Mi az a flicker index?



LED fényforrások és a vibrálás.

Napjainkban, ha világításról van szó általában mindenki a LED fényforrásokra gondol és olyan dolgok jutnak eszébe, hogy kis fogyasztás, energiatakarékosság, kevesebb szennyezőanyag. Szinte mindenki tudja, hogy a LED fényforrás nem melegszik (ha nincs valamelyik alkatrésze csúcsközeli szinten járatva) de azt nem sokan tudják, hogy pontosan hogyan épül fel egy LED világítótest, illetve azt, hogy az általa előállított fény mennyire különbözik egy hagyományos volfrámszálas villanykörte vagy egy gáztöltetű fénycső fényétől.

A lámpatestek csomagolásain feltüntetett adatok rövid leírása című cikkünkben néhány szóban felsoroltuk azokat a tulajdonságokat amelyekkel a csomagolásokon találkozhatunk. Ezek javarészt olyan információk, amelyekről a felhasználók nagy része nem, vagy csak részben tudja, hogy pontosan mit is jelentenek.

LED fényforrás csomagolása

A vásárláskor sok paraméter fölött átsiklunk, megnézzük a kibocsátott fényáramot, illetve a termék fogyasztását, valamint kiváltott fényforrás teljesítményét. Sokan még a színhőmérsékletre sem figyelnek, csak akkor döbbennek rá, hogy az újonnan megvásárolt fényforrás vagy lámpatest kibocsátott fénye túl fehér, vagy túl sárga, amikor beszerelés után először bekapcsolják azt. De ott van az a sok egyéb adat, ami lehet fontos de nem tudjuk mit jelent, ilyen adat a flicker index is ami magyarul valami olyasmit jelent, hogy vibrálási index ( vibrálási érték, mutató).

A hagyományos izzó is vibrál?

Igen, a vibrálás nem egy újkeletű dolog, mert jelen volt már a hagyományos izzók korában és a fénycsövek idején is. A vibrálási index nem összetévesztendő a fénycsövek idején sok neonreklám működésében tapasztalt rendszertelen villogással. A vibrálási index (flicker index) a világítótest normál működése közben tapasztalható vibrálást hivatott leírni, ami másodpercenként 50-160 impulzust jelent.

A villogás története nagyjából egyidős a mesterséges világítás történetével mivel az 50 Hz váltakozó áram bevezetésével 1900 évek elején a "villogás" alapjait megteremtették. Ha egy izzószálas lámpa közvetlenül váltakozó árammal működik, akkor azt másodpercenként 100-szor be- és kikapcsol. A szénszál és a későbbi spirál volfrámszál esetén a hőtehetlenségből adódóan az úgynevezett utánvilágítási idő miatt a vibrálás mint probléma nem jelentkezett ezen korabeli fényforrások idején. Ez csak a gázkisüléses lámpák fejlesztésével vált fontossá. A gáz alacsony tehetetlenségi szintje miatt, a izzószálas fényforrásokkal ellentétben, a vibrálásra érzékeny személyek számára láthatóvá vált, amikor a hagyományos 50 Hz-es ballasztot (fojtótekercset) alkalmaztak, Aztán a nyolcvanas évek elején kifejlesztették az elektronikus fénycsőelőtétet a gázkisüléses lámpákhoz és ezzel a problémát megoldottnak tekintették, mivel ezek működési frekvencia elérte az akár 40 0000 Hz is.

Az irodai fluoreszcens lámpák gyors villogásai, vibrálásai talán sokunk számára ismerősek, de ezek a fényforrások is már csak néhány helyen vannak használatban és a fejlődéssel elértünk a LED fényforrásokig azzal a gondolattal, hogy ezek már jobbak és energiatakarékosabbak.

Iroda vibráló fény

A LED lámpáknak természetesen vannak bizonyos előnyei, ám ezekkel a fényforrásokkal az a helyzet, hogy a bizonyos esetekben néhány hátránnyal járnak és ezek a költséghatékonyság közvetlen eredményei. A régebbi fényforrások közül a fluoreszcens, gáztöltetű lámpáknál tapasztalhattuk leginkább a vibrálást ami egyesek számára zavaró, hosszútávon fejfájást fáradtságot okoz mások számára bár észlelhető a jelenség de nincs zavaró hatással és vannak akik szinte észre sem veszik a fényforrások ezen tulajdonságát. A vibrálás nem csak a gáztöltetű lámpák esetében volt vagy van jelen, a hálózati váltakozó árammal működtetett hagyományos izzószálas villanykörték és a halogén fényforrások is vibrálnak. A vibrálás mértéke természetesen sokkal kisebb az izzószál esetében annak hőtehetetlensége miatt, mivel a hálózati váltakozó feszültség 50Hz áram esetén másodpercenként 50-szer vált polaritást ami az jelenti, hogy 100 impulzus van jelen az izzószálon. A vibrálás bár mérhető megfelelő opto-elektronikai eszközökkel szabad szemmel nem, vagy csak gyengén észlelhető, mivel a fényforrás izzószálának tehetetlensége miatt nem tud teljesen kihűlni, kialudni a fénye az egyes impulzusok között.

A LED fényforrások esetén általában két dolog okozhatja a villogást. Az egyik esetben a LED chipekre jutó elektromos áram nincs szűrve és a hálózatból érkező impulzusok, a tápegységen minden korlátozás nélkül áthaladnak és annak felépítéséből adódóan 50 vagy 100 Hz-es vibrálást okoznak.

LED fényforrás tápegysége

A villogás lehet sokkal magasabb frekvenciájú is, amikor a LED chipet nem egy áteresztő áramkörrel hajtják meg, hanem egy kisméretű kapcsolóüzemű tápegységgel és annak működéséből eredő nagyfrekvenciás kimeneti árama költséghatékonysági, vagy méretkorlátbeli okok miatt nincs szűrve.

Létezik egy harmadik dolog ami szintén vibrálást okoz, ez pedig a fényforrás fényerejének szabályzása, mivel ott nem egy állandó alacsonyabb feszültségű elektromos áramot kap a fényforrás, hanem egy valamilyen frekvenciájú változtatható kitöltési idővel rendelkező táplálást (PWM). Ez a fajta villogás jelen lehet bármilyen szabályzott, a maximális fényerejénél alacsonyabb fényerőn működtetett fényforráson, valamint a szín-, és színhőmérséklet szabályzós fényforrásokon.

Az impulzusszélesség-moduláció (PWM) általános módja a LED-fényforrások fényerejének szabályozására, ideértve a telefonok, táblagépek, laptopok és kijelzők LED-es háttérvilágítását.

Vannak olyan személyek akik számára problémákat okoz a vibrálás, még akkor is, ha nem érzékenyek a fény villogására, ez mégis rossz hatással lehet rájuk.

Vannak kutatások, amelyek szerint bár a fény villogása észrevehetetlennek tűnik az emberi szem számára, a szem retinája érzékeli egészen 150-160 Hz frekvenciájú vibrálást.

Egyes kutatások megerősítik azokat a mellékhatásokat, amelyeket a fény villogása okozhat, még akkor is, ha nem érzékelik, mivel néhány ezer ember közül csupán egy hajlamosabb a magasabb frekvenciájú fény vibrálásának érzékelésére. A fény villogásával járó egyik leggyakoribb probléma a fejfájás jelentkezése, de az egészséggel kapcsolatos súlyosabb problémákat az is okozhatja, ha rendszeresen naponta több órát villogó fények vannak kitéve.

LED chipek alacsonyabb feszültségű egyenárammal (DC) működnek mint amit a hálózati vonal biztosít (ami Európában jellemzően 220-240 V), tehát ezeknek szüksége van egyfajta tápegységre, hogy a ezt a magasabb feszültségű hálózati váltakozó (AC) áramot átalakítsa.

A LED fényforrások táplálására kialakított belső tápegységek általános tulajdonságai, hogy az elektromos áram frekvenciáját az egyenirányításkor megduplázódik, és az olcsóbb termékek esetében ezzel a pulzáló tápfeszültséggel hajtják meg a chipeket. Tehát ahelyett, hogy csak 50Hz lenne a vibrálás, itt 100Hz van jelen és ez még mindig a biztonságos határ alatt van, tehát nem javítja a dolgokat, sőt, még rosszabbá is teheti azt, mivel az 50Hz-es villogást sok ember könnyebben észreveszi, és zavarja ezáltal arra készteti, hogy tegyen ellene, a 100Hz-es frekvenciát a legtöbb ember nem érzékeli közvetlenül.

Mivel a gyakoribb LED fényforrásokat más típusú izzók közvetlen pótlására készítették, ezáltal úgy tervezték, hogy beépített tápegységeik képesek legyenek közvetlenül átalakítani a váltakozó feszültséget a LED chipeknek szükséges megfelelő értékű DC feszültségre.

Retrofit fényforrás

Ez megkönnyíti és kényelmesebbé teszi a felhasználóknak ezeknek a retrofit termékeknek a beszerelését, ugyanakkor ez a méretkorlátozás megnehezíti a gyártó számára egy olyan driver megvalósítását, amely képes ellensúlyozni a fény villogását, vagy legalábbis növelni a frekvenciát a problémás szint fölé.

Az IEEE 1789 standard hivatott meghatározni mindent ami mesterséges fényforrások villogásával kapcsolatos.

A kültéri lámpák reflektorok esetében nincs különösebb szerepe a vibrálás jelenlétének, mivel nem tartózkodunk állandóan ebben a fényben így az emberi szervezetre gyakorolt élettani hatása elenyésző. A gyártók a LED paneleket már szinte minden esetben villogásmentes tápegységekkel gyártják, maradnak tehát a hagyományos izzószálas fényforrások kiváltására készült E27, E14, GU10, stb. fényforrások, amelyeknek csomagolásain megtalálhatjuk a flicker indexre vonatkozó értéket.

A LED termékek csomagolásain feltüntetett flicker index tehát egy 0-1 közötti szám, ahol a 0 vibrálásmentességet az 1 pedig a vibrálás jelenlétét hivatott kifejezni. Természetesen az érték lehet tört szám is ami a vibrálás valamilyen szintű jelenlétét mutatja.

Hogyan ellenőrizhető a vibrálás?

Léteznek optoelektronikai eszközök amelyekkel ellenőrizhető a vibrálás, ezek közül az egyszerűbbek csak egyetlen értéket mutatnak, ez általában a fényforrások csomagolásain is feltüntetett flicker index, a kicsit jobb műszerek akár a villogás frekvenciáját is megmutatják és a komplexebb eszközök vagy például egy fotoellenállás + oszcilloszkóp pedig pontos hullámformát rajzolnak, ahol látható az amplitúdó, a hullám formája és a frekvencia is.

Otthoni módszerekkel bizonyos esetekben láthatóvá tehetjük a vibrálást vagyis a fényforrás strobe hatását. Egyik lehetőség, ha csak a vizsgált fényforrás fénye van jelen és egy rudat, például vonalzót legyezőszerűen gyorsan kezdünk mozgatni, vagy egy pattanó labdát figyelünk. Ha a látvány folyamatos, akkor valószínűleg nincs észlelhető alacsony frekvenciájú villogás, ha viszont látvány szakadozott akkor a fényforrásunk valószínűleg vibrál. Másik módszer ha egy telefon kameráján, vagy bármilyen digitális fényképezőgép kameráján kikapcsoljuk az 50/60Hz képszűrést (vibrálásgátló funkciót) és annak kijelzőjén keresztül figyeljük a fényforrást.

Vibráló LED fényforrás

Ez a két házi módszer közel sem nevezhető tudományosnak vagy pontosnak, de bizonyos esetekben kimutatható vele a fényforrás vibrálása.