Способы снижения коэффициента пульсации: Ошибка 404. Запрашиваемая страница не найдена

Содержание

МЕДОДЫ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПУЛЬСАЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ

Среди показателей качества световой среды особое место занимает пульсация освещенности. Световой поток источников света при питании их переменным током промышленной частоты пульсирует с частотой 100 Гц.  Явление это особенно характерно  для газоразрядных источников света.

Процесс электрического разряда в этих лампах практически безинерционен и следует за частотой переменного тока, в связи с чем  зависящее от этого процесса излучение люминофора, обладающего лишь малым послесвечением, также непостоянно во времени.

Пульсация светового потока зрительно не воспринимается, так как частота пульсаций 100 Гц превышает критическую частоту слияния световых мельканий. Однако отрицательное воздействие световых колебаний на организм человека установлено в многочисленных исследованиях /4, 5, 6/.

Электрофизиологические исследования показали, что пульсация неблагоприятно влияет на биоэлектрическую активность мозга, вызывая повышенную утомляемость. Это обусловлено изменением основной ритмической активности нервных элементов мозга, перестраивающих присущую им частоту этой активности в соответствии с частотой световой пульсации.

Выявлено также неблагоприятное влияние колебаний света на фоторецепторные элементы сетчатки (как палочки, так и колбочки), а также на функциональное состояние центральной нервной системы, что связано с развитием тормозных процессов и снижением лабильности нервных процессов /5/.

Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины. Большинство исследователей отмечает отрицательное воздействие пульсации света на работоспособность человека как при длительном пребывании в условиях пульсирующего освещения /7/, так и при кратковременном, в течение 15-30 мин. /5/: появляется напряжение в глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль. Это определяет требования к ограничению глубины пульсации светового потока в осветительных установках. Поскольку основным количественным параметром осветительных установок является нормированный уровень освещенности, в качестве критерия оценки глубины световых колебаний в осветительных установках, питаемых переменным током, принят коэффициент пульсации освещенности на рабочей поверхности, характеризующий ее глубину.

Он равен отношению половины максимальной разности освещенности за период колебания к средней освещенности за период, выраженному в процентах.

Экспериментально установлено /4/, что отрицательное действие пульсации на организм человека достаточно мало только при глубине пульсации не более 5-6% (при частоте 100Гц). При частоте колебаний света 300Гц и выше глубина пульсаций не имеет значения, так как на эту частоту мозг не реагирует.

Особенно опасна пульсация света при наличии в поле зрения человека движущихся или вращающихся объектов, так как в этом случае может возникнуть стробоскопический эффект, что создает повышенную опасность травматизма. Обычно стробоскопический эффект может иметь место, если глубина пульсации светового потока более 20% /8/, но в ряде случаев, когда частота пульсации светового потока кратна частоте вращения или движения объекта, стробоскопический эффект может возникать даже при глубине пульсации незначительно превышающей 5% /9/.

Проблема пульсации освещенности не нова. Более 40 лет назад проводились исследования влияния пульсирующего света на человека, тогда же определялись принципы нормирования коэффициента пульсации /4,7,14,15/. Все эти разработки были положены в основу действующих на сегодня нормативных документов по освещению.

СНиП 23-05-95* /10/ регламентирует коэффициент пульсации освещенности в зависимости от точности выполняемой работы и требования этого нормативного документа должны неукоснительно соблюдаться.

Все отраслевые и ведомственные нормативные документы по освещению содержат нормируемые значения коэффициента пульсации и их требования должны учитываться при проектировании осветительных установок (ОУ). Кроме того, ГОСТ 17677-82 «Светильники. Общие технические условия» /11/ также содержит требования по ограничению пульсации: «Для ограничения пульсации светового потока, создаваемого светильниками с люминесцентными лампами, должны быть приняты следующие меры: … (см. п.3.2.3 ГОСТ). И требования этого ГОСТа также должны в обязательном порядке выдерживаться.

Меры ограничения глубины пульсации освещенности достаточно хорошо проработаны. Они изложены в любой справочной литературе по светотехнике (это и «Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б.Айзенберга /12/, и «Справочная книга для проектирования электрического освещения» под редакцией Г.М. Кнорринга /13/ и другие. пособия по проектированию светотехнических установок).

Казалось бы с теорией и нормативной документацией все в порядке, хотя и здесь имеются некоторые вопросы. В общем же и целом проблема решена. Поскольку  на практике все требования НТД должны соблюдаться, теоретически все наши действующие ОУ должны обеспечивать надлежащее качество освещения.

Что же на практике? А на практике с точностью «до наоборот».

Проблема ограничения пульсации освещенности в действующих ОУ на сегодня достаточно актуальна. Она высветилась в ходе проведения аттестации рабочих мест.

Проверка освещения по всем параметрам световой среды выполняется по

Методическим указаниям «Оценка освещения рабочих мест» (МУ ОТ РМ 01-98/МУ 2. 2.4.706-98) /3/.

На момент разработки этого документа прибора для измерения коэффициента пульсации (Кп) не было, поэтому при контроле качества освещения этот параметр оценивался по таблицам, приведенным в МУ, либо путем измерения освещенности, создаваемой светильниками, питаемыми от разных фаз сети и последующим расчетом. При этом предполагалось, что ГОСТ 17677-82 соблюдается изготовителями, кроме того, приходилось «на слово» верить энергетикам по поводу электрических схем подключения светильников и их расфазировки, так как при скрытой проводке визуально это определить невозможно.

Лампы накаливания на предмет пульсации не проверялись, так как в СНиП 23-05-95 определение Кп четко касалось только газоразрядных ламп (Приложение А. Термины и определения). Это определение сохранилось и в СниП 23-05-95*. Полученные по табличным данным результаты вряд ли были достоверными, но других способов оценки этого параметра не существовало.

С появлением прибора, позволяющего измерять глубину пульсации освещенности (прибор типа АРГУС 07 был разработан во ВНИИОФИ в1998 г. ) ситуация резко изменилась:

Оценка Кп стала достоверной!

Обнаружилось, что ЛН также могут давать пульсирующий свет, причем, чем меньше мощность ЛН, тем больше глубина пульсации (иногда Кп бывает 15 – 18%). При существующих нормах по ограничению пульсации 5 – 10% для отдельных видов работ возможность применения ЛН ограничивается не только по причине их неэффективности, но и из-за пульсации освещенности.

Выяснилось, что требования ГОСТ 17677-82 о необходимости применения в 2-х ламповом светильнике различных ПРА (емкостного и индуктивного) заводами – изготовителями не соблюдаются.

Оказалось, что не всегда можно верить энергетику «на слово» по поводу схем подключения светильников на разные фазы сети, так как проектные решения по ограничению пульсации освещенности по каким-то непонятным причинам зачастую остаются на бумаге.

В последние годы в связи с широким внедрением в жизнь и деятельность человека ПЭВМ и ВДТ вопрос об ограничении пульсаций освещенности встает особенно остро.

У работающих на компьютерах возникает вполне обоснованное беспокойство по поводу повышенного утомления как органов зрения, так и организма в целом.

Именно КЗС – компьютерный зрительный синдром характерен сегодня для пользователей компьютерной техникой. Наряду с другими факторами одной из причин, вполне вероятно, может служить пульсация освещенности, так как мозг человека, по данным Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР /14, 15/, крайне отрицательно реагирует на два и более одновременных, но различных по частоте и некратных друг другу ритма световых раздражений, что мы и имеем при работе на персональном компьютере (ПК): пульсации, возникающие на ВДТ ПК и пульсации от ОУ. Не случайно, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»/16/ содержит жесткие требования по ограничению пульсации – 5%. Но в этом же году выходит еще один документ, содержащий требования к освещению помещений с компьютерами – СанПиН 2.

2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» /17/, в нем другое требование – 10%. И как ни странно, оба документа разработаны одним и тем же ведомством. Требование по ограничению глубины пульсации освещенности до 5% было и в ранее действовавшем документе на компьютеры – СанПиН 2.2.2.542-96 /18/. И это требование технически достижимо: разные ПРА в светильнике, плюс расфазировка светильников либо ВЧПРА, и нет проблемы. Тем не менее, как показывают результаты обследования освещения, почти все существующие осветительные установки на рабочих местах с компьютерами не обеспечивают нормируемую глубину пульсации освещенности, и при норме 5% или даже 10% фактические значения коэффициента пульсации составляют, как правило, 30-35%. Такое впечатление, что СанПиНы и их требования существуют сами по себе, а действующие осветительные установки и создаваемые ими условия освещения на рабочих местах – сами по себе.

Таким образом, проведя большой объем работ по аттестации рабочих мест на множестве предприятий различных отраслей промышленности в самых разных регионах страны, мы получили  достоверную и, к сожалению, совершенно безрадостную картину. Особого внимания заслуживает тот факт, что не отвечают требованиям норм в большинстве своем вновь смонтированные осветительные установки, выполненные часто импортными  светильниками и отвечающие всем требованиям современного дизайна. В итоге новые, внешне эффектные системы освещения, обеспечивающие достаточное количество света, не соответствуют нормативным требованиям по качеству освещения и являются вредными с точки зрения условий и охраны труда.

Куда подевались грамотные проектировщики, знающие что такое качество освещения и «расфазировка»? Кем и как выполняется экспертиза проектов освещения? Кто отвечает за нарушение требований ГОСТ при изготовлении светильников? Все эти вопросы требуют незамедлительного решения.

На сегодня особо остро стоит проблема с пульсацией освещенности в эксплуатируемых ОУ. Широкое внедрение 4-х ламповых растровых зеркальных светильников в административных помещениях привело к массовому нарушению требований норм по пульсации освещенности в кабинетах, где выполняется напряженная зрительная работа с документами. Для решения этой проблемы необходимо разработать соответствующие технически и экономически приемлемые пути ограничения глубины пульсации освещенности в действующих ОУ.

Требует изучения и проработки проблема качества проектирования ОУ. Пора прекратить «плодить» ОУ, заведомо не отвечающие нормативным требованиям по ограничению пульсации.

Так кто же виноват в сложившейся ситуации? На первый взгляд – проектировщики. Именно на стадии проектирования закладываются решения, обеспечивающие соблюдение нормативных требований к освещению (как по количеству, так и по качеству). Но это только на первый взгляд. Если посмотреть на проблему пульсации освещенности глубже, то все гораздо сложнее. Для того, чтобы грамотно спроектировать ОУ нужно владеть информацией. Откуда же проектанту знать, что отечественные светильники выпускаются с нарушением требований ГОСТ, да и характеристику светильника (тем более импортного) он также не знает, как не знает данные по пульсации импортных источников света, и, следовательно, нужно рассматривать эту проблему в комплексе. Наверное, надо еще раз обратить внимание на процедуру сертификации светильников. Этот вопрос поднимался нами  еще в 2000 году на IV международной светотехнической конференции, проходившей в г. Вологде, но к сожалению в этом направлении никаких решений до сих пор не принято. Нужно поднять на должный уровень экспертизу проектов. И, наконец, следует решить вопрос с информацией. Пожелания уважаемой Цецилии Ильиничны Кроль, сделанные ею в1963 г. «…Желательно все выпускаемые светильники с ЛЛ и лампами ДРЛ, помимо других характеристик, снабжать данными о глубине и частоте колебаний при различных источниках света и различных способах включения их в групповую сеть» сегодня, как никогда, – актуальны!

определение норм и способы снижения

Коэффициент пульсации освещенности – один из качественных показателей, используемый при проверке света в помещениях разного назначения. Этот критерий не на слуху, но он оказывает большое влияние на человека, при нарушении установленных норм повышается утомляемость и возрастает опасность травматизма на производствах. Поэтому его проверяют специальным оборудованием, чтобы убедиться, что свет соответствует установленным стандартам.

Что такое коэффициент пульсации освещенности

Под этим термином подразумевается относительная глубина колебаний освещенности ламп или светильников, возникающая во время работы оборудования при его питании переменным током. По сути, это показатель изменения яркости, который присущ тому или иному виду оборудования и влияет на комфорт выполняемой работы. При превышении регламентных показателей работоспособность снижается, причем, чем дольше пульсация влияет на зрение, тем выше утомляемость.

Допустимое значение зависит от типа выполняемой работы и зрительного напряжения, которое требуется в конкретной ситуации. Большинство норм были установлены, исходя их возможностей осветительного оборудования, используемого в середине прошлого века. В тот период нормы составляли 10, 15 или 20%, некоторые из них используются до сих пор, другие стали жестче и изменились в меньшую сторону.

Во всех помещениях, в которых используется компьютерная техника или установлены дисплеи, показатель пульсации освещенности не должен превышать 5%.

Рассматриваемый коэффициент возрастает, если для регулировки яркости света используются диммеры. Причем, изменения наблюдаются только у устройств, работа которых основана на принципе широтно-импульсной модуляции. Имеет значение и частота, если она ниже 300 Гц, то влияние особенно заметно.

Если освещение питается от переменного тока с промышленной частотой, составляющей 50 Гц, частота пульсации вычисляется в удвоенном значении, поэтому равна 100 Гц. Зрительно определить пульсацию в этом случае невозможно. Поэтому для контрольных замеров применяют специальные приспособления — пульсметры. Чаще всего это не отдельное устройство, а универсальное оборудование, совмещенное с люксметром. В 2012 году был введен ряд стандартов, касающихся средств измерения и их поверки, поэтому все приспособления должны соответствовать установленным нормам.

Для рабочего места с компьютером пульсация света строго регламентируется.

Нормы и требования к частоте пульсации

Тут все зависит от типа используемого оборудования и особенностей его подключения. Стоит отметить, что самые высокие показатели пульсации света, превышающие 30% присущи электромагнитным ПРА и газоразрядным лампам, работающим от однофазной линии. Поэтому их чаще всего используют для уличного освещения и мест, в которых не требуется постоянное зрительное напряжение.

Кстати! Вопреки сложившемуся мнению пульсация присуща и стандартным лампам накаливания. Когда они работают от однофазной питающей сети, показатель может составлять до 15%.

Отдельного внимания требует светодиодное оборудование. Принцип его работы отличается от стандартных вариантов, показатель зависит от схемотехнических особенностей используемого в системе блока питания. Во многих дешевых изделиях для снижения себестоимости на выходе вместо постоянного напряжения подается выпрямленный ток с промышленной частотой, что приводит к тому, что пульсация может достигать отметки в 30%.

При покупке светодиодного оборудования надо обязательно запрашивать у производителя или поставщика техническую документацию со всеми основными показателями, включая пульсацию света. Причем, необходимо изучать данные о каждом продукте отдельно, даже если они похожи по характеристикам. Нередко бывает, что рабочие показатели у двух почти одинаковых светильников сильно различаются.

Не стоит забывать и о том, что показатели пульсации существенно увеличиваются при использовании в системе диммеров с частотой до 300 Гц. Лучше использовать варианты с показателями, превышающими 400 Гц. Также стоит отметить, что если частота питания более 5 кГц, то показатели мерцания снижаются до 1%.

В качественных светодиодных лампах показатели пульсации минимальны.

Этот вариант особенно хорошо работает со стандартным и компактным люминесцентным оборудованием. Благодаря современным технологиям на них можно подавать питание с частотой свыше 25 кГц, что позволяет обеспечить минимальное мерцание света без дополнительных устройств.

Норма пульсации освещенности зависит от источника света и количества фаз, к которым подключается оборудование. Основные коэффициенты для самых распространенных ламп таковы:

  1. Лампы накаливания при подключении к однофазной линии должны обеспечивать коэффициент мерцания в пределах от 10 до 15%, двухфазной – от 6 до 8%, трехфазной – 1%.
  2. Люминесцентные лампы ЛБ, работающие от одной фазы — 34%, двух – 14,4, трех – 3%.
  3. Люминесцентные лампы ЛД, присоединенные к однофазной линии – 55%, двухфазной – 23,3, трехфазной – 5%.
  4. Ртутные дуговые лампы при работе от однофазного напряжения должны обеспечивать коэффициент мерцания не более 58%, двухфазного – 28%, трехфазного – 2%.
  5. Металлогалогенные источники света при работы от одной фазы должны соответствовать норме коэффициента мерцания в 37%, двух фаз – 18%, трех фаз – 2%.
  6. Натриевые лампы высокого давления, работающие от однофазной линии – 77%, двухфазной – 37,7%, трехфазной – 9%.

Натриевые лампы имеют большой коэффициент пульсации, поэтому используются в основном для уличного освещения.

Причины стробоскопического эффекта

Стробоскопический эффект – явление искажения восприятия движущихся или вращающихся элементов оборудования. Это часто можно заметить на вращающемся шкиве токарного станка, при определенных условиях создается иллюзия, что он стоит на месте или крутится в обратную сторону. Явление наблюдается в случаях, когда частота переменного тока, питающего светильник, получается кратной частоте вращения оборудования или механизмов.

Чаще всего подобное явления можно наблюдать в производственных помещениях, освещаемых люминесцентными лампами. По сути, из-за переменной подачи электроэнергии получается так, что период включения и выключения лампы накладывается на периодичность вращения механизма.

Из соображений безопасности все производственные помещения ранее освещались лампами накаливания, так как у них показатель мерцания намного ниже, что сводило к минимуму опасность стробоскопического эффекта. В современных условиях лучшим решением стали светодиодные светильники, но только при условии использования качественного оборудования с блоками питания, подающими постоянный ток.

Пример того, какой стробоскопический эффект могут давать низкокачественные светодиодные лампы.

Влияние пульсаций на организм человека

Это явление было замечено достаточно давно, самые масштабные исследования проводились в середине прошлого века. Согласно результатам, любая световая пульсация с частотой до 300 Гц оказывает негативное влияние на организм человека.

Если постоянно находиться в помещении с некачественным светом, будет меняться суточный гормональный ритм. Кроме того, если мерцание имеет частоту до 120 Гц, человеческий мозг реагирует на постоянные изменения и постоянно пытается обработать поступающую информацию на подсознательном уровне.

Из-за длительного напряжения люди намного быстрее и сильнее устают. Теряется концентрация, снижаются умственные способности. Также это влияет на тех, кто занимается интеллектуальным трудом – из-за высокой загрузки мозга принимать решения и проводить исследования намного сложнее, эффективность снижается в разы.

Если мерцание превышает 300 Гц, оно никак не воздействует на людей и не перегружает их мозг. Стоит ориентироваться на этот показатель при выборе оборудования.

Как и чем измерить коэффициент пульсаций

Все требования и нормативы, касающиеся характеристик света, изложены в нормах ГОСТ Р54945-2012 «Методы измерения коэффициента пульсации освещенности». Именно этим документом руководствуются проектные и контролирующие организации.

Использование измерительных приспособлений

Все контролирующие организации, а также предприятия для определения коэффициента пульсации используются осциллографы. С их помощью можно очень быстро и точно провести замеры в помещении любого размера и формы. Ранее для расчетов применялась формула, показанная ниже.

Все показатели и особенности вычисления есть в ГОСТ, но формула в наши дни почти не используется.

Контрольное оборудование проходит обязательную поверку.

Также можно применять специальные программы. В этом случае вводятся все необходимые данные, после чего производятся расчеты.

Для профессионального использования подойдет только поверенное оборудование, поэтому применяется определенный перечень осциллографов или универсальных приспособлений. Для дома можно приобрести модель попроще, она не будет идеально точной, но сможет сориентировать по показателю пульсации, этого достаточно для оценки освещения.

Таблица нормативов для некоторых типов помещений.
ОбъектКоэффициент естественной освещенности, %Искусственная освещенность, ЛККоэффициент пульсации, %
Жилые комнаты (гостиные, спальни)2150
Детские комнаты440010
Рабочие комнаты (кабинеты, офисы)340015
Рабочее место оператора ПК3005
Классные комнаты, аудитории450010
Торговые залы450010
Дороги2-30
Пешеходные пространства1-20
Эвакуационное и аварийное освещение0,1-15

Народные методы

Если осциллографа под рукой нет – можно использовать простые методы, которые позволят определить мерцание, которого не видно в обычных условиях. Самые популярные способы:

  1. Смартфон. Включается фотокамера и подносится к лампочке так, чтобы источник света занимал все пространство. Если на изображении будут полосы, значит коэффициент пульсации превышает допустимую норму.

    Экран гаджета четко передает пульсацию светильника.

  2. Фотоаппарат. Использовать устройство нужно без вспышки. Делается снимок лампы с небольшого расстояния. Если она мерцает, то на фото будут отчетливо видны полосы.

    Пульсация света хорошо видна на фотоснимках.

  3. Карандаш. Нужно взять его в два пальца, поднести к лампе и махать туда-сюда в течение нескольких секунд. Если будет наблюдаться эффект «застывшей лопасти» с очертаниями карандаша в нескольких местах, значит лампа мерцает слишком сильно. И чем отчетливее очертания полос, тем выше коэффициент пульсации.

    Стробоскопический эффект при проверке света карандашом.

  4. Юла. Можно просто раскрутить детскую игрушку прямо под лампой. Если при ее вращении возникает стробоскопический эффект, источник света лучше заменить.

В некоторых смартфонах есть функция подавления мерцания, поэтому проверить пульсацию не получится.

Способы снижения пульсации освещения

Тут может быть несколько путей решения. Все зависит от особенностей помещения и типа используемых приборов, чаще всего используют такие методы:

  1. Подключение светильников к двух- или трехфазной линии попеременно. За счет сдвига напряжение подается неравномерно и мерцание снижается.
  2. При питании от трехфазной линии количество светильников должно быть кратно трем, двухфазной – двум.
  3. Замена устаревшего оборудования на современное светодиодное.
  4. Использования люминесцентных ламп с современным блоком питания на 5 кГц или выше.

В видео обсуждается влияния световых пульсаций на безопасность участников дорожного движения.

Информация от производителя о КП определенной модели часто отсутствует. Сделать проверку в бытовых условиях можно при помощи тестов, фиксирующих процесс мигания. Два самых распространенных способа:

  1. Берем карандаш и быстро машем им впереди включенной лампы. О нормальных параметрах можно говорить при наличии сплошного следа от карандаша. А вот о присутствии импульсов свидетельствует разделение следа на некоторое количество отрезков.
  2. Способ использования фотоаппарата, а также любого мобильника с камерой. Располагаем ее примерно в метре от требующего проверки светодиода. Полоски черного цвета на дисплее – признак имеющегося в приборе мигания.

Как убрать пульсацию светодиодных ламп

Один из наиболее распространенных приемов – замена устаревшего конденсатора на аналогичный элемент с параметрами емкости, превышающей ранее установленную. Обязательным требованием является соответствие новой детали заменяемому элементу по номинальному напряжению и внешним размерам. Не всегда подобный способ приводит к успеху, но следует испробовать все варианты борьбы с мерцанием.

Нередко причиной пульсации бывают применяемые для регулировки интенсивности светового потока диммеры. Далеко не все модификации светодиодов предназначены для совместной работы со светорегуляторами. Только внимательное изучение характеристик приобретаемой лампы и выбор качественного устройства уменьшают вероятность проблем в процессе эксплуатации.

Устранение пульсации LED-лампочек показано на видео.

Коэффициент пульсации светодиодных ламп: нормы, измерение, способы устранить

Если световой поток исходит от источника, подключенного к импульсному или переменному напряжению, возникает мерцание. Зрительно глаза человек различают пульсации в пределах 35-60 Гц. Источники на основе диодов приобретают все большую популярность, потенциальных покупателей интересуют величина коэффициента пульсации светодиодных ламп. Продавцы в большинстве случаев знают только показатели, которые указываются производителем на упаковке. Чаще всего это маркетинговые характеристики, выгодные изготовителю. Многие поставщики из Китая этому параметру не придают значения и не нормируют его. В России коэффициент пульсации нормирован, нормы закреплены законодательством.

Определение и единица измерения

Коэффициентом пульсации (Кп) называется показатель для определения качества потока света осветительных приборов для помещений. Это частота мерцания света при питании источника переменным током.

Внимание! Пульсация приборов, запитанных от сети 50 Гц, составляет 100 Гц.

Коэффициент выше 30% в приборах с газоразрядными источниками, подключенных к однофазному току через электромагнитную пускорегулирующую аппаратуру.

У лампы накаливания, подключенной к одной фазе, Кп может достигать 15%.

В светодиодных лампах этот показатель полностью зависит от схемы драйвера. Если на его выходе прямой ток с промышленной частотой, коэффициент пульсации достигает 30%. Значение возрастает, если к осветительному прибору подключается диммер ШИМ с частотой ниже 300 Гц.

Расчеты коэффициента пульсации проводятся на основе измерений прибором, который называется пульсометром. Фиксируются максимальные, средние и минимальные показатели и вставляются в формулу:

Получается величина коэффициента пульсации на одну единицу освещаемой поверхности.

Если прибор питается от переменного тока (пульсация синусоидальная), допускается использование формулы:

Важно! При таком расчета максимальная величина коэффициента пульсаций 100% (если используется первая формула, значение может быть больше 100%).

ГОСТ Р 54945-2012 рекомендует другую формулу:

Это значит, что использование формулы (2) допускается только в том случае, если колебания гармонические (источник подлючен прямо к сети или через ЭМПРА). Если световой поток импульсивный, обязательно применение формулы (3). При наличии в схеме драйвера, диммера или ЭПРА, пульсация рассчитывает по формуле (3).

Внимание! Коэффициент пульсации является безмерной величиной, для удобства отображается в процентах. Для проведения расчетов требуются точные измерения.

Допустимые нормы пульсации

Во второй половине 20-го века были определены нормы коэффициента пульсации в 10,15 и 20% в зависимости от того, какая работа выполняется в помещении. Значение 10% выбиралось, базируясь на возможности обеспечить этот уровень. 20% выбиралось с учетом стробоскопического эффекта при превышении этого значения. Для помещений с дисплеями показатель снижается до 5%. Ограничений не существует, если люди в каком-то помещении пребывают периодически.

Нормы коэффициента пульсации в России определены законодательно:

  • в СНиП 23-05-95 – значение для рабочей поверхности 10-20%, если пульсации с частотой до 300 Гц;
  • в ГОСТ 17677-82 – значения для люминесцентных ламп с пускорегулирующими аппаратами с частотой от 400 Гц;
  • в СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 – требования к пульсации потока света в помещениях с ЭВМ.

Внимание! В ГОСТ Р 54945-2012 определено, что учитываются показатели пульсации ниже 300 Гц (более высокие значения не влияют на глаза и мозг).

Для измерения пульсации этот ГОСТ рекомендует использовать только отдельные модели люксметров-пульсметров. Указанные приборы должны быть оснащены хорошо сформированной частотной характеристикой и измерять значения пульсирующего света с частотой до 300 Гц. Обязательно наличие цифровой обработки показателей света.

Как проверить пульсацию

«На глаз» уровень мерцания определить невозможно. Необходимо знать, что эта проблема актуальна для осветительных приборов, питающихся от источника переменного тока. Если светодиодная лампочка подключена к батарейке или аккумулятору, Кп=0%. Фото- и видеокамеры позволяют определить только наличие пульсации, точные параметры определить невозможно.

Для точной проверки требуется многоканальный пульсметр-люксметр. Внешне он напоминает пульт дистанционного управления, оснащен кнопками для управления, фотодатчиком и дисплеем. Очень высокий уровень мерцаний определяется боковым зрением – если быстро перевести взгляд, возникает стробоскопический эффект (предметы «распадаются).

Дома наличие мерцания можно проверить мобильным телефоном или карандашом. Телефон держится на расстоянии метра от лампочки, появление темных полос говорит о том, что поток света пульсирует. Если быстро махать перед светильником карандашом, о пульсации свидетельствует «распадание» следа.

Отрицательное воздействие

Мозг человека не может полноценно обработать информацию, которая поступает на глаза с частотой, превышающей несколько десятком герц. По этой причине кадры в кино и по телевизору меняются с частотой 25-50 Гц. Если пульсации потока света ниже, она оказывает воздействие на глаза и анализируется мозгом. Человек может определить яркость потока, цвета, оттенки, контрасты. Если информация подается с другой частотой, люди подсознательно стараются избегать ее.

Исследования медиков показали, что на самом деле глаза и мозг воспринимают данные с частотой до 300 Гц, но не визуально. Человек воздействия не чувствует, поэтому не принимает никаких мер. Ощущения дискомфорта и усталости он связывает с другими причинами. Хотя невизуальное воздействие изучено недостаточно, все же ясно, что оно достаточно глубокое.

Внимание! Частоту пульсации выше 300 Гц глаза не воспринимают, поэтому отрицательного воздействия нет.

При кратковременном воздействии мерцания:

  • устают глаза;
  • снижается внимание;
  • человек быстро утомляется;
  • замедляется работа мозга;
  • нарушается работа органов пищеварения;
  • появляется тошнота;
  • нарушаются суточные ритмы.

При продолжительном воздействии пульсации:

  • развивается бессонница и депрессия;
  • снижается зрение;
  • развиваются патологии желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы;
  • нарушается функциональность мозга;
  • снижается работоспособность.

Самое опасное явление на рабочем месте – развитие стробоскопического эффекта при частоте мерцания до 80 Гц. У человека возникает иллюзия замедления движения и неподвижности окружающих предметов. Это повышает вероятность травматизма. При повышении частоты быстро развиваются болезни нервной системы.

Как убрать пульсацию в светодиодной лампе

Светодиодные светильники могут мерцать как в выключенном, так и во включенном состоянии.

Причин всего три:

  • неисправная электропроводка;
  • неправильная настройка выключателя с подсветкой;
  • упрощенная схема драйвера.

На диоды отрицательно влияет старая проводка из алюминия, если провода подключены неверно или состарился материал изоляции. При вкручивании лампочки накаливания светодиодной с цоколем на блоке питания постоянно присутствует фаза. Из-за высокой чувствительности драйвера на него поступает ток, который через старую изоляцию утекает на землю. Поэтому на светодиодную лампу поступает небольшой ток, которого достаточно для зарядки конденсатора. Накопленный потенциал периодически подается на лампу.

Если после прозвона цепи оказывается, что провода и выключатель подключены правильно, единственное верное решение – замена алюминиевой проводки на медную.

Внимание! Если в доме или квартире к электросети подключены мощные электроприборы (теплые полы, электроплита, бойлер, отопительный котел), в проводке создается магнитное поле. При расположении проводов для освещения поблизости появляется наведенное напряжение, вызывающее мерцание.

Если после замены лампы не меняется выключатель с подсветкой, проходящие через нее токи накапливаются в драйвере, заряжая конденсатор. При разрядке ток из него поступает на светодиодную лампу. Чтобы устранить неполадку, следует убрать или усовершенствовать подсветку. При выборе второго варианта необходимо между нулевым и фазным проводом установить конденсатор или резистор.

Важно! Если в светильнике несколько светодиодных лампочек, в один патрон нужно вкрутить лампу накаливания, которая будет выполнять роль шунта.

Если у светодиодной лампы некачественный драйвер, он не может обеспечить стабильный ток на p-n переходе. Дешевые блоки делят напряжение по синусоиде и сглаживает пульсации. Они состоят из пленочного и электролитического конденсатора, резисторов, включенных в схему параллельно, и диодного моста. В результате выдается нестабильный ток, мерцание светодиода вызывают его колебания.

Единственное решение – поменять электролитический конденсатор на элемент с более высоким сопротивлением. Но чаще всего он не подходит по размерам. Кроме того, необходимо вынуть из светодиодной лампы плату, найти конденсатор, уметь выпаять его и припаять другой.

Внимание! Единственное правильное решение – заменить драйвер или купить более качественную лампочку.

В местностях, где для подачи электроэнергии поставщик используется устаревшее трансформаторное оборудование, напряжение на линии снижается. Это отрицательно влияет на работу светодиодных ламп. Проблему решает стабилизатор тока.

Основные выводы

Чтобы не портить здоровье миганием светодиодных светильников, нужно покупать сертифицированные лампы производителей, соблюдающих все стандарты и нормы. На рынке много некачественных контрафактных диодов и светильников с коэффициентом пульсации выше нормативного, поэтому при покупке нужно требовать техническую документацию и сертификат качества для каждой лампочки.

Следует учесть так же такой фактор, как диммирование. С этим оборудованием способны работать не все светодиодные лампы, поэтому при выборе необходимо тщательно изучить определенные производителем характеристики.

Если мерцающую светодиодную лампу не хочется выбрасывать, ее можно использовать в помещениях, в которых светом пользуются редко (подвалах, кладовках).

С каждым годов объем несертифицированных светодиодных лампочек уменьшается. Почти все изделия с цоколями E27 не мерцают. Пульсация источников с цоколями E14 встречается чаще (в основном «шарики и филаменты). 50% изделий с цоколем G9 мерцают, коэффициент может достигать 100%. Причина – почти невозможно в столь маленьком цоколе поместить качественный драйвер.

Коэффициент пульсации светодиодных ламп и светильников

В связи с популяризацией светодиодных источников света у потенциальных покупателей возникают вопросы, связанные с качественными показателями изделия. К сожалению, в розничной торговле многие продавцы не могут дать полноценных ответов, руководствуясь исключительно данными с упаковки. Производителю, в свою очередь, выгодно указывать на упаковке к изделию только «маркетинговые» характеристики.

Значение такого технического параметра, как коэффициент пульсации, не принято приводить в описании. Многие китайские производители даже не нормируют его. Однако негативное влияние пульсирующего освещения доказано научно и нормативно закреплено российскими стандартами. Стоит ли делать акцент на этом физическом явлении при выборе светодиодных ламп? Какую опасность несёт повышенное мерцание для человека?

Определение и единица измерения

Коэффициент пульсации (Кп) является одной из характеристик, которая определяет качество искусственного освещения. Для расчета Кп производят замер уровня освещённости с фиксацией минимального, среднего и максимального значения. Затем данные подставляют в представленную ниже формулу. Коэффициент пульсации светодиодных ламп – безразмерная величина. Для удобства понимания полученный результат отображают в процентном эквиваленте. По данной формуле проводят расчёты, полученные на основании измерений гармонических колебаний. Драйверы светодиодных ламп являются источником негативных сигналов гармонической формы, что упрощает проведение замеров экспериментальным методом.

При наличии в источнике излучения импульсных помех применяют более сложные расчёты. Однако к электрическим схемам блоков питания LED-ламп это не имеет отношения.

Как проверить пульсацию?

Сразу следует отметить, что, во-первых, мерцание лампы возможно только при включении её к питающей сети переменного тока. При питании от аккумулятора или батареек работают светодиодные лампы без пульсаций (Кп=0%). Во-вторых, измерить пульсацию подручными средствами (видео или фотокамерой) невозможно. С их помощью можно лишь утолить своё любопытство и убедиться в наличии мерцания.

Согласно ГОСТ Р 54945–2012, пульсация светодиодных ламп должна измеряться специальными приборами с измерительными преобразователями излучения. В документе приводится ряд приборов, рекомендуемых для проведения измерений:

  • Многоканальный радиометр «Аргус»;
  • Пульсметр-люксметр «Аргус 07» или «ТКА-ПКМ»/08;
  • Пульсметр-люксметр «ТКА-ПКМ»/08;
  • Люксметр-яркомер-пульсметр «Эколайт-01» или «Эколайт-02».

Внешне эти измерительные приборы немного крупнее пульта дистанционного управления, оснащены фотодатчиками, дисплеем и кнопками управления. Как правило, прибор можно подключить к ПЭВМ, и с помощью прикладной программы организовать визуализацию и дополнительные вычисления.

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 и СП 52.1333.2011

В России требования к качеству освещения регламентируются нормативными документами. В частности, СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 устанавливает гигиенические требования к освещению в жилых и общественных зданиях. В жилых комнатах светодиодные лампы должны обеспечивать уровень освещённости не менее 150 Лк. Коэффициент пульсации при этом не нормируется. В общественных непроизводственных зданиях санитарные нормы устанавливают значение Кп в пределах 10-20%.

В своде правил СП 52.1333.2011 большое внимание уделяется нормам искусственного освещения всех типов сооружений, селитебных зон и производственных площадок. В нормативном документе отдельно оговорены требования к светодиодным источникам света. В зависимости от степени напряженности работы в нём приведены допустимые значения коэффициента пульсаций и освещенности.

Отрицательное воздействие

Видимые пульсации светового потока частотой до 80 Гц оказывают негативное влияние на мозг, раздражают нервную систему через органы зрения. В результате человек подсознательно вынужден бороться с дискомфортом, хочет быстрее покинуть зону воздействия мерцающего света. Освещение пульсирующим светом может привести и к реальным производственным травмам. Например, если скорость вращения циркулярной пилы совпадает по частоте светового потока светодиодной лампы, человеку может показаться, что станок не подвижен. Подобные ситуации являются серьезными причинами травматизма на производстве. Мерцание в диапазоне 80–300 Гц не воспринимается напрямую человеческим глазом. Однако зрительные рецепторы детектируют данные колебания, которые провоцируют сбои в работе головного мозга. Действуя незаметно, они постепенно сдвигают гормональный фон, способствуют снижению работоспособности, ухудшают эмоциональное самочувствие. Как показали эксперименты – длительное нахождение в зоне пульсаций светового потока способствует возникновению и обострению хронических заболеваний нервной системы.

Как убрать пульсацию в светодиодной лампе?

Во многие светодиодные лампы китайского происхождения устанавливают примитивный блок питания (БП), который назвать драйвером невозможно. Он состоит из RC-цепочки, диодного моста и фильтрующего конденсатора малой ёмкостью, не более 10 мкФ. Именно из-за отсутствия качественного сглаживающего фильтра постоянное напряжение на выходе пульсирует с частотой менее 300 Гц. Ниже представлена схема подобной лампы. Улучшить качество выходного сигнала можно путём замены электролитического конденсатора на аналог большей ёмкости. В результате амплитуда переменной составляющей сигнала снизится в несколько раз. Однако это не всегда возможно, ввиду большого размера конденсатора необходимой емкости.

Основные требования к драйверу – обеспечение светодиодов лампы стабильным током и миниатюрные размеры, необходимые для размещения схемы внутри цоколя. Поэтому самым надёжным способом значительно снизить коэффициент пульсации, является замена некачественного блок питания на драйвер со встроенным ШИМ-регулятором.

Если по субъективным причинам не удаётся избавиться от вредного мерцания светодиодной лампы, то рекомендуется установить её в помещении с наименьшим количеством включений. Наметив очередную покупку светодиодной лампы, делайте выбор в пользу сертифицированной продукции известных брендов.

Пульсация светодиодных ламп: причины, нормы, методы проверки

Огромным множеством преимуществ обладают полупроводниковые источники освещения, которые пользуются большим спросом среди населения. Одно из достоинств — это низкий коэффициент пульсации, например, у светодиодных лампочек. Интересно, что формирование зрения бывает только при воздействии солнечных лучей и отсутствии сторонних факторов. Так как цивилизация развивается, человечеству понадобилось больше дополнительных источников освещения. По этой причине изобрели первые лампочки накаливания. Далее из-за прогресса стали выпускаться более современные источники света. Однако совсем недавно ученые, исследуя, обратили внимание на такое явление, как пульсация, которая плохо сказывается на организме человека. Из-за таких сведений в местах, где регулярно бывают люди, а также в детских учреждениях, запретили использовать некоторые виды лампочек. В этой статье мы расскажем, что собой представляет пульсация светодиодных ламп, почему она возникает и как исправить мерцание самостоятельно.

Причины возникновения мерцания

Практически все лампы формируют эффект мерцания. Для того, чтобы решить, как исправить эту проблему важно знать, почему пульсируют лампы. Дело в том, что частота мерцания или пульсации выше крайней частоты слияния мельканий, которые глаз человека не воспринимает напрямую как мерцающий световой поток. Несмотря на это, негативное воздействие сказывается на самочувствии человека и вызывает повышенную утомленность. Чем чаще происходит пульсация, тем большее влияние на организм: начинается головная боль, а также быстрая усталость, что приводит к рассеянности человека, и он не может сфокусировать внимание на работе.

Лампами накаливания образуется наиболее сильное мерцание. По причине того, что мерцание в полной мере зависит от самого источника питания, в светодиодных лампах решили эту проблему с помощью применения драйвера, благодаря которому напряжение проходит в виде постоянного тока. Все же не все изготовители стали использовать качественные драйверы, которые способны снизить уровень импульса до нужного значения. Поэтому изготовленный товар имеет низкую себестоимость и в то же время плохое качество.

Иногда бывает так, что при покупке, лампочка светит хорошо без мерцаний, однако со временем мерцание появляется. Это говорит о том, что качество данного продукта низкое. Поэтому при покупке необходимо обращать внимание, указан ли в технических характеристиках коэффициент пульсации. Соответственно такой осветительный прибор стоит дороже.

Подробности о коэффициенте пульсации

Главная причина мерцания заключается коэффициенте пульсации. Это безразмерная величина, которая выражается в процентах и отображает уровень колебаний освещенности при варьировании светового потока. Источник света является основой, которая подключается к переменному току.

Благодаря проведенным исследованиям выяснилось, что при 10% коэффициенте пульсации появляется стробоскопический эффект, а он представляет собой оптический обман зрения. Появляется он из-за неправильного восприятия предметов, которые находятся в движении. Существуют нормы допустимой величины коэффициента пульсации. Значение должно быть в рамках от 5% до 20% в зависимости от обстоятельств, при которых происходит зрительная работа.

В тех местах, где больше всего находятся люди, коэффициент не может превышать:

  • Дошкольные детские учреждения – 10%.
  • Места, где находятся компьютеры – 5%.
  • Образовательные учреждения – 10%.
  • Места, где осуществляются высокоточные работы – 10%.

Коэффициент пульсации может происходить и на производственных предприятиях, а также в складских ангарах, то есть в местах, где люди могут быть только какое-то время, и где исключена возможность возникновения стробоскопического эффекта. Однако первый фактор способен привести к опасной ситуации, например, вращение детали может совпадать с мерцанием лампы. В такой ситуации деталь будет казаться в неподвижном положении, а из-за этого может возникнуть опасная ситуация, которая приведет к производственному травматизму.

Такие нормы были установлены недавно, и только в последнее время стали усиленно контролировать их соблюдение. На большинстве предприятий, а также в учебных заведениях освещение не отвечает санитарным нормам. Поэтому в следствии проверок все стали улучшать качество освещения.

Как проверить уровень пульсации

Важно знать, как определить уровень пульсации в LED светильниках. Это можно делать с помощью коэффициента, который рассматривался выше. Однако только в том случае, если подключение светодиодных ламп было осуществлено к переменному току, учитывая схему питания. Коэффициент варьирует в диапазоне 1-30%, охватывается весь диапазон.

Следует сделать измерение, которое позволит определить коэффициент пульсации. При измерении нужно учитывать два фактора:

  1. Так, как при постоянном токе коэффициент нулевой, а соответственно мерцание отсутствует полностью, то измерение следует проводить при переменном токе.
  2. Проверку или измерение следует осуществлять специальными приборами, а не простой фотокамерой. Она только фиксирует сам факт мерцания, но не вычисляет его величину. Следует использовать устройства, которые способны преобразить излучение. Например, можно использовать пульсометр-люксметр или многоканальный радиометр, а также другие похожие приборы. Для дополнительных подсчетов можно подключать эти устройства к компьютеру, и с помощью программы сделать вычисление.

Светодиоды могут мерцать даже в выключенном положении. Такое явление можно увидеть невооруженным глазом, и оно вызывает у человека дискомфорт. Однако моргать они могут и во включенном состоянии, и визуально это не ощущается. Поэтому следует знать, чем вредна пульсация светодиодных ламп. Такое мигание приносит большой вред, ведь невольно влияет на организм человека. Если лампочка мигает при работе, человек утомляется, у него возникает подавленное состояние и бессонница, и конечно же это плохо влияет на зрение.

На видео ниже наглядно показывается, как производится измерение пульсации светодиодных ламп от известных производителей:

К сожалению изготовители редко указывают информацию, которая показывает коэффициент пульсации. Но для того, чтобы проверить в домашних условиях нужно проводить тесты, которые фиксируют само мигание. Можно проверить это явление двумя способами.

  1. Самый простой способ с использованием карандаша. Необходимо включить только тестируемую светодиодную лампу и быстро помахать перед ней карандашом. В случае если виден сплошной след карандаша, то все в порядке, однако если след распадается на отрезки, то значит, что импульсы присущи.
  2. Можно также использовать фотокамеру. Не всегда будет под рукой фотоаппарат, поэтому необходимо знать, как проверить телефоном, ведь большинство из них оснащены камерой. Итак, камеру следует держать на расстоянии 1 метра от тестируемой светодиодной лампочки, если мигание присуще, то на экране будут темные полосы.

На видео ниже наглядно показывается, как определить мерцание светодиодных ламп при работе:

Способы устранения мерцания

Следует знать, как избавиться от мерцания светодиодных ламп. Необходимо устранить старый конденсатор на другой с большей емкостью. Однако подобрать конденсатор нужно и по габаритам, и по рабочему напряжению старого устройства. Конечно нужно знать, как устранить пульсацию, ведь в плате необходимо найти сам конденсатор, и уметь припаять новый. Все же этот вариант не всегда позволит полностью убрать проблему, однако нужно пробовать различные способы борьбы с ним.

Существует еще одна причина, по которой происходит мерцание при включении светодиодных светильников – это использование диммеров для регулирования освещения. К сожалению не все светодиоды могут работать со светорегуляторами. Поэтому нужно использовать качественные светодиодные лапочки и перед покупкой читать их характеристику. Более подробно о том, почему энергосберегающая лампа мигает в выключенном состоянии, можете узнать из нашей статьи.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором показывается, как устранить пульсацию LED-лампочек:

Еще один эффективный метод устранения мерцания ламп демонстрируется ниже:

Теперь вы знаете, что такое пульсация светодиодные ламп, какие причины ее возникновения и как исправить мерцание своими руками. Надеемся, информация была для вас полезной и понятной
Рекомендуем также прочитать:

Petrovich45 › Блог › Как нашего брата дурят маркетологи, часть 2. Светодиодные лампы

Добрый день, друзья!

Несколько лет назад я опубликовал статью Как нашего брата дурят маркетологи. Речь тогда шла о том, как в магазинах нам продают автохимию, разлитую из одной бочки, но расфасованную в разную упаковку, и, конечно, выставленную на продажу по разной цене.

Но там вопрос был только в деньгах, а сегодня хочу поделиться с вами одним своим весьма неприятным наблюдением, на какие еще уловки идут маркетологи, чтобы любыми способами впарить нам свой товар, пусть даже не безопасный для здоровья.

У меня подросла дочь, у нее уже своя молодая семья, ребенок. Естественно, она хочет, чтобы со здоровьем малыша все было хорошо, в том числе и со зрением. Как врач по образованию, она понимает, что на зрение большое влияние оказывает качество освещения.

Получилось почти как в известном стихотворении, “крошка дочь к отцу пришла, и спросила кроха: какие лампы хорошо, а какие плохо?”.

Чтобы не сильно углубляться в теорию, скажу лишь, что на зрение, утомляемость и даже гормональный фон человека заметное влияние оказывают пульсации источника света. Естественное солнечное освещение имеет практически нулевые пульсации, а вот искусственное освещение далеко не всегда такое же идеальное.

Величина пульсаций источника света характеризуется коэффициентом пульсаций.
Рассчитывается коэффициент пульсаций по формуле, приведенной на рис.2. Физический смысл его очень простой, данный коэффициент показывает, насколько сильно освещенность от данного источника света (например, лампы) отклоняется от среднего значения. Чем это отклонение меньше, тем качественнее источник света.

Разные типы источников света имеют разный коэффициент пульсации.
В Интернете очень много информации на эту тему. Кто захочет, без труда найдет данные для разных типов и даже моделей ламп. Я же приведу усредненные, среднестатистические цифры:

1. Лампы накаливания: коэффициент пульсаций 10-15%
2. Бытовые люминесцентные лампы (т.н. энергосберегающие “спиральки”): 8-20%
3. Светодиодные лампы с импульсным блоком питания: 30%

Как видим, далеко не все лампы одинаково полезны…

Государство нормирует допустимые пределы коэффициента пульсаций для разного назначения освещения. Все понимают, что для освещения, например, подъезда и жилой комнаты, требования к освещению совершенно разные. Если покопаться в СНИПах, то можно найти информацию, что для ответственной работы, требующей концентрации внимания (например, работа за компьютером), коэффициент пульсаций не должен превышать 5%, для общего освещения жилых помещений — не более 10%, и т.д.

Т.е. для сохранения зрения и работоспособности, особенно если это касается детей, лучше выбирать лампы с коэффициентом пульсаций не более 5%.

При этом надо учитывать и частоту пульсаций. Если пульсации видны невооруженным глазом, например, лампа мигает или мерцает, то такие видимые пульсации явно негативно влияют на наше здоровье и самочувствие. Но не менее опасны и более высокочастотные пульсации, которых мы не видим.

Вредными считаются пульсации на частотах до 300 Гц. Мы их не видим, но мозг и глаза на них реагируют. Считается, что пульсации выше 300 Гц уже не воспринимаются мозгом и не оказывают влияния на здоровье (рис. 3).

Но вернемся от теории к практике.

Так как я уже был немного в этой теме, то на основании своего прошлого опыта дал дочери простой и универсальный совет — если не хочешь сильно заморачиваться, покупай лампы известных мировых брендов — PHILIPS, OSRAM и т.д. Они дорожат своей репутацией и не будут продавать откровенный шлак. В качестве примера я привел лампы OSRAM, купленные мной несколько лет назад (фото 4):

Как указано на упаковке, лампы без пульсаций. Строго говоря, для измерения коэффициента пульсаций нужен специальный прибор (люксметр-пульсметр), но косвенно оценить наличие или отсутствие пульсаций можно с помощью камеры мобильного телефона. Если поднести камеру очень близко к лампе, то при наличии пульсаций, на экране будут видны характерные полосы. Как показано на фото 5, данные лампы OSRAM пульсаций не имеют:

А теперь переходим к самому неприятному.

Отправившись в крупный сетевой гипермаркет, я приобрел на пробу (природная осторожность) одну новую лампу OSRAM, в похожей упаковке, на которой было написано “без мерцания” и “безопасно для глаз” (фото 6). Известный проверенный производитель, поэтому никакого подвоха не ожидалось.

Прямо в магазине проверил лампу на наличие пульсаций с помощью телефона и магазинного проверочного стенда. Пульсаций не обнаружил, отлично. Каково же было мое удивление, когда уже дома, при повторной проверке, я обнаружил сильные пульсации света этой лампы (фото 7)!

Лампу я сдал обратно в магазин под предлогом, что не подошла по размерам. Но не это главное. А главное то, что в погоне за прибылью, нас цинично обманывают даже именитые производители.

В чем же дело? А дело в том, что далеко не каждый покупатель улавливает разницу между “пульсациями” и “мерцанием”. А разница есть, и весьма существенная. Отсутствие мерцания указывает лишь на то, что лампа светит без видимых колебаний светового потока, не мигает и не мерцает. Но невидимые, вредные для здоровья пульсации, при этом могут присутствовать в полной мере. То есть, маркетологи OSRAM цинично подменяют эти два понятия, по сути, обманывая потребителя. Да, формально не придерешься, на упаковке речь идет о “мерцании”, а не о “пульсациях”. Но по сути это обман, тем более, что имеется надпись “безопасно для глаз”. Лампы с пульсациями, как правило, дешевле в производстве, поэтому, в погоне за прибылью, производители идут на подобный обман.

При этом, данному обману помогают и торговые сети. Мое первое предположение было, что в проверочном стенде лампы питаются постоянным током, поэтому при проверке пульсации и не видны даже у самых некачественных ламп. А дома в наших розетках стандартный переменный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц, поэтому пульсации некачественных ламп проявляются во всей своей “красе”. Хотя, в стенде все может быть устроено хитрее, так как блоки питания ламп бывают разные и не все будут работать от постоянного тока. Например, лампа с импульсным блоком питания будет работать и от постоянного тока, у нее на входе диодный мост, переменное напряжение так и так выпрямляется. А вот лампы с блоком питания с гасящим конденсатором на входе, в таком случае не должны работать, они только от переменного тока работают. Так что вопрос устройства стенда остается открытым.

К сожалению, коэффициент пульсаций, как правило, не указывается на упаковке ламп (лично я не встречал). Лишь изредка можно встретить пометку “без пульсаций” (фото 9). Причем, отсутствие этой пометки не говорит о том, что лампа плохая, просто производитель не посчитал нужным указать эту информацию.

Как же быть в этой ситуации? Сразу скажу, когда против тебя включен мощный механизм оболванивая, помогает только метод проб и ошибок:

1. Никогда не доверяйте слепо тому, что написано на упаковке. Даже бренды с репутацией, как выясняется, могут обманывать своих потребителей.
2. Если предполагаете приобретать крупную партию товара (например, несколько ламп), сначала приобретите один экземпляр, для изучения и тестирования.
3. Торговая сеть не гарантирует вам объективной проверки, так как ее интересы совпадают с интересами производителя — впарить вам побольше своего товара и заработать на этом. Поэтому перепроверяйте товар дома.

Вот неплохое видео, как выбирать светодиодные лампы:

Обязательно замените дома лампы с пульсацией, они постепенно и незаметно убивают наши глаза!

На этом пока все, берегите свое здоровье, до связи!

Пульсации и мерцание светодиодных ламп и других источников света

Нынешняя популярность светодиодных источников света, применяемых в быту, на производственных предприятиях и в системах уличного освещения, объясняется их многочисленными достоинствами: экономичностью, экологичностью, и еще одним немаловажным свойством – минимальными пульсациями излучаемого света. Давайте рассмотрим данный аспект более подробно. Почему характер пульсаций светового потока так важен для людей?

Во все времена существования человеческой цивилизации, главным источником света на земле всегда оставалось Солнце. Ночью – Луна. Но именно солнечный свет глаза и нервная система человека научились воспринимать более комфортно чем даже свет от костра, лампады или свечи, а тем более – от других специально создаваемых источников.

Потребность человека вести активную и продуктивную жизнедеятельность в темное время суток, заставляла его искать альтернативные источники света. И к сегодняшнему дню мы дошли до того, что и представить себе не можем жизнь без электрических ламп, светильников, прожекторов и т.д.

Первыми электрическими источниками света были дуговые лампы, затем популярность завоевали лампы накаливания. Их мягкий желтоватый свет был очень похож на солнечных по цветовой температуре. Однако экономический эффект оставлял желать лучшего, поскольку лампы накаливания фактически больше грели окружающий воздух, чем освещали пространство. Стоимость такого освещения была велика.

О влиянии пульсаций светового потока на здоровье

Энергосберегающие осветительные приборы дали нам возможность получать более дешевый свет и экономить электроэнергию. Однако люминесцентное освещение оказалось не столь безопасным. Ученые провели исследования светового потока люминесцентных ламп, которые показали, что их световой поток имеет невероятно высокие пульсации, которые вредны для человеческого здоровья.

Совершенствование пускорегулирующей аппаратуры люминесцентных ламп позволило лишь на 40% уменьшить пульсации их света, но и это довольно много – общий коэффициент пульсаций не удалось снизить менее чем до 15%. Для детских садов, рабочих комнат, производственных помещений – это все равно неприемлемо.

Актуальные нормы пульсаций светового потока (согласно регламентам СП 52.13330.2011, СНиП 23-05-95″ и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03) считаются таковыми:

для помещений, где ведутся работы требующие повышенной точности, а также для помещений где имеется тенденция к возникновению стробоскопического эффекта и для детских садов – до 10%;

для помещений где люди работают с компьютерами – до 5%.

Данные ограничения, связанные со строгими требованиями к коэффициенту пульсаций, не ограничены лишь воздействием на нервную систему людей. Кое-где стробоскопический эффект способен создать иллюзию безопасности работающего станка: когда деталь вращается, рабочему может показаться что она неподвижна, возникнет риск получения тяжелой производственной травмы. Так случается, когда частота пульсаций света совпадает с частотой вращения детали. Это на дискотеке стробоскопический эффект уместен и кажется очень интересным, но в серьезных рабочих условиях он становится опасным.

Говоря о влиянии пульсаций света на нервную систему человека, можно упомянуть о том, что частоту более 25 Гц, коею дают лампы накаливания, человеческий глаз не воспримает вовсе, но организм ее все равно, хоть и неосознанно, но воспринимает.

Пульсации действуют через сетчатку глаза на мозг и ЦНС. У человека могут возникнуть головная боль, ухудшиться настроение и самочувствие, снизится работоспособность, может развиться нарушение сна и т.д. И только при частоте пульсаций света более 300 Гц вреда для нервной системы человека не будет вообще – к такому выводу пришли в своих исследованиях медики.

Безусловно, все электрические источники света так или иначе мерцают. Лампа накаливания в лучшем случае имеет коэффициент пульсаций 15%, и это не ощущается нами в силу того, что эффект слаб, ибо лишь 10% энергии идет на свет, остальные 90% – уходят в тепло. Люминесцентные лампы, с точки зрения пульсаций, со своими 15% и высоким КПД, наиболее вредны. А вот качественные светодиодные лампы имеют пульсации на уровне всего около 4%. Их можно ставить всюду, даже в детских помещениях и в кабинетах с компьютерами. Смотрите также – Как отличить плохую светодиодную лампу от хорошей

Скупой платит дважды

Практически светодиодные лампы оснащены драйверами, которые обеспечивают светодиоды почти идеально постоянным током. В результате лучшие светодиодные лампы обладают пульсациями менее предельно разрешенной нормы. Однако не все светодиодные лампы идеальны. Желая сделать продукт более дешевым по себестоимости, некоторые производители не гнушаются установкой простенькой схемы управления в светодиодную лампу, а покупатели клюют на низкую цену.

В таких некачественных светодиодных лампах пульсации могут превышать 45%! Может быть данный показатель взлетит до столь высокой величины не сразу, а через несколько месяцев эксплуатации лампы, но если драйвер низкого качества, то это с высокой вероятностью рано или поздно произойдет, и светодиодная лампа станет вредной для вашего здоровья.

Не скупитесь на хорошие светодиодные лампы известных проверенных производителей светотехники. А если есть возможность проверить коэффициент пульсаций, то обязательно это сделайте, ведь в любой партии ламп нет нет, да и может попасться брак.

Как проверить пульсации источника света

Чтобы проверить коэффициент пульсаций светового потока любой лампы, в том числе и светодиодной, можно прибегнуть к одному из несложных способов, позволяющих выявить пульсации если их частота менее 100 Гц. Первый и самый простой способ – попробуйте сфотографировать лампу на камеру вашего смартфона. Если при наведении на лампу изображение мерцает – это значит что лампа имеет существенный коэффициент пульсаций. Фотоснимок такой лампы будет иметь темные полосы.

Второй, более затейливый способ, – направьте лампу на лопасти работающего вентилятора. Если наблюдается иллюзия остановленных лопастей – лампа имеет значительные пульсации.

Еще один способ – крутаните под светом лампы волчок с нанесенными на него черным маркером радиальными полосами. Если стробоскопический эффект проявит себя – имеют место явно повышенные пульсации.

Пульсации с частотой более 100 Гц поможет выявить люксметр с функцией измерения коэффициента пульсаций.

Заключение

Используйте качественные светодиодные лампы, с ними ваше здоровье и работоспособность всегда будут на высоте. И не забывайте высыпаться. Помните, что однажды купленная, хоть и сравнительно дорогостоящая, но качественная светодиодная лампа прослужит много лет и обязательно окупит себя не только в денежном аспекте, но и мерой вашей собственной продуктивности.

Нулевой коэффициент пульсации. Способы измерения коэффициента пульсации ламп

Огромным множеством преимуществ обладают полупроводниковые источники освещения, которые пользуются большим спросом среди населения. Одно из достоинств — это низкий коэффициент пульсации, например, у светодиодных лампочек. Интересно, что формирование зрения бывает только при воздействии солнечных лучей и отсутствии сторонних факторов. Так как цивилизация развивается, человечеству понадобилось больше дополнительных источников освещения. По этой причине изобрели первые лампочки накаливания. Далее из-за прогресса стали выпускаться более современные источники света. Однако совсем недавно ученые, исследуя, обратили внимание на такое явление, как пульсация, которая плохо сказывается на организме человека. Из-за таких сведений в местах, где регулярно бывают люди, а также в детских учреждениях, запретили использовать некоторые виды лампочек. В этой статье мы расскажем, что собой представляет пульсация светодиодных ламп, почему она возникает и как исправить мерцание самостоятельно.

Причины возникновения мерцания

Практически все лампы формируют эффект мерцания. Для того, чтобы решить, как исправить эту проблему важно знать, почему пульсируют лампы. Дело в том, что частота мерцания или пульсации выше крайней частоты слияния мельканий, которые глаз человека не воспринимает напрямую как мерцающий световой поток. Несмотря на это, негативное воздействие сказывается на самочувствии человека и вызывает повышенную утомленность. Чем чаще происходит пульсация, тем большее влияние на организм: начинается головная боль, а также быстрая усталость, что приводит к рассеянности человека, и он не может сфокусировать внимание на работе.

Лампами накаливания образуется наиболее сильное мерцание. По причине того, что мерцание в полной мере зависит от самого источника питания, в светодиодных лампах решили эту проблему с помощью применения драйвера, благодаря которому напряжение проходит в виде постоянного тока. Все же не все изготовители стали использовать качественные драйверы, которые способны снизить уровень импульса до нужного значения. Поэтому изготовленный товар имеет низкую себестоимость и в то же время плохое качество.

Иногда бывает так, что при покупке, лампочка светит хорошо без мерцаний, однако со временем мерцание появляется. Это говорит о том, что качество данного продукта низкое. Поэтому при покупке необходимо обращать внимание, указан ли в технических характеристиках коэффициент пульсации. Соответственно такой осветительный прибор стоит дороже.

Подробности о коэффициенте пульсации

Главная причина мерцания заключается коэффициенте пульсации. Это безразмерная величина, которая выражается в процентах и отображает уровень колебаний освещенности при варьировании светового потока. Источник света является основой, которая подключается к переменному току.

Благодаря проведенным исследованиям выяснилось, что при 10% коэффициенте пульсации появляется стробоскопический эффект, а он представляет собой оптический обман зрения. Появляется он из-за неправильного восприятия предметов, которые находятся в движении. Существуют нормы допустимой величины коэффициента пульсации. Значение должно быть в рамках от 5% до 20% в зависимости от обстоятельств, при которых происходит зрительная работа.

В тех местах, где больше всего находятся люди, коэффициент не может превышать:

  • Дошкольные детские учреждения – 10%.
  • Места, где находятся компьютеры – 5%.
  • Образовательные учреждения – 10%.
  • Места, где осуществляются высокоточные работы – 10%.

Коэффициент пульсации может происходить и на производственных предприятиях, а также в складских ангарах, то есть в местах, где люди могут быть только какое-то время, и где исключена возможность возникновения стробоскопического эффекта. Однако первый фактор способен привести к опасной ситуации, например, вращение детали может совпадать с мерцанием лампы. В такой ситуации деталь будет казаться в неподвижном положении, а из-за этого может возникнуть опасная ситуация, которая приведет к производственному травматизму.

Такие нормы были установлены недавно, и только в последнее время стали усиленно контролировать их соблюдение. На большинстве предприятий, а также в учебных заведениях освещение не отвечает санитарным нормам. Поэтому в следствии проверок все стали улучшать качество освещения.

Как проверить уровень пульсации

Важно знать, как определить уровень пульсации в LED светильниках. Это можно делать с помощью коэффициента, который рассматривался выше. Однако только в том случае, если подключение светодиодных ламп было осуществлено к переменному току, учитывая схему питания. Коэффициент варьирует в диапазоне 1-30%, охватывается весь диапазон.

Следует сделать измерение, которое позволит определить коэффициент пульсации. При измерении нужно учитывать два фактора:

  1. Так, как при постоянном токе коэффициент нулевой, а соответственно мерцание отсутствует полностью, то измерение следует проводить при переменном токе.
  2. Проверку или измерение следует осуществлять специальными приборами, а не простой фотокамерой. Она только фиксирует сам факт мерцания, но не вычисляет его величину. Следует использовать устройства, которые способны преобразить излучение. Например, можно использовать пульсометр-люксметр или многоканальный радиометр, а также другие похожие приборы. Для дополнительных подсчетов можно подключать эти устройства к компьютеру, и с помощью программы сделать вычисление.

Светодиоды могут мерцать даже в выключенном положении. Такое явление можно увидеть невооруженным глазом, и оно вызывает у человека дискомфорт. Однако моргать они могут и во включенном состоянии, и визуально это не ощущается. Поэтому следует знать, чем вредна пульсация светодиодных ламп. Такое мигание приносит большой вред, ведь невольно влияет на организм человека. Если лампочка мигает при работе, человек утомляется, у него возникает подавленное состояние и бессонница, и конечно же это плохо влияет на зрение.

На видео ниже наглядно показывается, как производится измерение пульсации светодиодных ламп от известных производителей:

К сожалению изготовители редко указывают информацию, которая показывает коэффициент пульсации. Но для того, чтобы проверить в домашних условиях нужно проводить тесты, которые фиксируют само мигание. Можно проверить это явление двумя способами.

  1. Самый простой способ с использованием карандаша. Необходимо включить только тестируемую светодиодную лампу и быстро помахать перед ней карандашом. В случае если виден сплошной след карандаша, то все в порядке, однако если след распадается на отрезки, то значит, что импульсы присущи.
  2. Можно также использовать фотокамеру. Не всегда будет под рукой фотоаппарат, поэтому необходимо знать, как проверить телефоном, ведь большинство из них оснащены камерой. Итак, камеру следует держать на расстоянии 1 метра от тестируемой светодиодной лампочки, если мигание присуще, то на экране будут темные полосы.

На видео ниже наглядно показывается, как определить мерцание светодиодных ламп при работе:

Способы устранения мерцания

Следует знать, как избавиться от мерцания светодиодных ламп. Необходимо устранить старый конденсатор на другой с большей емкостью. Однако подобрать конденсатор нужно и по габаритам, и по рабочему напряжению старого устройства. Конечно нужно знать, как устранить пульсацию, ведь в плате необходимо найти сам конденсатор, и уметь припаять новый. Все же этот вариант не всегда позволит полностью убрать проблему, однако нужно пробовать различные способы борьбы с ним.

Которые доказали свое превосходство над другими источниками света благодаря долгому сроку службы и энергоэффективности. Но не только такими положительными характеристиками обладают светодиодные источники света. Другим достоинством является низкий коэффициент пульсации. Не так давно ученые выяснили, что пульсирование светового потока негативно сказывается как на зрении человека, так и на общем психологическом состоянии. Именно поэтому производители источников света стремятся снизить коэффициент пульсации. Стоит отметить, что избавиться от мерцания светодиодной лампы Вы можете и самостоятельно, обладая знаниями о самом явлении пульсации и способах ее устранения.

Из-за чего возникает пульсация led-ламп?

Большая часть существующих на сегодняшний день источников света характеризуется наличием мерцания. Для решения данной проблемы очень важно обладать достаточными знаниями о природе пульсаций. Главное негативное воздействие мерцаний – быстрая утомляемость человека. Не всегда пульсация света может быть замечена человеческим зрением, поскольку ее частота превышает границу частот слияния мельканий света.

От частоты пульсаций напрямую зависит самочувствие человека, которое сопровождается головными болями, вялостью, усталостью, рассеянностью и невозможностью сосредоточиться на работе.

Устаревшие лампочки накаливания создают самые сильные и частые пульсации светового потока. Следовательно, само явление мерцания зависит именно от источника света. В led-лампах используется драйвер, который контролирует подачу тока по цепи светодиодов. К сожалению, не все производители светодиодных источников света используют надежные драйверы, способные сократить пульсации до приемлемых показателей. Лампочки таких изготовителей, как правило, отличаются низкой себестоимостью.

Нередки случаи, когда изначально лампа светит без пульсаций. Но с течением времени появляется мерцание, которое в дальнейшем усиливается. Вывод, который приходит сам собой, это низкое качество изделия и недобросовестность производителей. Во избежание таких ситуаций при покупке тщательно изучайте информацию на упаковке, где должен быть обозначен коэффициент пульсаций.

Что представляет собой коэффициент пульсаций?

Коэффициент пульсаций – это показатель, выражаемый в процентах и отображающий степень колебаний при изменении светового потока. Источник света и его особенности – главная причина появления мерцаний.

Опытным путем учеными была установлена допустимая величина данного коэффициента, которая варьируется в диапазоне 5-20%. Важно помнить о том, что конкретная величина напрямую зависит от обстоятельств работы зрения человека.

В дошкольных учреждениях, где находятся маленькие дети, коэффициент не должен превышать 10%. Рабочим местам с компьютерами соответствует световой поток с мерцаниями не выше 5%. В образовательных учреждениях максимальные пульсации – 10%.

На производственных предприятиях коэффициент пульсации допустим в том случае, если люди в том или ином помещении появляются кратковременно, а не в течение всего рабочего дня, и при этом исключена вероятность возникновения стробоскопического эффекта (оптический обман зрения, причиной которого является неправильное восприятие движущихся объектов). Данный эффект опасен тем, что на производстве предметы, находящиеся в движении, могут казаться в состоянии покоя, тем самым при контакте с ними возможно получение серьезных травм.

Нормирование коэффициента пульсации произошло не так давно и сегодня характеризуются высоким контролем со стороны санитарных норм. Периодически осуществляются проверки освещения специальными органами.

Способы проверки уровня пульсации

Определение уровня пульсации может осуществляться на основе коэффициента, о котором говорилось ранее. Но данный способ уместен тогда, когда светодиодный источник света был подключен к переменному току. Коэффициент в таком случае попадает в рамки от 1 до 30%.

Коэффициент пульсации определяется на основе определенных измерений, которые осуществляются с учетом таких факторов:

  • при постоянном электрическом токе коэффициент равняется 0, следовательно, мерцания нет. Таким образом, все измерения происходят при переменном токе.
  • все измерения необходимо проводить при помощи специальных приборов. Одним из измерительных устройств является пульсометр-люксометр, который подключается к компьютеру и способен производить вычисления быстро и с высокой точностью.
Светодиодные лампы могут продолжать мерцать даже в выключенном состоянии, что заметно даже без напряжения зрения. Такие частые мигания вызывают сильный дискомфорт и «давят» на глаза человека. При этом включенные лампы также продолжают мерцать, что уже не будет так сильно ощущаться.

Сегодня еще не все производители светодиодных источников света указывают в технических данных коэффициент пульсации. Поэтому многие осуществляют проверку в домашних условиях следующими путями:

Казалось бы, как можно проверить исправность лампы канцелярским прибором? Данный процесс происходит довольно просто: испытуемый источник света подключается к сети, а карандашом перед ним нужно очень быстро водить. Если след, что остается от карандаша, как будто распадается на части, значит свойственно наличие мерцания. Камера (также для этой цели можно использовать современный смартфон) должна быть расположена на расстоянии около 1 метра от проверяемой лампы. При мигании источника света на экране будут отображаться темные полосы.

Каким образом можно избавиться от пульсаций?

Во-первых, необходимо произвести замену старого конденсатора на новый, которому характерна наибольшая емкость. При этом подбор конденсатора также определяется габаритами и рабочим напряжением. Более того, необходимо знать где расположен на плате тот самый конденсатор, а также обладать навыками и умением установить новый. Тем не менее, такой способ не всегда позволяет до конца устранить пульсации.

Другой причиной мерцания ламп является применение диммеров , предназначенных для регулировки освещения. Но, стоит помнить, что не каждый светодиод способен функционировать вкупе со светорегулятором. Следовательно, приобретать нужно качественные устройства, не жалея на них денег. Перед приобретением обязательно изучайте характеристики устройств.

Торговая сеть «Планета Электрика» обладает широким ассортиментом от известных производителей, которые гарантируют высокое качество своей продукции.

Что такое пульсация светового потока? Какое влияние она оказывает на здоровье человека? Что такое коэффициент пульсации и как его вычислить?

Коэффициент пульсации светильников

Пульсация светового потока – это одна из характеристик искусственного освещения, показывающая частоту мерцания света. Количественной характеристикой пульсации служит коэффициент пульсации (Кп, %), равный отношению половины разности максимальной и минимальной освещенности за период в Люксах к средней освещенности за тот же период:

Согласно санитарным нормам и правилам, допустимыми являются значения Кп в диапазоне от 5 до 20%.

Рассмотрим с точки зрения коэффициента пульсации три самых популярных типа светильников: с лампами накаливания, люминесцентный и светодиодный.

Светильники с лампами накаливания как правило подключаются напрямую к сети переменного тока напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. Частота изменения яркости свечения лампы накаливания составляет 100 Гц. Коэффициент пульсации лампы накаливания определяется иннерционностью нити накаливания, т.е. тем, как быстро нить накаливания успевает нагреться и остыть за полупериод питающего напряжения. Таким образом, чем мощнее лампа накаливания, и, следовательно, чем толще ее нить, тем меньше коэффициент пульсации.

Светильники с люминесцентными (газоразрядными) лампами, в отличие от традиционных светильников с лампами накаливания, работают исключительно от переменного тока, который необходим для формирования электрического разряда, служащего источником света в люминесцентной лампе. Это означает, что пульсация света неизбежна. Обладающий иннерционностью люминофор на стенках колбы несколько сглаживает пульсацию.

Коэффициент пульсации люминесцентного светильника сильно зависит от электрической схемы, управляющей его работой. В старых схемах были задействованы ЭмПРА – электромагнитные пускорегулирующие аппараты. Светильники, снабженные такими аппаратами, получали питание из 220-Вольтной сети частотой 50 Гц и пульсировали с частотой 100 Гц. Сейчас на смену ЭмПРА пришли электронные пускорегулирующие автоматы – ЭПРА, преобразующие входную частоту питающей сети в частоты свыше 300 Гц (т.е. свыше тех частот, что фиксируют глаза и мозг человека). Качественные ЭПРА существенно снижают коэффициент пульсации. Однако разные ЭПРА сильно отличаются друг от друга как с точки зрения общего качества исполнения, так и с точки зрения воздействия на пульсацию светильника.

Светодиодные светильники работают как от переменного, так и от постоянного тока. При работе от постоянного тока пульсация отсутствует. При работе от переменного напряжения питания пульсация может быть сведена до минимума при помощи драйвера, преобразующего переменный ток в постоянный. Драйвер входит в состав любого светодиодного светильника. Однако минимизировать пульсацию способен только качественный драйвер – в противном случае, она не будет сильно отличаться от пульсации люминесцентного светильника со старым ЭмПРА.

Влияние пульсации на здоровье человека

Человеческий глаз практически не различает пульсацию светового потока – мозг не успевает полностью обработать зрительную информацию, изменяющуюся с частотой свыше нескольких десятков Герц. На этом свойстве зрения основывается принцип показа видеоизображений, где кадры меняются с частотой от 25 Гц и выше, а зритель воспринимает увиденное как единую картину, плавно изменяющуюся со временем.

Тем не менее, по данным медицинских исследований, человеческий мозг фиксирует изменения информации, поступающей через органы зрения, вплоть до 300 Гц. Такие изменения зрительной информации не воспринимаются на сознательном уровне, но оказывают значительное воздействие невизуального характера, причем это воздействие довольно-таки негативное: «жертва» ощущает необъяснимый дискомфорт, переутомление, головокружение даже в, казалось бы, комфортных и светлых комнатах. Систематическое невизуальное воздействие света (например, на рабочем месте) может послужить косвенной причиной постоянного подавленного состояния, бессонницы, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

Пульсация светового потока свыше 300 Гц считается безопасной для здоровья человека. Во всяком случае, до сих пор никакого влияния на здоровье и самочувствие человека замечено не было.

Говоря о влиянии пульсации светового потока на здоровье и безопасность человека, нельзя не упомянуть о таком явлении, как стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект возникает тогда, когда частота мерцания светильника является кратной или совпадает с частотой движений деталей рабочего оборудования, из-за чего кажется, что те медленно двигаются в обратном направлении или не двигаются вообще. Например, неподвижными могут казаться вращающийся вал фрезерного станка, работающая циркулярная пила, блок ножей мясорыхлителя и пр. Шума одного механизма, естественно, не будет слышно в общем производственном гуле. В результате ежегодно десятки тысяч рабочих лишаются конечностей (а иногда и жизни). По итогам расследования производственных несчастных случаев «виновным» зачастую оказывается именно стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект может возникнуть при коэффициенте пульсации в 10%.

В общем и целом, несмотря на то, что российские санитарные нормы допускают глубину пульсации до 20% (для некоторых помещений – до 10-15%), оптимальной для комфорта и безопасности человека была признана пульсация, чей коэффициент не превышает 4-5%. Такие показатели способны обеспечить только светодиодные светильники с качественным драйвером.

Пульсация и санитарные нормы

Допустимый уровень пульсации для разных учреждений указан в следующих нормативных документах: СНиП (Строительные Нормы и Правила) 23-05-2010 (редакция СНиП 23-05-95) и СаНПиН (Санитарные правила и нормы) 2.21/2.1.1.1278-03.

Согласно нормам, коэффициент пульсации на рабочей поверхности рабочего места не должен превышать 10-20% (в зависимости от специфики помещения и точности производимых работ), а в помещениях, оборудованных компьютерами – 5%. В общеобразовательных, а также в детских дошкольных учреждениях глубина пульсации должна быть не выше 10%.

Следует заметить, что с 1 января 2013 года действует новый ГОСТ Р 54945-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности», в котором говорится о том, что «коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Частота пульсации свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность».

Несмотря на то, что санитарные нормы и правила в отношении освещения действуют более 10 лет, в последние годы контроль за соблюдением норм освещения на рабочих местах и в общественных помещениях сильно ужесточился, и огромное множество офисов, производственных помещений, клиник и школ были признаны потенциально опасными для сотрудников и посетителей. Самый простой способ избежать этого — поставить светодиодные светильники с гарантированно минимальной пульсацией. К счастью, сейчас есть множество качественных, надежных и доступных по цене светодиодных светильников как для офисных помещений, так и для промышленных комплексов, и, конечно же, для медицинских и образовательных учреждений.

Переходите на безопасное и экономичное освещение прямо сейчас! После отправки заявки наш менеджер свяжется с вами, чтобы уточнить все детали.

Коэффициент пульсации освещенности в осветительных установках. Метод расчета.

Пульсации светового потока возникают при питании источников света переменным или импульсным током. Человек зрительно различает пульсации светового потока с частотой, меньшей критической частоты слияния мельканий, лежащей в диапазоне от 35 до 60 Гц в зависимости от области сетчатки глаза, воспринимающей излучение: для фовеальной области КЧСМ составляет 40…55 Гц, для парафовеальной она возрастает до 55…60 Гц, на крайней периферии снижается до 35…40 Гц. Таким образом, пульсации светового потока сильнее заметны периферическим зрением.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.
2. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».
3. ГОСТ Р 54945-2012 Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности.
4. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Знак. – 972 с: ил.

Мы вкратце вспомнили историю искусственного освещения, а также немного поговорили о том, какие основные параметры есть у энергосберегающих ламп вообще и светодиодных ламп в частности. Сегодня, как и было обещано, мы перейдем к замерам и сравнениям (однако пока что без раскручиваний).

А стоит ли оно того?
Прежде всего меня волновал очевидный вопрос – все же, так ли сказочно эффективны обычные светодиодные лампы, которые можно купить в магазине, в реальных условиях? Чтобы ответить на него, я решил замерить освещенность, создаваемую в моей комнате разными лампочками, вкрученными в одну и ту же (мою) люстру. Исходно в ней стояли три двадцативаттных КЛЛ «Эра»; для сравнения я взял три светодиодных лампы Gauss по 12 Вт (утверждается, что это аналог 100 Вт лампы накаливания) и, для чистоты эксперимента, три обычных лампы накаливания по 95 Вт. Измерения проводились в центре комнаты, то есть именно там, где яркость освещения мне наиболее интересна и необходима. Скажу сразу — с точки зрения фотометрии это, наверное, не совсем корректно; но вот с точки зрения обычной жизни такое сравнение, как мне кажется, представляет основной интерес, так как отражает поведение лампочки не в интегрирующей сфере, а в самой обычной люстре.

Измерения проводились люксометром Mastech MS6610 . Стороннюю засветку я исключил плотными шторами (при выключенном освещении прибор показывал ноль люкс). Поскольку световой поток люминесцентных и светодиодных ламп зависит от их температуры, значения освещенности снимались два раза – сразу после включения и после десятиминутного прогрева (эмпирически было выяснено, что после десяти минут работы освещенность изменяется крайне незначительно). Лампы накаливания, разумеется, прогревать не надо, поэтому для них измерение проводилось только один раз, сразу после включения, чтобы не испортить люстру, расчитанную, если мне не изменяет память, максимум на 40 Ватт (для лампы накаливания) в каждом рожке. Результаты сего опыта можно наблюдать в таблице ниже.

Ну что же, видно, что этом тесте светодиодные лампы (как минимум те, что были у меня) и правда превосходят все, что ныне можно вкрутить в обычный патрон E27 (за исключением, может быть, какой-нибудь экзотики). С лампами накаливания все понятно – я и так догадывался, что результат будет не слишком впечатляющим. Интереснее сравнить светодиодные лампы и все еще популярные КЛЛ.

Сразу бросается в глаза, что за первые десять минут КЛЛ изменяют яркость почти в пять раз. На практике это означает, что для бытового сценария «зашел в комнату (кладовку) на две минуты найти что-то» они подходят хуже всего – к моменту выхода на рабочий режим их скорее всего уже выключат. Это помимо того, что газоразрядные лампы и так плохо переносят частые включения, хотя, положим, в кладовке они могут быть и не такими частыми, но, тем не менее, непродолжительными. Светодиодные лампы, напротив, несколько снижают яркость по мере прогрева – падение напряжения, а, следовательно, и мощность (при постоянном токе) на нагретом светодиоде меньше. Тем не менее, разница в яркости здесь не носит такого сногсшибательного характера, как в случае КЛЛ (что косвенно говорит о достаточно хорошем теплоотводе конкретно в этих лампах). К слову, видно, что и после прогрева разница все еще в пользу светодиодов, хотя ее размер таков, что можно считать освещенность, создаваемую и теми, и другими, примерно равной. Однако мы говорим о примерно равной освещенности, создаваемой двадцативаттной КЛЛ и двенадцативаттной LED-лампой – экономия по мощности почти в два раза. Про лампы накаливания можно даже не говорить – при во много раз большей мощности потребления по создаваемой освещенности они проигрывают и КЛЛ, и светодиодам. Кроме того, как я уже упоминал выше, девяностопятиваттные лампы в мою люстру вкручивать вообще нельзя, так что в реальности с лампами накаливания я бы не получил даже этих ста люкс. Разумеется, такое ограничение связано с нагревом.

Лампы накаливания, очевидно, уже сошли с дистанции, так что давайте сравним КЛЛ и светодиодную лампу по нагреву.

Эти изображения также были сняты после десятиминутного прогрева. Видно, что КЛЛ греется до ста градусов и более, в то время как максимальная температура светодиодной лампы составляет лишь около шестидесяти. То есть, возможность обжечься об КЛЛ, в принципе, существует (белок начинает сворачиваться при восьмидесяти градусах Цельсия), в то время как со светодиодной лампой это невозможно в принципе. Мелочь, но приятно.

Больше промеров
Итак, мы разобрались, что с точки зрения тех характеристик, которые приходят в голову первыми, светодиоды явно лучше. Время поговорить о более тонких материях, таких как коэффициент мощности и коэффициент пульсаций. Об этих хактеристиках почему-то вообще вспоминают редко, и, разумеется, их (пока что?) никогда не пишут на упаковках, а зря.

Коэффициент пульсаций является очень важным показателем. Несмотря на то, что изменения яркости с частотой более 16 – 20 Гц наш мозг сознательно не обрабатывает, эффект от них вполне заметен. Существенные пульсации общей освещенности могут привести к повышенной утомляемости, мигреням, депрессиям и прочим малоприятным вещам по части психики. Нормируется этот показатель в СНиП 23-05-95 . Там очень много разных таблиц, но, в целом, из них можно вынести, что коэффициент пульсаций общего освещения не должен превышать 20%. Стоит оговориться, что разговор обо всем этом имеет смысл до частоты около 300 Гц, поскольку далее на изменения освещенности уже не успевает реагировать сама сетчатка, и потому в этом случае в мозг просто не приходит раздражающего сигнала.

Коэффициент мощности для конечного потребителя, в принципе, неважен. Этот параметр показывает отношение активной мощности, потребляемой прибором, к полной мощности, учитывающей реактивную часть, не производящую полезной работы, но, в частности, греющую провода. Также распространено название «косинус фи» — это все оттого, что интересующая нас величина может вводиться как косинус некоторого условного угла. Максимальное, идеальное значение коэффициента мощности – 1. Бытовые счетчики учитывают только активную мощность, ее же пишут на упаковках; для потребителя в этом смысле проблем нет. Однако, если мы говорим о глобальных масштабах (например, миллионный город, целиком освещаемый светодиодными светильниками), низкий коэффициент мощности может создать большие проблемы энергетикам. Поэтому его оценка – оценка лампы в смысле светлого светодиодного будущего.

Мощность и коэффициент мощности я мерял головкой muRata ACM20-2-AC1-R-C . Коэффициент пульсаций измерялся осциллографом Uni-Trend UTD2052CL , к которому подключалась следующая схема:

Кому интересно, это классический частотно-компенсированный преобразователь «ток-напряжение» на операционном усилителе, дополненный искусственной средней точкой. Питается, для исключения наводок, от батареи. Диод BPW21R – прибор фотометрического класса с характеристикой, компенсированной согласно чувствительности человеческого глаза. Документация гарантирует линейность тока в зависимости от освещенности в фотогальваническом режиме, так что схема выдает напряжение, прямо пропорциональное освещенности фотодиода и вполне годится для измерений коэффициента пульсаций. Определяется он, кстати, как отношение размаха пульсаций к удвоенному среднему значению. И размах, и среднее значение входят в стандартные автоматические измерения любого современного цифрового осциллографа, так что с этим проблем нет – остается только удвоить и поделить. Сравнения результатов измерений этой импровизированной конструкцией со значениями, выдаваемыми прибором «ТКА-ПУЛЬС» (Госреестр), показали расхождение измеренного коэффициента пульсаций не более процента.

Итак, результаты замеров для ламп, которые оказались у меня под рукой:

С цоколем E27:

С цоколем E14:

Про лампу Wolta стоит поговорить отдельно

На упаковке читаем гордую надпись:

«Оптимальная для глаз частота мерцания». Офигеть! Что там за частота-то такая? Может быть, они имеют в виду, что она далеко за пределами регламентированных санитарными нормами трехсот Герц?

На осциллографе видим:

100 Гц, коэффициент пульсаций 68%. По СанПиН не проходит. Что они понимают под оптимальностью — загадка…

Как мы видим, здесь у светодиодных ламп не все так радужно. Тут же выясняется очень интересный факт – похоже, что о качестве светодиодных ламп нельзя судить только по производителю; одни и те же бренды, вообще говоря, ставят как рекорды качества, так и антирекорды. Надо отметить, что общий вердикт, представленный в таблице, я выносил, придавая большее значение коэффициенту пульсаций, чем коэффициенту мощности, по причинам, изложенным выше. Но даже коэффициент пульсаций в 1% не может до конца оправдать коэффициент мощности, равный 0.5, в случае промышленного изделия, продаваемого миллионными тиражами. Впрочем, для дома лучше взять такую лампу, чем изделие с единичным коэффициентом мощности и уровнем пульсаций в 50%.

Разумеется, лампы с коэффициентом пульсаций более 20% категорически не подходят для общего освещения (в люстру по шесть штук такое вкручивать не стоит). К слову, для упомянутых мной КЛЛ «Эра» он составляет чуть менее 10%, а для классической лампы накаливания — около 13%.

Последние параметры, о которых можно вскользь поговорить, это цветовая температура и индекс цветопередачи. Несмотря на то, что они формализуются, на бытовом уровне все сводится к «нравится/не нравится». Должен сказать, что все протестированные лампы в этом плане меня порадовали — ни у одной не было явного уклона в синеву или избыточную желтизну, все имели приятный белый оттенок. Но это, разумеется, на мой вкус, и только.

В следующих статьях мы наконец-то посмотрим, что у ламп внутри, и попытаемся разобраться, какие внутренние причины делают хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.

Примечание:
Выбор ламп для тестов обусловлен исключительно соображением «что было». Если (когда) появятся другие лампы — промеряю и выложу.

Что такое Ripple? — Sunpower UK

Что такое Ripple?

Величина переменного напряжения, накладываемого на выход постоянного тока, указывается в размахе напряжения или выражается в процентах от номинального выходного напряжения.

Регулировка и содержание пульсаций — два критических параметра, которые важны для выходной мощности источника питания. Поставки высокого качества хорошо регулируются и имеют небольшую рябь. Во время преобразования переменного тока в постоянный в источнике питания результирующий выходной постоянный ток пульсирует в ритме с частотой сети, которая составляет 50 или 60 Гц в зависимости от местоположения.Частота пульсаций соответствует частоте сети переменного тока независимо от частоты коммутации и обычно совпадает с частотой сети для полумостовых выпрямителей и дважды для полного моста.

Пульсации способствуют постоянному изменению напряжения на выходе выпрямителя, которое проявляется как пульсирующее напряжение, возрастающее от нуля до максимума и обратно до минимума. Пульсации напряжения не подходят для большинства чувствительного электронного оборудования, а ток, возникающий из-за пульсаций напряжения, может со временем вызвать нагрев и повреждение конденсаторов.

Рисунок 1: Форма выходного сигнала со сглаживающим конденсатором и без него

Пульсация появляется на выходе из-за того, что во время активного полупериода энергия поступает от вторичной обмотки, которая питается от первичной, поэтому выход следует за возрастающим напряжением. В периоды, когда первичная обмотка не передает напряжение на вторичную, например, при переходе через ноль, ток нагрузки исходит из энергии, накопленной в конденсаторе на выходе.

Поскольку эта энергия уменьшается со временем по мере разряда компонента, выходное напряжение немного уменьшается. Таким образом, выходное напряжение будет варьироваться между высокими и низкими точками в зависимости от величины пульсаций напряжения.

Величина пульсации зависит от многих факторов, и чем ниже, тем лучше для наиболее чувствительного оборудования. Пульсации приводят к потерям мощности и перегреву компонентов, а, следовательно, к риску повреждения в дополнение к неэффективности. Поэтому важно устранить или минимизировать пульсации на выходе.Это делается с помощью цепей фильтров, которые обычно состоят из параллельного конденсатора или последовательной катушки индуктивности, либо обоих.

Коэффициент пульсации

Количество пульсаций в источниках питания часто обозначается коэффициентом пульсаций:

Где — Vripple (rms) — это действующее значение пульсаций напряжения на выходе, а Vdc — абсолютное значение постоянного значения постоянного тока на выходе источника питания.

Уменьшение пульсаций в источниках питания

Пульсации можно уменьшить с помощью сглаживающих конденсаторов, которые преобразуют напряжение пульсаций в более плавное постоянное напряжение.Для этого широко используются алюминиевые электролитические конденсаторы с емкостью 100 мкФ и более. Повторяющиеся импульсы постоянного тока заряжают конденсатор до пикового напряжения. Факторы, которые следует учитывать при выборе конденсатора, — это рабочее напряжение и значение емкости. Низкая емкость не будет эффективной, и конденсаторы могут быть подключены параллельно для увеличения значения, если ток нагрузки не слишком велик.

Где I (нагрузка) — ток нагрузки, f — частота, а C — емкость сглаживающего конденсатора.

Допустимое напряжение пульсаций составляет около 100 мВ от пика до пика. Большинство хороших источников питания имеют показатели пульсации и шума выше 10 мВ (среднеквадратичное значение), в то время как значения SMPS могут составлять 50 мВ или меньше, однако источники с более высоким током, вероятно, будут иметь несколько более высокие значения.

Более эффективным методом уменьшения пульсаций напряжения является добавление π-фильтра (пи-фильтра) на выходе выпрямителя. Этот фильтр нижних частот состоит из двух сглаживающих конденсаторов, а также дросселя для обеспечения высокого сопротивления пульсации переменного тока.

Рисунок 2: Пи-фильтр

Эффекты ряби

В то время как некоторое оборудование может работать с рябью, некоторые чувствительные аудио и тестовые инструменты не очень хорошо работают с источниками, имеющими высокую пульсацию. Некоторые из эффектов ряби включают:

  • Отрицательно влияет на чувствительные приборы
  • Может вызвать нагревание и повреждение конденсаторов
  • Вносит шум в аудиосхемы
  • Мешают дисплеям телевизора
  • Вызывает ошибки в цифровых схемах, неправильные выводы в логических схемах и повреждение данных.

Как уменьшить пульсации напряжения?

Введение

Пульсация напряжения означает величину переменного напряжения, которое появляется на постоянном напряжении. Основная причина пульсаций напряжения заключается в том, что преобразователь преобразует переменное напряжение в постоянное, но переменное напряжение невозможно полностью устранить. Например, на рис. 1 представлена ​​принципиальная схема полного мостового выпрямителя с конденсатором, подключенным к выходной стороне. Пунктирная линия — это форма волны напряжения до полного мостового выпрямителя, сплошная линия — форма волны напряжения после конденсаторной фильтрации, а пульсирующее напряжение относится к размаху сплошной линии.

Пульсации напряжения, показанные на рисунке 1, представляют собой низкочастотные пульсации напряжения. В более высокочастотных приложениях, таких как преобразователи переменного тока в постоянный или постоянного тока в постоянный, частота пульсаций напряжения может быть выше. На рисунке 2 представлена ​​принципиальная схема преобразователя постоянного тока в постоянный. Шумы напряжения генерируются во время переключения MOSFET и передаются на выходную сторону через трансформатор. И, наконец, пульсация, измеренная на выходном конденсаторе, представляет собой пульсацию напряжения, содержащую шумовые составляющие.

Общий метод измерения напряжения заключается в использовании пробника напряжения для измерения выходной или нагрузочной стороны, как показано на рисунке 3. И отображение объема выходного напряжения с помощью осциллографа. Однако, если использовать те же методы для измерения пульсаций напряжения, форма волны будет восприимчива к помехам.

На рисунке 4 показано напряжение пульсаций, измеренное с помощью обычного метода измерения. Видно, что шумовая часть значительно выше. В основном это связано с длинным заземляющим проводом зонда.Путь измерения для пробника эквивалентен увеличению паразитной индуктивности, которая вызывает шум в форме волны выходного напряжения. Это не вызвано конвертером, и здесь легко ошибиться. Итак, правильный метод измерения очень важен.

На рис. 5 показан правильный метод измерения пульсаций. Из рисунка видно, что к выходу преобразователя подключен конденсатор фильтра. Цель состоит в том, чтобы подавить шум, поэтому емкость конденсатора обычно не слишком велика, в основном на уровне 0.От 1 мкФ до 1 мкФ. И зонд должен использовать метод короткого заземления для измерения. Точка измерения должна измениться от нагрузки к выходному конденсатору. Цель состоит в том, чтобы избежать измерения шума. На рисунке 6 показана разница между рябью короткого заземления и отсутствием короткого заземления. Пульсации напряжения преобразователя можно правильно измерить, если использовать правильные методы.

Большинство измерений пульсаций напряжения выполняются, когда осциллограф находится близко к преобразователю.Если расстояние относительно велико, использование пробника напряжения для измерения может оказаться неприемлемым. Более подходящим методом является использование разъема BNC 50 Ом и коаксиального кабеля для измерения на больших расстояниях, как показано на рисунке 7. Следует отметить, что чем короче длина кабеля от выходного конца коаксиального кабеля до конденсатора и осциллографа, тем меньше вероятность получения помех.

В этой статье используется пробник напряжения и метод короткого заземления, а для измерения пульсаций напряжения используется полоса пропускания 20 МГц.

Внешний контур для уменьшения пульсации и шума

Ниже перечислены четыре внешних цепи и объяснена теория схемы.

Как показано на рисунке 8, подключение конденсатора к выходу преобразователя — простой способ уменьшить пульсации выходного напряжения.

В качестве примера возьмем полный мостовой преобразователь.

Vpp — это размах пульсаций напряжения.

I — выходной ток.

f — рабочая частота.

C — емкость.

Как показано в формуле (1), пульсирующее напряжение обратно пропорционально емкости. То есть, чем больше емкость, тем меньше пульсации напряжения. Это показывает, что внешний конденсатор помогает подавить пульсации напряжения.

Фильтр нижних частот может быть хорошим выбором для уменьшения пульсации напряжения в большей степени, чем конденсатор, как показано на Рисунке 9.

Может использовать частотную характеристику для расчета параметров L и C.

f 0 — частота среза.

Q — коэффициент качества.

R L — Выходная нагрузка.

Возьмите формулу (3) в формулу (2), и она может вычислить L и C соответственно, как показано в формулах (4) и (5).

Коэффициент качества связан с импедансом нагрузки и LC-фильтром, который можно разделить на три кривые: избыточное демпфирование, критическое демпфирование и недостаточное демпфирование, как показано на рисунке 10.В идеале использование критического демпфирования в качестве параметров LC-фильтра является наиболее подходящим.

Из-за того, что внутри преобразователя есть переключающие компоненты, он будет генерировать переключающий шум. Эти шумы также могут передаваться на выходную сторону. А дроссельный фильтр синфазного сигнала может ограничить этот вид шума, как показано на рисунке 11.

Дроссельный фильтр синфазного сигнала обычно используется в качестве фильтра электромагнитных помех. Однако внутри синфазного фильтра все еще есть индуктивность рассеяния.Индуктивность рассеяния действует как индуктор дифференциального режима, и он аналогичен фильтру скорости LC. Таким образом, катушка индуктивности синфазного фильтра все еще может оказывать некоторое влияние на подавление пульсаций напряжения.

На рисунке 12 показана схема умножителя емкости, которая может уменьшить пульсации на выходе транзистора и резистора R, C. Для выходной стороны она имеет эффект усиления C1, аналогично добавлению большой емкости на выходной стороне. Он подходит для уменьшения пульсаций напряжения и применения с ограничениями по размеру.

Как показано на Рисунке 13 (a), это RC-фильтр нижних частот в схеме. Если вы хотите подавить пульсации напряжения, емкость C1 должна быть очень большой. Если к нему добавить транзистор, как показано на рисунке 13 (b), ток, подаваемый C1 на выход, будет примерно в β раз меньше. Другими словами, емкость C1 увеличивается на выходе примерно в β раз.

Схема умножителя емкости также имеет недостатки, потому что напряжение транзистора Vce будет изменяться в зависимости от выходного тока, что вызовет определенное падение напряжения на выходе, диапазон может быть от 0.От 65 В до 3 В. Следовательно, это подходит для приложений с малым током и невысокой точностью напряжения, например, для усилителя OP или источника питания DAC.

Заявка

Далее будет использоваться специальный преобразователь постоянного тока в постоянный для измерения разницы пульсаций напряжения до и после с помощью различных схем уменьшения пульсаций напряжения.

Преобразователь представляет собой широкий диапазон входного напряжения от 9 до 36 В на входе, регулируемый преобразователь на выходе 5 В, выходная мощность 30 Вт, выходной ток 6 А, технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 Технические характеристики преобразователя постоянного / постоянного тока
Преобразователь постоянного тока в постоянный PF30WR4-2405
Входное напряжение 24 В постоянного тока
Выход 5 В постоянного тока / 6A
Рабочая частота 400 кГц
Пульсация и шум 75 мВ (макс.)

На рисунке 14 показана форма волны пульсаций напряжения на выходе при использовании метода короткого заземления.В связи с отсутствием дополнительной схемы шумоподавления. Видно, что размах пульсаций выходного напряжения и шума составляет около 445,9 мВ при отсутствии внешнего конденсатора.

Для подавления пульсаций выходного напряжения и шума наиболее распространенным и простым способом является добавление конденсатора.

На рисунке 15 показаны пульсации выходного напряжения, измеренные внешним MLCC емкостью 22 мкФ. Из рисунка видно, что пульсирующее напряжение снизилось с 445,9 мВ до примерно 30 мВ.

Кроме того, на рисунке 16 показана форма сигнала для удвоенного выходного конденсатора.Пульсации выходного напряжения становятся ниже, а значение размаха составляет 19,5 мВ. Следовательно, внешний конденсатор на выходе преобразователя может эффективно подавлять пульсации выходного напряжения.

Рис. 17 представляет собой принципиальную схему фильтра нижних частот. Из таблицы технических характеристик преобразователя рабочая частота преобразователя составляет 400 кГц. Сначала установите частоту среза на 40 кГц, а коэффициент качества на 0,707. С помощью уравнений 4 и 5 можно получить индуктивность 4.69 мкГн, а емкость — 3,376 мкФ. Наконец, выберите индуктивность 4,7 мкГн и два MLCC по 2,2 мкФ в качестве выходного фильтра нижних частот.

На рисунке 18 представлена ​​форма волны пульсаций выходного напряжения. Есть сравнение до и после фильтра. Фильтр нижних частот, пульсации и шум эффективно подавляются.

Рисунок 19 — схематическая диаграмма синфазного дросселя в качестве выходного фильтра. В этом эксперименте в качестве железного сердечника использовался ферритовый сердечник Mn-Zn из A151, T16x12x8C.Количество обмоток — 10. Основная индуктивность составляет 0,35 мГн, а индуктивность рассеяния — 3,18 мкГн. C1 и C2 составляют 0,22 мкФ MLCC.

Рисунок 20 — схематическая диаграмма синфазного фильтра. Можно видеть, что индуктивность рассеяния используется в качестве индуктивности дифференциального режима, которая такая же, как у двух фильтров нижних частот, поэтому эффект подавления пульсаций выходного напряжения должен быть лучше, чем у одиночного фильтра нижних частот.

Рисунок 21 — это форма сигнала измерения. Это правда, что пульсации напряжения ниже, чем у одиночного фильтра нижних частот, но недостатком является то, что он занимает больше места.

На рисунке 22 показана схема этого эксперимента со следующими параметрами.

Q1 — это 2SCR552PT100, это транзистор ROHM.

R1 составляет 1 кОм.

C1 составляет 4,7 мкФ.

Так как емкостной умножитель подходит для низкого уровня мощности или сигнала. Поскольку это приведет к падению напряжения, он не подходит для сильноточных приложений. Таким образом, выходной ток этого эксперимента ограничен 0,2 А.

Рисунок 23 — это тестовый сигнал.Он может видеть разницу между фильтром до и после. Пульсации до подавления составляют около 97 мВ, а после подавления — 12,8 мВ, что может уменьшить пульсации напряжения. Недостатком является то, что его можно использовать только на уровне сигнала, в момент более высокой выходной мощности.

Заключение

В этой статье рассказывается о формировании пульсации и шума, а также о методе измерения. Также предоставляет четыре вида методов снижения пульсации и шума и проводит эксперимент для каждого типа фильтра.

Таблица 2 показывает сравнительную таблицу для четырех методов, чем ниже оценка, тем лучше.

Судя по общей оценке, только добавление конденсаторов является наиболее подходящим методом подавления пульсаций, который не только имеет наименьшую громкость, но и имеет определенный эффект.

Второй и третий — это фильтр нижних частот и фильтр синфазного режима. Поскольку у него есть внешние катушки индуктивности и синфазный дроссель, пространство для разводки больше, чем у конденсатора, но эффект лучше. Поэтому во многих приложениях с низким уровнем пульсации используются эти два метода.

Четвертый — это схема умножителя емкости, которая хорошо влияет на подавление пульсаций напряжения, но ее можно использовать только для низкого уровня тока или сигнала, что ограничивает область применения.

Таблица 2 Сравнительная таблица фильтров
С LC фильтр Фильтр CMC Умножитель C
Кол-во деталей 1 2 3 3
Пространство листа 1 2 3 3
Подавление пульсаций и шума 2 1 1 1
Выходной ток 1 1 1 3

1 → хорошо, 2 → средний, 3 → плохо

CTC является профессиональным поставщиком услуг для высокопроизводительных модулей питания (преобразователь переменного тока в постоянный и преобразователь постоянного тока в постоянный) для критически важных приложений по всему миру уже 30 лет.Наша основная компетенция заключается в разработке и поставке продуктов с использованием передовых технологий, конкурентоспособных цен, чрезвычайно гибких сроков поставки, глобального технического обслуживания и высококачественного производства (Сделано в Тайване).

CTC — единственная корпорация, имеющая сертификаты ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) и ESD / ANSI-2020. Мы можем на 100% гарантировать, что не только продукт, но и наши рабочие процессы и услуги будут соответствовать системе управления качеством для каждого высокотехнологичного приложения с самого начала. От проектирования до производства и технической поддержки, каждая деталь эксплуатируется в соответствии с высочайшими стандартами.

Полупериодный выпрямитель, полнополупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель

Когда на выходе выпрямителя возникают колебания, они называются пульсациями. Таким образом, этот фактор важен для измерения скорости колебаний разрешенного выхода. Пульсации выходного напряжения можно уменьшить, используя фильтры, например емкостные, или фильтры другого типа. В большинстве схем, таких как выпрямители, используется конденсатор, расположенный параллельно тиристору, в противном случае диоды работают как фильтр внутри схемы.Этот конденсатор помогает уменьшить пульсации на выходе выпрямителя. В этой статье обсуждается обзор коэффициента пульсаций (R.F), который включает его определение, расчет, его значение и R.F с использованием полуволнового, двухполупериодного и мостового выпрямителей.


Что такое коэффициент пульсации?

Выход выпрямителя в основном включает переменную составляющую, а также постоянную составляющую. Пульсацию можно определить как компонент переменного тока в разрешенном выходе. Компонент переменного тока на выходе нежелателен, так как он оценивает пульсации на выходе выпрямителя.Здесь пульсация напряжения — это не что иное, как составляющая переменного тока внутри выпрямителя. Точно так же пульсирующий ток представляет собой переменную составляющую в пределах тока o / p.

Определение коэффициента пульсаций — это отношение действующего значения компонента переменного тока к действующему значению компонента постоянного тока на выходе выпрямителя. Этот символ обозначается буквой «γ», а ниже приводится формула R.F.


коэффициент пульсации

(R.F) = среднеквадратичное значение компонента переменного тока / среднеквадратичное значение компонента постоянного тока

Таким образом, R.F = I (AC) / I (DC)

Это чрезвычайно важно при определении эффективности выхода выпрямителя. КПД выпрямителя можно объяснить меньшим Р.Ф.

Дополнительный коэффициент пульсаций — это не что иное, как колебания дополнительных компонентов переменного тока, которые присутствуют в разрешенном выходе.

В основном расчет пульсации указывает на четкость разрешенного вывода. Поэтому можно приложить все усилия для уменьшения Р.Ф. Здесь мы не будем обсуждать способы уменьшения R.F. Здесь мы обсуждаем, почему на выходе выпрямителя возникают пульсации.

Почему возникает рябь?

Всякий раз, когда выпрямление происходит через схему выпрямителя, нет возможности получить точный выходной сигнал постоянного тока.

Некоторые переменные компоненты переменного тока часто возникают на выходе выпрямителя. Схема выпрямителя может быть построена на диодах или на тиристоре. Пульсация в основном зависит от элементов, которые используются в цепи.

Ниже показан лучший пример двухполупериодного выпрямителя с одной фазой.Здесь в схеме используются четыре диода, поэтому выходной сигнал выглядит следующим образом.

Здесь мы оценили точную форму сигнала постоянного тока o / p, но мы не можем получить этого из-за некоторой пульсации на выходе, и это также называется пульсирующей формой сигнала переменного тока. Используя фильтр в схеме, мы можем получить почти форму сигнала постоянного тока, которая может уменьшить пульсации на выходе.

Вывод

Согласно определению RF, полное действующее значение тока нагрузки может быть выражено как

I RMS = √I 2 dc + I 2 ac

(или)

I ac = √I 2 rms + I 2 dc

Когда приведенное выше уравнение разделено с использованием Idc, мы можем получить следующее уравнение.

I ac / I dc = 1/ I dc √I 2 rms + I 2 dc

Однако здесь Iac / Idc Формула коэффициента пульсации

RF = 1 / I dc √I 2 rms + I 2 dc = √ (I rms / I dc ) 2 -1

Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя

Для полуволнового выпрямителя,

I среднеквадратичное значение = I м /2

I dc = I м / π

/ π

/ π

Нам известна формула р.F = √ (I rms / I dc ) 2 -1

Замените указанное выше I rms и I dc в приведенном выше уравнении, чтобы мы могли получить следующее .

R.F = √ (Im / 2 / I m / π) 2 -1 = 1,21

Здесь, из приведенного выше вывода, мы можем получить коэффициент пульсаций полуволнового выпрямителя, равный 1,21. Поэтому совершенно очевидно, что AC. Компонент превосходит постоянный ток на выходе полуволнового выпрямителя.Это приводит к дополнительной пульсации на выходе. Следовательно, этот тип выпрямителя неэффективно предназначен для преобразования переменного тока в постоянный.

Коэффициент пульсаций для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

Коэффициент пульсаций для двухполупериодного выпрямителя

Для двухполупериодного выпрямителя,

I действующее значение = I м / √ 2

I dc = 2I m / π

Нам известна формула RF = √ (I rms / I dc ) 2 -1

Замените вышеуказанное I rms и I dc в приведенном выше уравнении, поэтому мы можем получить следующее.

R.F = √ (Im / √ 2 / 2Im / π) 2-1 = 0,48

Здесь, из приведенного выше вывода, мы можем получить коэффициент пульсаций двухполупериодного выпрямителя, равный 0,48. Поэтому совершенно очевидно, что в o / p этого выпрямителя составляющая постоянного тока выше составляющей переменного тока. В результате пульсации в o / p будут меньше, чем внутри полуволнового выпрямителя. По этой причине это выпрямление всегда можно использовать при преобразовании переменного тока в постоянный.

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя

Значение коэффициента мостового выпрямителя равно 0.482. На самом деле, значение R.F в основном зависит от формы волны нагрузки, в противном случае — тока. Это не зависит от схемы. Следовательно, его ценность будет одинаковой для выпрямителей, таких как мост, а также для выпрямителей с центральным отводом, когда их форма сигнала o / p одинакова.

Эффекты пульсации

Некоторое оборудование может работать с колебаниями, но некоторые из чувствительных типов оборудования, такие как аудио, а также тестовое оборудование, не могут работать должным образом из-за эффектов сильной пульсации в источниках питания. Некоторые эффекты пульсации оборудования в основном возникают по следующим причинам.

  • Для чувствительных приборов это отрицательно.
  • Эффекты пульсаций могут вызывать ошибки в цифровых схемах, неточные выходы при повреждении данных и логических схемах.
  • Эффект пульсации может вызвать нагрев, что может привести к повреждению конденсаторов.
  • Эти эффекты вызывают шум в аудиосхемах

Таким образом, все дело в коэффициенте пульсаций. Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что обычно для преобразования сигнала переменного тока в электрический сигнал используется выпрямитель.На рынке доступны различные типы выпрямителей, которые можно использовать для выпрямления, такие как двухполупериодный выпрямитель, однополупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель. Все они имеют разную эффективность, предназначенную для прикладываемого i / p сигнала переменного тока. Коэффициент пульсаций выпрямителя и КПД можно измерить на основе выходной мощности. Вот вам вопрос, каков ipple-фактор r двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным фильтром ?

Как минимизировать пульсации в источниках питания постоянного тока

AMETEK Programmable Power Источники питания постоянного тока преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока.Наши расходные материалы очень хороши для этого, но они не идеальны. На выходе все еще будет присутствовать небольшое количество переменного тока. Это называется рябью.

Минимизация пульсаций важна, поскольку чрезмерная пульсация может иметь неблагоприятные последствия для систем или цепей, питаемых источником. Это может, например, вызывать ошибки измерения, когда источник питания питает цепи приборов, или вызывать искажения при питании аудиосхем.

Чтобы увидеть, как возникает пульсация, давайте взглянем на простой линейный источник питания.В линейных источниках питания обычно используется трансформатор для преобразования сетевого питания 120 или 240 В переменного тока в более низкое напряжение переменного тока. Это переменное напряжение затем выпрямляется, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный. Двухполупериодный выпрямитель преобразует переменное напряжение в форму волны постоянного тока, показанную пунктирной линией на рисунке 1.

Чтобы сгладить это напряжение, мы можем подключить конденсатор фильтра на выходе выпрямителя. Он будет заряжаться, когда выпрямленное напряжение увеличивается, и разряжаться, когда выпрямленное напряжение уменьшается, но не разряжается до нуля.Напряжение на конденсаторе фильтра показано оранжевой линией на рисунке 1. Пиковое значение переменного напряжения на конденсаторе представляет собой пульсирующее напряжение. Добавление дросселя и второго конденсатора к Пи-фильтру нижних частот уменьшит пульсации еще больше.

Конечно, в программируемых источниках питания AMETEK используются гораздо более сложные схемы для фильтрации и регулирования выходного напряжения. В наших линейных источниках питания, например, используются полупроводниковые регуляторы напряжения, которые практически исключают пульсации.Например, серия Sorensen XT имеет характеристики выходного шума и пульсации менее 1 мВ.

В большинстве технических паспортов AMETEK Programmable Power вы найдете шум и пульсацию, объединенные в единую спецификацию. Шум — это любые дополнительные и нежелательные электронные помехи, и трудно действительно различить, какая часть нежелательного изменения выходного сигнала вызвана пульсацией, а какая — добавленным шумом. В импульсных источниках питания измерение дается как размах напряжения, указывающий, насколько выходное напряжение может отклоняться от номинального значения.

Для получения дополнительной информации о пульсации источника питания обратитесь в AMETEK Programmable Power. Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected] или по телефону 800-733-5427.

3 способа снижения шума источника питания

>> Ресурсы веб-сайта
.. >> Библиотека: TechXchange
.. .. >> TechXchange: EMI / EMC / Noise

Шум — постоянная проблема при проектировании источников питания. Хотя существуют ограничения FCC на электромагнитные помехи (EMI), излучаемые в воздух, а также на кондуктивный шум, который ваша конструкция вводит обратно на свой вход, ваша первая проблема с шумом — это достаточно низкий уровень шума на ваших выходах.

Пульсация и шум

Некоторые инженеры различают пульсации на выходе и шум на выходе. Оба явления представляют собой нежелательный сигнал, наложенный на чистый идеальный выходной сигнал постоянного тока (рис. 1) . Источником пульсаций является периодическая входная частота, а также частота переключения управляющей микросхемы. Источник переменного / постоянного тока будет иметь входную частоту 50, 60 или, возможно, 400 Гц. Независимо от того, насколько хороша коммутационная микросхема, которую вы используете, небольшая часть этой частоты будет просачиваться через схему переключения.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275fbf6d5f267ee216e18» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Файлы Рисунок 1 Элемент шума источника питания14pp «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_1_Power_supply_noise_Element14 max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

1.В самом общем смысле шум источника питания представляет собой комбинацию нежелательных периодических пульсаций и всплесков в сочетании со случайным шумом от устройств или внешних источников. (Предоставлено Element14 / Newark)

Величина пульсации, относящейся к входу, будет регулироваться линейными правилами вашего проекта. Это похоже на концепцию коэффициента отклонения источника питания (PSRR) — какую часть входного сигнала линейный регулятор пропускает на выход. Это не только функция микросхемы управления, но и работа всей схемы.

PSRR 60 дБ означает, что любое отклонение на входе будет ослаблено на 1000 на выходе. Первичный способ улучшить регулирование линии — увеличить коэффициент усиления цепи управления. Чем выше коэффициент усиления контура управления, тем меньше ошибка на выходе; входная пульсация — это просто еще одна ошибка, с которой должен справиться цикл. Вы также можете использовать входные конденсаторы большего размера, которые уменьшат пульсации на входной шине постоянного тока, поэтому PSRR контура управления будет применяться к меньшему отклонению.

Помимо любой собственной пульсации на выходе будет случайный шум, генерируемый опорным напряжением управляющей микросхемы и всеми другими источниками теплового, дробового и фликкер-шума. Есть три распространенных способа справиться с этим шумом, которые также часто помогают с рябью:

Фильтрация

Вы можете использовать фильтр для удаления шума из источника питания так же, как вы используете фильтры для удаления шума из сигнала. Действительно, вы можете рассматривать выходные конденсаторы как часть фильтра, которая реагирует на выходное сопротивление цепи источника питания.Увеличение значения выходной емкости снизит шум.

Имейте в виду, что конденсаторы имеют как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), так и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) (рис. 2) . Выбор конденсаторов с более низким ESR и ESL снизит шум, но будьте осторожны, некоторые схемы питания используют ESR для подачи сигнала ошибки для обратной связи. Если вы его радикально уменьшите, например, заменив электролитические конденсаторы на керамические, вы можете сделать ваш блок питания нестабильным.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275fbf6d5f267ee216e1a» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Рисунок 2 Модель крышки Lt Wiki org «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_2_Cap_model_LTWiki.org_ = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

2. Конденсаторы содержат много паразитных элементов, как показано на этой эквивалентной схеме Spice.Lser и Rser на этой схеме представляют эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Элементы Cpar, Rpar и RLshunt обычно незначительны в большинстве схемотехнических приложений. (Любезно предоставлено LTWiki.org)

В дополнение к естественной выходной емкости источника питания вы можете добавить индуктивность и еще один конденсатор фильтра для дальнейшего снижения выходного шума (рис. 3) . Катушка индуктивности пропускает постоянный ток с незначительными потерями, обеспечивая при этом высокочастотный импеданс, на который конденсатор может реагировать, чтобы отфильтровать шум.По сути, вы увеличиваете выходное сопротивление высокочастотного источника питания, чтобы его можно было более эффективно фильтровать с помощью конденсаторов меньшего размера.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275fbf6d5f267ee216e1c» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Рисунок 3 RLC Low Pass svg Wikimedia «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_3_RLC_low_pass.svg_Wikimedia.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

3. Чтобы снизить уровень шума шины питания нагрузки (R L ), вы можете сделать L-C фильтр нижних частот. (С любезного разрешения Викимедиа)

Проблема с добавлением LC-контуров заключается в том, что они имеют собственную резонансную частоту. Таким образом, это может сделать вашу подачу нестабильной или вызвать неприемлемый сигнал после переходных изменений нагрузки. Если источник питания обеспечивает низкие токи, вы можете использовать резистор вместо катушки индуктивности.Это создаст термин потерь постоянного тока, но резистор также добавляет демпфирование к вашему выходному фильтру.

Одним из фильтров, используемых для переключения пиков и других высокочастотных выходных шумов, являются ферритовые шарики. Магнитная связь с выходной дорожкой или проводом и валиком ослабит шум. Другим источником выходного шума может быть электромагнитная связь с внешним миром. Здесь используется экранирование для защиты цепи питания от внешних воздействий.

Также обратите внимание, что дорожки на вашей печатной плате имеют индуктивность, и вам может потребоваться адаптировать ее с помощью плоскостей питания и ширины дорожек.Использование витой пары — хороший способ снизить индуктивность, чтобы предотвратить звон и выбросы. Добавление любого фильтра может увеличить время запуска и переходный отклик вашей системы. Если вы отключаете и выключаете питание, чтобы выполнить измерение, а затем выключаете, эффективность фильтрации придется согласовывать с требуемым временем запуска.

Обход

Возможно, менее очевидно, но вы также можете уменьшить шум за счет правильного обхода управляющих микросхем в конструкции вашего источника питания.Обход микросхем, которые питаются от источника питания, не уменьшит шум на источнике питания, но он будет уменьшен на выводах питания микросхем. Когда вы обходите микросхемы в цепи питания, используйте обычные рекомендации по размещению конденсатора рядом с выводами питания и используйте керамические конденсаторы, предпочтительно для поверхностного монтажа, которые имеют низкие значения ESR и ESL. Обратите внимание, что физический размер конденсатора будет определять его эффективность в такой же степени, как и его значение (рис. 4) .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275fbf6d5f267ee216e1e» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Com Sites Electronicdesign com Файлы Рисунок 4 Частота импеданса режима переключения «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_4_switchmode_impedance_frequency.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed]} caption =

4. На низких частотах импеданс конденсатора 270 мкФ ниже, чем у версии 10 мкФ, как и следовало ожидать. На частоте 1 МГц конденсатор на 10 мкФ имеет более низкий импеданс из-за собственного резонанса из-за паразитной индуктивности. Вам нужно посмотреть на кривые импеданса конденсаторов различных размеров, чтобы убедиться, что вы получаете наименьшее сопротивление на частотах, которые вы пытаетесь фильтровать.(Предоставлено Johanson Dielectrics)

Пострегулирование

Хороший, но дорогой способ уменьшить шум блока питания — это установить второй малошумящий стабилизатор на выходе блока питания. Это часто связано с линейным регулятором с малым падением напряжения (LDO). Это уменьшит любую пульсацию на выходе на порядок или больше. Еще лучше, вы можете добавить RC или LC-фильтр после LDO, чтобы еще больше уменьшить шум. Шум линейного регулятора часто выражается как среднеквадратичное значение в одном или нескольких диапазонах частот.Если вам нужен очень точный источник питания с малым дрейфом, вы можете использовать эталонную микросхему вместо стабилизатора LDO.

Следует помнить о частотных диапазонах, в которых наблюдается шум. Усилители также имеют подавление подачи питания, и это подавление значительно уменьшается на высоких частотах. К сожалению, PSRR линейных регуляторов также значительно ухудшается на высоких частотах (рис. 5) .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275fbf6d5f267ee216e20» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Файлы Рисунок 5 Ldo Psrr Analog Devices «data-embed-src =» https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2019/11/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_Figure_5_LDO_PSRR_Analog_Devices.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed]-} caption

5. Регулятор LDO имеет гораздо лучший коэффициент подавления напряжения питания (PSRR) на низких частотах. Эталонный PSRR доминирует на низких частотах, тогда как усиление внутреннего контура обеспечивает PSRR на средних частотах. На высоких частотах выходные конденсаторы доминируют над PSRR, и кривая подобна кривой, показанной на рисунке 4.(Любезно предоставлено Analog Devices)

Однако такой высокочастотный шум намного легче удалить с помощью LC- или RC-фильтрации, так что еще не все потеряно. Целостный подход состоит в том, чтобы удалить шум на входе коммутатора, а затем обойти его и убедиться, что ваша переключающая микросхема имеет низкий уровень шума. После этого выберите линейный стабилизатор LDO с низким уровнем шума, чтобы вы могли добавить выходной фильтр. Вам следует проверить PSRR микросхем, которые вы запитываете, и пересечь его с PSRR линейного регулятора, чтобы удалить как можно больше шума в полосе частот вашей схемы.Затем спроектируйте фильтр, чтобы удалить достаточно высокочастотного шума для достижения ваших целей по шуму на пути прохождения сигнала.

Бонус

Фильтрация, байпас и пост-регулирование — три основных способа снижения шума источника питания, но есть и менее используемые методы. Один из них — использовать батарею для питания вашей схемы. Батареи являются источником питания с очень низким уровнем шума по сравнению с импульсными или даже линейными преобразователями.

Еще одна хитрость доступна, если вам нужны лишь нечастые измерения.Вы можете на мгновение отключить импульсный стабилизатор и использовать большие задерживающие конденсаторы для питания вашей схемы во время измерения. Последний трюк — синхронизировать переключатель-регулятор с получением измерения, чтобы оно происходило в одной и той же точке пульсации и другого периодического шума источника питания. Это похоже на синхронизацию нескольких импульсных источников питания. В этом случае вы пытаетесь устранить любую частоту биений, созданную разными частотами переключения.

Независимо от того, страдает ли вас пульсация, шум или частота биений, эти методы позволят вам снизить уровень шума вашей энергосистемы до уровня, достаточно низкого для ваших нужд.Когда вы дойдете до 18- и 24-битных измерений и цифро-аналогового преобразования (ЦАП), получение как можно более чистых шин питания имеет важное значение для получения доступной производительности используемых вами микросхем.

>> Ресурсы веб-сайта
.. >> Библиотека: TechXchange
.. .. >> TechXchange: EMI / EMC / Noise

Пульсации напряжения — обзор

Выбор резервуарного конденсатора и трансформатора

Если мы спроектировали наш источник питания так, чтобы пульсации напряжения составляли 5% от напряжения питания, то в 90% случаев трансформатор отключен, а выход Сопротивление источника питания определяется исключительно ESR конденсатора и соответствующим сопротивлением выходной проводки.Вот почему замена емкостных конденсаторов общего назначения на типы с высокой пульсацией тока оказывает заметное влияние на звучание усилителя; у них более низкое СОЭ (но более высокая цена).

Комбинация трансформатор / выпрямитель / конденсатор представляет собой нелинейную систему. Это делает его поведение значительно более сложным, чем у идеального источника Тевенина, поэтому нам необходимо исследовать его в разные периоды времени.

В краткосрочной перспективе (менее одного цикла зарядки) выходное сопротивление источника питания равно ESR конденсатора плюс сопротивление проводки.Это будет справедливо даже для очень высоких переходных требований по току, которые могут возникать в каждом цикле зарядки, при условии, что они существенно не истощают заряд конденсатора. Все, что требуется, это то, что конденсатор должен обеспечивать эти переходные токи. Для этого конденсатору требуется низкое ESR не только на частотах сети, но и до не менее 40 кГц, потому что выходной каскад мощности класса B вызывает выпрямленную (и, следовательно, удвоенную частоту) версию аудиосигнала. появиться на шинах питания.(См. Главу 6 для объяснения класса B.) Мы можем справиться с этим требованием, используя в качестве основного резервуара электролитический конденсатор, предназначенный для использования в импульсных источниках питания.

Усилитель мощности может значительно истощить заряд в накопительном конденсаторе, вызывая падение выходного напряжения либо из-за постоянного высокого тока, из-за непрерывного теста синусоидальной волны на полной мощности, либо из-за воспроизведения короткого, но громкого звука — например, большой барабан.

Обеспечить постоянную нагрузку относительно легко, потому что мы точно знаем, какой ток будет потребляться, и просто проектируем его для этого тока.Если пульсирующее напряжение для разумного пульсирующего тока выше, чем хотелось бы, мы просто добавляем регулятор, чтобы его убрать.

Трудности начинаются, когда мы хотим обеспечить меняющуюся нагрузку. Может показаться, что если усилитель мощности рассчитан на 50 Вт при непрерывной нагрузке на 8 Ом, то все, что нам нужно сделать, это вычислить, какой ток нагрузки это подразумевает, и спроектировать для этого тока. Недостатки этого подхода легче продемонстрировать с помощью транзисторного усилителя, в котором нагрузка напрямую подключена к выходному каскаду, а источник питания очень прост (см. Рисунок 5.14).

Рисунок 5.14. Типовой блок питания для транзисторного усилителя.

Рассматривая наш пример 50 Вт 8 Ом:

P = I2R

Следовательно, для синусоидальной волны:

IRMS = PR = 508 = 2,5A

Но мы должны подать пиковый ток , который равен √ На 2 больше, при 3,5 A:

VRMS = PR = 50 × 8 = 20 В

Но мы должны подавать пиковое напряжение , которое на √2 больше, при 28,3 В. Транзисторные усилители обычно могут качаться с точностью до вольт шины, поэтому мы могли бы просто терпеть шину ± 29 В и источник питания, способный выдавать ± 29 В при напряжении 3.Подразумевается 5 А. Следовательно, нам нужно 203 Вт на канал и 406 Вт для стереоусилителя на 50 Вт! Это очень большой и дорогой блок питания, и нам понадобятся удивительно веские причины для его использования.

Ключ к проблеме кроется в классе выходного каскада. Если выходной каскад работает в классе A, то ток покоя равен пиковому току, необходимому при максимальной выходной мощности, в данном случае 3,5 А. Если каждый канал действительно потребляет постоянную 3,5 А от источника питания ± 29 В, тогда мы действительно нужен блок питания на 406 Вт.Классический стереоусилитель Krell KSA50 мощностью 50 Вт потреблял 300 Вт от сети на холостом ходу [5], что говорит о том, что это не совсем соответствует классу A, но, безусловно, гораздо ближе, чем большинство претендентов на класс A.

Емкость резервуарного конденсатора легко определить, используя нашу предыдущую формулу и критерий пульсации напряжения 5%, но трансформатор — это совсем другое дело. Можно точно определить требования к трансформатору, используя графики, первоначально разработанные Шаде [6]. На практике необходимая информация о трансформаторе может быть недоступна, поэтому практическое правило состоит в том, чтобы сделать номинальную мощность трансформатора, по крайней мере, равной требуемой выходной мощности.

Если в нашем примере выходной каскад стереофонического усилителя мощностью 50 Вт становится классом B, то каждый канал по-прежнему подает 3,5 А на нагрузку на пиках синусоидальной волны, но в других точках цикла требуемый ток от источника питания намного ниже . Эффект накопительного конденсатора заключается в усреднении колеблющегося потребления тока, а для двухполупериодной выпрямленной синусоидальной волны:

Iср. = 2π · Ipeak = 0,637 Ipeak

Средний ток питания составляет 2,2 А, поэтому трансформатор 250 ВА будет быть выбранным.

Далее мы можем утверждать, что усилитель не работает на полную мощность все время и что краткосрочные музыкальные пики, требующие максимальной выходной мощности, длятся недолго. Следовательно, можно использовать трансформатор меньшего размера, поскольку накопительный конденсатор может обеспечивать пиковые токи. Это очень соблазнительный аргумент, и он убедил многих производителей коммерческих усилителей, поскольку 1 фунт стерлингов на стоимость компонентов обычно добавляет 4–5 фунтов стерлингов к розничной цене.

Нам не нужно работать с такими жесткими коммерческими соображениями, и, в разумных пределах, чем больше сетевой трансформатор, тем он лучше.

Выходное пульсационное напряжение — обзор

Преобразователи напряжения с регулируемым выходным коммутируемым конденсатором

Добавление регулирования в простой преобразователь напряжения с коммутируемым конденсатором значительно повышает его полезность во многих приложениях. Существует три основных метода добавления регулирования в преобразователь с переключаемыми конденсаторами. Самым простым является использование инвертора / удвоителя с переключаемыми конденсаторами с линейным стабилизатором LDO. LDO обеспечивает регулируемый выход, а также снижает пульсации преобразователя с переключаемыми конденсаторами.Однако этот подход добавляет сложности и снижает доступное выходное напряжение за счет падения напряжения LDO.

Другой подход к регулированию заключается в изменении рабочего цикла сигнала управления переключателем с выходом усилителя ошибки, который сравнивает выходное напряжение с опорным. Этот метод аналогичен тому, который используется в импульсных стабилизаторах с индуктивностью, и требует добавления ШИМ и соответствующей схемы управления. Однако этот подход очень нелинейный и требует больших постоянных времени (т.е., компоненты с потерями), чтобы поддерживать хороший контроль регулирования.

Самым простым и наиболее эффективным методом регулирования в преобразователе напряжения на переключаемых конденсаторах является использование усилителя ошибки для управления сопротивлением в открытом состоянии одного из переключателей, как показано на Рисунке 9-76, блок-схеме ADP3603. / ADP3604 / ADP3605 преобразователи напряжения. Эти устройства предлагают регулируемый выход -3 В для входного напряжения от +4,5 до +6 В. Выходной сигнал воспринимается и возвращается в устройство через вывод V SENSE .Регулировка выхода осуществляется путем изменения сопротивления в открытом состоянии одного из переключателей MOSFET, как показано управляющим сигналом, обозначенным на схеме «R ON CONTROL». Этот сигнал выполняет переключение полевого МОП-транзистора, а также управление сопротивлением в открытом состоянии.

Рисунок 9-76 :. Преобразователи выходного напряжения с регулируемым выходным напряжением –3 В ADP3603 / 3604/3605

Типичная прикладная схема для серии ADP3603 / ADP3604 / ADP3605 показана на рис. 9-77. В нормальном режиме работы вывод SHUTDOWN должен быть заземлен.Конденсаторы на 10 мкФ должны иметь ESR менее 150 мОм, а значения 4,7 мкФ можно использовать за счет немного более высокого выходного напряжения пульсаций. Уравнения для пульсации напряжения, показанные на рис. 9-72, также применимы к ADP3603 / ADP3604 / ADP3605. Используя указанные значения, типичный диапазон пульсаций напряжения составляет от 25 до 60 мВ, так как выходной ток изменяется в допустимом диапазоне.

Рисунок 9-77 :. Схема приложения ADP3603 / 3604/3605 для работы с −3 В

Регулируемое выходное напряжение серии ADP3603 / ADP3604 / ADP3605 может изменяться от −3 В до −V IN путем подключения резистора между выходом и V SENSE , как показано на схеме.Регулирование будет поддерживаться для выходных токов примерно до 30 мА. Значение резистора рассчитывается по следующему уравнению:

(9-82) VOUT = — (R5KΩ + 3V)

Устройства могут работать как стандартные инверторы, обеспечивающие нерегулируемое выходное напряжение, если V SENSE контакт просто подключен к земле.

Типичная схема приложения показана на Рисунке 9-78. Диод Шоттки, соединяющий вход с выходом, необходим для правильной работы во время пуска и останова.Если V SENSE заземлен, устройства работают как нерегулируемые удвоители напряжения.

Рисунок 9-78 :. Схема приложения ADP3607

Выходное напряжение каждого устройства можно регулировать с помощью внешнего резистора. Уравнение, которое связывает выходное напряжение со значением резистора для ADP3607, имеет следующий вид:

(9-83) VOUT = R9,5 кОм + 1 В для VOUT <2VIN

ADP3607 должен работать с выходным напряжением не менее 3 В. в целях поддержания регулирования.

Хотя ADP3607-5 оптимизирован для выходного напряжения 5 В, его выходное напряжение можно регулировать от 5 В до 2 × V IN с помощью внешнего резистора, используя уравнение:

(9-84) VOUT = 2R9,5 кОм + 5 В для VOUT <2VIN

При использовании ADP3607 или ADP3607-5 в регулируемом режиме выходной ток не должен превышать 30 мА, чтобы обеспечить хорошее регулирование.

Схема, показанная на рисунке 9-79, генерирует стабилизированный выход 12 В из входа 5 В с помощью ADP3607-5 в приложении утроителя напряжения.Операция следующая. Сначала предположим, что вывод V SENSE ADP3607-5 заземлен, а резистор R не подключен. Выход ADP3607-5 представляет собой нерегулируемое напряжение, равное 2 × V IN . Напряжение на выводе Cp + ADP3607-5 представляет собой прямоугольную волну с минимальным значением V IN и максимальным значением 2 × V IN . Когда напряжение на Cp + равно V IN , конденсатор C 2 заряжается до V IN (за вычетом падения на диоде D1) от V OUT1 через диод D1.Когда напряжение на Cp + равно 2 × V IN , выходной конденсатор C 4 заряжается до напряжения 3 × V IN (за вычетом падений на диодах D1 и D2). Конечное нерегулируемое выходное напряжение схемы, V OUT2 , поэтому составляет приблизительно 3 × V IN −2 × V D , где V D — падение напряжения на диоде Шоттки.

Рисунок 9-79 :. Регулируемое +12 В от входа +5 В

Добавление резистора обратной связи R гарантирует, что выход регулируется для значений V OUT2 между 2 × V IN −2 × V D и 3 × V IN −2 × V D .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *