不同照明产品发光稳定性对比(二)

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。