[讨论] 关于 PWM 闪烁的两三事

楼主: parislove3 (艾草糖)   2017-08-22 19:26:03
最近许多人会注意到萤幕闪烁的问题,担心、未知、误解都是常有的事
这边简单介绍光源与闪烁间的关系,多一分了解少一分心慌
下面是原理,懒得看的人可以拉到最后面的 Q&A,以及相关参考资料
● 日光灯 (萤光灯) 的闪烁
一般常见的 T5/T8 灯管、省电灯泡,都属于萤光灯
原理简单来说:
透过放电刺激汞蒸气 → 放出紫外光 → 刺激萤光涂层 → 发光
萤光灯是一个闪烁灯源,主要受到驱动电压的频率影响
在台湾,常见灯具的有两种形式:传统灯具 & 电子式灯具
“传统灯具”,主要是指电感式镇流器+小氖气启动器
一般最常看到的就属 T8 灯具
https://i.imgbox.com/FFEsXWby.jpg
受到 60Hz 交流电影响,一秒闪烁 120 次
敏感的人会觉得这种灯感觉不太稳定,在寿命末期时会有明显闪烁
另一个则是“电子式灯具”,如常见的 T5、省电灯泡
https://i.imgbox.com/YnJJrCpA.jpg
https://i.imgbox.com/XIqe10l1.png
改用电子式安定器,透过高频电路将驱动电压提升至 40kHz 以上
基本上人眼完全感觉不出闪烁
● LED 的闪烁问题
LED 的闪烁,则要分两个层面来看
1. 电路设计所造成的频闪
一般所讲的 LED 灯泡/灯管的频闪,这是主要成因
LED 靠 DC 电流运作,因此必须进行 AC → DC 转换
转换电路架构有两种:“单级”、“两级”
https://i.imgbox.com/e5BSryhA.png
“单级架构”,只做一次 AC → DC 转换,线路简单且成本较低
但无法抑制直流电涟波,同时 LED 的顺向偏压与电流成指数关系
些微的电压变化就会影响电流、光度,造成严重的频闪
“两级架构”,则是设计一个滤波电路,将带涟波的直流电再度转换
来达到抑制频闪的效果
2. 调光所造成的频闪
LCD/LED 背光显示器、手机/平板萤幕,为了能够调整亮度
所引入的调光技术是造成频闪的主因
目前主流的调光方式,根据电流波型不同有两种:PWM Dimming、Analog Dimming
PWM Dimming (脉冲宽度调光)
https://i.imgbox.com/j7l7ARgx.jpg
简单来说,借由直接控制 LED 的开(亮)/关(灭),以极快的闪烁
来达到调整亮度的效果
Analog Dimming (类比调光)
https://i.imgbox.com/CUR672wz.jpg
这是透过改变电流准位的大小,调整对 LED 的电流值,直接改变 LED 本身的亮度
PWM Dimming 的电路设计相对简单,但容易造成频闪
Analog Dimming 则相反,虽然效果好但设计上较为复杂
易有色偏与线性度差的问题
● Q&A
Q. 闪烁对人眼有影响吗?
A. 美国能源局所公布的频闪说明 (U.S Department of Energy 2013)
https://goo.gl/ZnUPwX
低频闪烁可能触发癫痫,容易导致头痛、疲劳、视力模糊、视力减弱
对于孩童、自闭症患者、偏头痛患者、癫痫患者等特定族群,频闪易有负面影响
由于频闪肉眼不易察觉,一般人会忽略频闪是一些不适感的主因
https://i.imgbox.com/04LJKWAW.png
Q. 日光灯的闪烁,跟萤幕 PWM 频闪是不是一样?
A. 萤光灯、CCFL冷阴极管有所谓的余晖效应,受到电压变化所产生的闪烁反应较慢
而 LED 为半导体,开关明灭的速度极快,因此相对于萤光灯
LED 频闪的不适感相对大很多
https://i.imgbox.com/wddU080t.jpg
而照明若使用高频点灯的电子式灯具,则可以完全忽略其影响
Q. PWM Dimming 一定有害吗?
A. PWM Dimming 的影响来自于低频闪烁,目前已有厂商使用高频电路
根据设计不同从 1k~10kHz 不等,对于敏感族群有一定帮助
每个人对闪烁程度的忍受性不一,敏感、特定族群的人容易察觉到闪烁
一般人可能无感,也可能容易眼睛酸涩,有的人观看 Analog Dimming 的萤幕时
会有明显改善
● 参考资料
SSL Flicker Fundamentals and Why We Care. U.S Department of Energy.
Electronic document
Michael Poplawski and Naomi Miller, 2014
美国能源局固态照明训练讲座“认识LED频闪及为何应重视此议题”
https://goo.gl/p7CBoF
Solid-State Lighting Technology Fact Sheet. Electronic document
U.S Department of Energy, 2013
美国能源局“LED频闪说明”
https://goo.gl/ZnUPwX
Studies Published on Minimizing Flicker from SSL Systems; ASSIST to Release
Related Recommendation. Electronic document
Rebekah Mullaney, 2011
https://goo.gl/cFBzfj
终结隐形杀手!正视LED照明频闪问题 - LEDinside
http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20141219-30517.html
LED背光控制器调光方式探讨
http://www.cnledw.com/tech/detail-37974.htm
作者: CHTWifiHinet (轻松享用无限宽带上网)   2017-08-22 19:28:00
我相信低频闪会不舒服 我用S7有时候会觉得很累 M7没有过这种感觉所以会不舒服还是尽量避开跟少看萤幕八
作者: appleonatree (苹果在树上)   2017-08-22 19:36:00
推整理 不过***粉粉们会来嘘
作者: kissa0924307 (瓦斯来一桶)   2017-08-22 19:39:00
您PWM系?
作者: CHTWifiHinet (轻松享用无限宽带上网)   2017-08-22 20:16:00
这个跳针赞我记得oled的蓝光比传统LED少很多
作者: henrylin8086 (小木)   2017-08-22 20:47:00
有reference给推

Links booklink

Contact Us: admin [ a t ] ucptt.com