幾個(gè)常見照明產(chǎn)品的頻閃參數(shù)分析

徐 博，薛曉曉，劉 歡

（浙江省電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)所，浙江杭州，310007）

幾個(gè)常見照明產(chǎn)品的頻閃參數(shù)分析

徐 博，薛曉曉，劉 歡

（浙江省電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)所，浙江杭州，310007）

本文介紹了目前國際上針對(duì)照明產(chǎn)品頻閃的幾個(gè)最新參數(shù)及其要求，并對(duì)常見的白熾燈、自鎮(zhèn)流熒光燈、LED球泡燈進(jìn)行了檢測(cè)與分析，比對(duì)并分析了各頻閃參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果。

頻閃；LED球泡燈；閃爍百分比；Pst；SVM

0 引言

燈具是人類日常生活中必不可少的照明用具，隨著人們生活水平的提高，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)照明的要求也是越來越高。從一開始的只要求照明功能，到現(xiàn)在要求照明滿足生理和心理舒適，使工作、學(xué)習(xí)、生活的場(chǎng)所成為滿意的、幸福的、有利于健康的場(chǎng)所[1]。目前對(duì)健康照明主要關(guān)注于光譜顯色性、光生物安全、光頻閃及眩光等。其中頻閃，即光源閃爍問題被較少的提及和重視。今年央視的315晚會(huì)上，把LED學(xué)習(xí)燈的頻閃問題作為消費(fèi)第一號(hào)預(yù)警，引起了大家的廣泛關(guān)注。但目前國內(nèi)對(duì)燈頻閃還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文將依據(jù)目前國際上最新相關(guān)頻閃的幾個(gè)研究成果，對(duì)白熾燈、節(jié)能燈和LED燈進(jìn)行分別檢測(cè)，并對(duì)比分析其頻閃參數(shù)的特性。

1 頻閃參數(shù)介紹

頻閃（光源閃爍）是指照明光源的光輸出隨著某一頻率波動(dòng)。目前國際上對(duì)頻閃的研究成果有IEEE std1789、IEC TR 61547、CIE TN 006等。

1.1 IEEE std1789中的閃爍百分比和閃爍指數(shù)[2]

閃爍指數(shù)（Flicker Index）是指在周期性的光輸出波形中，一個(gè)周期內(nèi)的平均光輸出線以上的面積除以光輸出曲線的總面積（見圖 1）。

閃爍百分比（Percent Flicker）或調(diào)制深度（Modulation）是指在周期性的光輸出波形中，一個(gè)周期內(nèi)的光輸出最大值和最小值的之差占光輸出最大值和最小值之和的比例（見圖1）。

對(duì)于閃爍指數(shù)，閃爍指數(shù)＜0.1被認(rèn)為是高質(zhì)量的光。對(duì)于閃爍百分比，最新的IEEE std 1789把閃爍百分比和頻率聯(lián)系起來考慮。具體的低風(fēng)險(xiǎn)要求：光頻度＜90Hz時(shí)，閃爍百分比應(yīng)低于頻度的0.025倍；光頻率在90Hz～1250Hz時(shí)，閃爍百分比應(yīng)低于頻度的0.08倍；光頻率＞1250Hz時(shí)，沒有限制。為了直觀表達(dá)頻閃的風(fēng)險(xiǎn)程度，將閃爍百分比通過歸一化調(diào)制(NM)，把低風(fēng)險(xiǎn)要求歸一化為NM，把此NM標(biāo)記為NM1，NM1＜1表示低風(fēng)險(xiǎn)。無危害要求：光頻度＜90Hz時(shí)，閃爍百分比應(yīng)低于頻度的0.01倍；光頻率在90Hz～3000Hz時(shí)，閃爍百分比應(yīng)低于頻度的0.0333倍；光頻率＞3000Hz時(shí)，沒有限制。同樣采用歸一化方法，可得到NM2，NM2＜1表示無危害。

圖1 閃爍指數(shù)和閃爍百分比的定義

1.2 IEC TR 61547中的Pst[3]

Pst，短期閃爍指數(shù)，該技術(shù)指標(biāo)分析頻率范圍0.05Hz～80Hz，能同時(shí)考核了電源電壓的波動(dòng)和照明產(chǎn)品自身電路對(duì)光輸出變化的影響，閾值為1，Pst＜1是可接受的；當(dāng)Pst＞1時(shí)，50%以上的觀察者會(huì)感覺到頻閃。

1.3 CIE TN 006中的SVM[4]

對(duì)于80Hz以上的頻閃，人眼是不易發(fā)覺的，但卻對(duì)人眼的空間感知有較大影響。例如將一些快速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備看成是緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)著甚至是靜止的，即頻閃效應(yīng)（Stroboscopic effect）。CIE TN 006針對(duì)頻閃效應(yīng)提出了SVM技術(shù)指標(biāo)，分析頻率范圍80Hz～2000Hz，來判斷頻閃效應(yīng)的視見性。SVM=1，表示正好可見；SVM＞1時(shí)，表示可見；SVM＜1時(shí)，表示不可見。

2 測(cè)試方法及結(jié)果分析

2.1 測(cè)試方法

測(cè)試儀器采用杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司的LFA-3000光源頻閃測(cè)量儀，使用最常見的白熾燈、自鎮(zhèn)流熒光燈（節(jié)能燈）、LED球泡燈作為分析樣品。在暗室中分別進(jìn)行上述頻閃指標(biāo)的測(cè)試，儀器測(cè)試前樣品均已充分點(diǎn)亮穩(wěn)定。其中白熾燈采用60W的白熾燈和200W的白熾燈，自鎮(zhèn)流熒光燈和LED球泡燈分別采用兩種比較典型的樣品（較好、較差各一種），結(jié)果如表1所示。

表1 各燈的測(cè)試結(jié)果

2.2 各參數(shù)的結(jié)果分析

閃爍指數(shù)中檢測(cè)結(jié)果大部分都小于0.1，只有LED燈1的閃爍指數(shù)大于0.1。

此次燈的光頻率都是100Hz，故閃爍百分比低風(fēng)險(xiǎn)的要求應(yīng)小于8。同時(shí)，可看出閃爍百分比的結(jié)果與NM1和NM2一致，閃爍百分比高風(fēng)險(xiǎn)的，NM1也是高風(fēng)險(xiǎn)；閃爍百分比低風(fēng)險(xiǎn)的，NM1同樣低風(fēng)險(xiǎn)；閃爍百分比無危害的，NM2則也無危害。

Pst的檢測(cè)結(jié)果表示均不會(huì)感到頻閃。

SVM的檢測(cè)結(jié)果除LED燈1表示有可見頻閃，其他則無可見頻閃。

2.3 比對(duì)同類型的燈

白熾燈隨功率增加，白熾燈的閃爍指數(shù)和閃爍百分比均下降。這是因?yàn)榘谉霟舻墓β试酱螅瑹艚z直徑增大、長度縮短, 燈絲的熱慣性增加，燈絲溫度變化幅度減少，因此光波動(dòng)也減小[5]?？煽闯雒鎸?duì)白熾燈，閃爍百分比很好的體現(xiàn)出了差距，但其他參數(shù)也都是200W的要優(yōu)于60W的。自鎮(zhèn)流熒光燈中，熒光燈1閃爍百分比的結(jié)果略高于低風(fēng)險(xiǎn)要求，但也與熒光燈2的閃爍百分比結(jié)果接近，其他參數(shù)也是相同的熒光燈2的結(jié)果略好于熒光燈1的結(jié)果。LED燈的照度波形見圖2和圖3。LED球泡燈1的照度振幅非常大，最低的時(shí)候幾乎到了零，該燈的各頻閃指標(biāo)也反應(yīng)了這一結(jié)果。閃爍百分比、NM1、SVM都比較差，只有Pst符合要求外，其余數(shù)據(jù)均不令人滿意。LED球泡燈2則是達(dá)到了閃爍百分比的無風(fēng)險(xiǎn)，Pst和SVM的結(jié)果也很不錯(cuò)，體現(xiàn)出面對(duì)光輸出波形區(qū)別很大的LED球泡燈，閃爍指數(shù)、閃爍百分比、NM、SVM均能很好的體現(xiàn)出結(jié)果。

2.4 比對(duì)不同類型的燈

相較白熾燈和LED燈，熒光燈的各閃爍指標(biāo)都不會(huì)太差，這是因?yàn)闊晒鉄艄庠炊际怯蔁艄苤械臒晒夥奂ぐl(fā)而發(fā)光，而熒光粉點(diǎn)亮后會(huì)有余輝，從而減小了光的輸出波動(dòng)。另一方面，現(xiàn)行的熒光燈均采用的是電子鎮(zhèn)流器，而電子鎮(zhèn)流器剛能顯著降低光波動(dòng)[5][6]。LED和發(fā)光二極管一樣，具有正向?qū)?、反向截止、死區(qū)電壓、擊穿電壓等伏安特性[7]。如果用交流或波動(dòng)度很大的單向脈動(dòng)直流或整流后100Hz嚴(yán)重調(diào)幅的直流來驅(qū)動(dòng)LED，LED球泡燈的閃爍現(xiàn)象將超過傳統(tǒng)光源。而采用一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)電源將有效降低輸出光的波動(dòng)[8]，這在幾個(gè)頻閃參數(shù)上都能很好體現(xiàn)。

圖2 LED球泡燈1

圖3 LED球泡燈2

3 結(jié)論

閃爍指數(shù)、閃爍百分比及歸一化計(jì)算后的NM、Pst、SVM均能明顯表征出光源輸出的波動(dòng)情況。但各參數(shù)分析的頻率和角度不同以及各自的閾值采用了不同的模型和計(jì)算方式，會(huì)有判定結(jié)果不一致的情況。相對(duì)而言，閃爍百分比和閃爍指數(shù)的限值要求要比Pst和SVM的更為嚴(yán)苛，而目前國際和國內(nèi)還沒一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以同時(shí)綜合地考慮這幾個(gè)參數(shù)。

[1]陳仲林.健康照明探討[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(01):86-89.[2017-09-20].

[2]IEEE std1789, Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers[S].

[3]IEC TR 61547, Equipment for general lighting purposes-EMCimmunity requirements[S].

[4]CIE TN 006, Visual Aspects of Time -Modulated Lighting Systems-Definitions and Measurement Models[S].

[5]莊曉波,朱紹龍,張善端.光源光輸出波動(dòng)的準(zhǔn)確測(cè)量及其影響因素[J].照明工程學(xué)報(bào),2009,20(01):12-19. [2017-09-20].

[6]鄧樹興.論熒光燈頻閃效應(yīng)及其電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)誤區(qū)[J].照明工程學(xué)報(bào),2003,(02):34-39. [2017-09-20]

[7]鄭佳斌.高功率因數(shù)無頻閃長壽命LED驅(qū)動(dòng)電源研究[D].閩南師范大學(xué),2015.

[8]陸世鳴,劉磊,俞安琪.照明產(chǎn)品的頻閃分析及對(duì)功能性照明的影響[J].燈與照明,2014,38(04):22-27. [2017-09-20].

Analysis of Flicker Parameters for several Common Lighting Products

Xu Bo,Xue Xiaoxiao,Liu Huan
(Zhejiang Provincial Testing Institute of Electronic Information Products, Hangzhou Zhejiang,310007)

This paper introduces the latest international parameters and their requirements of flicker for the lighting products. Tested and analysedforincandescent lamps,self-ballasted fluorescent lamps,led bulbs.Compare and analyze the flicker parameters of the testing results.

flicker; led bulbs; Percent flicker; Pst; SVM