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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(shí)間:2015-07-20 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】本文主要探討用一個(gè)既有的直流(DC)組件,跟交流(AC)的方式驅(qū)動(dòng)LED的各種后果,本文想仔細(xì)談?wù)勛孡ED產(chǎn)業(yè)最?lèi)好颜玫囊粋€(gè)原因:閃爍(Flicker)。這幾天,閃爍是個(gè)熱門(mén)的話題,也是一個(gè)讓LED廠商“一拼高下”的戰(zhàn)場(chǎng)。
 
在發(fā)光二極管(LED)一系列的討論中,我們討論了LED產(chǎn)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(lèi)的議題,著重探討同樣重要的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素。
 
我最新的博客文章是探討用一個(gè)既有的直流(DC)組件,跟交流(AC)的方式驅(qū)動(dòng)LED的各種后果,本文想仔細(xì)談?wù)勛孡ED產(chǎn)業(yè)最?lèi)好颜玫囊粋€(gè)原因:閃爍(Flicker)。這幾天,閃爍是個(gè)熱門(mén)的話題,也是一個(gè)讓LED廠商“一拼高下”的戰(zhàn)場(chǎng)。
 
首先,先澄清閃爍涵蓋的各種現(xiàn)象??梢酝高^(guò)簡(jiǎn)單的觀察光源來(lái)判斷直接的閃爍,直接閃爍高度依賴(lài)閃爍的頻率,透過(guò)人類(lèi)在幾Hz及靈敏度幾乎已經(jīng)消失的60Hz的峰值靈敏度(Peak Sensitivity),即可發(fā)現(xiàn)直接閃爍。
一個(gè)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(gè)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(jiàn)的,稱(chēng)之為閃動(dòng)閃爍(Stroboscopic Flicker),是因移動(dòng)的物體或者一個(gè)快速眼動(dòng)造成鋸齒狀的視覺(jué)感知現(xiàn)象。閃動(dòng)閃爍是LED使用者某些共同的使用者經(jīng)驗(yàn),且觀看其前后關(guān)系,閃動(dòng)閃爍幾乎是不明顯,卻讓人無(wú)法接受——運(yùn)氣好眼睛還可跟上圖中錯(cuò)誤光線下的籃球。
 
研究指出,閃動(dòng)閃爍可在高于1,000Hz的頻率被觸發(fā),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類(lèi)意識(shí)知覺(jué)的門(mén)坎。另外,間接閃爍也會(huì)造成生理影響,類(lèi)似較低的“員工績(jī)效”,在感光、閃爍到嚴(yán)重時(shí),會(huì)引起頭痛或是癲癇。正如同有人在日常的跑步中,穿越一個(gè)人行道的條紋時(shí),因閃爍而偏頭痛,我往往相當(dāng)同情……
 
了解閃爍的研究持續(xù)進(jìn)行中。很明顯,光的實(shí)際波形(形狀、振幅變化、頻率…等)扮演核心作用,此外,包括視覺(jué)環(huán)境的外部因素(光源位置、周?chē)彰?hellip;)也有一定的影響,如個(gè)人敏感度。
 
不幸的,這種復(fù)雜性卻只有一些指標(biāo)可用來(lái)表示閃爍的各個(gè)問(wèn)題。兩種最常見(jiàn)的“閃爍百分比”和“閃爍指標(biāo)”,雖然簡(jiǎn)單但卻有缺點(diǎn):例如,這兩個(gè)指標(biāo)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(guó)際照明委員會(huì)(CIE)、照明學(xué)會(huì)(IES)、電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)…紛紛提出的更先進(jìn)指標(biāo)。然而,現(xiàn)今,在沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)度量的狀況下,最好的方式即透過(guò)實(shí)驗(yàn):一個(gè)用閃爍輪(Flicker Wheel)或擺動(dòng)手指的簡(jiǎn)單視覺(jué)測(cè)試,往往可提供一個(gè)明確的答案。例如加州能源委員會(huì)(California Energy Commission)自動(dòng)質(zhì)量指針(Voluntary Quality Spec)即提到,閃爍測(cè)試應(yīng)該由對(duì)閃爍非常敏感的稽查人員進(jìn)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(yīng)時(shí)間,LED驅(qū)動(dòng)器試圖矯正AC波形,使其盡可能平順的輸入,但這是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)——特別是當(dāng)調(diào)光器(Dimmer)進(jìn)入程序時(shí),驅(qū)動(dòng)器必須兼容由不同調(diào)光器輸入的波形,而這將造成在昏暗環(huán)境下,LED閃爍的問(wèn)題更加明顯。
 
因此,在實(shí)際設(shè)計(jì)LED時(shí),如何減少LED閃爍的現(xiàn)象?當(dāng)然,簡(jiǎn)單的方式是擺脫AC電流,并采用恒定電流(Constant-current)裝置,不過(guò),這并不是唯一選擇。
 
在改造應(yīng)用中,最基本的答案是設(shè)計(jì)更好且總是可以用正確的電容器實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)器。困難的是,閃爍和其他關(guān)鍵問(wèn)題如成本、尺寸和發(fā)熱之間的平衡。具有較佳儲(chǔ)能能力的電容往往要價(jià)高、占空間及可承受的熱度低—當(dāng)位于一個(gè)小小改裝燈座的驅(qū)動(dòng)器被塞滿(mǎn)電容,聽(tīng)起來(lái)可是一點(diǎn)都不好!
 
因而,制造上面臨棘手的問(wèn)題。A型燈泡(A-bulb)應(yīng)該在家庭裝修商店被賣(mài)出時(shí)無(wú)閃爍,或者應(yīng)該寧可再降低1美元使其達(dá)到消費(fèi)者的價(jià)格心理門(mén)坎?Soraa的MR16應(yīng)該給予非常高的坎德拉(Candela),或是內(nèi)建一個(gè)可減少功耗和發(fā)熱量的低閃爍驅(qū)動(dòng)器?
 
幸好,隨著技術(shù)的進(jìn)步,上述的權(quán)衡問(wèn)題的影響已經(jīng)越來(lái)越小。以Soraa生產(chǎn)的燈泡為例,LED基礎(chǔ)技術(shù)不斷進(jìn)步,使新一代的燈具盡可能發(fā)出更明亮光的同時(shí),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(jiǎn)單的產(chǎn)品,這也是為什么我們?cè)诒驹峦瞥鲆粋€(gè)真正無(wú)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(qū)動(dòng)器,因此無(wú)論在甚么調(diào)光條件下,新燈泡的振蕩比鹵素?zé)暨€要少。”
 
展望未來(lái),我們只能希望這樣的方案逐漸成為主流,如此,將可無(wú)須再擔(dān)心閃爍的問(wèn)題,并可一勞永逸。
 
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