度约为3% ，可以视为无频闪光源，能与线性驱动的相媲美;

　　B. LED 驱动电流脉动成分的大小将直接决定LED 光输出的波动大小，即频闪深度的大小，因此必须依据实际要求来选择驱动电源的技术指标，以满足使用的要求。

　　3 白光LED 照明频闪的分析

　　在允许的范围内，LED 的光输出几乎是直接响应于输入驱动电流的大小和波形，几乎没有一般常规光源的发光惯性———白炽灯、卤素灯的热惯性，荧光灯的荧光粉余辉效应。因此其驱动的电流波动直接影响光输出的波动，为此需要在设计中和使用中给予特别的关注。对于照明品质要求高的LED 光源( 如: 教学、办公、展示、陈列等) 就需要对其驱动器的电流输出特性给予特别的考虑，减少电流波动和附加的高次谐波的扰动，降低LED 光输出的频闪效应。

　　( 1) 传统照明光源的频闪分析:

　　传统的照明光源都有一定的频闪存在，但是由于工作原理的不同，不同光源的频闪大小也不尽相同，分别简述如下:

　　1) 白炽灯及卤素灯

　　白炽灯及卤素灯是利用电流的热效应来使灯丝白炽发光的。由于处于白炽状态下的灯丝的热惯性影响，因此对电流波动的反应不太敏感，具有一定的惰性，因此对于减少光输出的波动有一定的效果。

　　2) 低压荧光灯

　　低压荧光灯的发光是由灯丝及荧光粉的共同作用来工作的，其驱动又分为工频( 电感式) 和高频( 电子式) 两类。由于灯丝的热惯性及荧光粉余辉的优势存在，因此两者的共同作用对于减少光输出的波动有一定的效果。其中工频荧光灯的工作电流频率较低，频闪严重，而高频荧光灯的工作电流频率高，由于灯丝的热惯性及荧光粉余辉的优势发挥就更加有利，因此光强输出的波动性较小，频闪较低，是较为理想的照明光源，经过特别设计的高频荧光灯可以作为无频闪的照明光源。

　　3) HID 照明光源

　　常用的HID 照明光源主要包含有: HPS 灯、金卤灯。但是由于其功率大、发热量高，绝大部分工作于工频驱动条件下，因此虽然也有灯丝的热惯性效应，且对于减少光输出的波动有一定的效果，但是其光输出的波动仍然较大，频闪也较为严重，主要应用于对频闪性能要求不高的照明场合，如: 城市道路、露天广告牌、广场、建筑装饰照明等。表1 给出了实际测试的传统照明光源的频闪以及改进技术方案，供参考。

　　( 2) LED 照明光源的频闪分析

　　通过以上的实际测试以及分析归纳可以看到，造成LED 光输出频闪的原因较多，既有器件本身的特性所决定的，又有驱动模式的不同而造成的。为此就要研究上述的各种不同驱动的频闪特性，并提出针对性的解决措施及改进技术。

　　综上所述，由于LED 的光输出具有非常优良的电流频率响应特性，这种特性对于应用于动态显示条件下是必须的，是优势所在; 而对于照明应用可能就是“缺点”了，集中分析如下:

　　其一: 在低频和LED 的PWM 调光模式 ( 非100% ) 运行条件下，其光输出的曲线几乎与电流曲线相一致。此时由于驱动电流为单向脉动的，其光输出也具有单向脉动特性，光输出的波动性很大。按照频闪深度的定义， 其光输出的频闪深度为100% ;

　　其二: 在高频条件下应用时，由于荧光粉余辉的效应加强，光输出的波动有所减小，具有向好的趋势;

　　其三: LED 照明驱动器的电流输出特性将直接影响到其光输出的频闪大小，而驱动器的电流输出特性的优劣有直接与电路的拓扑方式、设计方案、器件的选用、整体的成本和使用寿命都有关系。为此需要对LED 照明光源的使用对象、场合、技术要求等进行精心甄别。不是仅仅满足于将LED 光源点亮就行了，而需要设计出满足要求的高品质照明光源。

　　表2 给出了不同驱动条件LED 光输出的频闪效应、影响因素及改进的措施，作为上述有关LED 频闪问题分析的小结。

　　4 结束语

　　虽然LED 具有非常优良的照明特性。但是目前仍处于推广应用阶段，有许多问题需要不断的研究。由于LED 的光输出具有非常优良的电流响应特性，因此频闪问题可能比传统的光源更加突出，鉴于此

　　需要针对以下几个方面来进行进一步的探讨。

　　◆LED 工频驱动的可能性， 以及PWM 调光模式运行条件下，光输出严重的频闪问题;

　　◆在高频条件下驱动时，LED 荧光粉的余辉效应加强，光输出的波动有所减小，但是改善有限，可研究具有长余辉特性的荧光粉来加以改善;

　　◆LED 照明光输出的频闪大小直接影响照明的品质优劣。对于照明来说不是仅仅只满足于将LED点亮，而是需要设计出满足实际使用要求的高品质照明光源才是正道。