LEISO--LED照明中的頻閃原因、危害及解決辦法

  考核光源對(duì)人眼影響時(shí)，不可避免會(huì)提到頻閃，隨著電光源技術(shù)的進(jìn)步以及人們對(duì)于光生物性了解的不斷加深，解決頻閃問(wèn)題無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)健康照明的一大關(guān)鍵。

  當(dāng)人們處于一個(gè)照明用光環(huán)境時(shí)，似乎并不能明顯感覺閃爍，事實(shí)上，除了警告類閃爍標(biāo)記或者燈具故障，人們對(duì)于頻閃的概念并無(wú)太多直觀感受。觀察轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)扇葉片時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)葉片有時(shí)“靜止”，有時(shí)“轉(zhuǎn)動(dòng)”，行駛的汽車輪胎也會(huì)有這種現(xiàn)象，這些都可以解釋為光源頻閃帶來(lái)的視覺暫留現(xiàn)象。

  下圖中，黑色圓盤上一個(gè)白點(diǎn)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，無(wú)頻閃照明條件下會(huì)出現(xiàn)圖a的連續(xù)變化，在波動(dòng)頻閃光源下，會(huì)出現(xiàn)圖b現(xiàn)象。

a一般情況                               b頻閃情況

  頻閃造成原因

  光源頻閃實(shí)質(zhì)上就是光源發(fā)出的光隨著時(shí)間呈現(xiàn)出一定頻率、周期的變化，在不同亮度、顏色之間隨著時(shí)間變化而變化。燈具的驅(qū)動(dòng)如果沒有合適的電子電路，比如鎮(zhèn)流器、驅(qū)動(dòng)或電源，光源就會(huì)產(chǎn)生頻閃，輸出光通量波動(dòng)越大，頻閃越嚴(yán)重。

  產(chǎn)生頻閃的技術(shù)機(jī)理，既有供電電源的因素，也有電光源技術(shù)性能因素以及照明設(shè)計(jì)不合理的因素等等。對(duì)于很多照明燈具來(lái)說(shuō)，光源工作電流必然隨著輸入電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，直接導(dǎo)致光輸出的波動(dòng)產(chǎn)生頻閃。

  以白熾燈為例，驅(qū)動(dòng)為50Hz交流市電，負(fù)半周和正半周疊加后光閃爍頻率為100Hz；采用電感式鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，其輸出光頻率也隨著供電頻率的波動(dòng)而波動(dòng)。另外，供電電網(wǎng)的瞬時(shí)波動(dòng)幅度在10%~20%之間，加深了照明燈具的光波動(dòng)。

  常用頻閃指數(shù)來(lái)形容光源的頻閃程度，綜合頻閃比率和其它2個(gè)變量：光波形和占空比。其中，頻閃比率等于一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)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(shù)等于一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)超過(guò)平均光輸出的量除以全部光輸出。頻閃比率和頻閃指數(shù)越低，光源閃爍或者造成的頻閃效應(yīng)越少。

常見光源的頻閃測(cè)量

  頻閃危害

  1.光敏性癲癇或閃爍光誘導(dǎo)的癲癇：

  現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)以及行業(yè)專家指出，光敏性癲癇確實(shí)存在。Bittencourt和Fisher等人在2004和2005年提出了光敏性癲癇流行學(xué)說(shuō)，Bittencourt指出光敏性癲癇在整個(gè)人群內(nèi)發(fā)病率很低，每年的發(fā)病率大約在0.001%，在青少年中發(fā)病率約為0.006%，并且癲癇患者患這種病概率高達(dá)10%。

  而Fisher通過(guò)測(cè)量人體對(duì)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(fā)病率大約在0.01%—0.025%，當(dāng)癲癇患者在閃爍光源刺激下有2%到14%的幾率誘發(fā)急促癲癇癥狀。美國(guó)癲癇工作基金會(huì)指出影響光敏性癲癇癥狀誘發(fā)因素主要包括閃爍頻率、光強(qiáng)、調(diào)制深度、光譜成分以及一些視覺神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)因素。

  2.頻閃造成的視覺暫留效應(yīng)

  Bullough等人采用一系列波形和頻率研究固態(tài)光源的頻閃效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的調(diào)制深度、頻率、占空比以及波形對(duì)頻閃效應(yīng)的可見性有影響。

Bullough頻閃研究的實(shí)驗(yàn)

  同時(shí)，行業(yè)專家也一致認(rèn)為頻閃效應(yīng)的危害主要是這種視覺偽像會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，SafetyatWork中提到，雖然人眼識(shí)別不到的一些燈光頻閃，但是會(huì)讓視野內(nèi)飛快旋轉(zhuǎn)的機(jī)器出現(xiàn)視覺上變慢或者靜止的假象，這種現(xiàn)象是非常危險(xiǎn)的，極易造成事故。

常亮光源與頻閃光源下風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝

  3.頭痛、偏頭痛、惡心、視覺紊亂等生理問(wèn)題

  美國(guó)頭痛學(xué)會(huì)指出許多偏頭疼患者對(duì)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(yán)重；一些閃爍的熒光燈或者電視屏幕都會(huì)引起類似偏頭痛的癥狀，許多研究也表明對(duì)于這些閃爍誘發(fā)的偏頭痛患者，他們的腦電反應(yīng)化（EEG）通常會(huì)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(dǎo)致的生理不適，還沒有得出確切結(jié)論。

  4.用眼疲勞、視力下降

  照明燈具的光閃爍，往往會(huì)影響到人類的工作效率。在研究閃爍對(duì)人們疲勞程度的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(nèi)容；非可見閃爍可以影響眼球的運(yùn)動(dòng)軌跡，影響閱讀并導(dǎo)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(jìn)行視覺相關(guān)作業(yè)性能會(huì)比低頻光源表現(xiàn)的更好。

  頻閃判定標(biāo)準(zhǔn)

  IEEE于2013年4月發(fā)布IEEEPAR1789：2013《Draft Risk Assessment-Potential health effects of flicker from LED lighting》。中對(duì)頻閃的判定標(biāo)準(zhǔn)如下圖所示，圖中無(wú)影響區(qū)域用綠色表示，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域用橙色表示：

低風(fēng)險(xiǎn)和不可察覺到的影響水平的閃巧頻率和波動(dòng)深度函數(shù)關(guān)系

  文件對(duì)無(wú)頻閃判定準(zhǔn)則為：

  （1）頻率低于9Hz，不可覺察波動(dòng)深度限值為0.288%；

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

  （3）頻率大于3120Hz，認(rèn)為完全無(wú)頻閃，免除考核。

  如何減小頻閃

  分析頻閃產(chǎn)生的原因，可以發(fā)現(xiàn)減輕頻閃的關(guān)鍵在于電光源技術(shù)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)。如LED在恒定、無(wú)震蕩的直流源驅(qū)動(dòng)下，可達(dá)到無(wú)頻閃的效果。市場(chǎng)上的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品還需考慮驅(qū)動(dòng)成本、尺寸、可靠性、效率等因素，制造商與行業(yè)專家也嘗試找到一個(gè)人們可以接受的頻閃程度。