LED照明產(chǎn)品光源頻閃風(fēng)險(xiǎn)分析

許巧云

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 福州 350002）

引言

LED照明產(chǎn)品的頻閃問(wèn)題已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，特別是幾年來(lái)智能照明甚囂塵上，在附加調(diào)光、通訊等功能后，光源頻閃往往更為嚴(yán)重。頻閃不僅會(huì)帶來(lái)心理和生理方面的健康問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)引發(fā)安全事故。目前，國(guó)際上已相繼出臺(tái)了多個(gè)有關(guān)頻閃評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注重點(diǎn)不同，評(píng)價(jià)指標(biāo)也有很大的差別。

1 LED照明頻閃問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源

光源頻閃指的光源所產(chǎn)生的光呈重復(fù)、快速的變化，光輸出不穩(wěn)定，可用光通量的波動(dòng)深度來(lái)表示。波動(dòng)深度的數(shù)值越大，則頻閃問(wèn)題越嚴(yán)重。電光源的頻閃水平大小也是衡量產(chǎn)品的性能參數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)。頻閃效應(yīng)指的是由電光源的頻閃問(wèn)題所引發(fā)的危害效應(yīng)。頻閃和頻閃效應(yīng)是用于表征電光源的光通量波動(dòng)深度和所引發(fā)危害效應(yīng)的兩個(gè)相互因果的物理參數(shù)。

由于LED產(chǎn)品自身所具有正向伏安特性，在相同的交流電源下，許多LED照明產(chǎn)品的光輸出閃爍問(wèn)題明顯高于傳統(tǒng)的光源產(chǎn)品。

根據(jù)IEEE Std 1789-2015標(biāo)準(zhǔn)可知，LED照明閃爍的潛在健康影響主要?dú)w納為五個(gè)方面，其風(fēng)險(xiǎn)危害矩陣如圖1所示。

LED照明產(chǎn)品產(chǎn)生光源頻閃的技術(shù)機(jī)理有多方面：供電電源電壓不穩(wěn)、電光源自身品質(zhì)性能缺陷、發(fā)光體驅(qū)動(dòng)頻率過(guò)低以及照明設(shè)計(jì)不合理等，并且是諸多因素綜合作用的結(jié)果。

圖1 LED照明閃爍風(fēng)險(xiǎn)危害矩陣圖

1）供電電源電壓不穩(wěn)

傳統(tǒng)照明產(chǎn)品若采用50 Hz交流供電，則它的頻閃周期為100 Hz，所以用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝時(shí)會(huì)因采樣頻率不同而出現(xiàn)水波紋。LED燈具產(chǎn)品由于是采用直流輸出供電，所以其光源輸出光也為直流形式（或在直流輸出基礎(chǔ)上疊加微小波動(dòng)）。從物理角度上來(lái)講，其光輸出的波動(dòng)性會(huì)遠(yuǎn)低于交流電工作下的光源產(chǎn)品。但是由于LED驅(qū)動(dòng)電源的供電方式仍為交流形式，若市電的電壓不夠穩(wěn)定，則所產(chǎn)生交流紋波也會(huì)通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)電源影響LED光源發(fā)光穩(wěn)定。

2）光源自身品質(zhì)性能缺陷

紋波電流是導(dǎo)致頻閃問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)字?。紋波電流指的是經(jīng)整流、濾波后還存在一定的交流成分，該交流成分會(huì)使得LED模塊的功率產(chǎn)生一定程度波動(dòng)，從而影響光輸出效果。疊加交流成分的數(shù)量和頻率是影響頻閃大小的決定要素。

相對(duì)于傳統(tǒng)光源的響應(yīng)速度慢（如光輸出上升或下降時(shí)間較長(zhǎng)），LED產(chǎn)品具有較快的響應(yīng)時(shí)間，所以其頻閃特性主要由驅(qū)動(dòng)電源特性來(lái)決定，對(duì)電流的變動(dòng)也更為敏感，因此頻閃問(wèn)題相對(duì)傳統(tǒng)光源也更加嚴(yán)重。

3）照明設(shè)計(jì)不合理

LED照明產(chǎn)品采用AC轉(zhuǎn)DC的恒壓或者恒流電源驅(qū)動(dòng)，光源本身并不會(huì)產(chǎn)生頻閃，有無(wú)頻閃取決于LED驅(qū)動(dòng)電源。由于驅(qū)動(dòng)電源的電路設(shè)計(jì)原理和元器件質(zhì)量不同，每種LED產(chǎn)品的頻閃程度也不同。部分廠家為節(jié)約制造成本，使用較為簡(jiǎn)單的阻容降壓驅(qū)動(dòng)電路，輸出電流及其不穩(wěn)定，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重頻閃現(xiàn)象。隨著LED照明產(chǎn)品智能化趨勢(shì)，調(diào)光將是其所必備基本功能，但是調(diào)光則是導(dǎo)致頻閃問(wèn)題的另一個(gè)重要誘因。當(dāng)LED產(chǎn)品加載了調(diào)光功能后，頻閃問(wèn)題通常會(huì)更加明顯。尤其在光線調(diào)暗時(shí)，波動(dòng)深度將會(huì)加大。

2 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

目前國(guó)內(nèi)相關(guān)燈具或光源強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)均未考核光源頻閃項(xiàng)目，無(wú)法為強(qiáng)制性認(rèn)證或各類監(jiān)督抽查提供相關(guān)參考依據(jù)，因此國(guó)內(nèi)對(duì)于照明電器產(chǎn)品光源頻閃危害評(píng)價(jià)和質(zhì)量監(jiān)管尚處于空白。僅有的個(gè)別性能標(biāo)準(zhǔn)如：GB/T 9473-2017《讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求》、CQC1601-2016《視覺(jué)作業(yè)臺(tái)燈認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》對(duì)光源頻閃提出相關(guān)定義及評(píng)價(jià)方法，但是這些標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范僅適用于作業(yè)臺(tái)燈且為推薦性，未對(duì)照明行業(yè)現(xiàn)狀形成有效制約或規(guī)范作用。

本機(jī)構(gòu)于2018年開(kāi)展了LED照明產(chǎn)品光源頻閃項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)依據(jù)目前國(guó)際通行的LED光源頻閃風(fēng)險(xiǎn)危害評(píng)價(jià)準(zhǔn)則IEEE Std 1789:2015《IEEE推薦的高光LED減少使用者健康風(fēng)險(xiǎn)調(diào)制電流方法》，監(jiān)測(cè)樣本50批次。

2.1 采樣方法、檢測(cè)和判定依據(jù)

2.1.1 采樣方法

本次樣品采集采取流通領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域買樣的方式，共購(gòu)買不同類型、不同品牌、型號(hào)規(guī)格、生產(chǎn)區(qū)域的LED照明產(chǎn)品50批次。

樣品采集地點(diǎn)：采樣區(qū)域集中在超市、商店和燈飾產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)、網(wǎng)上商城、省監(jiān)督樣品庫(kù)（生產(chǎn)領(lǐng)域）。

LED照明產(chǎn)品的品牌包括了飛利浦、歐司朗、歐普等市場(chǎng)占有率相對(duì)較高的牌子以及市場(chǎng)占有率稍低的牌子。具體的采集樣品類型、采樣來(lái)源和產(chǎn)地來(lái)源數(shù)量見(jiàn)附錄。50批次樣品的分布情況見(jiàn)表1～3。

表1 按樣品類型統(tǒng)計(jì)樣品分布

表2 按采樣來(lái)源統(tǒng)計(jì)樣品分布

2.1.2 監(jiān)測(cè)依據(jù)和檢測(cè)項(xiàng)目

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE Std 1789:2015《IEEE推薦的高光LED減少使用者健康風(fēng)險(xiǎn)調(diào)制電流方法》

檢測(cè)項(xiàng)目：光源頻閃

2.1.3 判定規(guī)則

本次監(jiān)測(cè)采用遠(yuǎn)方LFA-3000頻閃測(cè)量設(shè)備。該儀器配備高精度光度探頭（照度測(cè)量范圍0.1～200 000 lx），最高的采樣速率可達(dá)到100 KS/s，并且可以通過(guò)快速捕捉變化的波形并對(duì)快速變化的光源頻閃特性進(jìn)行準(zhǔn)確的分析評(píng)估。

本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)依據(jù)電氣和電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）發(fā)布的技術(shù)規(guī)范IEEE Std 1789:2015《IEEE推薦的高光LED減少使用者健康風(fēng)險(xiǎn)調(diào)制電流方法》將閃爍分為不可被察覺(jué)到的影響水平和超低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，照明頻閃問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致潛在的各種不利影響： ①導(dǎo)致頻閃效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)作明顯的降速或著停止現(xiàn)象；②光敏性癲癇或著由閃爍光所誘導(dǎo)的癲癇病發(fā)作；③偏頭痛或著嚴(yán)重頭痛伴隨惡心或視覺(jué)功能紊亂；④導(dǎo)致視覺(jué)功能減弱包括：眼睛疲勞、視力模糊，或者在與視覺(jué)功能相關(guān)作業(yè)能力的下降。⑤加重自閉癥人群的反復(fù)行為。

根據(jù)IEEE技術(shù)規(guī)范（見(jiàn)圖2），頻閃所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)大小與閃爍頻率和調(diào)制深度密切相關(guān)。當(dāng)輸出頻率較高的時(shí)候，調(diào)制深度的大小可相對(duì)提高。該標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)頻閃所可能引發(fā)的潛在健康危害進(jìn)行了相應(yīng)介紹并提出建議，將頻閃的風(fēng)險(xiǎn)危害共分為三個(gè)等級(jí)（高/低/無(wú)察覺(jué)風(fēng)險(xiǎn)），并且給出相應(yīng)的區(qū)域劃分。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)針對(duì)LED照明光源頻閃項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)50批次樣品，其中監(jiān)測(cè)結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)20批次、低風(fēng)險(xiǎn)2批次、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)28批次，總體風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率為44 %。

2.2.1 按不同樣品類型進(jìn)行分析

從表4可以看出，從不同樣品類型來(lái)看，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率從高到低依次為L(zhǎng)ED球泡燈、LED筒燈、LED燈管、LED臺(tái)燈。LED球泡燈和LED筒燈作為L(zhǎng)ED室內(nèi)照明應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，近年來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，且行業(yè)缺乏有效監(jiān)管、企業(yè)主體責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，部分企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后，為降低成本，大量使用劣質(zhì)驅(qū)動(dòng)電源元器件和LED模塊組件，或者直接采用最簡(jiǎn)單的阻容降壓方式進(jìn)行交直流電路轉(zhuǎn)換，無(wú)法保證恒壓、恒流輸出，導(dǎo)致光輸出波動(dòng)深度較大，頻閃問(wèn)題非常嚴(yán)重。

由于青少年的用眼健康問(wèn)題日益收到各界關(guān)注和各類媒體大幅宣傳，近年來(lái)大量推出護(hù)眼臺(tái)燈，由于采用的是直流供電技術(shù)，避免了交流電波動(dòng)干擾。但由于直流護(hù)眼燈具的工藝制造難度大、成本高，目前僅有部分大企業(yè)會(huì)采用此技術(shù)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，部分LED臺(tái)燈產(chǎn)品仍然存在一定的光源頻閃問(wèn)題。

表3 按采樣來(lái)源統(tǒng)計(jì)樣品分布

圖2 光源頻閃風(fēng)險(xiǎn)影響水平的閃爍頻率和波動(dòng)深度函數(shù)關(guān)系

表 4 不同樣品類型風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率

2.2.2 按不同的采樣來(lái)源進(jìn)行分析

從表5可以看出，本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)從流通領(lǐng)域采樣35批次，從生產(chǎn)領(lǐng)域采樣15批次，從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，生產(chǎn)領(lǐng)域和流通領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率均較高，而生產(chǎn)領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率稍高于流通領(lǐng)域。導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果差異的主要原因是流通領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域各類型產(chǎn)品的采樣比例不一樣。

2.2.3 按不同的產(chǎn)地來(lái)源進(jìn)行分析

從表6可以看出，本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)樣品產(chǎn)地來(lái)源包含廣東、浙江、江蘇、上海、山東、福建等部分區(qū)域，對(duì)于采樣量較集中的廣東、福建、浙江三省，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率均較高且未呈現(xiàn)明顯差異，說(shuō)明光源頻閃問(wèn)題在全國(guó)各LED照明產(chǎn)業(yè)集中區(qū)都普遍存在。

2.2.4 按不符合標(biāo)準(zhǔn)程度進(jìn)行分析

從表7可以看出，本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示高風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品批次達(dá)到40 %，說(shuō)明目前整個(gè)國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的光源頻閃問(wèn)題非常普遍且相當(dāng)嚴(yán)重，但目前相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)此項(xiàng)目加以規(guī)范，導(dǎo)致行業(yè)入行門檻低、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，需要引起相關(guān)政府、標(biāo)委會(huì)和行業(yè)監(jiān)管部門高度關(guān)注。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)總體評(píng)價(jià)

從本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，目前中國(guó)市場(chǎng)上的LED照明產(chǎn)品，按照目前國(guó)際通行的LED光源頻閃風(fēng)險(xiǎn)危害評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，至少有44 %達(dá)不到無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的要求。因此目前市場(chǎng)上的LED照明產(chǎn)品對(duì)人體健康安全的存在著一定的威脅。

3 小結(jié)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的LED照明產(chǎn)品光源頻閃問(wèn)題比較嚴(yán)重，對(duì)人體健康安全的存在著一定的威脅。目前現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與相比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)仍存在一定滯后性。只有通過(guò)加快相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的推出來(lái)提高產(chǎn)品的市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻，同時(shí)相關(guān)部門也要加大力度進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管，同時(shí)要提高消費(fèi)者的質(zhì)量意識(shí)。

表5 不同樣品來(lái)源風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率

表6 不同產(chǎn)地來(lái)源風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率

表7 不同級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)率

一是要適當(dāng)提高國(guó)內(nèi)LED照明行業(yè)市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻，加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂進(jìn)程，規(guī)范市場(chǎng)秩序，杜絕低質(zhì)化生產(chǎn)和無(wú)序化競(jìng)爭(zhēng)；

二是要積極發(fā)揮行業(yè)標(biāo)委會(huì)和政府各級(jí)部門職能的作用，對(duì)國(guó)家的相關(guān)政策進(jìn)行培訓(xùn)宣貫，及時(shí)通報(bào)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況和技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，加大監(jiān)督執(zhí)法力度，加大對(duì)各類電商平臺(tái)的產(chǎn)品監(jiān)管力度，嚴(yán)厲打擊質(zhì)量違法行為；

三是要加大對(duì)檢驗(yàn)技術(shù)機(jī)構(gòu)投入力度，以各專業(yè)化檢測(cè)機(jī)構(gòu)為依托，建設(shè)檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)平臺(tái)，積極為廣大企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)、質(zhì)量咨詢和技術(shù)服務(wù)，幫助企業(yè)加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制，協(xié)助企業(yè)進(jìn)行成品質(zhì)量把關(guān)。

四是消費(fèi)建議和提醒。消費(fèi)者可通過(guò)市場(chǎng)監(jiān)管總局或相關(guān)地方局網(wǎng)站查詢質(zhì)量抽檢信息，應(yīng)盡量選擇抽查合格的產(chǎn)品；盡量到正規(guī)的廠家專賣店或商場(chǎng)、超市購(gòu)買產(chǎn)品。在購(gòu)買燈具產(chǎn)品時(shí)，若發(fā)現(xiàn)可疑問(wèn)題，可向相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)咨詢；在使用LED照明產(chǎn)品時(shí)，眼睛盡量不要長(zhǎng)時(shí)間直視LED光源，特別是兒童更需要注意，如果長(zhǎng)時(shí)間直視光源對(duì)眼睛會(huì)照成傷害。