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LED照明产品频闪的原因分析及解决办法-ZA8508

信息来源 : 网络 发布时间:2014-05-15 01:00 | 1348 次浏览

   随着 LED 照明的逐渐发展,越来越多客户会习惯性的拿手机对着 LED 灯具进行拍摄,通过观察有无频闪而确定该灯具是否对人眼睛有伤害。这种做法不完全正确的。

   传统的荧光灯具直接用于 50Hz 的交流电,它的频闪是 100Hz,用数码相机拍摄的时候因为采样频率的不同所以会出现水波纹。而LED灯具是直流电源供电,其光源发出的光也将是直流形式的(在直流基础上叠加有微小的波动或称脉动),从物理的角度上讲,其发光的波动性的确远远低于交流电流工作的光源发光的波动程度。但是,其输入供电电源的仍然是交流形式的,很难完全避免交流纹波通过LED光源。所以会存在LED灯具用数码相机拍摄的时候存在闪烁。
是否相机拍摄有闪烁就可以断定对人眼会有伤害呢?其实人眼对于光波动性的敏感频率在低频范围,如救护车等警示灯的频率大约是 8-10 赫兹,最易让人眼不适,引起大家的警觉。这些频率远低于正常交流供电工作的光源的光频范围,所以根本就不存在正常人眼睛在当前民用供电的频率下光源工作时有不舒适的情况。目前全世界大范围使用的光源光频都是 50-60 赫兹(包括 LED 显示器,LED 电视机),所以说 LED 灯具输出的纹波电流 100Hz 会影响人眼舒适度这一说法更加不确切了。

视觉可以感受到的的频闪主要由两个原因:
1、输出纹波频率偏低
个别人在特殊条件下(例如:从无光区域突然进入有光区域)还是会感受到100Hz左右的频闪,旧式电影帧频为24fps,但如果照明的频闪频率在60Hz左右,所有人都没法忍受的,电脑显示器和电视机淘汰旧的帧频制式,就很容易理解了。
2、输出的纹波电压或电流
     100Hz的输出纹波,在纹波电压小于5%时,也感觉不到频闪。这时纹波电流可能会远比5%  要小,实现就有些困难了。
手机或摄像机拍摄的帧频一般在30左右,高速运动摄像机可以达到400fps。拍摄有频闪的灯光,如果频闪频率不能超过拍摄设备所设置帧频的4倍,在拍摄的设备上就会看到灯光有辉闪甚至严重抖动,拍摄的结果也是这样。所以,拍摄旧的CRT显示器的显示画面,经常会看到有横条向上移动。

频率较低的频闪,虽然我们不能立即感觉出来,但长期在这样的灯光下,人很容易疲倦,容易得近视等眼科疾病。

目前LED电源单纯来讲满足无频闪的要求也是可以做到。大致为:
1.加大输出电解电容
2.采用填谷式被动 PFC方案
3.采用两级方案(AC/DCDC/DC) -如APFC芯片ZA8606加后级纹波抑制制芯片ZA8505
第一种方案加大输出电解电容,此方案从理论上讲可以采用电解电容吸收部分的交流纹波,但是实际的经验告诉我们当纹波控制在一定范围之内以后(10%),很难进一步降低,除非将电解电容不计成本的加多,也不能从根本上消除。
第二种方式采用填谷式被动 PFC 方案,此方案也是最主流的一种处理方式。隔离方案可以采用芯联或者 IWATT(最早期的方案,现已基本被淘汰)。电路原理如下,采用两个大的电容以及三个二极管进行功率因素校正,因为在整流桥后面有大的电解电容,所以将交流纹波吸收,通过电感或者变压器到次级部分的电流为直流电。


但填谷式方案也存在一定问题,首先非隔离填谷式方案会存在输出空载电压不受控制,容易造成灯珠损坏。其次,无法做成90-265V全电压输入,填谷电路输出电压谷值只有电解滤波电路谷值的一半,填谷式的整流方式整流后输出电压比普通整流后的输出电压低不少,有可能采用填谷式后在低压输入的是带载不足。再者,无论隔离式还是非隔离式填谷式方案,谐波测试根本无法通过。功率因素也不能完全达到 0.9 以上。因此此种方案也不能完全满足ULCE等认证标准,见附页测试数据。
第三种方式则是采用两级方案,在现有隔离电源的基础上后面再加一级DC/DC,就能够完全消除交流纹波的影响。电性参数也能完全达到认证标准。但此方案在成本上有一定增加,需要加多一个电源管理芯片以及部分外围电路。

以下为测试的两款常见无频闪电源:

    目前台湾一家知名芯片设计公司力积电子(Zentel)正开发一款真正通过芯片内部调整实现无频闪。整个过程采用一个芯片完成,在保证 PFC THD 的前提下实现平滑的直流输出。目前产品处于研发阶段,还未推出。


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