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屏幕和灯光的闪烁让你头晕眼花?自戳双目,还是换个「无频闪」的设备?
找到「无频闪」的东西没?告诉你一个好消息:绝大部分光源都有频闪,只是程度有别。
本文先聊什么是频闪,再说各种灯泡的频闪,接着谈 LED 频闪的原因、测试方法和减少手段,最后总结一番。
什么是频闪?
频闪,有频率的闪烁,光随着时间快速、重复的变化就叫做频闪,直接的感受就是图像跳动、不稳定。
大部分人可以明显感知 50 或 60 Hz 以下的频闪,当频率达到一定程度,人眼会将闪烁的光看做连续源,这个频率被称作「临界闪烁频率」(CCF)。
CCF 因人而异,同一人在不同状况下也会变化,但大多数人的 CCF 值不超过 100 Hz。
不少人面对 50/60 Hz 以下的频闪会感到很不舒服,部分人在 50 – 100 Hz 之间依然不自在,那么频率要多少才能消除这种影响?
因人而异,有说 160 Hz、200 Hz,也有说 500 Hz,但基本上都认为达到千赫兹(KHz)就没啥问题了。
任何灯泡都有频闪
任何灯泡都有闪烁,只是程度不同。
家庭使用的交流电,供电频率一般为为 50/60 Hz (大家可以观察各种充电器上标注的参数),直接使用交流电的灯泡(如白炽灯),会产生 100/120 Hz 的频闪。
频闪问题,就算是白炽灯也要按基本法,只是因其「热惯性」,频闪并不明显。
除了「明显」、「不明显」这种摸棱两可的描述外,频闪可以用「Percent Flicker」(也叫做闪烁百分比、波动深度、频闪比例)和 「Flicker Index」 (也叫做闪烁指数、频闪指数)来衡量。
老式荧光灯的频闪比白炽灯厉害得多,但「电感镇流器」升级为「电子镇流器」之后,驱动频率上升到千赫兹(一般超过 2 KHz),频闪就不再成为问题。
显示器也会频闪,而且不单是 「 PWM 调光」的「LED 背光」显示器。
一般而言,采用 PWM 调光的显示器,亮度越低,驱动 LED 背光的频率越低,频闪越明显。
(PS:「PWM」,Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)
LED 为啥会有频闪?
除去 LED 芯片,LED 灯还剩下一堆电路板和原件,它们的分类和命名方式众多,基本上没个统一标准。
我们用一种简陋但方便的方式来两分:驱动部件和调光部件(或称电路)。
驱动部件
驱动部件, 为 LED 芯片提供合适电流的各种部件的总称,包含交流电转换直流电、降低电压、整流滤波、恒流、恒压等功能。
调光部件
调光部件,调节 LED 芯片亮度高低的部件,其实很多情况下调光部件包含在驱动部件中,为了方便起见,我们把它独立出来说。
坊间常用「 DC(直流)调光」和「 PWM 调光」来区别调光方式,但我有些迷惑,因为除了少数「AC LED」之外,绝大部分家用的 LED 灯泡本来就是直流供电的啊。
所以我觉得,他们想说的可能是「CCR(恒流) 调光」,为了不产生混乱,我们下面还是称之为「DC 调光」。
LED 频闪的原因
LED 的频闪,很大程度上不是 LED 芯片本身问题,而是源自驱动和调光部件,常见的频闪原因是:
一,劣质的驱动部件,不能减少「从交流电转为直流电」和「从驱动部件到 LED 芯片」过程中产生的「电压和电流的输出波纹」。
二,劣质的调光部件,或是兼容性差,或是选用了低频的 PWM 调光。
需要提醒大家的是,具备调光功能的 LED 产品才有调光部件,包含部分「可调光的、用于照明的」LED 灯泡和几乎所有 「LED 背光」的显示器。
怎么测试频闪?
实际上没有专业设备无法检测频闪,坊间流传的风扇(或转盘)和铅笔大法,主观性太强,只能作为简单的参考。
怎么降低频闪?
如果是驱动部件的问题,那就增加恒流部件、改进电路设计,以改善调整电流的性能。
如果是调光方式的问题,那就改变调光方式、改进调节部件。
或是采用恒流的「 CCR 调光」,也就是常说的「 DC 调光」。
或是增加「 PWM 调光」的频率,因为采用高频驱动的 LED 灯,产生频闪的比例较小,而且 DC 驱动不一定没有频闪。
或是采用混合调光方式(如:PWM + DC),因为对于可调光的 LED 来说,PWM 和 DC 调光两种模式各有优势。
你可能会想,这不是很简单吗?厂商为啥想不到?朋友们,成本、体积、制造难度都在那摆着呢。
总结
任何光源都有频闪,只是程度有别,频闪是否被感知,因人而异,因方式、状态和环境而异;比方说液晶显示器的刷新频率大部分为 60/70hz,貌似没有给很多人带来困扰。
通常而言,白炽灯、「使用电子镇流器」的荧光灯、「采高品质驱动部件」的 LED 灯泡、「驱动频率较高」的 PWM 调光和 DC 调光的 LED 显示器,频闪较低,一般不会造成问题。
使用「电感镇流器」的荧光灯、「劣质驱动部件」的 LED 灯泡和「驱动频率较低」的 PWM 的 LED 背光,容易让人感知到闪烁,进而产生不适。
除了少数国外机构,大部分评测机构的 LED 评测结果中都没有频闪数据,我只知道一个国外的(ledbenchmark.com),希望能有更多这样的机构。
LED 的频闪主要来自驱动和调光部件,它们的结构比白炽、荧光灯复杂得多,各部件还存在兼容性问题,所以建议不要购买来路可疑、低于常价的 LED 产品,尽量选用正规大厂的灯泡。
主要信息来源
youtube.com
ledbenchmark.com
《Proper driver design eliminates LED light strobe flicker》 – ledsmagazine
《Flicker In LED Luminaires WhitePaper》 – finelite.com
《Flicker in LED Luminaires》 – finelite.com
《Flicker happens,But does it have to》 – CREE 公司
《10种方法缓解所显示器造成的眼睛疲劳》 – 艺卓公司
《LED 驱动方式分析及性能比较》 – 巢时斌
《LED照明驱动电源与灯具设计》 – 毛兴武
《基于不同驱动条件下白光LED照明频闪问题的研究》 – 杨光
《照明产品的频闪分析及对功能性照明的影响》 – 俞安琪
《LED驱动电路设计与应用》 – 周志敏、周纪海等