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LED照明面临短期技术挑战 ”闪烁“难点让众厂商一拼高下

导读: 在发光二极管(LED)一系列的讨论中,我们讨论了LED产业短期的挑战——尽量避免讨论如成本或聚焦在取代这一类的议题,着重探讨同样重要的LED产业发展因素。

  在发光二极管(LED)一系列的讨论中,我们讨论了LED产业短期的挑战——尽量避免讨论如成本或聚焦在取代这一类的议题,着重探讨同样重要的LED产业发展因素。

  我最新的博客文章是探讨用一个既有的直流(DC)组件,跟交流(AC)的方式驱动LED的各种后果,本文想仔细谈谈让LED产业最恶名昭彰的一个原因:闪烁(Flicker)。这几天,闪烁是个热门的话题,也是一个让LED厂商“一拼高下”的战场。

  首先,先澄清闪烁涵盖的各种现象。可以透过简单的观察光源来判断直接的闪烁,直接闪烁高度依赖闪烁的频率,透过人类在几Hz及灵敏度几乎已经消失的60Hz的峰值灵敏度(Peak Sensitivity),即可发现直接闪烁。

  然而,间接闪烁(Indirect Flicker)可以在更高的频率被发现,及其各种表现形式。最常见的,称之为闪动闪烁(Stroboscopic Flicker),是因移动的物体或者一个快速眼动造成锯齿状的视觉感知现象。闪动闪烁是LED使用者某些共同的使用者经验,且观看其前后关系,闪动闪烁几乎是不明显,却让人无法接受——运气好眼睛还可跟上图中错误光线下的篮球。

  研究指出,闪动闪烁可在高于1,000Hz的频率被触发,远远超出人类意识知觉的门坎。另外,间接闪烁也会造成生理影响,类似较低的“员工绩效”,在感光、闪烁到严重时,会引起头痛或是癫痫。正如同有人在日常的跑步中,穿越一个人行道的条纹时,因闪烁而偏头痛,我往往相当同情……

  了解闪烁的研究持续进行中。很明显,光的实际波形(形状、振幅变化、频率…等)扮演核心作用,此外,包括视觉环境的外部因素(光源位置、周围照明…)也有一定的影响,如个人敏感度。

  不幸的,这种复杂性却只有一些指标可用来表示闪烁的各个问题。两种最常见的“闪烁百分比”和“闪烁指标”,虽然简单但却有缺点:例如,这两个指标忽略直接闪烁的重要感知频率,因此目前由各种研究单位包括国际照明委员会(CIE)、照明学会(IES)、电机电子工程师学会(IEEE)…纷纷提出的更先进指标。然而,现今,在没有一个公认度量的状况下,最好的方式即透过实验:一个用闪烁轮(Flicker Wheel)或摆动手指的简单视觉测试,往往可提供一个明确的答案。例如加州能源委员会(California Energy Commission)自动质量指针(Voluntary Quality Spec)即提到,闪烁测试应该由对闪烁非常敏感的稽查人员进行。

  LED闪烁的发生,部分原因是指LED遵循被电波馈送的快速响应时间,LED驱动器试图矫正AC波形,使其尽可能平顺的输入,但这是一个复杂的任务——特别是当调光器(Dimmer)进入程序时,驱动器必须兼容由不同调光器输入的波形,而这将造成在昏暗环境下,LED闪烁的问题更加明显。

  因此,在实际设计LED时,如何减少LED闪烁的现象?当然,简单的方式是摆脱AC电流,并采用恒定电流(Constant-current)装置,不过,这并不是唯一选择。

  在改造应用中,最基本的答案是设计更好且总是可以用正确的电容器实现的驱动器。困难的是,闪烁和其他关键问题如成本、尺寸和发热之间的平衡。具有较佳储能能力的电容往往要价高、占空间及可承受的热度低—当位于一个小小改装灯座的驱动器被塞满电容,听起来可是一点都不好!

  因而,制造上面临棘手的问题。A型灯泡(A-bulb)应该在家庭装修商店被卖出时无闪烁,或者应该宁可再降低1美元使其达到消费者的价格心理门坎?Soraa的MR16应该给予非常高的坎德拉(Candela),或是内建一个可减少功耗和发热量的低闪烁驱动器?

  幸好,随着技术的进步,上述的权衡问题的影响已经越来越小。以Soraa生产的灯泡为例,LED基础技术不断进步,使新一代的灯具尽可能发出更明亮光的同时,也具备较低的输入功率与较少的发热。Soraa表示:“我们追求简单的产品,这也是为什么我们在本月推出一个真正无闪烁的解决方案——Lightfair系列,而新的MR16型灯泡将在今年稍晚推出,受益于其优越的驱动器,因此无论在甚么调光条件下,新灯泡的振荡比卤素灯还要少。”

  展望未来,我们只能希望这样的方案逐渐成为主流,如此,将可无须再担心闪烁的问题,并可一劳永逸。

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