【技术交流】  闪烁LED危害健康，如何对策？

         LED固态照明产品因具备发光效率高、寿命长、可靠性高、响应时间短等传统照明所不具备的优势，而越来越受到人们的青睐。
        LED产品在兼顾照明的同时，可组成室内可见光无线通信系统，随着LED的快速发展，智能照明也倍受推崇。但由于LED响应速度快，且不具备白炽灯、卤素灯的热惯性，也不具备荧光灯的荧光粉余辉效应，所以其受电流波动的影响,电流的波动直接导致光通量的变化，光源闪烁（频闪）是光通量变化的外在体现，所以LED照明产品的闪烁问题也引起了大家的关注，越来越多的人提出疑问：什么是闪烁？会产生什么不良影响？相关检测标准有哪些？该如何检测照明产品闪烁参数是否符合规定？一些典型光源的闪烁性能又如何？

什么是闪烁（频闪）?
光源闪烁的实质是光通量的波动，是指光源在交流或脉冲直流的驱动下，光通量、照度或亮度随电流幅值的周期性变化发生相应的变化，人眼到人脑会对这一变化产生主观反应。

闪烁会产生什么不良影响？
闪烁按人的感受分为可见闪烁（visibleflicker）和不可见闪烁（invisible flicker）。频率大于100Hz时，人眼感觉不到闪烁现象，但仍会造成眼睛疲劳、头痛、癫痫等，这就是频闪效应（stroboscopiceffect），普遍认为500Hz以内都存在该效应。医学界实验表明，在频闪光源下工作，人们需不断调节视觉系统，保证视网膜上光照度稳定性和成像清晰性，过度的肌肉活动会造成视觉疲劳，严重时导致视力下降；闪烁还会影响人们的神经系统，降低阅读速度；长期处在闪烁的光环境下，人眼会产生错觉，进而引发潜在事故。闪烁和频闪效应会对人的健康和照明造成不利影响，需予以消除，并引入相关指标对其性能进行检测。

闪烁的评价检测标准
闪烁是指光输出大小是波动的，表征光源波动的指标有：闪烁指数（ANSI/IES RP-16-10）flicker index（FI）和闪烁百分比percent flicker（PF），此外，还有频闪深度，调制深度MD等。图1为某种光源在空间某点产生的瞬时照度示意图，其中Emax、Emax2、Emin、Eavg分别为照度的最大值、次大值、最小值和平均值，T为一个周期，Eavg将波形分为两部分。如图1：A1为大于Eavg部分的面积；A2为小于Eavg部分的面积。

对于一般的波形，若最小值降为0，即 B=0，PF=A/A=100%，就未知的波形来说，FI具有更好的普适性。以上四种指标都是对一个周期内的波形进行评价，而闪烁频率是对光源闪烁评价的另一个独立指标。人对闪烁的感知随闪烁频率而变，因此不同频率有不同指标要求。光源的闪烁需要综合考虑上述指标和闪烁频率。
美国能源之星
ENERGY STAR lamps V1.0 draft4在调光性能的要求中规定了闪烁需满足的条件，适用于所有灯具。如图2所示：


图2 ENERGY STAR draft对闪烁要求

光源闪烁允许的范围要求是：
1）频率不小于120Hz；
2）120Hz~800Hz频率范围内，FI≤0.001×频率；
3）频率大于800Hz时，对FI无要求；
4）频率不确定时，PF≤30%。
另外，紧凑型荧光灯光输出频率需在20~30kHz，或大于40kHz。
美国能源之星出台的标准V1.0自2014年9月1日起实施，规定每个产品需满足其生产日期前生效的能源之星标准。闪烁测试标准IEEEPAR1789还在完善中，因此该处与草案4不同。最终版本的灯泡V1.0能源之星规范，没有规定闪烁指数的具体限值，但给出了频闪测试的专业要求，且产品在申报能源之星时，必须向审核机构报告光输出的频率周期，最大闪烁百分比和最大闪烁指数。

国际能源署4E在Tier0（即离网应用最低可接受的性能）下满足PF≤10%，在其他Tier1,2,3（即开网发电应用最低可接受的性能）情况下PF≤30%。
如何检测照明产品频闪参数是否符合规定
光源的闪烁本质是光通量不稳定。在检测光源随时间的波动时，可测量相同条件下光通量或光照度的变化曲线。ENERGY STAR （V1.0）规定了闪烁flicker的测量要求。
1）电源和测量仪表，需满足LM79-08或LM66-11要求。
2）带存储功能多通道示波器或类似设备，必要时可加衰减探头。采样率大于2kHz，采样时间大于100ms。
3）光度探头，V(λ)校正，且响应时间需满足要求。
4）对于绝对值测光（absolutephotometry）：测量绝对值需要积分球
    对于相对值测光（relative photometry）：确保探测器能够测量相对光输出，且只接收来自待测光源的光。
 
闪烁参数的测量

LFA-2000 光源频闪测量仪是基于快速采样而开发的一种光度计，符合欧盟指令、能源之星等相关标准要求，可实时记录快速变化的光度量的波形，专用于光源、照明现场的光闪烁指数（FLICKER）测量；或闪光灯、汽车氙灯、警示灯等瞬变光源的闪光频率、光度变化曲线测量；也可用于稳定光源的光度参数测量。仪器配置7寸触摸屏，可直接显示波形和分析结果，同时配有USB 接口，可直接连接计算机，或将测量结果导出至U 盘，方便保存和打印。仪器也可作为车载设备使用。LFA-2000体积小巧，测试准确度高且操作便捷，已得到众多LED工程人员的认可。

典型光源的实测结果
在实验中，我们利用LFA-2000光源频闪测量仪对白炽灯、荧光灯、普通LED灯和经调制后的LED等几种典型的照明光源进行了闪烁性能测试。调制后的LED灯采用专门驱动供电，其余灯具采用工频为50HZ交流供电，测量结果如表1所示。
表1 典型光源闪烁参数

从表中我们可以看出，上述的普通LED灯频闪效应较为严重，而调制LED采用了专门为其设计的驱动电源，达到了非常的光闪烁抑制效果，是非常健康的照明光源。
                                   
      LED灯具是不是频闪，从根本上取决于通过LED驱动来解决。目前LED电源无频闪的要求大致有此三种方式：1.加大输出电解电容；2.采用填谷式被动PFC方案；3采用双级方案(AC to DC，DC to DC)。
      第一个方案：加大输出电解电容。此方案从理论上讲可以采用电解电容吸收部分交流纹波，但是实际经验告诉我们：当纹波控制在一定范围之内以后(10%)，很难再进一步降低，除非将电解电容不计成本的加多，也不能从根本上完全消除。
      第二种方式：采用填谷式被动PFC方案。此方案也是最主流的一种处理方式。采用两个大的电容以及三个二极管进行功率因素校正，因为在整流桥后面有大的电解电容，所以将交流纹波吸收，通过电感或者变压器到次级部分的电流为直流电。
      但填谷式方案也存在一些问题，输出40V以上无法做成90-265V全电压输入，只能做到180V-260V窄电压输入，且功率因素较低，一般PF＞0.5。
      第三种方式：采用双级方案。在我司现有隔离电源的基础上后面再加一级DC to DC，就能够完全消除交流纹波的影响。电性参数也能完全达到认证标准。但此方案在成本上有一定增加，需要加多一个电源管理芯片以及部分外围电路。
      综上所述，填谷式方案固然能够解决LED灯具的频闪问题，但存在输出电压超过40V时不能做成全电压输入，且功率因素较低，但成本相对比两级方案便宜，对于无频闪有严格要求，输出电压超过40V时不要求全电压输入的客户可以考虑选择此种无频闪电源解决方案。而对于无频闪及其它方面均有较高要求的客户，则可以选择双级方案。
                    
                               
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