Современный быт совершенно немыслим без искусственного освещения, источники которого до недавнего времени не отличались особенным разнообразием ни с точки зрения конструкции, ни своих потребительских свойств. Радикально ситуация изменилась, когда на рынок массово вышли светодиодные системы освещения. В отличие от лампы накаливания, имевшей довольно примитивную конструкцию, ее светодиодный аналог представляет собою сравнительно сложное электронное устройство, которое может обладать большим диапазоном технических параметров, сочетание которых всегда будет результатом некого конструкторского компромисса.
Одной из основных характеристик любого источника света, является пульсация излучаемого им светового потока— величина, которую незаслуженно обходят вниманием одни потребители и так же незаслуженно переоценивают другие. Но как нередко бывает — истина находится где-то посередине, и для того чтобы в этом убедиться, а затем правильно оценивать то с чем мы сталкиваемся при эксплуатации светодиодных ламп, кратко рассмотрим как само явление пульсации, так и способы его достоверного измерения.
Начнем с того, что как уже было рассмотрено в предыдущей статье, абсолютное большинство бытовых электроприборов, продающихся в России, рассчитаны на работу в сети переменного тока с частотой 50 Гц, имеющей напряжение 220 В.
В отличие от лампы накаливания, нить которой можно подключать к источнику тока независимо от полярности, светодиод пропускает ток только в одном направлении, поэтому может работать только от источника постоянного тока. За преобразование переменного тока, который можно получить из бытовой электросети в постоянный, требуемый для работы светодиода, в лампе отвечает специальный блок питания, который называют «драйвер». Это достаточно сложное электронное устройство, от характеристик которого во многом зависит качество света, излучаемого лампой.
Основные задачи драйвера — снизить сетевое напряжение с 220 В до величины, необходимой для питания цепочки светодиодов, преобразовать переменный ток в постоянный (»выпрямить»), сгладить его импульсы и стабилизировать на определенном уровне. Забегая вперед, сразу отметим, что большинство современных драйверов сконструированы на основе интегральных микросхем, включающих высоковольтный MOSFET транзистор, широтно-импульсный модулятор (управляющий мощностью путем импульсного включения и выключения нагрузки), измерительный шунт и линейный стабилизатор напряжения, что позволяет свести пульсации светового потока к минимуму. Однако, для того, чтобы понять принцип возникновения этого явления, рассмотрим простейшую схему питания светодиодов.
На графике мы видим, что светодиод будет получать ток не постоянно, а с перерывами, длительность которых зависят от частоты питающей сети. Поскольку в общем случае она равна 50 Гц, то и излучение света будет представлять собою мерцание с частотой 50 раз в секунду (во время положительной полуволны светодиод горит, во время отрицательной — нет). Такое мерцание и называется пульсацией светового потока. Для его количественной оценки введена относительная величина, которая называется коэффициент пульсации. Математически она представляет собою процентную долю от разности максимального и минимального значения освещенности, приведенная к усредненному значению освещенности за период.
На практике, пульсация светового потока знакома нам по стробоскопическому эффекту, когда движения освещенного пульсирующим светом объекта кажутся нам прерывистыми.
Для снижения пульсаций в драйверах ранних поколений применялись различные способы: встречно-параллельное подключение цепочек светодиодов, включение параллельно с нагрузкой накопительных (сглаживающих) конденсаторов. Это позволяло снизить мерцание до относительно комфортного уровня, но не решало проблему полностью.
Дело в том, что еще в 1963 году советские ученые В.А. Самсонова и В.Г. Ильянок опубликовали результаты своих исследований, в результате которых было установлено, что мозг реагирует даже на те колебания светового потока, которые не осознаются человеком. Было установлено, что при коэффициенте пульсации выше 5-8% и частоте 100 Гц нормальная работа мозга нарушается, в результате чего снижается концентрация внимания, возникают сухость и резь в глазах, упадок настроения, чувство сильной усталости и дискомфот.
Также ученые определили, что негативные последствия зависят от частоты пульсации — чем она ниже, тем заметнее, а если превышает 300 Гц, то вообще никак не влияет на самочувствие людей. Кроме того, была выяснена и критическая величина мерцания, которая составила 20%, что объяснялось тем, что при повышении уровня пульсации вплоть до 100% испытуемые не отмечали дальнейшего ухудшения самочувствия.
Результаты исследований легли в основу технических и санитарных норм, которые действуют и в наше время:
- СВОД ПРАВИЛ СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение, нормы которого соответствуют целям Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"
2. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 "Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий”, нормы которого соответствуют Федеральному закону от 30 марта 1999 года N 52-ФЗ* "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" и Положению о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 года N 554**
В указанных документах нормируются предельно допустимые коэффициенты пульсации в зависимости от функционального назначения помещений в которых устанавливаются источники света. Наиболее жесткие требования установлены для освещения рабочих мест при выполнении работ, требующих большого зрительного напряжения, но в то же время пульсации в жилых домах не регламентируются.
Широкое распространение, которое светодиодные лампы получили в мире за последние несколько лет, стало причиной того, что на рынок вышли недобросовестные производители, добивавшиеся снижения цены за счет использования самых примитивных схем управления питанием, которые как было рассмотрено выше, в принципе не могут обеспечить качественный световой поток. Появление в продаже ламп с коэффициентом пульсации 20, 30 и даже 100%, не осталось незамеченным со стороны техноблогеров, которые успешно привлекли к проблеме внимание довольно широкого круга людей.
Все подручные способы оценки пульсации могут дать лишь приблизительный результат, дающий повод «бить тревогу», а именно либо заменить «подозрительный» источник света на тот, который не вызывает сомнений в своем качестве, либо обратиться за помощью к специалистам, имеющим соответствующее оборудование и навыки.
Методы измерения коэффициента пульсации освещенности и соответствующее оборудование перечислены в ГОСТ 33393-2015. Технический отдел компании Росэл в своей деятельности использует Люксметр-яркомер-пульсметр "Эколайт-01" и программу Ecolight-AP 1.16.2, что позволяет получать точные и достоверные результаты.
При замере освещенности в различных точках помещения, на экране отображается интегрированный коэффициент пульсации, получаемый от всех источников света в помещении. Если он находится в пределах «зеленой зоны» — от 0 до 15%, то никакого вреда для здоровья исследуемые источники света не представляют.
Подводя итог, справедливости ради стоит отметить, что в 2019 г. подавляющее большинство светодиодных ламп, представленных на российском рынке имеют коэффициент пульсации менее 1%. Вызвано это в первую очередь снижением цены на интегральные микросхемы управления питанием и конкуренцией среди производителей, которым становится просто невыгодно производить товары с низкой надежностью и сомнительным качеством.
