Nhấp nháy là sự thay đổi lặp đi lặp lại và thường xuyên trong đầu ra của nguồn sáng theo thời gian. Một số tác giả nói về “khả năng hấp thụ (modulation)” của ánh sáng phát ra, những tác giả khác nói về sự tăng giảm ánh sáng phát ra hoặc sáng hơn và mờ hơn, nhưng đây đều là những cách khác nhau để mô tả cùng một thứ về ánh sáng nhấp nháy.
Tất cả các nguồn sáng nhân tạo đều nhấp nháy, nhưng mức độ và mức độ nghiêm trọng của nhấp nháy phụ thuộc vào một số biến số.
Bài viết này sẽ thảo luận và giải thích hiện tượng nhấp nháy liên quan đến đèn LED và driver của chúng được kết nối với nguồn điện xoay chiều của điện áp lưới.
Nếu bạn không quen thuộc với thuật ngữ “Driver” trong ngữ cảnh chiếu sáng, chúng tôi khuyên bạn nên đọc một vài đoạn tiếp theo.
Trong lĩnh vực chiếu sáng LED, Driver là một phần của thiết bị điện tử có chức năng chính là: biến dòng điện xoay chiều từ điện áp cao (220 volt) xuống dòng điện 1 chiều (DC) ở điện áp thấp. Các đèn LED thường làm việc ở điện áp từ 12 volt đến 48 volt)
Driver có thể tách biệt với bộ đèn, chúng có thể được tích hợp bên trong bộ đèn và chúng có thể được lắp rời với đèn LED, nhưng mỗi chiếc đèn LED đều cần có ít nhất 1 Driver.
Driver của đèn LED, thích hợp để sử dụng bên ngoài nhiều loại đèn chiếu sáng thương mại. Chúng tách biệt với đèn LED và thường có thể thay đổi nếu cần.
Đèn LED phổ biến. Driver thường được lắp đặt bên trong đế đèn. Mặc dù có hình dạng khác nhưng về cơ bản nó vẫn thực hiện chức năng giống như các Driver riêng biệt như ở trên.
Nguyên nhân ngây nhấp nháy của đèn LED là gì?
Có ba nguyên nhân phổ biến gây nhấp nháy trong đèn LED.
1. Nguồn điện cung cấp là 50Hz AC. Ở Việt Nam, nguồn điện chính là 220V AC, nghĩa là cứ sau mỗi giây, nguồn điện chính đi từ +220V đến -220V và trở lại +220V (xem sơ đồ). Hai lần trong mỗi chu kỳ này, điện áp bằng 0V, do đó không có dòng điện chạy qua. Đầu ra của ánh sáng từ đèn LED tỷ lệ với đầu vào nguồn và tức thời. Do đó, nếu trình điều khiển không thực hiện “làm mịn” chu trình AC, đèn LED sẽ tắt và bật lại 100 lần mỗi giây.
Nguồn điện lưới: 50 lần mỗi giây nguồn điện chính thay đổi từ +220V đến -220V và trở lại +220V. Điều này có nghĩa là 100 lần mỗi giây, khi điện áp bằng 0, không có dòng điện nào chạy qua. Đặc điểm này của nguồn điện chính là nguyên nhân gốc rễ quan trọng nhất gây ra hiện tượng nhấp nháy đèn LED.
Để giảm hiện tượng nhấp nháy dữ dội và gây khó chịu mà điều này có thể gây ra, Driver được thiết kế để làm trơn tru nguồn cung cấp DC cho đèn LED. Phần lớn, điều này được thực hiện với các tụ điện hoạt động giống như một “bể” chứa điện nhỏ, hấp thụ năng lượng ở đỉnh của chu kỳ và giải phóng nó khi chu kì đầu vào bằng 0V. Tuy nhiên, việc làm trơn không bao giờ hoàn toàn hiệu quả, giống như cách hệ thống treo trong ô tô không bao giờ làm trơn mọi chỗ gồ ghề trên đường, do đó, hầu như luôn có dao động nhẹ 100Hz trong đầu ra của đèn LED.
Cuối cùng, các tụ điện không bền vĩnh cửu và các tụ điện bị hỏng là một trong những nguyên nhân khiến đèn LED nhấp nháy mạnh hơn trong các bộ đèn cũ.
2. Đang sử dụng sai loại driver. Mặc dù tất cả các đèn LED đều có thể điều chỉnh độ sáng nhưng điều này không đúng với driver. Làm mờ (trong đó nguồn điện lưới cung cấp cho driver bị giảm để làm cho ánh sáng phát ra từ đèn LED mờ đi) chỉ hoạt động nếu driver được thiết kế để xử lý như vậy và nếu sử dụng đúng loại bộ điều chỉnh làm mờ.
Bộ điều chỉnh độ sáng được thiết kế cho đèn sợi đốt (dây tóc vonfram) hầu như luôn KHÔNG thích hợp để làm mờ đèn LED và driver của chúng. Việc sử dụng các bộ điều chỉnh độ sáng hiện có sau khi bóng đèn đã được chuyển đổi thành đèn LED thường gây ra hiện tượng nhấp nháy. Để biết thêm chi tiết, vui lòng xem bài viết này: Làm mờ là gì?
3. Đang sử dụng sai loại điều chỉnh độ sáng. Điều chế độ rộng xung (PWM) là phương pháp điều chỉnh độ sáng đầu tiên được sử dụng với đèn LED, phần lớn là vì nó rẻ và dễ thực hiện đối với một kỹ sư điện tử. Nhược điểm của nó là nó tạo ra dạng sóng vuông có nhiều khả năng nhìn thấy bằng mắt thường hơn là dạng sóng có nhiều cạnh cong hơn. Đặc biệt là khi được triển khai ở tần số chính và ở mức độ mờ thấp, chẳng hạn như dưới 50%, nội dung “tắt” của dạng sóng rõ rệt đến mức người ta thường quan sát thấy mức độ nhấp nháy khó chịu.
Đặc tính của ánh sáng nhấp nháy là gì?
4 đặc tính hoặc biến xác định xem hiện tượng nhấp nháy có ảnh hưởng nghiêm trọng đến người xem hay không:
1 – Tần suất. Phản ứng của con người đối với nhấp nháy phụ thuộc rất nhiều vào tần số. Mặc dù đầu ra của hầu hết các driver sẽ có tần số 100Hz (do đầu vào chính 50Hz), nhưng thiết kế của thiết bị điện tử thường tạo ra các tần số khác và sự cố của các thành phần trong driver theo thời gian có thể tạo ra nhiều tần số không mong muốn hoặc dự kiến.
Hầu hết mọi người đều có thể nhìn thấy hiện tượng nhấp nháy tần số thấp (3Hz – 70Hz) và có nguy cơ gây ra cơn động kinh ở những người dễ mắc bệnh, với nguy cơ cao nhất là ở dải tần 15Hz – 20Hz.
Hầu hết mọi người sẽ ý thức được hiện tượng nhấp nháy lên đến tần số khoảng 100Hz, mặc dù điều này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố khác bao gồm biên độ nhấp nháy, cường độ ánh sáng, độ tương phản với nền và trường nhìn.
Trên khoảng 100Hz, hầu hết mọi người dần dần ít ý thức hơn về nhấp nháy, mặc dù não của họ vẫn có thể phát hiện một cách vô thức rằng nó đang hiện diện và do đó cơ thể của họ có thể phản ứng với nó.
Trên khoảng 200Hz, võng mạc của con người hoàn toàn không thể phát hiện nhấp nháy.
2 – Biên độ. Đây là thước đo độ sâu của nhấp nháy – sự khác biệt giữa đầu ra tối đa và tối thiểu trong bất kỳ một chu kỳ nào. Phản ứng của con người đối với nhấp nháy không chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt giữa mức tối đa và tối thiểu mà còn phụ thuộc vào tần số.
Ví dụ về hai loại nhấp nháy khác nhau.
Một là tần số thấp nhưng biên độ thấp, hai là tần số cao và biên độ cao hơn, nhưng lưu ý rằng không có mối quan hệ nhân quả nào giữa tần số và biên độ.
Trên khoảng 100Hz, con người ngày càng ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng nhấp nháy khi tần số tăng lên, do đó biên độ nhấp nháy cao hơn có thể chấp nhận được ở tần số cao.
Thiết kế của trình điều khiển đèn LED có ảnh hưởng đáng kể đến biên độ dao động của nguồn DC cung cấp cho đèn LED và do đó ảnh hưởng đến sự dao động của công suất phát sáng từ đèn LED.
Điều này là do đèn LED phản ứng gần như ngay lập tức với sự thay đổi của nguồn điện đầu vào. Nếu nguồn điện đầu vào của đèn LED tăng lên, đèn LED sẽ sáng hơn ngay lập tức; nếu nguồn điện bị cắt, ánh sáng sẽ dừng ngay lập tức. Điều này khác với cách hoạt động của đèn sợi đốt (dây tóc vonfram) cũ. Với chúng, có quán tính nhiệt trong dây tóc – nghĩa là nếu nguồn điện bị cắt, dây tóc tiếp tục phát sáng trong một thời gian ngắn. Điều này có nghĩa là một bộ điều chỉnh độ sáng thô sử dụng triac, hoạt động ở tần số 50Hz, mặc dù nó cắt nguồn điện đột ngột 100 lần một giây, vẫn mang lại hiệu suất điều chỉnh độ sáng mượt mà khi kết hợp với đèn dây tóc vonfram.
Dạng sóng. Nhấp nháy có thể ở dạng sóng hình sin trơn tru hoặc nó có thể ở dạng sóng vuông thay đổi đột ngột. Một nghiên cứu nhỏ đã được tiến hành về tác động của dạng sóng ở các biên độ và tần số khác nhau đối với nhận thức của con người.
Cường độ ánh sáng. Không cần phải nói, nhưng tốt hơn hết là nên nói rằng cường độ tổng thể (được đo bằng cd/m²) của ánh sáng nhấp nháy sẽ ảnh hưởng đến mức độ ảnh hưởng của nó đối với người xem.
Làm thế nào để đo được độ nhấp nháy?
Có hai cách để đo nhấp nháy; chỉ số nhấp nháy và biến điệu % (còn được gọi là % nhấp nháy). Cả hai đều được định nghĩa trong IEEE1789 nhưng được bắt nguồn từ công việc trước đó của nhiều tác giả.
Sơ đồ từ IEEE1789 giải thích chỉ số nhấp nháy và % nhấp nháy. Chỉ số nhấp nháy = (Khu vực 1) / (Khu vực 1 + Khu vực 2) Khả năng hấp thụ (Modulation) % (còn gọi là % nhấp nháy) = 100 (Giá trị lớn nhất – Giá trị nhỏ nhất) / (Giá trị lớn nhất + Giá trị nhỏ nhất)
Trong hầu hết các ứng dụng chiếu sáng phổ biến, chỉ số nhấp nháy và/hoặc % tỷ lệ hấp thụ (modulation) càng thấp thì càng tốt.
Những phản ứng của con người với đèn LED nhấp nháy là gì?
Phản ứng của con người đối với ánh sáng nhấp nháy có thể được chia thành 3 loại chính:
Phản ứng động kinh với nhấp nháy tần số thấp. Rủi ro lớn nhất trong khoảng từ 15Hz đến 20Hz. Trong dải tần số này, hiện tượng nhấp nháy sẽ được nhìn thấy rõ ràng và một tỷ lệ nhỏ dân số loài người có nguy cơ bị động kinh.
Các phản ứng khác đối với nhấp nháy nhìn thấy được. Hầu hết mọi người có thể nhìn thấy hiện tượng nhấp nháy lên đến khoảng 100Hz một cách có ý thức. Ngoài việc gây mất tập trung, điều này có thể dẫn đến mệt mỏi, mất tập trung và đau đầu.
Phản ứng với nhấp nháy vô hình. Trong phạm vi từ 100Hz đến khoảng 200Hz, chúng ta không nhận thấy hiện tượng nhấp nháy, nhưng mắt và não của chúng ta có thể phát hiện ra nó và phản ứng tương ứng với các cơn đau đầu, đau nửa đầu, mệt mỏi và mất tập trung.
Tóm tắt các tác động sinh học của nhấp nháy ở các tần số khác nhau. (Wilkins, Veitch & Lehman, “LED lighting flicker and potential health concerns: IEEE standard PAR1789 update”, “Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta Georgia, pp. 171-178, 2010)”.
Tiêu chuẩn nào quy định nhấp nháy trong đèn LED?
IEEE1789 là tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất để điều chỉnh nhấp nháy trong đèn LED.
IEEE1789 nhận ra rằng tần số và biên độ nên được xem xét cùng nhau khi điều chỉnh nhấp nháy và các khuyến nghị của IEEE được tóm tắt trong biểu đồ bên dưới:
Tóm lại, IEEE1789 khuyến nghị rằng:
Dưới 90Hz, % hấp thụ (modulation) phải nhỏ hơn 0,01 x tần số
Từ 90Hz – 3.000Hz, % hấp thụ (modulation) phải nhỏ hơn 0,0333 x tần số
Trên 3.000Hz không có hạn chế về % hấp thụ (modulation)
Các câu hỏi thường gặp?
Driver không nhấp nháy là gì?
Nói một cách chính xác, không có thứ gọi là driver không nhấp nháy. Đầu ra từ tất cả các Driver dao động và điều này sẽ gây ra dao động đầu ra ánh sáng của đèn LED được kết nối với nó. Tuy nhiên, có thể tạo driver có đầu ra rất ổn định nằm trong các khuyến nghị của IEEE1789 và một số người gọi đây là driver không nhấp nháy.
Nhấp nháy có quan trọng không?
Vâng, nhấp nháy có vấn đề vì ở một số tần số, nó gây đau đầu và mệt mỏi, và trong những trường hợp cực đoan, với một số người, nhấp nháy có thể gây ra cơn động kinh.
You are not allowed to comment on this post
Chia sẻ: