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"惡名昭彰"的LED照明閃爍現(xiàn)象,該如何去杜絕?

發(fā)布時間:2015-07-20 責任編輯:sherry

【導讀】本文主要探討用一個既有的直流(DC)組件,跟交流(AC)的方式驅動LED的各種后果,本文想仔細談談讓LED產業(yè)最惡名昭彰的一個原因:閃爍(Flicker)。這幾天,閃爍是個熱門的話題,也是一個讓LED廠商“一拼高下”的戰(zhàn)場。
 
在發(fā)光二極管(LED)一系列的討論中,我們討論了LED產業(yè)短期的挑戰(zhàn)——盡量避免討論如成本或聚焦在取代這一類的議題,著重探討同樣重要的LED產業(yè)發(fā)展因素。
 
我最新的博客文章是探討用一個既有的直流(DC)組件,跟交流(AC)的方式驅動LED的各種后果,本文想仔細談談讓LED產業(yè)最惡名昭彰的一個原因:閃爍(Flicker)。這幾天,閃爍是個熱門的話題,也是一個讓LED廠商“一拼高下”的戰(zhàn)場。
 
首先,先澄清閃爍涵蓋的各種現(xiàn)象??梢酝高^簡單的觀察光源來判斷直接的閃爍,直接閃爍高度依賴閃爍的頻率,透過人類在幾Hz及靈敏度幾乎已經消失的60Hz的峰值靈敏度(Peak Sensitivity),即可發(fā)現(xiàn)直接閃爍。
一個以每秒25幅、用閃光燈頻閃捕獲彈跳球的圖像。(Michael Maggs攝影、Richard Bartz后制)
一個以每秒25幅、用閃光燈頻閃捕獲彈跳球的圖像。(Michael Maggs攝影、Richard Bartz后制)
 
然而,間接閃爍(Indirect Flicker)可以在更高的頻率被發(fā)現(xiàn),及其各種表現(xiàn)形式。最常見的,稱之為閃動閃爍(Stroboscopic Flicker),是因移動的物體或者一個快速眼動造成鋸齒狀的視覺感知現(xiàn)象。閃動閃爍是LED使用者某些共同的使用者經驗,且觀看其前后關系,閃動閃爍幾乎是不明顯,卻讓人無法接受——運氣好眼睛還可跟上圖中錯誤光線下的籃球。
 
研究指出,閃動閃爍可在高于1,000Hz的頻率被觸發(fā),遠遠超出人類意識知覺的門坎。另外,間接閃爍也會造成生理影響,類似較低的“員工績效”,在感光、閃爍到嚴重時,會引起頭痛或是癲癇。正如同有人在日常的跑步中,穿越一個人行道的條紋時,因閃爍而偏頭痛,我往往相當同情……
 
了解閃爍的研究持續(xù)進行中。很明顯,光的實際波形(形狀、振幅變化、頻率…等)扮演核心作用,此外,包括視覺環(huán)境的外部因素(光源位置、周圍照明…)也有一定的影響,如個人敏感度。
 
不幸的,這種復雜性卻只有一些指標可用來表示閃爍的各個問題。兩種最常見的“閃爍百分比”和“閃爍指標”,雖然簡單但卻有缺點:例如,這兩個指標忽略直接閃爍的重要感知頻率,因此目前由各種研究單位包括國際照明委員會(CIE)、照明學會(IES)、電機電子工程師學會(IEEE)…紛紛提出的更先進指標。然而,現(xiàn)今,在沒有一個公認度量的狀況下,最好的方式即透過實驗:一個用閃爍輪(Flicker Wheel)或擺動手指的簡單視覺測試,往往可提供一個明確的答案。例如加州能源委員會(California Energy Commission)自動質量指針(Voluntary Quality Spec)即提到,閃爍測試應該由對閃爍非常敏感的稽查人員進行。
 
LED閃爍的發(fā)生,部分原因是指LED遵循被電波饋送的快速響應時間,LED驅動器試圖矯正AC波形,使其盡可能平順的輸入,但這是一個復雜的任務——特別是當調光器(Dimmer)進入程序時,驅動器必須兼容由不同調光器輸入的波形,而這將造成在昏暗環(huán)境下,LED閃爍的問題更加明顯。
 
因此,在實際設計LED時,如何減少LED閃爍的現(xiàn)象?當然,簡單的方式是擺脫AC電流,并采用恒定電流(Constant-current)裝置,不過,這并不是唯一選擇。
 
在改造應用中,最基本的答案是設計更好且總是可以用正確的電容器實現(xiàn)的驅動器。困難的是,閃爍和其他關鍵問題如成本、尺寸和發(fā)熱之間的平衡。具有較佳儲能能力的電容往往要價高、占空間及可承受的熱度低—當位于一個小小改裝燈座的驅動器被塞滿電容,聽起來可是一點都不好!
 
因而,制造上面臨棘手的問題。A型燈泡(A-bulb)應該在家庭裝修商店被賣出時無閃爍,或者應該寧可再降低1美元使其達到消費者的價格心理門坎?Soraa的MR16應該給予非常高的坎德拉(Candela),或是內建一個可減少功耗和發(fā)熱量的低閃爍驅動器?
 
幸好,隨著技術的進步,上述的權衡問題的影響已經越來越小。以Soraa生產的燈泡為例,LED基礎技術不斷進步,使新一代的燈具盡可能發(fā)出更明亮光的同時,也具備較低的輸入功率與較少的發(fā)熱。Soraa表示:“我們追求簡單的產品,這也是為什么我們在本月推出一個真正無閃爍的解決方案——Lightfair系列,而新的MR16型燈泡將在今年稍晚推出,受益于其優(yōu)越的驅動器,因此無論在甚么調光條件下,新燈泡的振蕩比鹵素燈還要少。”
 
展望未來,我們只能希望這樣的方案逐漸成為主流,如此,將可無須再擔心閃爍的問題,并可一勞永逸。
 
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