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LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法


添加時間:2016-10-07 | 返回首頁
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考核光源對人眼影響時,不可避免會提到頻閃,隨著電光源技術的進步以及人們對于光生物性了解的不斷加深,解決頻閃問題無疑是實現健康照明的一大關鍵。

  當人們處于一個照明用光環境時,似乎并不能明顯感覺閃爍,事實上,除了警告類閃爍標記或者燈具故障,人們對于頻閃的概念并無太多直觀感受。觀察轉動的風扇葉片時,會發現葉片有時“靜止”,有時“轉動”,行駛的汽車輪胎也會有這種現象,這些都可以解釋為光源頻閃帶來的視覺暫留現象。

  下圖中,黑色圓盤上一個白點,圓盤轉動時,無頻閃照明條件下會出現圖a的連續變化,在波動頻閃光源下,會出現圖b現象。

LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法

a一般情況                               b頻閃情況

  頻閃造成原因

  光源頻閃實質上就是光源發出的光隨著時間呈現出一定頻率、周期的變化,在不同亮度、顏色之間隨著時間變化而變化。燈具的驅動如果沒有合適的電子電路,比如鎮流器、驅動或電源,光源就會產生頻閃,輸出光通量波動越大,頻閃越嚴重。

  產生頻閃的技術機理,既有供電電源的因素,也有電光源技術性能因素以及照明設計不合理的因素等等。對于很多照明燈具來說,光源工作電流必然隨著輸入電壓的波動而波動,直接導致光輸出的波動產生頻閃。

  以白熾燈為例,驅動為50Hz交流市電,負半周和正半周疊加后光閃爍頻率為100Hz;采用電感式鎮流器的氣體放電燈,其輸出光頻率也隨著供電頻率的波動而波動。另外,供電電網的瞬時波動幅度在10%~20%之間,加深了照明燈具的光波動。

  常用頻閃指數來形容光源的頻閃程度,綜合頻閃比率和其它2個變量:光波形和占空比。其中,頻閃比率等于一個開關周期內最大光輸出與最小光輸出之差除以最大光輸出與最小光輸出之和,頻閃指數等于一個開關周期內超過平均光輸出的量除以全部光輸出。頻閃比率和頻閃指數越低,光源閃爍或者造成的頻閃效應越少。

LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法

常見光源的頻閃測量

  頻閃危害

  1.光敏性癲癇或閃爍光誘導的癲癇:

  現有的研究數據以及行業專家指出,光敏性癲癇確實存在。Bittencourt和Fisher等人在2004和2005年提出了光敏性癲癇流行學說,Bittencourt指出光敏性癲癇在整個人群內發病率很低,每年的發病率大約在0.001%,在青少年中發病率約為0.006%,并且癲癇患者患這種病概率高達10%。

  而Fisher通過測量人體對光刺激的不尋常腦電波得出光敏性癲癇在5歲到24歲人群中發病率大約在0.01%—0.025%,當癲癇患者在閃爍光源刺激下有2%到14%的幾率誘發急促癲癇癥狀。美國癲癇工作基金會指出影響光敏性癲癇癥狀誘發因素主要包括閃爍頻率、光強、調制深度、光譜成分以及一些視覺神經系統相關因素。

  2.頻閃造成的視覺暫留效應

  Bullough等人采用一系列波形和頻率研究固態光源的頻閃效應,發現驅動的調制深度、頻率、占空比以及波形對頻閃效應的可見性有影響。

  同時,行業專家也一致認為頻閃效應的危害主要是這種視覺偽像會帶來一系列問題,SafetyatWork中提到,雖然人眼識別不到的一些燈光頻閃,但是會讓視野內飛快旋轉的機器出現視覺上變慢或者靜止的假象,這種現象是非常危險的,極易造成事故。

LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法

LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法

常亮光源與頻閃光源下風扇轉動拍攝

  3.頭痛、偏頭痛、惡心、視覺紊亂等生理問題

  美國頭痛學會指出許多偏頭疼患者對光線更敏感,尤其是眩光,帶閃爍的明亮光源能引起偏頭痛,并且低頻閃爍比高頻閃爍更嚴重;一些閃爍的熒光燈或者電視屏幕都會引起類似偏頭痛的癥狀,許多研究也表明對于這些閃爍誘發的偏頭痛患者,他們的腦電反應化(EEG)通常會跟那些沒有偏頭痛的不一樣。但是,究竟是閃爍光源的那些因素導致的生理不適,還沒有得出確切結論。

  4.用眼疲勞、視力下降

  照明燈具的光閃爍,往往會影響到人類的工作效率。在研究閃爍對人們疲勞程度的影響時發現,可見閃爍造成的精神疲勞都很小,而造成人體疲勞的主要因素是工作內容;非可見閃爍可以影響眼球的運動軌跡,影響閱讀并導致視力下降。和Wilkins等人的研究均表明在頻率更高的閃爍光源下進行視覺相關作業性能會比低頻光源表現的更好。

  頻閃判定標準

  IEEE于2013年4月發布IEEEPAR1789:2013《Draft Risk Assessment-Potential health effects of flicker from LED lighting》。中對頻閃的判定標準如下圖所示,圖中無影響區域用綠色表示,低風險區域用橙色表示:

LED照明中的頻閃原因、危害、判定標準和解決辦法

低風險和不可察覺到的影響水平的閃巧頻率和波動深度函數關系

  文件對無頻閃判定準則為:

  (1)頻率低于9Hz,不可覺察波動深度限值為0.288%;

  (2)頻率在9-3120Hz范圍內,不可覺察波動深度限值為:頻率×0.032%;

  (3)頻率大于3120Hz,認為完全無頻閃,免除考核。

  如何減小頻閃

  分析頻閃產生的原因,可以發現減輕頻閃的關鍵在于電光源技術與驅動技術。如LED在恒定、無震蕩的直流源驅動下,可達到無頻閃的效果。市場上的驅動產品還需考慮驅動成本、尺寸、可靠性、效率等因素,制造商與行業專家也嘗試找到一個人們可以接受的頻閃程度。 


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