Es ist ein Trend in der Beleuchtungsindustrie, herkömmliche Glüh- und Leuchtstofflampen durch effizientere und langlebigere LEDs zu ersetzen. Da es jedoch wie die traditionellen Pioniere direkt an die Wechselstromleitung angeschlossen ist, besteht möglicherweise die Gefahr von 100-Hz- oder 120-Hz-Flimmern aufgrund der Antriebsstromwelligkeit am Ausgang des Netzteils, obwohl dies die meiste Zeit über Verbraucher verursachen kann sich unwohl bei Menschen fühlen. Die Augen können sie nicht wahrnehmen. LED- und Lampenhersteller sind bestrebt, dieses Problem zu lösen, sie wenden sich an die Hersteller von LED-Treibern, weil der LED-Treiber letztendlich bestimmt, ob flimmert oder nicht. Dieser Artikel untersucht die Ursachen von Flimmern, beschreibt, wie LED-Flimmern auftritt, und erklärt, wie Ingenieure zwischen verschiedenen Lösungen abwägen können, um das Problem zu lösen. Schließlich bietet es eine kostengünstige und flexible Möglichkeit, eine flimmerfreie LED-Beleuchtung mit Ripple-Unterdrückern zu erreichen.
LED-Lampen werden in den nächsten Jahren die meisten anderen Lampen wie Glühlampen und Leuchtstofflampen ersetzen. Dies ist ein bekannter Trend, dass LED eine neue Generation von Lichtquellen ist. Die Menschen freuen sich nicht nur über eine höhere Lichteffizienz, sondern auch über eine bessere Lichtumgebung.
Die meisten LED-Leuchten sind direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen. Je nach Region gibt es 50 Hz oder 60 Hz, und die Frequenz nach der Wechselstromgleichrichtung ist sehr niedrig, sogar 100 Hz oder 120 Hz, was zu stroboskopischem Flimmern und etwas Angst führen kann. Wenn der LED-Treiber für die Verwendung eines einstufigen PFC-Designs ausgelegt ist, können Sie sogar krank werden.
Jetzt erkennen und versuchen Lampenhersteller dieses Problem zu lösen, insbesondere in Innenräumen. Daher wandten sie sich an professionelle Hersteller von LED-Treibern, um Hilfe und Lösungen zu erhalten. Dieser Artikel erklärt, wie Flimmern durch den LED-Welligkeitsstrom beeinflusst wird, und erklärt die vielen Möglichkeiten, das Problem durch das richtige Design von LED-Treibern zu lösen, insbesondere durch ein einzigartiges Gerät namens Welligkeitsunterdrücker, das es Lampenherstellern ermöglicht, den zu minimieren Brummstrom ohne Änderung des aktuellen LED-Treibers.
Die Wirkung von Flimmern
Lichtflackerfrequenzen im Bereich von 3 bis 70 Hz sind für den Menschen leicht wahrnehmbar, was für ihn sehr unangenehm sein kann. Sogar sich wiederholende Blitze und statische sich wiederholende geometrische Muster können bei diesen Menschen epileptische Anfälle auslösen, und die Inzidenz liegt bei etwa 0,025 %. Und diese Art von Flimmern kann durch den LED-Treiber leicht gelöst werden. Wenn wir diese Frequenz in der Welligkeitswellenform des Ausgangsstroms sehen, denken wir normalerweise, dass der LED-Treiber instabil ist. Die Menschen fangen an, der Tatsache mehr Aufmerksamkeit zu schenken, dass eine Langzeitbelastung durch höherfrequentes Flimmern (im Bereich von 70–160 Hz) auch Unbehagen, Kopfschmerzen und Sehstörungen verursachen kann. Da die Netzfrequenz in den meisten Teilen der Welt 50 Hz oder 60 Hz beträgt, sind bei LED-Treibern die gebräuchlichsten 100 Hz und 120 Hz Flimmern. Daher behandelt dieser Artikel hauptsächlich den Umgang mit 100-Hz- oder 120-Hz-Flimmern. Tatsächlich ist die Auswirkung von 100-Hz- oder 120-Hz-Flimmern auf die menschliche Gesundheit nicht nur eine Funktion der Frequenz, sondern hängt auch mit physiologischen und physiologischen Faktoren zusammen.
Einige Forscher behaupten sogar, dass die Netzhaut Flimmern bis zu 200 Hz wahrnehmen kann, aber Tests haben gezeigt, dass die Auswirkungen von Flimmern über 160 Hz auf die Gesundheit vernachlässigbar sind.
Flimmern definieren
IESNA (The Illuminating Engineering Society of North America) hat in der neunten Ausgabe des IESNA Lighting Handbook die Definition von „Flickerprozent“ und „Flickerindex“ veröffentlicht. Abbildung 1 zeigt, wie die Metriken definiert sind.
Das prozentuale Flimmern ist ein relatives Maß der zyklischen Änderung der Ausgabe einer Lichtquelle (d. h. der prozentualen Modulation). Dieser wird manchmal auch als „Modulationsindex“ bezeichnet.
Der Flicker-Index ist ein „zuverlässiges relatives Maß für die zyklische Schwankung der Ausgangsleistung verschiedener Quellen bei einer bestimmten Netzfrequenz. Es berücksichtigt die Wellenform des Lichtausgangs sowie seine Amplitude“, heißt es im Handbuch. Der Flimmerindex nimmt Werte von 0 bis 1,0 an, wobei 0 für Dauerlicht steht. Höhere Werte weisen auf eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von merklichem Flackern und Blitzen der Lampe hin.
Wie oben erwähnt, hat neben der Frequenz auch der Flickerindex einen erheblichen Einfluss darauf, wie sich das Licht beim Menschen anfühlt. Ein höherer Flimmerindex bedeutet eine höhere Empfindlichkeit für das menschliche Auge und einen geringeren Komfort. Die folgende Tabelle zeigt den typischen Flimmerindex verschiedener Lichtmaschinen.
| Max | Min | Ave | Flackern% | Flimmer Inde | |
|---|---|---|---|---|---|
| Glühlampe | 12.180 | 10.745 | 11.460 | 6.2594 | 0.0194 |
| 100 W MH | 9.1472 | 3.2066 | 6.5147 | 48.088 | 0.1398 |
| T12 Magnetisch | 9.6281 | 4.6256 | 7.1565 | 35.096 | 0.0897 |
| T5HO Elec | 10.52 | 9.960 | 10.20 | 2.734 | 0.0036 |
| LED at DC | 43.4 | 41.0 | 42.2 | 2.84 | 0.0037 |
| LED w/ Flackern | 15.996 | 0.0555 | 6.3026 | 99.309 | 0.4498 |
Die IEEE Standards Working Group IEEE PAR1789 „Recommended Practices for Adjusting Current in High Brightness LEDs to Reduce the Health Risks of Audiences“ wurde gegründet, um der Beleuchtungsindustrie, ANSI/NEMA, IEC, EnergyStar und anderen Normungsorganisationen Empfehlungen zu neuen Bedenken zu geben LED Das Licht blinkt. Dieser Artikel stellt Entwicklern von LED-Beleuchtungs-Leistungselektronik die Gesundheitsprobleme im Zusammenhang mit Flimmern vor, beweist, dass die vorhandene Technologie in der LED-Beleuchtung manchmal Flimmern mit einer Frequenz erzeugt, die die biologische Reaktion des menschlichen Körpers hervorrufen kann, und diskutiert Versuche, unbeabsichtigte biologische Auswirkungen abzuschwächen. Einige Methoden, die bei der LED-Beleuchtung zu berücksichtigen sind. Dieses Dokument stellt laufende Arbeiten in IEEE PAR1789 dar, die für das Design sicherer LED-Lampentreiber von wesentlicher Bedeutung sind.
Und laut Zeitung https://fhi.nl/app/uploads/sites/32/2017/09/Te-Lintelo-Systems-LED-Flicker-%E2%80%93-where-we-are-with-test-methods-and-standards.pdf
Wir haben die folgende Kurve.
Festkörperlichtquelle
Die LED-Lichtleistung ist fast linear mit dem Treiberstrom, wie die folgende Abbildung zeigt, daher ist es ziemlich offensichtlich, dass der kritische Grund für das Flackern des LED-Lichts durch den Treiberstrom verursacht wird, der ursprünglich vom LED-Treiber bereitgestellt wird. Die grundlegende Lösung besteht also darin, sicherzustellen, dass der Ausgangsstrom des LED-Treibers ohne große Welligkeit stabil ist.
Lösungen von LED-Treibern für Innenanwendungen
Wenn wir über das 100-Hz- oder 120-Hz-Flimmern sprechen, geht es in den meisten Fällen um Anwendungen in Innenräumen. Es gibt einige LED-Treiberschemata für den Innenbereich, um einen konstanten Strom bereitzustellen, wie z. B. einfacher Widerstand, lineare Halbleiterregelung und schaltende PWM-Regelung nach der Wechselstromgleichrichtung, aber diese Schemata gehen über die Diskussion in diesem Dokument hinaus, da sie nicht qualifiziert sind Leistungsfaktor (PF), der normalerweise über 0,9 liegen muss. Immer mehr Länder und Standardverbände wie Energy Star und DLC (Design Lights Consortium) verlangen, dass die Leuchten einen PF-Wert von über 0,9 haben, und es ist absehbar, dass die Lampen und Leuchten ohne 0,9 PF bald auslaufen werden. Hier werden einige qualifizierte Methoden zur Erreichung des PF diskutiert und verglichen. Außerdem wird eine neue Art von Schema eingeführt, um die vorhandene große Welligkeit von einstufigen LED-Treibern zu verringern, wie unten beschrieben.
1.Passive (Valley Fill) PFC plus switching DCDC
Diese Struktur wird häufig in kostengünstigen Offline-Adaptern und Ladegeräten verwendet. Dank der Valley-Filling-Schaltung und Kondensatoren mit großer Kapazität ist die Stromwelligkeit dieser Lösung gering und einfach zu kontrollieren. Der Nachteil dieses Schemas besteht darin, dass der PF schlecht ist, den EN61000-3-2-Standard (Oberschwingungsstrom-Emissionstest) Klasse C nicht bestehen kann und nicht für höhere Leistungen über 20 W geeignet ist. Außerdem ist diese Lösung nicht dazu geeignet, breite Eingangsspannungen von 100 VAC–240 VAC zu realisieren.
2.Einstufige aktive PFC
Dies ist eine weit verbreitete Topologie für LED-Treiber mit großem Eingangsbereich. Es hat eine gute Produkteffizienz und einen guten PF-Wert und einen breiten Lastbereich. Der Nachteil ist, dass eine hohe Stromwelligkeit sichtbares oder unsichtbares 100Hz/120Hz-Flimmern verursachen kann. Ein gutes Design kann die Stromwelligkeit auf einen relativ niedrigen Wert reduzieren, aber die Welligkeit ist normalerweise immer noch höher als das vorherige Schema. Ein interessantes Merkmal dieses Schemas ist, dass die Welligkeit stark von den V-I-Eigenschaften verschiedener LED-Lasten beeinflusst wird. Um die Welligkeit dieses Schemas vollständig zu kontrollieren, suchen Hersteller von LED-Treibern nach besseren Lösungen.
3.Aktive PFC plus Schalt-DCDC
Um das Problem der einstufigen PFC zu lösen, muss dem Antrieb ein zusätzlicher DCDC hinzugefügt werden, was die Kosten um 15–20 % erhöht. Diese Schaltung reduziert die Welligkeit des Ausgangsstroms erheblich, wodurch der Ausgang fast ideal für Gleichstrom wird, aber er verliert 2-3% an Effizienz. Und diese Struktur kann die meisten Leistungsstufen für Innenanwendungen abdecken.
Zusammenfassend
Mit der Entwicklung der LED-Beleuchtungsindustrie können die Eigenschaften hoher Effizienz und langer Lebensdauer den Markt nicht mehr befriedigen. Die Menschen suchen nach einer besseren Lichtumgebung, insbesondere nach einer gesunden Lichtumgebung. Für bestimmte Orte wie Büros und Wohnzimmer ist kein Flimmern wichtiger.
Es gibt viele Möglichkeiten, einen guten Gleichstrom mit geringer Welligkeit zum Ansteuern der LED zu erzeugen, und jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile. Der Hauptvorteil des Ripple-Unterdrückers besteht darin, dass er eine sehr einfache und flexible Methode bietet, mit der das Flimmern unserer bestehenden Designs reduziert werden kann, indem die Kosten angemessen erhöht werden.
| Komplexität des Designs | Kosten | Effizienz | AC-Eingangsbereich | Welligkeitsstrom | |
|---|---|---|---|---|---|
| Passive PFC + DCDC | Niedrig | Niedrig | Hoch | Eng | Mittel |
| Active PFC | Niedrig | Niedrig | Mittel | Breit | Groß |
| Active PFC + DCDC | Hoch | Hoch | 2-3% niedriger | Breit | Klein |
Das Low-Ripple-Design von LEDs wird noch lange ein Forschungsziel sein, und professionelle LED-Treiberhersteller wie uPowerTek werden weiterhin bessere Lösungen für den Markt finden.
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