V osvětlovacím průmyslu je trendem nahrazovat tradiční žárovky a zářivky účinnějšími LED diodami s delší životností. Protože je však přímo připojen ke střídavému vedení, jako u tradičních průkopníků, může existovat riziko blikání 100 Hz nebo 120 Hz kvůli zvlnění budicího proudu na výstupu napájecího zdroje, i když většinou to může způsobit, že cítit se nepříjemně s lidmi. Oči si jich nemohou všimnout. Výrobci LED a světel touží vyřešit tento problém, obracejí se na výrobce ovladače LED, protože ovladač LED nakonec určuje, zda blikat nebo ne. Tento článek zkoumá příčiny blikání, popisuje, jak k blikání LED dochází, a vysvětluje, jak mohou inženýři vyřešit problém pomocí kompromisů mezi různými řešeními. Konečně poskytuje nákladově efektivní a flexibilní způsob, jak dosáhnout LED osvětlení bez blikání pomocí potlačovačů zvlnění.
LED žárovky nahradí v příštích několika letech většinu ostatních žárovek, jako jsou žárovky a zářivky. To je dobře známý trend, že LED je nová generace světelného zdroje. Lidé se těší nejen na vyšší světelnou účinnost, ale těší se i na lepší světelné prostředí.
Většina LED světel je přímo připojena k elektrické síti střídavého proudu. V závislosti na regionu existuje 50 Hz nebo 60 Hz a frekvence po usměrnění AC je velmi nízká, dokonce i 100 Hz nebo 120 Hz, což může způsobit stroboskopické blikání a způsobit určitou úzkost. Pokud je ovladač LED navržen tak, aby používal jednostupňový design PFC, můžete dokonce onemocnět.
Nyní si výrobci lamp uvědomují a snaží se tento problém vyřešit, zejména v interiéru. Obrátili se tedy na profesionální výrobce LED ovladačů s žádostí o pomoc a řešení. Tento článek vysvětlí, jak je blikání ovlivněno zvlněným proudem LED, a vysvětlí mnoho způsobů, jak problém vyřešit pomocí správného návrhu ovladače LED, zejména jedinečného zařízení zvaného potlačovač zvlnění, které umožňuje výrobcům lamp, aby se již používají k minimalizaci zvlnění proudu bez změny aktuálního ovladače LED.
Dopad blikání
Frekvence blikání světla v rozsahu 3 až 70 Hz jsou pro člověka snadno vnímatelné, což mu může být velmi nepříjemné. Dokonce i opakované záblesky a statické opakující se geometrické vzory mohou u těchto lidí vyvolat epileptické záchvaty a incidence je asi 0.025 %. A tento druh blikání lze snadno vyřešit ovladačem LED. Pokud vidíme tuto frekvenci ve tvaru vlny zvlnění výstupního proudu, obvykle si myslíme, že budič LED je nestabilní. Lidé si začínají více všímat toho, že dlouhodobé vystavování se blikání o vyšší frekvenci (v rozsahu 70-160 Hz) může způsobit i nepohodlí, bolesti hlavy a poruchy vidění. Pokud jde o ovladače LED, protože frekvence sítě ve většině částí světa je 50 Hz nebo 60 Hz, nejběžnějšími jsou blikání 100 Hz a 120 Hz. Tento článek tedy pojednává především o tom, jak se vypořádat s blikáním 100 Hz nebo 120 Hz. Ve skutečnosti není vliv blikání 100 Hz nebo 120 Hz na lidské zdraví pouze funkcí frekvence, ale souvisí také s fyziologickými a fyziologickými faktory.
Někteří vědci dokonce tvrdí, že sítnice dokáže vnímat blikání až do 200 Hz, ale testy ukázaly, že nad 160 Hz je vliv blikání na zdraví zanedbatelný.
Definování blikání
IESNA (The Illuminating Engineering Society of North America) zveřejnila definici „procenta blikání“ a „indexu blikání“ v devátém vydání The IESNA Lighting Handbook. Obrázek 1 ukazuje, jak jsou definovány metriky.
Procento blikání je relativní mírou cyklické změny výstupu světelného zdroje (tj. procentuální modulace). To se také někdy nazývá „modulační index“.
Index blikání je „spolehlivá relativní míra cyklických změn výstupu různých zdrojů při dané frekvenci napájení. Bere v úvahu tvar vlny světelného výstupu i jeho amplitudu,“ uvádí se v příručce. Index blikání nabývá hodnot od 0 do 1.0, s 0 pro stálý světelný výkon. Vyšší hodnoty znamenají zvýšenou možnost znatelného blikání lampy a také stroboskopický efekt.
Jak bylo uvedeno výše, kromě frekvence má na to, jak se lidé cítí světlo, významný vliv index blikání. Vyšší index blikání znamená vyšší citlivost pro lidské oko a nižší úroveň pohodlí. Tabulka níže ukazuje typický index blikání různých motorů světel.
| Max | Min | ave | Blikat% | Flicker Inde | |
|---|---|---|---|---|---|
| Žhavé | 12.180 | 10.745 | 11.460 | 6.2594 | 0.0194 |
| 100 W MH | 9.1472 | 3.2066 | 6.5147 | 48.088 | 0.1398 |
| Magnetický T12 | 9.6281 | 4.6256 | 7.1565 | 35.096 | 0.0897 |
| T5HO Elektr | 10.52 | 9.960 | 10.20 | 2.734 | 0.0036 |
| LED na DC | 43.4 | 41.0 | 42.2 | 2.84 | 0.0037 |
| LED s blikáním | 15.996 | 0.0555 | 6.3026 | 99.309 | 0.4498 |
Pracovní skupina pro standardy IEEE IEEE PAR1789 „Doporučené postupy pro úpravu proudu u LED s vysokým jasem ke snížení zdravotních rizik publika“ byla založena, aby poskytla osvětlovacímu průmyslu, ANSI/NEMA, IEC, EnergyStar a dalším normalizačním organizacím doporučení týkající se nově vznikajících problémů. LED Kontrolka bliká. Tento článek představuje zdravotní problémy související s blikáním pro konstruktéry výkonové elektroniky LED osvětlení, dokazuje, že stávající technologie v osvětlení LED někdy poskytuje blikání s frekvencí, která může způsobit biologickou odezvu lidského těla, a pojednává o pokusech zmírnit neúmyslné biologické účinky. Některé metody, které je třeba vzít v úvahu při osvětlení LED. Tento dokument představuje práci probíhající v IEEE PAR1789, která je nezbytná pro návrh bezpečných ovladačů LED žárovek.
Máme následující křivku.
Funkce polovodičového zdroje světla
Světelný výkon LED je téměř lineární s budícím proudem, jak ukazuje obrázek níže, takže je zcela zřejmé, že kritický důvod blikání LED světla je způsoben budicím proudem, který je původně dodáván ovladačem LED. Základním řešením je tedy zajistit, aby výstupní proud ovladače LED byl stabilní bez velkého zvlnění.
Řešení LED ovladačů pro vnitřní aplikace
Když mluvíme o blikání 100 Hz nebo 120 Hz, ve většině případů se jedná o vnitřní aplikace. Existuje poměrně málo schémat LED ovladačů pro vnitřní prostory, které poskytují konstantní proud, jako je jednoduchý odpor, lineární polovodičová regulace a spínací PWM regulace po usměrnění střídavého proudu, ale tato schémata jsou mimo diskusi v tomto dokumentu, protože nejsou schopna poskytnout kvalifikované účiník (PF), který je normálně požadován, aby byl vyšší než 0.9. Stále více zemí a standardních sdružení jako Energy Star a DLC (Design Lights Consortium) vyžaduje, aby světla měla hodnotu vyšší než 0.9 PF a lze předpokládat, že lampy a svítidla bez 0.9 PF budou brzy vyřazeny. Zde jsou diskutovány a porovnány některé kvalifikované metody k dosažení PF. Také je představen nový druh schématu pro snížení stávajícího velkého zvlnění z jednostupňového ovladače LED, jak je uvedeno níže.
1.Pasivní (Valley Fill) PFC plus přepínání DCDC
Tato struktura je široce používána v levných offline adaptérech a nabíječkách. Díky obvodu pro plnění údolí a velkokapacitním kondenzátorům je proudové zvlnění tohoto řešení malé a snadno ovladatelné. Nevýhodou tohoto schématu je, že PF je špatný, nemůže splnit normu EN61000-3-2 (test emisí harmonického proudu) třídy C a není vhodný pro vyšší výkony nad 20W. Navíc toto řešení není vhodné pro realizaci širokých vstupních napětí 100Vac-240Vac.
2.Jednostupňový aktivní PFC
Toto je široce používaná topologie pro LED ovladače se širokým vstupním rozsahem. Má dobrou účinnost produktu a hodnotu PF a široký rozsah zatížení. Nevýhodou je, že vysoké zvlnění proudu může způsobit viditelné nebo neviditelné blikání 100Hz/120Hz. Dobrý návrh může snížit zvlnění proudu na relativně nízkou hodnotu, ale zvlnění je obvykle stále vyšší než u předchozího schématu. Zajímavou vlastností tohoto schématu je, že zvlnění je značně ovlivněno V-I charakteristikami různých zátěží LED. Aby bylo možné zcela ovládat vlnění tohoto schématu, hledají výrobci ovladačů LED lepší řešení.
3.Aktivní PFC plus přepínání DCDC
Aby se vyřešil problém jednostupňového PFC, je třeba k měniči přidat další DCDC, což zvyšuje náklady o 15–20 %. Tento obvod výrazně snižuje zvlnění výstupního proudu, takže výstup je téměř ideální DC, ale ztratí 2-3% účinnost. A tato struktura může pokrýt většinu úrovní výkonu pro vnitřní aplikace.
V souhrnu
S rozvojem průmyslu LED osvětlení již vlastnosti vysoké účinnosti a dlouhé životnosti nemohou uspokojit trh. Lidé hledají lepší světelné prostředí, zejména zdravé světelné prostředí. Pro určitá místa, jako jsou kanceláře a obývací pokoje, není žádné blikání důležitější.
Existuje mnoho způsobů, jak generovat dobrý stejnosměrný proud s nízkým zvlněním pro napájení LED, a každý způsob má své výhody a nevýhody. Hlavní výhodou tlumiče zvlnění je, že poskytuje velmi jednoduchou a flexibilní metodu, která může snížit blikání našich stávajících návrhů zvýšením rozumných nákladů.
| Složitost designu | Stát | Účinnost | Vstupní rozsah střídavého proudu | Zvlnění proudu | |
|---|---|---|---|---|---|
| Pasivní PFC + DCDC | Nízké | Nízké | Vysoký | Úzký | Střední |
| Aktivní PFC | Nízké | Nízké | Střední | Široký | Velký |
| Aktivní PFC + DCDC | Vysoký | Vysoký | o 2-3% nižší | Široký | Malý |
Design LED s nízkým zvlněním bude v budoucnu ještě dlouho výzkumným cílem a profesionální výrobci LED ovladačů, jako je uPowerTek, budou i nadále nacházet lepší řešení pro trh.
Máte ještě otázky? Kontaktujte nás!
