Flimmerfritt ljus med rätt teknik

Problemet med flimmer

Genom den stadigt ökande användningen av LED-teknik men även på grund av högre krav på belysningskvaliteten har flimmer – eller snarare eliminerandet av flimmer – blivit en viktig fråga. Med flimmer menas variationer i ljusflödet under en viss tid. Särskilt märkbart är flimmer när frekvenser överlagras och interferens uppstår (som t.ex. vid interferens med bildskärmars uppdateringsfrekvens, TV-kamerors bildfrekvens vid slow motion-upptagningar eller på arbetsplatser med snabbt roterande maskiner).

Beroende på användarens känslighet och alltefter frekvens kan flimmer påverka människors välbefinnande. Höga flimmerfrekvenser har inte någon påvisbar effekt på välbefinnandet, däremot ofta lägre frekvenser på upp till 120 Hz. Detta bidrag inriktas på frekvensområdet upp till 120 Hz som de flesta människor upplever som störande.

Hur uppstår LED-flimmer?

Flimmer kan ha olika orsaker. För tillverkare av driftdon är rippelströmmen den avgörande orsaken. Rippelström är en trots likriktning, transformering och filtrering av inströmmen genom LED driver återstående växelströmsandel. Rippelströmmen överlagras likströmmen som försörjer LED och kan ha olika frekvenser och vågformer. Den leder till strömvariationer i LED-modulen som i sin tur medför ändringar av ljusflödet. Avgörande för det flimmer som uppstår är höjden på den överlagrade växelströmsandelen, dvs. dess amplitud, och dess frekvens.

Individuell perception

Flimmer kan påverka användarens perception och välbefinnande även om variationerna i ljusflödet ligger utanför den nivå som medvetet upplevs. Av stor betydelse är det perifera seendet eftersom dess tidsmässiga upplösningsförmåga är särskilt hög. Hur mycket man lägger märke till flimmer beror även på den enskildes upplevelse och har bl.a. att göra med synförmågan, retinans känslighet i det mänskliga ögat och rådande ljusförhållanden. De flesta människor reagerar starkast på frekvenser kring 10 Hz, förändringar över 70 Hz upplevs för det mesta inte medvetet. Ändå kan problem som trötthet och huvudvärk förekomma hos ljuskänsliga personer även vid något högre frekvenser.

Standarden IEEE 1789-2015 »Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers« informerar om flimmer och dess effekter inom olika frekvensområden. Dessutom innehåller den rekommendationer för utformningen av driftdon. Beroende på vilken frekvens flimmer har gäller olika gränsvärden för variationerna i ljusflödet. Medan redan variationer i ljusflödet på 0,5% upplevs som flimmer i det känsligaste intervallet vid ca 10 Hz måste variationerna vid 60 Hz utgöra 60% och mer för att upplevas som flimmer. Därför är gränsvärdena i detta område också avsevärt högre.

Flimmer och ljusreglering av LED

Förekomsten av LED-flimmer beror framför allt på vilket driftdon som används. Särskilt vid ljusreglering förekommer stora skillnader. Ljusreglering av LED med pulslängdsmodulation kan till exempel förstärka flimmer som kommer från driftdonet eller till och med orsaka flimmer. Av tekniska orsaker uppkommer vid likriktningen av den i Europa vanliga nätspänningen med en frekvens på 50 Hz en särskilt stor andel rippelström med 100 Hz (helvågslikriktning).

För att undvika flimmer från ljusreglering går det istället för pulslängdsmodulation även att använda andra metoder för ljusreglering, t.ex. analog reglering. Eftersom den analoga ljusregleringen vid låga reglernivåer har en del nackdelar har på sista tiden även metoder för kombinerad reglering etablerats. LED omvandlar till skillnad från traditionella ljuskällor omedelbart driftströmmen till ljus utan mycket glättning. Avgörande för en så flimmerfri drift som möjligt är därför ett högkvalitativt LED Driver och kompatibilitet mellan driftdon, reglering och LED-modul.

Bra LED Driver kan avsevärt minska flimmer

Databladen ger viktig information för bedömningen av driftdon. Intressanta är parametrar som »Utström LF restrippel«, »Output Current Ripple« eller »Överlagrad växelström«. De värden som anges där avser i regel 100 Hz. Ju lägre de är desto mindre är risken för flimmer. Moderna driftdon minimerar restrippeln vid utgången och fungerar med komponenter som är optimalt anpassade till varandra. Här används komponenter med tydligt definierade parametrar som kontinuerligt testas i laboratorier. Särskild uppmärksamhet ägnar tillverkarna åt det kritiska frekvensområdet kring 10 Hz. Äldre utrustning med hög restrippel rekommenderas nu bara för tillämpningar där det inte är tänkt att människor ska vistas under längre tid.

Slutsats

Data om rippelströmmar i LED Driver ger preliminär information om risken för flimmer. Större säkerhet ger uppgifter om hela armaturen. Armaturtillverkare kan ge grundlig information om vilka driftdon som används, höjden på den överlagrade växelströmmen, reglermetoden och om frekvensförlopp. Framför allt frekvensförlopp mellan 0 och 120 Hz gör det möjligt att dra slutsatser om hur stor sannolikheten för flimmer är. Särskild hänsyn måste tas till området mellan 10 och 70 Hz eftersom det är här som flimret har störst påverkan på välbefinnandet. Om man dessutom avstår från ljusreglering med ren pulslängdsmodulation så är förutsättningarna för i hög grad flimmerfria miljöer uppfyllda.

Publicerad den 10 oktober 2016

Ur Ljuskultur Nummer 5, 2016