LED频闪那些事儿

2014-11-25　　来源：云知光照明微课堂　　有150856人阅读

核心提示：从头晕到照片曝光不足，频闪在很多方面给人带来影响。固态照明SSL已经被照明行业视为现在和未来的高能效光源，但在LED的周期性调整导致频闪这个问题上，它仍有不足。如果不加以解决，频闪会带来许多问题，有损精心设计的灯具和照明空间。理解频闪问题背后的基本知识将帮助建筑师和照明专业人员规避灯光频闪所带来的让人讨厌、甚至有害的影响。

　　LED为什么频闪?

　　当一种新光源进入市场，频闪问题也就浮出水面。PNNL的Miller说：在光输出上LED的振幅甚至比白炽灯或荧光灯更大。但是，与HID或荧光灯不同，固态照明SSL是一种直流器件，这就是说当恒流供电时，LED就可以无频闪点亮，Benya说。

　　那些没有使用单独恒流调节驱动的简单LED电路，LED亮度会随着交流电周期而变化。驱动起到两个作用，供电和整流。从驱动到LED，交流电到直流电的转换过程会产生电压和电流输出波纹。这种波纹以2倍于供电电压的频率存在，在美国就是120Hz。LED的输出与驱动的输出波形存在对应关系。

　　调光是导致频闪的另外一个诱因。传统调光器，比如TRIAC调光器(一种能双向导电的电子元件)，通过在开关周期内延长关机时间来调节电流，减少光输出。对于LED来说，使用脉冲宽度调制(PWM)以超过200Hz频率开关LED是比较理想的。但是，Benya强调：“如果你在一种非常低的频率中使用脉宽调制，比如正常供电频率，就会造成非常高的频闪比率。”

　　图：单周期波形特性和频闪测量

　　减轻频闪

　　减轻频闪的关键在于驱动，可以通过提供恒定、无振荡的电流来解决这个问题。但是制造商在为LED产品配套驱动时，不得不权衡其它因素——驱动成本、尺寸，可靠性和效率。Cree应用工程副总Mark McClear表示。灯具的预期用途也需要考虑，以确保产品不被过度设计，因为在有些照明情境中频闪是可以被接受的，有些则不行。

　　Mcclear还说：“制造商也一直在尝试优化什么产品适合什么应用，怎样让频闪可接受又不提高成本。”电容可以调节从驱动到LED的交流波纹，但是它也有缺点，Benya说，“电容体积大而且对热敏感”。所以，在一个紧凑有限的空间里，比如LED替换光源，使用电容就行不通。

　　使用脉冲宽度调制(PWM)调节的LED，生厂商可以把电流调节到超过几千赫兹的非常高的频率。这同电子镇流器驱动荧光灯类似。但是要求的频率越高，驱动和LED之间的距离就要越近。“不幸的是，很多人都想要驱动远离照明系统，所以也并不是什么时候都可行的。”Benya说。

　　为了简化调光器和可调光LED光引擎(LED light engines)之间的兼容性试验，NEMA(National Electrical Manufacturers Association)发布了NEMA SSL 7A-2013《固态照明SSL切相调光：基本兼容性》，这是一份给照明产品设计师和生厂商的指南。只要调光器和LED光引擎都符合标准，那么它们就可以兼容。NEMA的技术项目经理Megan说，这个标准是行业第一个，由24家主要制造商签署。SSL 7A的目标是：摆脱灯具和调光器的匹配性测试。需要强调的是这个标准仅适用于标准发布之后的技术，正如其所言，该标准没有给“现存产品或者已安装的LED光引擎和切相调光器的兼容性确定”提供方法。

　　设置标准

　　2002年，由LRC的Narendran领导的固态照明系统和技术联盟(ASSIST)成立，这个联盟由政府组织、研究人员和制造商组成。该组织的第一步工作就是定义可接受的频闪范围，2012，该组织发布ASSIST推荐：《减少固态照明系统频闪效应的闪烁参数》，包含了光源频闪效应的可接受度和检测计算的方法。

　　最近ASSIT发起了一项关于间接频闪知觉和人性因素的研究，该研究由LRC高级研究科学家John Bullough领衔。在确认了频闪引起人体不适的两项主要指标是频率和强度后，Bullough试图找出“在哪些点频闪变得引人注意，并且对长期在这种照明条件下工作的人来说是不可接受的。”举例来说，尽管电脑屏幕频闪频率是60到70赫兹，但是这种频闪大部分并不为人察觉。

　　理想的话，Bullough希望做一份列示光源频闪值和察觉该频闪的居民比例的参考文件出来。Narendran介绍说，这项研究已经进入被选照明应用领域的频闪指数限制的分析阶段了，应该会在今年发布结果。

　　选型小贴士

　　照明专业人员可以采取一些方法来减少选到有频闪的固态照明SSL产品的可能性。在室内，许多LED产品宣称是交流直供，Miller讲，电路设计更简单，没有驱动，有吸引力的价格，但是有些产品，在满载输出时会产生高达40%的频闪。调光阶段，频闪比率可能更高。

　　替换型LED光源，像MR16，A型灯泡，Par灯，比高天井灯，更有可能频闪，McClear说。替换型光源受尺寸的限制，所以他们可能会配置简单的驱动，缺少必要的电子期间来纠正输出。

　　对于不调光的产品，如果配置高品质驱动，频闪可能不明显。但是如果一位设计师给一个替换型光源配置传统墙面开关和TRIAC调光器，而不是用一个0-10V的数字调光系统，“就算再好的产品也会有频闪”，Benya说，“第一个判断依据就是，越是便宜货，越有可能产生频闪。”

　　设计师应该和灯具制造商一起来确定一套可兼容的系统，并根据预期的最终安装效果对驱动和调光设备进行第一手测试。一种低技术门槛的测试方法是照亮转动的陀螺，看有没有频闪效应。另外一种是在光源下像转风扇那样摆动铅笔。在有频闪的光源下，风扇中的间隙和黑线会比较明显，如果没有频闪，风扇看起来就会很流畅，平滑，无间隙。