Nowy wskaźnik migotania światła – metody pomiaru PstLM

Metody pomiaru nowego wskaźnika migotania światła PstLM zgodnie z wymaganiami ekoprojektu dla oświetlenia LED

Zmienione rozporządzenie Komisji Europejskiej w sprawie ekoprojektu w odniesieniu do źródeł światła wprowadza nowe wymagania dotyczące wskaźników migotania światła, w tym PstLM, który określa odporność układu zasilania źródła światła na zakłócenia sieciowe. PstLM to skrót od angielskiego Short Term Perceptibility for Light Modulation, co można przetłumaczyć jako wskaźnik krótkookresowej modulacji światła. Nowe wymagania wchodzą w życie we wrześniu 2021 i będą obowiązywać producentów i wszystkie podmioty wprowadzające wyroby oświetleniowe na rynek europejski.

Mikołaj Przybyła i Tomasz Pawlicki, GL Optic

Półprzewodnikowe źródła światła (SSL) mogą zmieniać parametry świetlne w bardzo szybkim tempie, ponieważ ich czas reakcji na zmienne warunki zasilania jest natychmiastowy. Ta właściwość oznacza, że każda zmiana prądu zasilania jest bezpośrednio przekładana na strumień świetlny, emitowany przez to źródło. W efekcie czego produkty oświetleniowe LED i OLED są szczególnie podatne na efekt tzw. tymczasowych artefaktów świetlnych (ang. TLA Temporary Light Artefacts CIE TN 006:2016) przy zasilaniu prądem przemiennym, układami ściemniającymi lub wahaniami napięcia sieciowego.

Czynniki te wymusiły odpowiednie regulacje w postaci Rozporządzenia Komisji (UE) 2019/2020 z dnia 1 października 2019 r., zgodnie z którym od 1 września 2021 r. obowiązywać będą nowe wymogi dotyczące ekoprojektu dla źródeł światła i oddzielnego osprzętu sterującego.

Jak każdy nowy przepis, również to rozporządzenie budzi wiele wątpliwości. W trosce o dobro konsumentów i ochronę rynku przed napływem produktów niskiej jakości wprowadzane są nowe wymagania. Wszyscy producenci i wprowadzający na rynek będą zmuszeni do dostosowania wszystkich swoich produktów do nowych wymogów. Oznacza to nie tylko dodatkowe koszty i wysiłek dla właścicieli firm oraz zespołów inżynierskich, ale problemem staje się również brak odpowiedniej wiedzy i informacji na temat tych szczególnych parametrów migotania światła. Dla wielu nie jest bowiem jasne, jak te parametry mierzyć oraz pojawiają się wątpliwości, jaki sprzęt pomiarowy należy wykorzystać. W niniejszym artykule opiszemy, co to jest wskaźnik PstLM, jak należy go mierzyć oraz jakie są dostępne układy pomiarowe.

Migotanie światła a wskaźnik PstLM

Szybki rozwój technologii oświetleniowej LED i OLED sprawił, że kwestia tętnienia i migotania nabiera coraz większego znaczenia ze względu na bardzo krótki czas reakcji tego typu półprzewodnikowych źródeł światła na poziomie kilkudziesięciu nanosekund. W źródłach żarowych czas reakcji żarnika na zmianę zasilania był ograniczony dużą bezwładnością cieplną włókna. Dlatego też tętnienie i migotanie są bardziej prawdopodobne w nowoczesnych instalacjach oświetleniowych niż w konwencjonalnych systemach.

Warto wyjaśnić, że migotaniem światła określamy okresowe zmiany poziomu natężenia światła (lub strumienia) zachodzące w czasie, a wynikające z zakłóceń. Tętnieniem światła natomiast nazywamy takie okresowe zmiany, które wynikają z konstrukcji urządzenia i są one cechą, a nie wadą.

Parametr i metoda badania PstLM została wprowadzona przez normę IEC 61547. Obecnie dostępna jest nowa edycja normy z 2020 roku dotycząca sprzętu do ogólnych zastosowań oświetleniowych – wymagania odporności na zakłócenia EMC. PstLM charakteryzuje odporność źródła światła, w tym modułów lamp i opraw, na migotanie wywołane przez wahania napięcia i jest częścią przepisów o kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). W raporcie technicznym opisano migotanie światła oraz sygnały zakłócające wahania napięcia AC. Zgodnie z rozporządzeniem na rynek UE może być wprowadzany tylko produkt przetestowany z PstLM ≤ 1,0.

Należy zauważyć, że omawiane w tym artykule pomiary PstLM odnoszą się do rzeczywistych pomiarów natężenia badanego źródła światła. Nie należy tego mylić z pomiarami migotania wykonywanymi zgodnie z polską normą PN61000-4-15. Ta stara norma odnosiła się do pomiarów krótkoterminowych (wskaźnik Pst – 10 minut) i długoterminowych (wskaźnik Plt – 2 godziny) wahań napięcia sieci energetycznej (120 V lub 230 V, 50 lub 60 Hz) wywołanych przez zmienną w czasie moc bierną odbiorników zakłócających. Norma polska określała pomiar napięcia sieci, a obecne regulacje wymagają wykonania pomiarów optycznych, czyli bezpośredniego pomiaru migotania natężenia źródła światła.

Jak mierzyć wskaźnik migotania światła PstLM?

Producenci powinni zmierzyć parametry migotania modułów oraz lamp LED w warunkach laboratoryjnych, w celu zadeklarowania tych parametrów przed wprowadzeniem wyrobu na rynek. Badania takie należy wykonywać w zaciemnionym pomieszczeniu, w którym nie ma innych źródeł światła mogących zakłócić pomiar.

Podstawowym urządzeniem jest miernik tętnienia/migotania światła tzw. Flicker Meter. Jest to urządzenie fotometryczne wykorzystujące wysokoczułą fotodiodę połączone z szybką elektroniką sczytującą zdolną do rejestracji bardzo wysokich częstotliwości. Należy stosować mierniki o odpowiednio wysokim zakresie dynamicznym, który powinien mieć minimum 10-krotnie wyższy zakres pomiarowy w stosunku do częstotliwości źródła. Przykładem urządzenia, które można zastosować do tych pomiarów jest GL Photometer 3.0 + Flicker, który charakteryzuje się częstotliwością próbkowania sygnału 125 Khz oraz zakresem dynamicznym od 100 μlx do 10 000 Klx. Przyrząd ten określa poziom natężenia oświetlenia z rozdzielczością czterech cyfr znaczących.

Urządzenie do pomiaru światła powinno być skierowane w kierunku źródła światła i powinno być zamocowane na ławie optycznej lub statywie, ponieważ drgania dłoni mogą powodować dodatkowe niskie częstotliwości w sygnale. Półprzewodnikowe złącze PN diody LED ma ujemny współczynnik temperaturowy, więc wartość prądu przepływającego przez diodę LED będzie zwiększała się wraz z jej rozgrzewaniem się, dlatego należy odczekać 15-30 minut w celu uzyskania stabilnych warunków temperaturowych modułu. Inną metodą pomiaru migotania jest zainstalowanie miernika w kuli całkującej. Kula całkująca z odpowiednimi przyrządami pomiarowymi i oprogramowaniem może stworzyć stanowisko pomiarowe.

Poza miernikiem tętnienia i migotania niezbędne jest stworzenie odpowiednich warunków zasilania. W przypadku PstLM mamy do czynienia z pomiarem odporności na zakłócenia sieciowe, a więc musimy stworzyć odpowiednią symulację takich zakłóceń w warunkach laboratoryjnych. Do tego celu niezbędne jest wykorzystanie programowalnego zasilacza z możliwością wygenerowania przebiegów o odpowiedniej rozdzielczości i szybkości.

Dla każdego napięcia i częstotliwości prądu przemiennego istnieje pięć zdefiniowanych trybów zakłóceń, które charakteryzują liczbę zmian napięcia na minutę i procent modulacji napięcia.

Wymagane jest symulowanie zakłóceń napięcia, które są definiowane dla napięć 120 V i 230 V oraz częstotliwości 50 Hz i 60 Hz. Aby wygenerować wymagane sygnały, zasilacz musi mieć możliwość przełączania między dwoma napięciami prądu przemiennego w dokładnie określonej fazie z dokładnością lepszą niż 0,5 ms. Napięcia muszą być modulowane z rozdzielczością 10 mV.

Przykładem urządzenia spełniającego te wymogi jest generator zakłóceń sieciowych GENERATOR AC-WAVEFORM GL Optic GL 750VA_M7622. Przechowuje on w swojej pamięci wszystkie tryby zakłóceń i wykonuje je z odpowiednimi parametrami. Może być również sterowany za pomocą oprogramowania GL AUTOMATION. Taka konfiguracja pozwala na stworzenie w pełni automatycznego procesu testowania produktów dla PstLM.

Badanie wymaganych nowymi przepisami wskaźników migotania światła nie jest prostym procesem – wymaga wiedzy oraz odpowiedniego sprzętu pomiarowego. Warto zasięgnąć rady profesjonalistów w zakresie pomiarów, aby mieć pewność ich dokładności. Nowe rozporządzenie UE wchodzi w życie we wrześniu 2021 i będzie obowiązywać producentów i wszystkie podmioty wprowadzające wyroby oświetleniowe na rynek europejski.

Zobacz także: Jak poprawnie wykonać pomiar rozkładu luminancji na drodze?

GL OPTIC