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LED燈頻閃是什么原因？有幾種情況有影響到LED燈具閃爍
造成LED光源不停的閃爍或者一亮一滅的情況一共有四種可能性：
1.LED燈珠與LED驅動電源不匹配，正常單顆足1W燈珠承受電流：280-300mA,電壓：3.0-3.4V，如果燈珠芯片不是足功率的就會造成燈光光源頻閃現象，電流過高燈珠不能承受就一亮一滅，嚴重現象會把燈珠內置的金線或者銅線燒斷，導致燈珠不亮。
2.可能是驅動電源壞了，只要換上另一個好的驅動電源，就不閃了。
3.如果驅動有過溫保護功能，而燈具的材質散熱性能不能達到要求，驅動過溫保護開始工作也就會有一閃一滅的現象，例如：20W投光燈外殼用來裝配30W的燈具，散熱工作沒有做好就會這樣了。
4.如果戶外燈具也有頻閃一亮一滅現象，那就是燈具進水了。后果就是閃著閃著就不亮了。燈珠和驅動就壞了，驅動防水做的好的話，就只是壞掉燈珠，更換光源即可。
從頭暈到照片曝光不足，頻閃在很多方面給人帶來影響。固態照明SSL已經被照明行業視為現在和未來的高能效光源，但在LED的周期性調整導致頻閃這個問題上，它仍有不足。如果不加以解決，頻閃會帶來許多問題，有損精心設計的燈具和照明空間。理解頻閃問題背后的基本知識將幫助建筑師和照明專業人員規避燈光頻閃所帶來的讓人討厭、甚至有害的影響。
什么是頻閃？
關于頻閃，最簡單的定義就是指開關周期內光的不斷波動。在美國，電流是通過頻率為60Hz的交流電傳送的，燈具的供電電壓在開關周期內以正弦波的形式在波峰到波谷之間來回波動。因此，可能產生2倍于供電頻率的頻閃，也就是120Hz。如果沒有合適的電子電路，比如鎮流器、驅動或電源，光源就會產生頻閃。有些頻閃是有意為之，比如自行車前燈。“某些程度的頻閃不會引起注意，也不存在生理上的不適。但有些頻閃卻真的是個問題”，波特蘭PNNL（Pacific
Northwest National Laboratory）高級照明組的資深科學家、照明設計師Naomi Millier說，“照明行業關心的是那些可能引起神經系統問題和影響工作績效的頻閃范圍。”
紐約特洛伊LRC（Lighting Research Center）的研究主任Nadarajah Narendran說：“人類可以察覺低于50Hz的燈光頻閃,當然也有一些人到100Hz才會注意到”。大約3到70Hz的低頻閃可能會引起高敏人群的癲癇發作，介于大約100到500Hz之間的中度頻閃可能會導致頻閃效應的間接知覺（譯注：由視覺暫留所引起），在這種情況下，動態的物體可能表現為一系列靜止的圖像。這種效應或許是舞廳所希望達到的效果，但是對于工業場所來講卻是危險的。比如，頻閃會使移動的齒輪或者刀片看起來很慢，甚至靜止，同樣，它也給健康帶來一系列不利的影響，像頭疼、眼疲勞和身心疲倦。
1頻閃效應
圖：頻閃效應使運動的物體看上去是靜止的或者運動得更慢。
加利福利亞Benya Burnett Consultancy的負責人Jim Benya說，隨著閃爍頻率步入千赫茲范圍，高達2千赫茲甚至以上，初步研究表明，“我們感覺不到了，頻閃不再是問題了。”但是，如何讓不同的光源達到這么高的閃爍頻率，可能是個問題。
頻閃測量
當前，沒有指導制造商進行頻閃檢驗的官方標準流程，但是IES（Illuminating Engineering Society）研究出了兩種方法來測量頻閃，可以在RP-16-10《照明工程術語和定義》中找到。第一種，也是較常用的測量方法是頻閃比率。它顯示光輸出在一個開關周期內的平均調整量，也就是縮減量。一個100%頻閃的光源意味著在開關周期內某些時候不發光，而一個完全穩定的光源就是0%頻閃。
另外一種測量方法是頻閃指數，范圍是從0到1。它綜合了頻閃比率和其它2個變量：光波形（輸出曲線）和占空比。占空比是指光源在單個開關周期內，開燈時間所占的百分比。頻閃比率和頻閃指數越低，光源閃爍或者造成可見頻閃效應就越少。
2頻閃測量方法
圖：頻閃測量方法。頻閃比率等于一個開關周期內最大光輸出與最小光輸出之差除以最大光輸出與最小光輸出之和。頻閃指數等于一個開關周期內超出平均光輸出的量除以全部光輸出。
來源：改良自The Lighting HandbookIES (10th ed.2011)
4單周期波形特性和頻閃測量
圖：常見光源的頻閃測量
來源：Michael Poplawski, NaomiMiller, PNNL (2011);Michael Grather, Luminaire Testing Laboratory (2009)
傳統光源的頻閃
使用交流電的光源都有頻閃。高強度氣體放電燈（HID）的頻閃就非常明顯，Benya說，1972年奧運會期間，攝影師發現他們拍的很多照片漆黑一片，“因為他們嘗試拍一些非常短時間曝光的照片，但是是在錯誤的時間，那個時候，燈實際上是不發光的。”三相照明配電系統，相鄰燈具以120度異相供電，也就是說，一個燈亮時而另一個燈是滅的，第三個燈正好處于中間狀態，這種方案能解決體育館照明中的頻閃問題。
就算是大眾喜愛的白熾燈也有頻閃。我們沒注意到是因為白熾燈的熱惰性掩蓋了頻閃問題，切斷電源，直到下次通電時，燈絲上都還留有余熱可以發光。這個特點也是白熾燈效率低的原因，大約90%的電能轉化為熱量損失掉了。
但是熒光燈和LED不同于白熾燈，“這些光源對電的反應很快”，Benya說：“斷電就斷光。”在20世紀90年代使用電感鎮流器的熒光燈因為頻閃遭到投訴，制造商通過把電感鎮流器改為電子鎮流器解決了這一問題，電子鎮流器驅動燈具的頻率超過20千赫茲，遠遠超過人所能察覺的頻率。
LED為什么頻閃？
當一種新光源進入市場，頻閃問題也就浮出水面。PNNL的Miller說：在光輸出上LED的振幅甚至比白熾燈或熒光燈更大。但是，與HID或熒光燈不同，固態照明SSL是一種直流器件，這就是說當恒流供電時，LED就可以無頻閃點亮，Benya說。
那些沒有使用單獨恒流調節驅動的簡單LED電路，LED亮度會隨著交流電周期而變化。驅動起到兩個作用，供電和整流。從驅動到LED，交流電到直流電的轉換過程會產生電壓和電流輸出波紋。這種波紋以2倍于供電電壓的頻率存在，在美國就是120Hz。LED的輸出與驅動的輸出波形存在對應關系。
調光是導致頻閃的另外一個誘因。傳統調光器，比如TRIAC調光器（一種能雙向導電的電子元件），通過在開關周期內延長關機時間來調節電流，減少光輸出。對于LED來說，使用脈沖寬度調制（PWM）以超過200Hz頻率開關LED是比較理想的。但是，Benya強調：“如果你在一種非常低的頻率中使用脈寬調制，比如正常供電頻率，就會造成非常高的頻閃比率。”
4單周期波形特性和頻閃測量
圖：單周期波形特性和頻閃測量
來源：Michael PoplawskiNaomi MillerPNNL (2011)
減輕頻閃
減輕頻閃的關鍵在于驅動，可以通過提供恒定、無振蕩的電流來解決這個問題。但是制造商在為LED產品配套驅動時，不得不權衡其它因素——驅動成本、尺寸，可靠性和效率。CREE應用工程副總Mark McClear表示。燈具的預期用途也需要考慮，以確保產品不被過度設計，因為在有些照明情境中頻閃是可以被接受的，有些則不行。
Mcclear還說：“制造商也一直在嘗試優化什么產品適合什么應用，怎樣讓頻閃可接受又不提高成本。”電容可以調節從驅動到LED的交流波紋，但是它也有缺點，Benya說，“電容體積大而且對熱敏感”。所以，在一個緊湊有限的空間里，比如LED替換光源，使用電容就行不通。
使用脈沖寬度調制（PWM）調節的LED，生廠商可以把電流調節到超過幾千赫茲的非常高的頻率。這同電子鎮流器驅動熒光燈類似。但是要求的頻率越高，驅動和LED之間的距離就要越近。“不幸的是，很多人都想要驅動遠離照明系統，所以也并不是什么時候都可行的。”Benya說。
為了簡化調光器和可調光LED光引擎(LED light engines)之間的兼容性試驗，NEMA（National Electrical Manufacturers Association）發布了NEMA SSL 7A-2013《固態照明SSL切相調光：基本兼容性》，這是一份給照明產品設計師和生廠商的指南。只要調光器和LED光引擎都符合標準，那么它們就可以兼容。NEMA的技術項目經理Megan說，這個標準是行業第一個，由24家主要制造商簽署。SSL 7A的目標是：擺脫燈具和調光器的匹配性測試。需要強調的是這個標準僅適用于標準發布之后的技術，正如其所言，該標準沒有給“現存產品或者已安裝的LED光引擎和切相調光器的兼容性確定”提供方法。
設置標準
2002年，由LRC的Narendran領導的固態照明系統和技術聯盟（ASSIST）成立，這個聯盟由政府組織、研究人員和制造商組成。該組織的第一步工作就是定義可接受的頻閃范圍，2012，該組織發布ASSIST推薦：《減少固態照明系統頻閃效應的閃爍參數》，包含了光源頻閃效應的可接受度和檢測計算的方法。
最近ASSIT發起了一項關于間接頻閃知覺和人性因素的研究，該研究由LRC高級研究科學家John Bullough領銜。在確認了頻閃引起人體不適的兩項主要指標是頻率和強度后，Bullough試圖找出“在哪些點頻閃變得引人注意，并且對長期在這種照明條件下工作的人來說是不可接受的。”舉例來說，盡管電腦屏幕頻閃頻率是60到70赫茲，但是這種頻閃大部分并不為人察覺。
理想的話，Bullough希望做一份列示光源頻閃值和察覺該頻閃的居民比例的參考文件出來。Narendran介紹說，這項研究已經進入被選照明應用領域的頻閃指數限制的分析階段了，應該會在今年發布結果。
選型小貼士
照明專業人員可以采取一些方法來減少選到有頻閃的固態照明SSL產品的可能性。在室內，許多LED產品宣稱是交流直供，Miller講，電路設計更簡單，沒有驅動，有吸引力的價格，但是有些產品，在滿載輸出時會產生高達40%的頻閃。調光階段，頻閃比率可能更高。
替換型LED光源，像MR16，A型燈泡，Par燈，比高天井燈，更有可能頻閃，McClear說。替換型光源受尺寸的限制，所以他們可能會配置簡單的驅動，缺少必要的電子期間來糾正輸出。
對于不調光的產品，如果配置高品質驅動，頻閃可能不明顯。但是如果一位設計師給一個替換型光源配置傳統墻面開關和TRIAC調光器，而不是用一個0-10V的數字調光系統，“就算再好的產品也會有頻閃”，Benya說，“第一個判斷依據就是，越是便宜貨，越有可能產生頻閃。”
設計師應該和燈具制造商一起來確定一套可兼容的系統，并根據預期的最終安裝效果對驅動和調光設備進行第一手測試。一種低技術門檻的測試方法是照亮轉動的陀螺，看有沒有頻閃效應。另外一種是在光源下像轉風扇那樣擺動鉛筆。在有頻閃的光源下，風扇中的間隙和黑線會比較明顯，如果沒有頻閃，風扇看起來就會很流暢，平滑，無間隙。
5頻閃測量方法
圖：一種沒有什么技術門檻的頻閃測量方法是擺動一支鉛筆，或者如圖，一個卷尺，像風扇那樣轉動。如果有頻閃，風扇之間的間隙就會明顯。
圖片來源：LRC
聽起來好像是熒光燈和電感鎮流器那種黑暗的日子又回來了，但是，不存在頻閃效應的固態照明SSL是確實存在的。只是設計師和選產品的人必須認真仔細，做試驗。“前景并非一片黑暗”， Narendran說，“只是必須先花時間來確認你用的是兼容的系統。”
關于無頻閃的研究，從電源層面來看是最直觀的，其實就是關于“頻率”的問題，超高頻人眼跟CCD探頭都不會有感覺，低頻人眼和CCD探頭都會有直觀的感受。實現無頻閃的方式要么做超高頻直流輸出，要么就真正去除或者降低直流中的紋波含量。
2014年，LED照明市場已然形成井噴之勢，恒流類驅動電源作為照明用LED燈具的標準配置，將會是最為激烈的競爭市場。智能化畢竟不是眼下市場的競爭重點 ，從傳統企業格局看，驅動電源廠商眼下還是從價格 、交期、 品質、售后等方面發揮競爭優勢，力求獲得發展……
現在大家不缺乏對新技術的了解，是難以在百花齊放的產品技術面前，挑選適合自己的供應商。今天咱們一起來討論：無頻閃技術在LED民用照明領域應用基礎知識。
1頻閃的影響和危害
圖：頻閃的影響和危害
1、什么是頻閃？
頻閃與頻閃效應是針對電光源，光通量的波動深度和由此產生的危害效應（稱為頻閃效應）大小的兩個互為因果的物理量。頻閃是指電光源光通量波動的深度。光通量波動深度越大，頻閃越嚴重。
2頻閃測量方法
圖：頻閃測量方法。頻閃比率等于一個開關周期內最大光輸出與最小光輸出之差除以最大光輸出與最小光輸出之和。頻閃指數等于一個開關周期內超出平均光輸出的量除以全部光輸出。
來源：改良自The Lighting HandbookIES (10th ed.2011)
電光源光通量波動深度大小，與電光源的技術方案有直接關系。
3常見電光源的光通量波動深度
圖：常見電光源的光通量波動深度
2、如何測試頻閃？
人眼對60Hz以上的閃爍是不敏感的，LED恒流電源輸出端工頻一般在100Hz及以上。用CCD感光成像（手機、攝像機）拍攝的時候，因為采樣頻率的不同，會出現水波紋。但是它跟手機、攝像機的預設頻率、感光元件、快門速度都有關系，所以這種測試方法并不一定準確，卻是一種簡單的測試方法。
4如何測試頻閃
圖：相機拍攝到的熒光燈頻閃
傳統測試方法是：在太陽光下，轉動黑白相間的陀螺儀，圖案會形成穩定的環狀，色環不會隨著轉動速度、旋轉方向而改變。在被測試光照下，轉動黑白相間的陀螺儀，觀察現象：如果圖案的顏色或者環狀結構發生變化，則說明光照存在頻閃，變化越明顯說明頻閃越厲害。這種方法，無法對頻閃深度作出準確的評判。
5專用陀螺測試法
圖：專用陀螺測試法
最科學測試方法是：使用光源頻閃測量系統(Light Flickering Analyzer)，其核心是1臺采樣頻率10kS/s（每秒測試1萬次）的超快速光度計。掃描發光物的發光曲線（類似示波器），并計算閃爍指數等參數，得出光的波動深度（光紋波系數）。
6光源頻閃測量系統
圖：光源頻閃測量系統
3、什么樣的頻閃深度是被接受的？
無頻閃需求，是應市場的使用需要有針對性的開發的。目前在美規中有著明確的技術要求，但大部分市場還沒有統一的標準來嚴格要求光源的頻閃深度。目前有的客戶要求波動深度＜8%，有的要求＜5%，更有甚者要求＜1% 。
4、實現無頻閃的技術途徑？
LED照明產品，采用AC-DC的直流恒壓或者恒流電源驅動，光源本身并不會對頻閃特性造成影響。輸出的光照有無頻閃，取決于LED驅動電源的設計方案。
值得注意的是，有無頻閃不是評判LED驅動電源優劣、可靠性和質量的依據，它只是使得照明產品的光品質更健康。所以，要實現LED照明產品的無頻閃，根本在于LED驅動電源的方案設計。
目前技術背景下，實現無頻閃的技術途徑有：
方案一、被動PFC+填谷電路
方案二、采用兩級方案，主動PFC校正+反激式轉換器
方案三、無PFC校正的BUCK電路
方案四、LED電源DC端串聯去紋波（無頻閃）專用IC
方案五、LED電源DC端串聯線性恒流電路
LED無頻閃技術之被動PFC
被動PFC（填谷電路）
什么是PFC？
PFC通俗的說就是功率因數校正，通過PFC電路，實現降低用電器對公共電網的諧波污染。關于功率因數（PF）和功率因數校正（PFC）的詳細資料詳見維基百科。
出于節能減排的需要，展現LED照明產品的健康友好，世界范圍內的認證產品大都對LED驅動器的PF提出了明確要求。
PF為0.5左右時的波形1
圖：PF為0.5左右時的波形
什么是被動PFC？
被動PFC通俗來講，就是通過搭建一種電路，來提高電源的功率因數，以滿足使用的需要。用于LED照明的開關電源是一種常見的非線性負載，典型的開關電源首先會用整流二極管產生直流電壓，再由直流電壓產生輸出電壓。由于整流器為非線性元件，其輸入電流會有許多的高次諧波成份，歐盟為了提升功率因數，特在認證標準中設置了諧波含量的標準（一般LED照明設備需滿足低于20%的最低要求）。
如何降低被動PFC電路中的諧波含量？
最簡單降低諧波電流的方式是使用只含有被動元件的濾波器，此作法稱為被動功率因數校正或無源功率因數修正（passive PFC）。例如設計一濾波器，只讓基頻（50或60Hz）頻率的電流通過，濾波器可降低諧波電流，因此會使非線性元件的輸入電流會和線性元件比較接近。若要功率因數接近1，需要使用電容或電感。一般這類的濾波器需使用大電流的電感，其體積較大，難以滿足LED驅動電源的尺寸要求。而采用電容組來校正負載的非線性設計--填谷電路就成了最佳方式。
填谷電路采用兩個大的電容和三個二極管進行功率因素校正，同時吸收交流紋波。
典型的填谷電路2
圖：典型的填谷電路
需要注意的是：填谷電路輸出電壓谷值只有電解濾波電路谷值的一半，當DC端輸出電壓高于40V時，電源沒法兼容100～277VAC全電壓輸入范圍，只適用175V AC以上的電網穩定使用。被動PFC校正后批量產品的PF值也很難達到0.9以上，一般在0.85-0.9左右。
PF為0.9左右時的波形3
圖：PF為0.9左右時的波形
通過高頻光度計測試，采用被動PFC（填谷電路）可實現5-8%波動深度，這樣做的好處是，不管是隔離還是非隔離電路都可通過加裝填谷電路，實現無頻閃設計，滿足此類客戶的使用需要。
LED無頻閃技術之兩級電路
首先明確下PFC對開關電源電壓、電流、瞬時功率及平均功率的影響：
1PF值為1的電路
圖：PF值為1的電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=0，cosφ=1），由于平均功率（深藍色線）均在X軸上方，所有功率均為實功，被負載所消秏。
PF值為0電路
圖：PF值為0電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=90，cosφ=0），由深藍色線可以看出前四分之一個周期，功率暫時儲存在負載，接下來四分之一個周期，功率由負載回到電網，因此沒有消耗實功。
PF值落后的電路
圖：PF值落后的電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=45， cosφ=0.71），由深藍色線可以看出在標示φ的那段時間，
部份功率由負載回到電源端。
隔離電源按照結構形式不同，可分為兩大類：正激式和反激式。
反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時，副邊導通，能量釋放到負載的工作狀態，一般常規反激式電源多為單管驅動。
正激式指在變壓器原邊導通同時副邊感應出對應電壓輸出到負載，能量通過變壓器直接傳遞。按規格又可分為常規正激，包括單管正激，雙管正激（半橋、橋式電路都屬于正激電路）。
正激式變換器電路
圖：正激式變換器電路
正激和反激電路各有其特點，在設計電路的過程中為達到最優性價比，可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時采用推挽電路，與半橋工作狀態相同。大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。
反激式電源因其結構簡單，省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應用。
反激式變換器電路
圖：反激式變換器電路
以此為基礎，采用“主動PFC+反激式轉換器”的電路是實現無頻閃電源的高可靠性方案。因體積和成本的問題，這類架構主要用于LED中功率（30-100W）外置電源，實現無頻閃輸出。
主動PFC電路波形圖
圖：主動PFC電路波形圖
造成LED光源不停的閃爍或者一亮一滅的情況一共有四種可能性：
1.LED燈珠與LED驅動電源不匹配，正常單顆足1W燈珠承受電流：280-300mA,電壓：3.0-3.4V，如果燈珠芯片不是足功率的就會造成燈光光源頻閃現象，電流過高燈珠不能承受就一亮一滅，嚴重現象會把燈珠內置的金線或者銅線燒斷，導致燈珠不亮。
2.可能是驅動電源壞了，只要換上另一個好的驅動電源，就不閃了。
3.如果驅動有過溫保護功能，而燈具的材質散熱性能不能達到要求，驅動過溫保護開始工作也就會有一閃一滅的現象，例如：20W投光燈外殼用來裝配30W的燈具，散熱工作沒有做好就會這樣了。
4.如果戶外燈具也有頻閃一亮一滅現象，那就是燈具進水了。后果就是閃著閃著就不亮了。燈珠和驅動就壞了，驅動防水做的好的話，就只是壞掉燈珠，更換光源即可。
從頭暈到照片曝光不足，頻閃在很多方面給人帶來影響。固態照明SSL已經被照明行業視為現在和未來的高能效光源，但在LED的周期性調整導致頻閃這個問題上，它仍有不足。如果不加以解決，頻閃會帶來許多問題，有損精心設計的燈具和照明空間。理解頻閃問題背后的基本知識將幫助建筑師和照明專業人員規避燈光頻閃所帶來的讓人討厭、甚至有害的影響。
什么是頻閃？
關于頻閃，最簡單的定義就是指開關周期內光的不斷波動。在美國，電流是通過頻率為60Hz的交流電傳送的，燈具的供電電壓在開關周期內以正弦波的形式在波峰到波谷之間來回波動。因此，可能產生2倍于供電頻率的頻閃，也就是120Hz。如果沒有合適的電子電路，比如鎮流器、驅動或電源，光源就會產生頻閃。有些頻閃是有意為之，比如自行車前燈。“某些程度的頻閃不會引起注意，也不存在生理上的不適。但有些頻閃卻真的是個問題”，波特蘭PNNL（Pacific
Northwest National Laboratory）高級照明組的資深科學家、照明設計師Naomi Millier說，“照明行業關心的是那些可能引起神經系統問題和影響工作績效的頻閃范圍。”
紐約特洛伊LRC（Lighting Research Center）的研究主任Nadarajah Narendran說：“人類可以察覺低于50Hz的燈光頻閃,當然也有一些人到100Hz才會注意到”。大約3到70Hz的低頻閃可能會引起高敏人群的癲癇發作，介于大約100到500Hz之間的中度頻閃可能會導致頻閃效應的間接知覺（譯注：由視覺暫留所引起），在這種情況下，動態的物體可能表現為一系列靜止的圖像。這種效應或許是舞廳所希望達到的效果，但是對于工業場所來講卻是危險的。比如，頻閃會使移動的齒輪或者刀片看起來很慢，甚至靜止，同樣，它也給健康帶來一系列不利的影響，像頭疼、眼疲勞和身心疲倦。
1頻閃效應
圖：頻閃效應使運動的物體看上去是靜止的或者運動得更慢。
加利福利亞Benya Burnett Consultancy的負責人Jim Benya說，隨著閃爍頻率步入千赫茲范圍，高達2千赫茲甚至以上，初步研究表明，“我們感覺不到了，頻閃不再是問題了。”但是，如何讓不同的光源達到這么高的閃爍頻率，可能是個問題。
頻閃測量
當前，沒有指導制造商進行頻閃檢驗的官方標準流程，但是IES（Illuminating Engineering Society）研究出了兩種方法來測量頻閃，可以在RP-16-10《照明工程術語和定義》中找到。第一種，也是較常用的測量方法是頻閃比率。它顯示光輸出在一個開關周期內的平均調整量，也就是縮減量。一個100%頻閃的光源意味著在開關周期內某些時候不發光，而一個完全穩定的光源就是0%頻閃。
另外一種測量方法是頻閃指數，范圍是從0到1。它綜合了頻閃比率和其它2個變量：光波形（輸出曲線）和占空比。占空比是指光源在單個開關周期內，開燈時間所占的百分比。頻閃比率和頻閃指數越低，光源閃爍或者造成可見頻閃效應就越少。
2頻閃測量方法
圖：頻閃測量方法。頻閃比率等于一個開關周期內最大光輸出與最小光輸出之差除以最大光輸出與最小光輸出之和。頻閃指數等于一個開關周期內超出平均光輸出的量除以全部光輸出。
來源：改良自The Lighting HandbookIES (10th ed.2011)
4單周期波形特性和頻閃測量
圖：常見光源的頻閃測量
來源：Michael Poplawski, NaomiMiller, PNNL (2011);Michael Grather, Luminaire Testing Laboratory (2009)
傳統光源的頻閃
使用交流電的光源都有頻閃。高強度氣體放電燈（HID）的頻閃就非常明顯，Benya說，1972年奧運會期間，攝影師發現他們拍的很多照片漆黑一片，“因為他們嘗試拍一些非常短時間曝光的照片，但是是在錯誤的時間，那個時候，燈實際上是不發光的。”三相照明配電系統，相鄰燈具以120度異相供電，也就是說，一個燈亮時而另一個燈是滅的，第三個燈正好處于中間狀態，這種方案能解決體育館照明中的頻閃問題。
就算是大眾喜愛的白熾燈也有頻閃。我們沒注意到是因為白熾燈的熱惰性掩蓋了頻閃問題，切斷電源，直到下次通電時，燈絲上都還留有余熱可以發光。這個特點也是白熾燈效率低的原因，大約90%的電能轉化為熱量損失掉了。
但是熒光燈和LED不同于白熾燈，“這些光源對電的反應很快”，Benya說：“斷電就斷光。”在20世紀90年代使用電感鎮流器的熒光燈因為頻閃遭到投訴，制造商通過把電感鎮流器改為電子鎮流器解決了這一問題，電子鎮流器驅動燈具的頻率超過20千赫茲，遠遠超過人所能察覺的頻率。
LED為什么頻閃？
當一種新光源進入市場，頻閃問題也就浮出水面。PNNL的Miller說：在光輸出上LED的振幅甚至比白熾燈或熒光燈更大。但是，與HID或熒光燈不同，固態照明SSL是一種直流器件，這就是說當恒流供電時，LED就可以無頻閃點亮，Benya說。
那些沒有使用單獨恒流調節驅動的簡單LED電路，LED亮度會隨著交流電周期而變化。驅動起到兩個作用，供電和整流。從驅動到LED，交流電到直流電的轉換過程會產生電壓和電流輸出波紋。這種波紋以2倍于供電電壓的頻率存在，在美國就是120Hz。LED的輸出與驅動的輸出波形存在對應關系。
調光是導致頻閃的另外一個誘因。傳統調光器，比如TRIAC調光器（一種能雙向導電的電子元件），通過在開關周期內延長關機時間來調節電流，減少光輸出。對于LED來說，使用脈沖寬度調制（PWM）以超過200Hz頻率開關LED是比較理想的。但是，Benya強調：“如果你在一種非常低的頻率中使用脈寬調制，比如正常供電頻率，就會造成非常高的頻閃比率。”
4單周期波形特性和頻閃測量
圖：單周期波形特性和頻閃測量
來源：Michael PoplawskiNaomi MillerPNNL (2011)
減輕頻閃
減輕頻閃的關鍵在于驅動，可以通過提供恒定、無振蕩的電流來解決這個問題。但是制造商在為LED產品配套驅動時，不得不權衡其它因素——驅動成本、尺寸，可靠性和效率。CREE應用工程副總Mark McClear表示。燈具的預期用途也需要考慮，以確保產品不被過度設計，因為在有些照明情境中頻閃是可以被接受的，有些則不行。
Mcclear還說：“制造商也一直在嘗試優化什么產品適合什么應用，怎樣讓頻閃可接受又不提高成本。”電容可以調節從驅動到LED的交流波紋，但是它也有缺點，Benya說，“電容體積大而且對熱敏感”。所以，在一個緊湊有限的空間里，比如LED替換光源，使用電容就行不通。
使用脈沖寬度調制（PWM）調節的LED，生廠商可以把電流調節到超過幾千赫茲的非常高的頻率。這同電子鎮流器驅動熒光燈類似。但是要求的頻率越高，驅動和LED之間的距離就要越近。“不幸的是，很多人都想要驅動遠離照明系統，所以也并不是什么時候都可行的。”Benya說。
為了簡化調光器和可調光LED光引擎(LED light engines)之間的兼容性試驗，NEMA（National Electrical Manufacturers Association）發布了NEMA SSL 7A-2013《固態照明SSL切相調光：基本兼容性》，這是一份給照明產品設計師和生廠商的指南。只要調光器和LED光引擎都符合標準，那么它們就可以兼容。NEMA的技術項目經理Megan說，這個標準是行業第一個，由24家主要制造商簽署。SSL 7A的目標是：擺脫燈具和調光器的匹配性測試。需要強調的是這個標準僅適用于標準發布之后的技術，正如其所言，該標準沒有給“現存產品或者已安裝的LED光引擎和切相調光器的兼容性確定”提供方法。
設置標準
2002年，由LRC的Narendran領導的固態照明系統和技術聯盟（ASSIST）成立，這個聯盟由政府組織、研究人員和制造商組成。該組織的第一步工作就是定義可接受的頻閃范圍，2012，該組織發布ASSIST推薦：《減少固態照明系統頻閃效應的閃爍參數》，包含了光源頻閃效應的可接受度和檢測計算的方法。
最近ASSIT發起了一項關于間接頻閃知覺和人性因素的研究，該研究由LRC高級研究科學家John Bullough領銜。在確認了頻閃引起人體不適的兩項主要指標是頻率和強度后，Bullough試圖找出“在哪些點頻閃變得引人注意，并且對長期在這種照明條件下工作的人來說是不可接受的。”舉例來說，盡管電腦屏幕頻閃頻率是60到70赫茲，但是這種頻閃大部分并不為人察覺。
理想的話，Bullough希望做一份列示光源頻閃值和察覺該頻閃的居民比例的參考文件出來。Narendran介紹說，這項研究已經進入被選照明應用領域的頻閃指數限制的分析階段了，應該會在今年發布結果。
選型小貼士
照明專業人員可以采取一些方法來減少選到有頻閃的固態照明SSL產品的可能性。在室內，許多LED產品宣稱是交流直供，Miller講，電路設計更簡單，沒有驅動，有吸引力的價格，但是有些產品，在滿載輸出時會產生高達40%的頻閃。調光階段，頻閃比率可能更高。
替換型LED光源，像MR16，A型燈泡，Par燈，比高天井燈，更有可能頻閃，McClear說。替換型光源受尺寸的限制，所以他們可能會配置簡單的驅動，缺少必要的電子期間來糾正輸出。
對于不調光的產品，如果配置高品質驅動，頻閃可能不明顯。但是如果一位設計師給一個替換型光源配置傳統墻面開關和TRIAC調光器，而不是用一個0-10V的數字調光系統，“就算再好的產品也會有頻閃”，Benya說，“第一個判斷依據就是，越是便宜貨，越有可能產生頻閃。”
設計師應該和燈具制造商一起來確定一套可兼容的系統，并根據預期的最終安裝效果對驅動和調光設備進行第一手測試。一種低技術門檻的測試方法是照亮轉動的陀螺，看有沒有頻閃效應。另外一種是在光源下像轉風扇那樣擺動鉛筆。在有頻閃的光源下，風扇中的間隙和黑線會比較明顯，如果沒有頻閃，風扇看起來就會很流暢，平滑，無間隙。
5頻閃測量方法
圖：一種沒有什么技術門檻的頻閃測量方法是擺動一支鉛筆，或者如圖，一個卷尺，像風扇那樣轉動。如果有頻閃，風扇之間的間隙就會明顯。
圖片來源：LRC
聽起來好像是熒光燈和電感鎮流器那種黑暗的日子又回來了，但是，不存在頻閃效應的固態照明SSL是確實存在的。只是設計師和選產品的人必須認真仔細，做試驗。“前景并非一片黑暗”， Narendran說，“只是必須先花時間來確認你用的是兼容的系統。”
關于無頻閃的研究，從電源層面來看是最直觀的，其實就是關于“頻率”的問題，超高頻人眼跟CCD探頭都不會有感覺，低頻人眼和CCD探頭都會有直觀的感受。實現無頻閃的方式要么做超高頻直流輸出，要么就真正去除或者降低直流中的紋波含量。
2014年，LED照明市場已然形成井噴之勢，恒流類驅動電源作為照明用LED燈具的標準配置，將會是最為激烈的競爭市場。智能化畢竟不是眼下市場的競爭重點 ，從傳統企業格局看，驅動電源廠商眼下還是從價格 、交期、 品質、售后等方面發揮競爭優勢，力求獲得發展……
現在大家不缺乏對新技術的了解，是難以在百花齊放的產品技術面前，挑選適合自己的供應商。今天咱們一起來討論：無頻閃技術在LED民用照明領域應用基礎知識。
1頻閃的影響和危害
圖：頻閃的影響和危害
1、什么是頻閃？
頻閃與頻閃效應是針對電光源，光通量的波動深度和由此產生的危害效應（稱為頻閃效應）大小的兩個互為因果的物理量。頻閃是指電光源光通量波動的深度。光通量波動深度越大，頻閃越嚴重。
2頻閃測量方法
圖：頻閃測量方法。頻閃比率等于一個開關周期內最大光輸出與最小光輸出之差除以最大光輸出與最小光輸出之和。頻閃指數等于一個開關周期內超出平均光輸出的量除以全部光輸出。
來源：改良自The Lighting HandbookIES (10th ed.2011)
電光源光通量波動深度大小，與電光源的技術方案有直接關系。
3常見電光源的光通量波動深度
圖：常見電光源的光通量波動深度
2、如何測試頻閃？
人眼對60Hz以上的閃爍是不敏感的，LED恒流電源輸出端工頻一般在100Hz及以上。用CCD感光成像（手機、攝像機）拍攝的時候，因為采樣頻率的不同，會出現水波紋。但是它跟手機、攝像機的預設頻率、感光元件、快門速度都有關系，所以這種測試方法并不一定準確，卻是一種簡單的測試方法。
4如何測試頻閃
圖：相機拍攝到的熒光燈頻閃
傳統測試方法是：在太陽光下，轉動黑白相間的陀螺儀，圖案會形成穩定的環狀，色環不會隨著轉動速度、旋轉方向而改變。在被測試光照下，轉動黑白相間的陀螺儀，觀察現象：如果圖案的顏色或者環狀結構發生變化，則說明光照存在頻閃，變化越明顯說明頻閃越厲害。這種方法，無法對頻閃深度作出準確的評判。
5專用陀螺測試法
圖：專用陀螺測試法
最科學測試方法是：使用光源頻閃測量系統(Light Flickering Analyzer)，其核心是1臺采樣頻率10kS/s（每秒測試1萬次）的超快速光度計。掃描發光物的發光曲線（類似示波器），并計算閃爍指數等參數，得出光的波動深度（光紋波系數）。
6光源頻閃測量系統
圖：光源頻閃測量系統
3、什么樣的頻閃深度是被接受的？
無頻閃需求，是應市場的使用需要有針對性的開發的。目前在美規中有著明確的技術要求，但大部分市場還沒有統一的標準來嚴格要求光源的頻閃深度。目前有的客戶要求波動深度＜8%，有的要求＜5%，更有甚者要求＜1% 。
4、實現無頻閃的技術途徑？
LED照明產品，采用AC-DC的直流恒壓或者恒流電源驅動，光源本身并不會對頻閃特性造成影響。輸出的光照有無頻閃，取決于LED驅動電源的設計方案。
值得注意的是，有無頻閃不是評判LED驅動電源優劣、可靠性和質量的依據，它只是使得照明產品的光品質更健康。所以，要實現LED照明產品的無頻閃，根本在于LED驅動電源的方案設計。
目前技術背景下，實現無頻閃的技術途徑有：
方案一、被動PFC+填谷電路
方案二、采用兩級方案，主動PFC校正+反激式轉換器
方案三、無PFC校正的BUCK電路
方案四、LED電源DC端串聯去紋波（無頻閃）專用IC
方案五、LED電源DC端串聯線性恒流電路
LED無頻閃技術之被動PFC
被動PFC（填谷電路）
什么是PFC？
PFC通俗的說就是功率因數校正，通過PFC電路，實現降低用電器對公共電網的諧波污染。關于功率因數（PF）和功率因數校正（PFC）的詳細資料詳見維基百科。
出于節能減排的需要，展現LED照明產品的健康友好，世界范圍內的認證產品大都對LED驅動器的PF提出了明確要求。
PF為0.5左右時的波形1
圖：PF為0.5左右時的波形
什么是被動PFC？
被動PFC通俗來講，就是通過搭建一種電路，來提高電源的功率因數，以滿足使用的需要。用于LED照明的開關電源是一種常見的非線性負載，典型的開關電源首先會用整流二極管產生直流電壓，再由直流電壓產生輸出電壓。由于整流器為非線性元件，其輸入電流會有許多的高次諧波成份，歐盟為了提升功率因數，特在認證標準中設置了諧波含量的標準（一般LED照明設備需滿足低于20%的最低要求）。
如何降低被動PFC電路中的諧波含量？
最簡單降低諧波電流的方式是使用只含有被動元件的濾波器，此作法稱為被動功率因數校正或無源功率因數修正（passive PFC）。例如設計一濾波器，只讓基頻（50或60Hz）頻率的電流通過，濾波器可降低諧波電流，因此會使非線性元件的輸入電流會和線性元件比較接近。若要功率因數接近1，需要使用電容或電感。一般這類的濾波器需使用大電流的電感，其體積較大，難以滿足LED驅動電源的尺寸要求。而采用電容組來校正負載的非線性設計--填谷電路就成了最佳方式。
填谷電路采用兩個大的電容和三個二極管進行功率因素校正，同時吸收交流紋波。
典型的填谷電路2
圖：典型的填谷電路
需要注意的是：填谷電路輸出電壓谷值只有電解濾波電路谷值的一半，當DC端輸出電壓高于40V時，電源沒法兼容100～277VAC全電壓輸入范圍，只適用175V AC以上的電網穩定使用。被動PFC校正后批量產品的PF值也很難達到0.9以上，一般在0.85-0.9左右。
PF為0.9左右時的波形3
圖：PF為0.9左右時的波形
通過高頻光度計測試，采用被動PFC（填谷電路）可實現5-8%波動深度，這樣做的好處是，不管是隔離還是非隔離電路都可通過加裝填谷電路，實現無頻閃設計，滿足此類客戶的使用需要。
LED無頻閃技術之兩級電路
首先明確下PFC對開關電源電壓、電流、瞬時功率及平均功率的影響：
1PF值為1的電路
圖：PF值為1的電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=0，cosφ=1），由于平均功率（深藍色線）均在X軸上方，所有功率均為實功，被負載所消秏。
PF值為0電路
圖：PF值為0電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=90，cosφ=0），由深藍色線可以看出前四分之一個周期，功率暫時儲存在負載，接下來四分之一個周期，功率由負載回到電網，因此沒有消耗實功。
PF值落后的電路
圖：PF值落后的電路，其電壓、電流、瞬時功率及平均功率（φ=45， cosφ=0.71），由深藍色線可以看出在標示φ的那段時間，
部份功率由負載回到電源端。
隔離電源按照結構形式不同，可分為兩大類：正激式和反激式。
反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時，副邊導通，能量釋放到負載的工作狀態，一般常規反激式電源多為單管驅動。
正激式指在變壓器原邊導通同時副邊感應出對應電壓輸出到負載，能量通過變壓器直接傳遞。按規格又可分為常規正激，包括單管正激，雙管正激（半橋、橋式電路都屬于正激電路）。
正激式變換器電路
圖：正激式變換器電路
正激和反激電路各有其特點，在設計電路的過程中為達到最優性價比，可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時采用推挽電路，與半橋工作狀態相同。大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。
反激式電源因其結構簡單，省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應用。
反激式變換器電路
圖：反激式變換器電路
以此為基礎，采用“主動PFC+反激式轉換器”的電路是實現無頻閃電源的高可靠性方案。因體積和成本的問題，這類架構主要用于LED中功率（30-100W）外置電源，實現無頻閃輸出。
主動PFC電路波形圖
圖：主動PFC電路波形圖
