Mittauskokoonpanon validointi välkynnän ja stroboskooppi-ilmiön mittauksiin LED-lampuille

The new EU Ecodesign regulation came into force in September 2021, setting functional requirements for lighting equipment on the European market. To limit the visibility of temporal light artefacts (TLA) flicker and stroboscopic effect, the regulation set restrictions for two TLA metrics, the short-term flicker severity index (PstLM) and stroboscopic visibility measure (SVM). Measurement infrastructure for these metrics is under development by the EMPIR project Metrology for Temporal Light Modulation, and part of the project is establishing a measurement setup for TLA at Aalto University. A measurement setup for measuring both PstLM and SVM on E27-base LED lamps was assembled by utilizing the luminous flux setup of the Metrology Research Institute. The physical setup acquires the light waveform, which is then fed to the digital light flickermeter and SVM-meter, both of which were implemented on computer software. The setup and the TLA meters were verified according to relevant standards, and key issues like scaling in the light flickermeter were addressed. Potential quality metrics for the measurement equipment were identified during the verification. As both PstLM and SVM are frequency and modulation depth dependent normalized quantities, the metrics affecting these parameters were considered as potential quality metrics. The validated setup was used to measure 80 commercial LED lamps. Intrinsic flicker was found practically non-existent, with all LED lamps having PstLM well below the limit set by Ecodesign regulation. However, some LED lamps exhibited stroboscopic effect, as 16 of the 80 LED lamps had SVM above the Ecodesign regulation limit. The most evident factor affecting the temporal behavior of LED lamps was found to be the circuit topology of the power electronic driver of the LED lamp, with one of the four driver types introducing practically zero TLA, and other types resulting in increased SVM values.Syyskuussa 2021 voimaan astunut uusi EU:n ekosuunnitteluasetus asettaa toiminnallisia vaatimuksia Euroopan markkinoilla oleville valaistuslaitteille. Aikamoduloidun valon artefaktien (engl. Temporal Light Artefact (TLA)), välkynnän ja stroboskooppi-ilmiön, havaittavuuden rajoittamiseksi asetuksessa määrätään rajoituksia kahdelle TLA-mittasuureelle. Rajoitetut mittasuureet ovat välkynnän havaittavuuden indeksi (PstLM) ja stroboskooppi-ilmiön havaittavuuden indeksi (SVM). Näiden mittasuureiden mittausinfrastruktuuria kehitetään EMPIR-projektissa Metrology for Temporal Light Modulation, ja osana projektia toteutettiin Aalto-yliopistolle TLA-mittauskokoonpano. Mittauskokoonpano PstLM ja SVM:n mittaamiseksi E27-kantaisista LED-lampuista koottiin hyödyntäen Mittaustekniikan tutkimusryhmän olemassa olevaa valovirran mittauskokoonpanoa. Fyysistä mittauskokoonpanoa käytetään valon aaltomuodon mittaamiseen. Mittauskokoonpano mitattu, digitoitu aaltomuoto syötetään digitaalisiin valon välkyntämittariin ja SVM-mittariin, jotka toteutettiin tietokoneohjelmistolla. Mittauskokoonpano sekä TLA-mittarit todennettiin asiaankuuluvien standardien mukaisesti, ja keskeisiin kysymyksiin, kuten valon välkyntämittarin skaalauskertoimen laskemiseen, kiinnitettiin huomiota. Todentamisprosessin aikana identifioitiin mittauslaitteiden potentiaalisia laatuparametrejä. Koska sekä PstLM että SVM ovat taajuus- ja modulaatiosyvyysriippuvia, sekä normalisoituja mittasuureita, näihin ominaisuuksiin vaikuttavia asioita pidettiin mahdollisina laatuparametreinä. Validoidulla mittauskokoonpanolla mitattiin 80 kaupallista LED-lamppua. Välkyntä havaittiin käytännössä olemattomaksi, kaikkien LED-lamppujen PstLM-arvojen jäädessä selvästi alle ekosuunnitteluasetuksen asettaman rajan. Jotkin LED-lamput ilmensivät kuitenkin stroboskooppi-ilmiötä, sillä 80:stä LED-lampusta 16:ssa mitattu SVM ylitti ekosuunnitteluasetuksen asettaman rajan. Ilmeisimpänä LED-lamppujen ajalliseen käyttäytymiseen vaikuttavana tekijänä havaittiin LED-lampun ohjaimen piiritopologia. Yksi neljästä luokitellusta ohjaintyypistä ei aiheuttanut käytännössä lainkaan välkyntää tai stroboskooppi-ilmiötä, muiden ohjaintyyppien aiheuttaessa kohonneita SVM-arvoja