幾個常見照明產品的頻閃參數分析

徐 博，薛曉曉，劉 歡

（浙江省電子信息產品檢驗所，浙江杭州，310007）

幾個常見照明產品的頻閃參數分析

徐 博，薛曉曉，劉 歡

（浙江省電子信息產品檢驗所，浙江杭州，310007）

本文介紹了目前國際上針對照明產品頻閃的幾個最新參數及其要求，并對常見的白熾燈、自鎮流熒光燈、LED球泡燈進行了檢測與分析，比對并分析了各頻閃參數的檢測結果。

頻閃；LED球泡燈；閃爍百分比；Pst；SVM

0 引言

燈具是人類日常生活中必不可少的照明用具，隨著人們生活水平的提高，科學技術的進步，對照明的要求也是越來越高。從一開始的只要求照明功能，到現在要求照明滿足生理和心理舒適，使工作、學習、生活的場所成為滿意的、幸福的、有利于健康的場所[1]。目前對健康照明主要關注于光譜顯色性、光生物安全、光頻閃及眩光等。其中頻閃，即光源閃爍問題被較少的提及和重視。今年央視的315晚會上，把LED學習燈的頻閃問題作為消費第一號預警，引起了大家的廣泛關注。但目前國內對燈頻閃還沒有形成統一的標準。本文將依據目前國際上最新相關頻閃的幾個研究成果，對白熾燈、節能燈和LED燈進行分別檢測，并對比分析其頻閃參數的特性。

1 頻閃參數介紹

頻閃（光源閃爍）是指照明光源的光輸出隨著某一頻率波動。目前國際上對頻閃的研究成果有IEEE std1789、IEC TR 61547、CIE TN 006等。

1.1 IEEE std1789中的閃爍百分比和閃爍指數[2]

閃爍指數（Flicker Index）是指在周期性的光輸出波形中，一個周期內的平均光輸出線以上的面積除以光輸出曲線的總面積（見圖 1）。

閃爍百分比（Percent Flicker）或調制深度（Modulation）是指在周期性的光輸出波形中，一個周期內的光輸出最大值和最小值的之差占光輸出最大值和最小值之和的比例（見圖1）。

對于閃爍指數，閃爍指數＜0.1被認為是高質量的光。對于閃爍百分比，最新的IEEE std 1789把閃爍百分比和頻率聯系起來考慮。具體的低風險要求：光頻度＜90Hz時，閃爍百分比應低于頻度的0.025倍；光頻率在90Hz～1250Hz時，閃爍百分比應低于頻度的0.08倍；光頻率＞1250Hz時，沒有限制。為了直觀表達頻閃的風險程度，將閃爍百分比通過歸一化調制(NM)，把低風險要求歸一化為NM，把此NM標記為NM1，NM1＜1表示低風險。無危害要求：光頻度＜90Hz時，閃爍百分比應低于頻度的0.01倍；光頻率在90Hz～3000Hz時，閃爍百分比應低于頻度的0.0333倍；光頻率＞3000Hz時，沒有限制。同樣采用歸一化方法，可得到NM2，NM2＜1表示無危害。

圖1 閃爍指數和閃爍百分比的定義

1.2 IEC TR 61547中的Pst[3]

Pst，短期閃爍指數，該技術指標分析頻率范圍0.05Hz～80Hz，能同時考核了電源電壓的波動和照明產品自身電路對光輸出變化的影響，閾值為1，Pst＜1是可接受的；當Pst＞1時，50%以上的觀察者會感覺到頻閃。

1.3 CIE TN 006中的SVM[4]

對于80Hz以上的頻閃，人眼是不易發覺的，但卻對人眼的空間感知有較大影響。例如將一些快速運轉的設備看成是緩慢運轉著甚至是靜止的，即頻閃效應（Stroboscopic effect）。CIE TN 006針對頻閃效應提出了SVM技術指標，分析頻率范圍80Hz～2000Hz，來判斷頻閃效應的視見性。SVM=1，表示正好可見；SVM＞1時，表示可見；SVM＜1時，表示不可見。

2 測試方法及結果分析

2.1 測試方法

測試儀器采用杭州遠方光電信息股份有限公司的LFA-3000光源頻閃測量儀，使用最常見的白熾燈、自鎮流熒光燈（節能燈）、LED球泡燈作為分析樣品。在暗室中分別進行上述頻閃指標的測試，儀器測試前樣品均已充分點亮穩定。其中白熾燈采用60W的白熾燈和200W的白熾燈，自鎮流熒光燈和LED球泡燈分別采用兩種比較典型的樣品（較好、較差各一種），結果如表1所示。

表1 各燈的測試結果

2.2 各參數的結果分析

閃爍指數中檢測結果大部分都小于0.1，只有LED燈1的閃爍指數大于0.1。

此次燈的光頻率都是100Hz，故閃爍百分比低風險的要求應小于8。同時，可看出閃爍百分比的結果與NM1和NM2一致，閃爍百分比高風險的，NM1也是高風險；閃爍百分比低風險的，NM1同樣低風險；閃爍百分比無危害的，NM2則也無危害。

Pst的檢測結果表示均不會感到頻閃。

SVM的檢測結果除LED燈1表示有可見頻閃，其他則無可見頻閃。

2.3 比對同類型的燈

白熾燈隨功率增加，白熾燈的閃爍指數和閃爍百分比均下降。這是因為白熾燈的功率越大，燈絲直徑增大、長度縮短, 燈絲的熱慣性增加，燈絲溫度變化幅度減少，因此光波動也減小[5]。可看出面對白熾燈，閃爍百分比很好的體現出了差距，但其他參數也都是200W的要優于60W的。自鎮流熒光燈中，熒光燈1閃爍百分比的結果略高于低風險要求，但也與熒光燈2的閃爍百分比結果接近，其他參數也是相同的熒光燈2的結果略好于熒光燈1的結果。LED燈的照度波形見圖2和圖3。LED球泡燈1的照度振幅非常大，最低的時候幾乎到了零，該燈的各頻閃指標也反應了這一結果。閃爍百分比、NM1、SVM都比較差，只有Pst符合要求外，其余數據均不令人滿意。LED球泡燈2則是達到了閃爍百分比的無風險，Pst和SVM的結果也很不錯，體現出面對光輸出波形區別很大的LED球泡燈，閃爍指數、閃爍百分比、NM、SVM均能很好的體現出結果。

2.4 比對不同類型的燈

相較白熾燈和LED燈，熒光燈的各閃爍指標都不會太差，這是因為熒光燈光源都是由燈管中的熒光粉激發而發光，而熒光粉點亮后會有余輝，從而減小了光的輸出波動。另一方面，現行的熒光燈均采用的是電子鎮流器，而電子鎮流器剛能顯著降低光波動[5][6]。LED和發光二極管一樣，具有正向導通、反向截止、死區電壓、擊穿電壓等伏安特性[7]。如果用交流或波動度很大的單向脈動直流或整流后100Hz嚴重調幅的直流來驅動LED，LED球泡燈的閃爍現象將超過傳統光源。而采用一個好的驅動電源將有效降低輸出光的波動[8]，這在幾個頻閃參數上都能很好體現。

圖2 LED球泡燈1

圖3 LED球泡燈2

3 結論

閃爍指數、閃爍百分比及歸一化計算后的NM、Pst、SVM均能明顯表征出光源輸出的波動情況。但各參數分析的頻率和角度不同以及各自的閾值采用了不同的模型和計算方式，會有判定結果不一致的情況。相對而言，閃爍百分比和閃爍指數的限值要求要比Pst和SVM的更為嚴苛，而目前國際和國內還沒一個統一的標準，我們可以同時綜合地考慮這幾個參數。

[1]陳仲林.健康照明探討[J].重慶建筑大學學報,2000,(01):86-89.[2017-09-20].

[2]IEEE std1789, Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers[S].

[3]IEC TR 61547, Equipment for general lighting purposes-EMCimmunity requirements[S].

[4]CIE TN 006, Visual Aspects of Time -Modulated Lighting Systems-Definitions and Measurement Models[S].

[5]莊曉波,朱紹龍,張善端.光源光輸出波動的準確測量及其影響因素[J].照明工程學報,2009,20(01):12-19. [2017-09-20].

[6]鄧樹興.論熒光燈頻閃效應及其電子鎮流器的設計誤區[J].照明工程學報,2003,(02):34-39. [2017-09-20]

[7]鄭佳斌.高功率因數無頻閃長壽命LED驅動電源研究[D].閩南師范大學,2015.

[8]陸世鳴,劉磊,俞安琪.照明產品的頻閃分析及對功能性照明的影響[J].燈與照明,2014,38(04):22-27. [2017-09-20].

Analysis of Flicker Parameters for several Common Lighting Products

Xu Bo,Xue Xiaoxiao,Liu Huan
(Zhejiang Provincial Testing Institute of Electronic Information Products, Hangzhou Zhejiang,310007)

This paper introduces the latest international parameters and their requirements of flicker for the lighting products. Tested and analysedforincandescent lamps,self-ballasted fluorescent lamps,led bulbs.Compare and analyze the flicker parameters of the testing results.

flicker; led bulbs; Percent flicker; Pst; SVM