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不同照明产品发光稳定性对比

2016-02-01

LED半导体照明网讯 LED照明产品具有很多传统照明产品无法比拟的优势,当然也有其固有缺点或争议。其中,频闪即是重要争论之一。上期的文章中探讨了频闪、闪烁的基本概念,发光稳定性的意义,以及各种光源(灯)的发光原理与发光稳定性。本文将集中探讨几种灯的发光稳定性试验以及数据分析。
一、几种灯的发光稳定性试验
根据常规认为,人眼开始“临界”看见频闪发生的光变化应该是周期时间等于人眼的“视觉暂留”效应时间,并且光强度波动深度为25%两者的综合效果。按原理来说,50Hz频率供电的照明灯的规律性等幅度光强变化的光周期为0.01S,已经比人眼的“暂留效应”时间0.05~0.15S短较多,在“视觉暂留”效应时间结束前又有同样幅度的光到来,这时人感觉应是没有频闪的。
本研究对各种工作于50Hz交流电的光源(灯),从点灯预热开始到稳定后测量光通量变化,计算其光通量的变化率。光通量变化率大,则发光稳定性差,也即频闪的可能性大。这与“波动深度”的定义H=(φmax-φmin)/φmax×100% 是相同的,但该定义也是频闪的间接参数。
实验原理:测量时的积分时间(相当于取样或曝光时间)越短,其结果越接近得到“波动深度”。测量一段连续时间的每个半波的光通量值稳定性,将比定义更能直接得到频闪如何的结论。例如对供电电源为50Hz的灯,连续测量几秒或更长时间的每个半波的光通量,如果每个半波之间的光通量变化很小,则发光很稳定。如有周期大于“视觉暂留”效应时间的重复性波动,且幅度超过25%则认为有频闪。
测量积分时间越短,对测量设备精度和各种其它条件要求越高,相应的测量误差或不确定性也可能增大。所以,如果受设备所限,多次随机测量各不连续时刻的短持续时期的光通量值,也能间接得出结论。
本实验受光谱积分测量设备所限,测量的最短积分时间为50ms,也就是每次测量的是50Hz中的2.5个周期或5个半光波的平均光通量值。设备也不能连续测量,只能多次随机测量各不连续时刻的5个半光波的平均光通量值。
本实验的第1个判定依据:对于研究“视觉暂留”效应时间为0.05秒的频闪来说,假设5个半波的光通量都是100lm,那测得的平均值为100lm。光变化最极端情况是第6~10个半波中的第10个半波的光通量增加25%(临界)而其他四个半波的光通量不变而仍然都是100 lm。这时,第6个至第10个半波的光通量平均值为105lm。所以,“第1~5个半波的平均值”与“第6~10个半波的平均值”变化率为5%。那么只要整个实验很多次测得的所有光通量值的变化率都小于5%,就间接说明应该没有频闪。测得的数据量越多越能反映结果的准确性。但是另一方面,即使测得的结果大于5%这个临界值,也不能肯定有频闪。
举例来说,如果第1~5个半波的光通量都是100 lm, 第6~10个半波的光通量每个半波都平均增加光通量6%,这已超过5%这个临界值,但“第1~5个半波” 的光在人眼中的亮度与“第6~10个半波”的每个半波光亮度相差都远没达到25%。所以,不能因此判断会发生频闪。
本实验的第2点判定依据:以长期以来人们感觉比较舒适、不觉得有频闪的白炽灯等的测试数据作参照比较,推断其它灯的发光稳定性程度与频闪。
本试验所用的灯有白炽灯、电感镇流下的荧光灯、高频工作下的荧光灯(节能灯)、单向LED串以及并联后成为双向的LED串、高频变换为直流下的LED球泡灯等。为了结论的准确性,进行了小积分球系统的50ms(0.02S)、100ms(0.1S)、300ms(0.3S)三个积分时间的测量和积分时间为10多秒的大积分球系统的测量。为了验证结果的重复性进行了多次相似试验条件的测量。
50ms(0.02S):短于人眼的“视觉暂留效应”时间,对于50Hz交流工作的灯相当于2.5个周期(5个半周期)的光通量的平均值;
100ms(0.1S):与人眼的平均暂留效应时间相当,对于50Hz交流工作的灯相当于5个周期(10个半周期)的光通量的平均值;
300ms(0.3S):长于人眼的暂留效应时间,对于50Hz交流工作的灯相当于15个周期(30个半周期)的光通量的平均值。
实验在尽可能相同的环境条件下和电源稳定(监测其变化为220V±0.1V约0.05%)条件下进行,通过各种灯的测试数据分析,仪器的一致性和稳定性很好,对于主要希望得到光通量变化率/相对值的本次测量结论的影响可忽略不计
本文以下主要以50ms的数据进行分析。
(一)白炽灯的发光稳定性试验及分析说明
1.试验及现象
由交流50Hz电源给白炽灯供电,预热45分钟开始,每隔3分钟至84分钟,按积分时间300ms、100ms、50ms各测量1次光通量数据如图1。
2.试验说明
a.假设30分钟之前没稳定,因此只测量了300ms的光通量数据;
b.50ms:30分钟后,最大值141lm,最小值139.5lm,平均值140.2lm;波动变化+0.8lm,-0.7lm;波动变化率+0.57%,-0.50%;
c.100ms:30分钟后,最大值139.8lm,最小值138.8lm,平均值139.3lm;波动变化+0.5lm,-0.5lm;波动变化率+0.36%,-0.36%;
d.300ms:30分钟后,最大值138.2lm,最小值 138.1lm,平均值138.1lm;波动变化+0.1lm,-0lm;波动变化率+0.07%,-0%。
3.分析
同一只灯所测得其光通量最大变化率分别为+0.57%(50ms)、±0.36%(100ms)、+0.07%(300ms),都远低于本实验前面所说的变化率5%的临界值。因此,对于人眼感觉来说,远没达到频闪的程度,这也与实际相符。
从数据可见,测量积分时间越短,变化率越大,越能反映出本身的特性。测量积分时间越长,就把原本发光的变化给平均或淹没掉了,也就是说即使有频闪,用很长积分时间测量也无法获知。
(二)荧光灯发光稳定性试验及分析说明
1.试验及现象
4W荧光灯由交流50Hz电源供电电感镇流,开始预热至100分钟每隔4分钟用积分时间50ms测量光通量数据如图2。
2.试验说明
以40分钟稳定至100分钟的数据统计,最大值91.16lm,最小值88.99lm,平均值90.48lm;波动变化+0.68lm,-1.49lm,波动变化率+0.75%,-1.65%。
3.分析
其光通量稳定性差于白炽灯,光通量波动变化率低于前面所述的波动率5%的临界值。因此,对于人眼感觉来说,没达到频闪的程度。
(三)自镇流荧光灯发光稳定性试验及分析说明
1.试验及现象
50Hz交流5W节能灯(功率因数0.6),预热78分钟至100分钟用50ms积分时间测量15次光通量数据如图3。
2.试验说明
最大值为88.54lm,最小值为88.31lm,平均88.47lm;波动变化+0.07lm,-0.16lm;波动变化率+0.08%,-0.18%。
3.分析
其光通量稳定性高于白炽灯和电感镇流的荧光灯,远低于前面所述的波动率5%的临界值。因此,对于人眼感觉来说,远没达到频闪的程度。
(四)LED球泡灯发光稳定性试验及分析说明
(五)金属卤化物灯发光稳定性试验及分析说明
(六)高压钠灯发光稳定性试验及分析说明
(七)LED串的发光稳定性试验及分析说明
1.单向LED串发光稳定性试验......
2. LED串反向并联成双向(50Hz交流电源供电)
3. LED串反向并联成双向(小幅纹波的直流供电)
二、结论
最后,本文认为目前使用“波动深度”公式来定义和判断是否频闪是不对的,它不足以是反映“频闪”最关键和本质的参数。接下来,我们将提出关于“频闪”定性的新观点以及定量的实验方法和结果,请大家批评指正。
(来源:高工LED)

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