几个常见照明产品的频闪参数分析

徐 博，薛晓晓，刘 欢

（浙江省电子信息产品检验所，浙江杭州，310007）

几个常见照明产品的频闪参数分析

徐 博，薛晓晓，刘 欢

（浙江省电子信息产品检验所，浙江杭州，310007）

本文介绍了目前国际上针对照明产品频闪的几个最新参数及其要求，并对常见的白炽灯、自镇流荧光灯、LED球泡灯进行了检测与分析，比对并分析了各频闪参数的检测结果。

频闪；LED球泡灯；闪烁百分比；Pst；SVM

0 引言

灯具是人类日常生活中必不可少的照明用具，随着人们生活水平的提高，科学技术的进步，对照明的要求也是越来越高。从一开始的只要求照明功能，到现在要求照明满足生理和心理舒适，使工作、学习、生活的场所成为满意的、幸福的、有利于健康的场所[1]。目前对健康照明主要关注于光谱显色性、光生物安全、光频闪及眩光等。其中频闪，即光源闪烁问题被较少的提及和重视。今年央视的315晚会上，把LED学习灯的频闪问题作为消费第一号预警，引起了大家的广泛关注。但目前国内对灯频闪还没有形成统一的标准。本文将依据目前国际上最新相关频闪的几个研究成果，对白炽灯、节能灯和LED灯进行分别检测，并对比分析其频闪参数的特性。

1 频闪参数介绍

频闪（光源闪烁）是指照明光源的光输出随着某一频率波动。目前国际上对频闪的研究成果有IEEE std1789、IEC TR 61547、CIE TN 006等。

1.1 IEEE std1789中的闪烁百分比和闪烁指数[2]

闪烁指数（Flicker Index）是指在周期性的光输出波形中，一个周期内的平均光输出线以上的面积除以光输出曲线的总面积（见图 1）。

闪烁百分比（Percent Flicker）或调制深度（Modulation）是指在周期性的光输出波形中，一个周期内的光输出最大值和最小值的之差占光输出最大值和最小值之和的比例（见图1）。

对于闪烁指数，闪烁指数＜0.1被认为是高质量的光。对于闪烁百分比，最新的IEEE std 1789把闪烁百分比和频率联系起来考虑。具体的低风险要求：光频度＜90Hz时，闪烁百分比应低于频度的0.025倍；光频率在90Hz～1250Hz时，闪烁百分比应低于频度的0.08倍；光频率＞1250Hz时，没有限制。为了直观表达频闪的风险程度，将闪烁百分比通过归一化调制(NM)，把低风险要求归一化为NM，把此NM标记为NM1，NM1＜1表示低风险。无危害要求：光频度＜90Hz时，闪烁百分比应低于频度的0.01倍；光频率在90Hz～3000Hz时，闪烁百分比应低于频度的0.0333倍；光频率＞3000Hz时，没有限制。同样采用归一化方法，可得到NM2，NM2＜1表示无危害。

图1 闪烁指数和闪烁百分比的定义

1.2 IEC TR 61547中的Pst[3]

Pst，短期闪烁指数，该技术指标分析频率范围0.05Hz～80Hz，能同时考核了电源电压的波动和照明产品自身电路对光输出变化的影响，阈值为1，Pst＜1是可接受的；当Pst＞1时，50%以上的观察者会感觉到频闪。

1.3 CIE TN 006中的SVM[4]

对于80Hz以上的频闪，人眼是不易发觉的，但却对人眼的空间感知有较大影响。例如将一些快速运转的设备看成是缓慢运转着甚至是静止的，即频闪效应（Stroboscopic effect）。CIE TN 006针对频闪效应提出了SVM技术指标，分析频率范围80Hz～2000Hz，来判断频闪效应的视见性。SVM=1，表示正好可见；SVM＞1时，表示可见；SVM＜1时，表示不可见。

2 测试方法及结果分析

2.1 测试方法

测试仪器采用杭州远方光电信息股份有限公司的LFA-3000光源频闪测量仪，使用最常见的白炽灯、自镇流荧光灯（节能灯）、LED球泡灯作为分析样品。在暗室中分别进行上述频闪指标的测试，仪器测试前样品均已充分点亮稳定。其中白炽灯采用60W的白炽灯和200W的白炽灯，自镇流荧光灯和LED球泡灯分别采用两种比较典型的样品（较好、较差各一种），结果如表1所示。

表1 各灯的测试结果

2.2 各参数的结果分析

闪烁指数中检测结果大部分都小于0.1，只有LED灯1的闪烁指数大于0.1。

此次灯的光频率都是100Hz，故闪烁百分比低风险的要求应小于8。同时，可看出闪烁百分比的结果与NM1和NM2一致，闪烁百分比高风险的，NM1也是高风险；闪烁百分比低风险的，NM1同样低风险；闪烁百分比无危害的，NM2则也无危害。

Pst的检测结果表示均不会感到频闪。

SVM的检测结果除LED灯1表示有可见频闪，其他则无可见频闪。

2.3 比对同类型的灯

白炽灯随功率增加，白炽灯的闪烁指数和闪烁百分比均下降。这是因为白炽灯的功率越大，灯丝直径增大、长度缩短, 灯丝的热惯性增加，灯丝温度变化幅度减少，因此光波动也减小[5]。可看出面对白炽灯，闪烁百分比很好的体现出了差距，但其他参数也都是200W的要优于60W的。自镇流荧光灯中，荧光灯1闪烁百分比的结果略高于低风险要求，但也与荧光灯2的闪烁百分比结果接近，其他参数也是相同的荧光灯2的结果略好于荧光灯1的结果。LED灯的照度波形见图2和图3。LED球泡灯1的照度振幅非常大，最低的时候几乎到了零，该灯的各频闪指标也反应了这一结果。闪烁百分比、NM1、SVM都比较差，只有Pst符合要求外，其余数据均不令人满意。LED球泡灯2则是达到了闪烁百分比的无风险，Pst和SVM的结果也很不错，体现出面对光输出波形区别很大的LED球泡灯，闪烁指数、闪烁百分比、NM、SVM均能很好的体现出结果。

2.4 比对不同类型的灯

相较白炽灯和LED灯，荧光灯的各闪烁指标都不会太差，这是因为荧光灯光源都是由灯管中的荧光粉激发而发光，而荧光粉点亮后会有余辉，从而减小了光的输出波动。另一方面，现行的荧光灯均采用的是电子镇流器，而电子镇流器刚能显著降低光波动[5][6]。LED和发光二极管一样，具有正向导通、反向截止、死区电压、击穿电压等伏安特性[7]。如果用交流或波动度很大的单向脉动直流或整流后100Hz严重调幅的直流来驱动LED，LED球泡灯的闪烁现象将超过传统光源。而采用一个好的驱动电源将有效降低输出光的波动[8]，这在几个频闪参数上都能很好体现。

图2 LED球泡灯1

图3 LED球泡灯2

3 结论

闪烁指数、闪烁百分比及归一化计算后的NM、Pst、SVM均能明显表征出光源输出的波动情况。但各参数分析的频率和角度不同以及各自的阈值采用了不同的模型和计算方式，会有判定结果不一致的情况。相对而言，闪烁百分比和闪烁指数的限值要求要比Pst和SVM的更为严苛，而目前国际和国内还没一个统一的标准，我们可以同时综合地考虑这几个参数。

[1]陈仲林.健康照明探讨[J].重庆建筑大学学报,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]庄晓波,朱绍龙,张善端.光源光输出波动的准确测量及其影响因素[J].照明工程学报,2009,20(01):12-19. [2017-09-20].

[6]邓树兴.论荧光灯频闪效应及其电子镇流器的设计误区[J].照明工程学报,2003,(02):34-39. [2017-09-20]

[7]郑佳斌.高功率因数无频闪长寿命LED驱动电源研究[D].闽南师范大学,2015.

[8]陆世鸣,刘磊,俞安琪.照明产品的频闪分析及对功能性照明的影响[J].灯与照明,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