LED照明產(chǎn)品具有很多傳統(tǒng)照明產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢，當然也有其固有缺點或爭議。其中，頻閃即是重要爭論之一。上期的文章中探討了頻閃、閃爍的基本概念，發(fā)光穩(wěn)定性的意義，以及各種光源(燈)的發(fā)光原理與發(fā)光穩(wěn)定性。本文將集中探討幾種燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗以及數(shù)據(jù)分析。

一、幾種燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗

       根據(jù)常規(guī)認為，人眼開始“臨界”看見頻閃發(fā)生的光變化應該是周期時間等于人眼的“視覺暫留”效應時間，并且光強度波動深度為25%兩者的綜合效果。按原理來說，50Hz頻率供電的照明燈的規(guī)律性等幅度光強變化的光周期為0.01S，已經(jīng)比人眼的“暫留效應”時間0.05～0.15S短較多，在“視覺暫留”效應時間結束前又有同樣幅度的光到來，這時人感覺應是沒有頻閃的。

       本研究對各種工作于50Hz交流電的光源(燈)，從點燈預熱開始到穩(wěn)定后測量光通量變化，計算其光通量的變化率。光通量變化率大，則發(fā)光穩(wěn)定性差，也即頻閃的可能性大。這與“波動深度”的定義H=(φmax-φmin)/φmax×100% 是相同的，但該定義也是頻閃的間接參數(shù)。

       實驗原理：測量時的積分時間(相當于取樣或曝光時間)越短，其結果越接近得到“波動深度”。測量一段連續(xù)時間的每個半波的光通量值穩(wěn)定性，將比定義更能直接得到頻閃如何的結論。例如對供電電源為50Hz的燈，連續(xù)測量幾秒或更長時間的每個半波的光通量，如果每個半波之間的光通量變化很小，則發(fā)光很穩(wěn)定。如有周期大于“視覺暫留”效應時間的重復性波動，且幅度超過25%則認為有頻閃。

       測量積分時間越短，對測量設備精度和各種其它條件要求越高，相應的測量誤差或不確定性也可能增大。所以，如果受設備所限，多次隨機測量各不連續(xù)時刻的短持續(xù)時期的光通量值，也能間接得出結論。

       本實驗受光譜積分測量設備所限，測量的最短積分時間為50ms，也就是每次測量的是50Hz中的2.5個周期或5個半光波的平均光通量值。設備也不能連續(xù)測量，只能多次隨機測量各不連續(xù)時刻的5個半光波的平均光通量值。

       本實驗的第1個判定依據(jù)：對于研究“視覺暫留”效應時間為0.05秒的頻閃來說，假設5個半波的光通量都是100lm，那測得的平均值為100lm。光變化最極端情況是第6～10個半波中的第10個半波的光通量增加25%(臨界)而其他四個半波的光通量不變而仍然都是100 lm。這時，第6個至第10個半波的光通量平均值為105lm。所以，“第1～5個半波的平均值”與“第6～10個半波的平均值”變化率為5%。那么只要整個實驗很多次測得的所有光通量值的變化率都小于5%，就間接說明應該沒有頻閃。測得的數(shù)據(jù)量越多越能反映結果的準確性。但是另一方面，即使測得的結果大于5%這個臨界值，也不能肯定有頻閃。

       舉例來說，如果第1～5個半波的光通量都是100 lm, 第6～10個半波的光通量每個半波都平均增加光通量6%，這已超過5%這個臨界值，但“第1～5個半波” 的光在人眼中的亮度與“第6～10個半波”的每個半波光亮度相差都遠沒達到25%。所以，不能因此判斷會發(fā)生頻閃。

       本實驗的第2點判定依據(jù)：以長期以來人們感覺比較舒適、不覺得有頻閃的白熾燈等的測試數(shù)據(jù)作參照比較，推斷其它燈的發(fā)光穩(wěn)定性程度與頻閃。

       本試驗所用的燈有白熾燈、電感鎮(zhèn)流下的熒光燈、高頻工作下的熒光燈(節(jié)能燈)、單向LED串以及并聯(lián)后成為雙向的LED串、高頻變換為直流下的LED球泡燈等。為了結論的準確性，進行了小積分球系統(tǒng)的50ms(0.02S)、100ms(0.1S)、300ms(0.3S)三個積分時間的測量和積分時間為10多秒的大積分球系統(tǒng)的測量。為了驗證結果的重復性進行了多次相似試驗條件的測量。

       50ms(0.02S)：短于人眼的“視覺暫留效應”時間，對于50Hz交流工作的燈相當于2.5個周期(5個半周期)的光通量的平均值;

       100ms(0.1S):與人眼的平均暫留效應時間相當，對于50Hz交流工作的燈相當于5個周期(10個半周期)的光通量的平均值;

       300ms(0.3S):長于人眼的暫留效應時間，對于50Hz交流工作的燈相當于15個周期(30個半周期)的光通量的平均值。

       實驗在盡可能相同的環(huán)境條件下和電源穩(wěn)定(監(jiān)測其變化為220V±0.1V約0.05%)條件下進行，通過各種燈的測試數(shù)據(jù)分析，儀器的一致性和穩(wěn)定性很好，對于主要希望得到光通量變化率/相對值的本次測量結論的影響可忽略不計。

       本文以下主要以50ms的數(shù)據(jù)進行分析。

(一)白熾燈的發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象

       由交流50Hz電源給白熾燈供電，預熱45分鐘開始，每隔3分鐘至84分鐘，按積分時間300ms、100ms、50ms各測量1次光通量數(shù)據(jù)如圖1。

       2.試驗說明

       a.假設30分鐘之前沒穩(wěn)定，因此只測量了300ms的光通量數(shù)據(jù);

       b.50ms:30分鐘后，最大值141lm,最小值139.5lm，平均值140.2lm;波動變化+0.8lm,-0.7lm;波動變化率+0.57%，-0.50%;

       c.100ms:30分鐘后，最大值139.8lm,最小值138.8lm，平均值139.3lm;波動變化+0.5lm,-0.5lm;波動變化率+0.36%，-0.36%;

       d.300ms:30分鐘后，最大值138.2lm,最小值 138.1lm，平均值138.1lm;波動變化+0.1lm,-0lm;波動變化率+0.07%，-0%。

       3.分析

       同一只燈所測得其光通量最大變化率分別為+0.57%(50ms)、±0.36%(100ms)、+0.07%(300ms)，都遠低于本實驗前面所說的變化率5%的臨界值。因此，對于人眼感覺來說，遠沒達到頻閃的程度，這也與實際相符。

       從數(shù)據(jù)可見，測量積分時間越短，變化率越大，越能反映出本身的特性。測量積分時間越長，就把原本發(fā)光的變化給平均或淹沒掉了，也就是說即使有頻閃，用很長積分時間測量也無法獲知。

(二)熒光燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象

       4W熒光燈由交流50Hz電源供電電感鎮(zhèn)流，開始預熱至100分鐘每隔4分鐘用積分時間50ms測量光通量數(shù)據(jù)如圖2。

       2.試驗說明

       以40分鐘穩(wěn)定至100分鐘的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，最大值91.16lm,最小值88.99lm，平均值90.48lm;波動變化+0.68lm,-1.49lm，波動變化率+0.75%，-1.65%。

       3.分析

       其光通量穩(wěn)定性差于白熾燈，光通量波動變化率低于前面所述的波動率5%的臨界值。因此，對于人眼感覺來說，沒達到頻閃的程度。

(三)自鎮(zhèn)流熒光燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象

       50Hz交流5W節(jié)能燈(功率因數(shù)0.6)，預熱78分鐘至100分鐘用50ms積分時間測量15次光通量數(shù)據(jù)如圖3。

       2.試驗說明

       最大值為88.54lm,最小值為88.31lm，平均88.47lm;波動變化+0.07lm，-0.16lm;波動變化率+0.08%，-0.18%。

       3.分析

       其光通量穩(wěn)定性高于白熾燈和電感鎮(zhèn)流的熒光燈，遠低于前面所述的波動率5%的臨界值。因此，對于人眼感覺來說，遠沒達到頻閃的程度。

(四)LED球泡燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象......

       2.試驗說明和分析......

       3.分析......

(五)金屬鹵化物燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象......

       2.試驗說明......

       3.分析......

(六)高壓鈉燈發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.試驗及現(xiàn)象......

       2.試驗說明......

       3.分析......

(七)LED串的發(fā)光穩(wěn)定性試驗及分析說明

       1.單向LED串發(fā)光穩(wěn)定性試驗......

       (1)試驗及現(xiàn)象......

       (2)試驗說明......

       (3)試驗分析......

       2. LED串反向并聯(lián)成雙向(50Hz交流電源供電)

       (1)試驗及現(xiàn)象......

       (2)試驗說明......

       (3) 分析......

       3. LED串反向并聯(lián)成雙向(小幅紋波的直流供電)

       (1)試驗及現(xiàn)象......

       (2) 試驗說明......

       (3) 分析......

二、結論......

       最后，本文認為目前使用“波動深度”公式來定義和判斷是否頻閃是不對的，它不足以是反映“頻閃”最關鍵和本質(zhì)的參數(shù)。接下來，我們將提出關于“頻閃”定性的新觀點以及定量的實驗方法和結果，請大家批評指正。

       (注：本文為廣東省質(zhì)量技術監(jiān)督局“LED照明產(chǎn)品檢測準確性和一致性”科研資助項目)【文/李自力 黃海坤 高曉東 李喜明 姚榕斌  廣東省照明學會/廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院】　　————本文節(jié)選自第7期《半導體照明》雜志)