LED 燈管頻閃改善實驗

前情提要：改善環形 LED 燈管頻閃問題

上週提到 LED 燈管近距離打光時手機照相或錄影出現的水平黑條是所謂的「頻閃」現象，原因出在便宜 LED 燈直流電源以 PWM 方式產生，電壓非固定值而是以眼睛無法察覺的頻率(>100Hz)上下振盪，遇到手機的滾動式快門，當快門較快，電壓下降變暗期間的影像便會在畫面穿插成黑條紋。透過加掛電容實測可改善頻閃，但我仍有心願未了：

1. 想親眼看看 LED 燈管 PWM 供電的波形長什麼樣子
2. 想知道不同容量電容的效果如何，多大容量的投資報酬率最佳
3. 如果電容容量夠大，是否能讓電壓固定，完全消除頻閃?

跑了趟光華商場，買了 100V 10μF、22μF、100μF、330μF 四種規格的電容，價格分別是 5 + 10 + 15 + 30，共 60 元，100V 被歸類為高電壓電容，更大容量價格不斐，動轍破百，等確定需要更大容量再入手。

先把上次裝的電容拆掉，將輸出電壓接到麵包板，擔心 66V 電壓把玩具示波器燒壞(查資料好像 20V 是上限)，我還用 100K + 10K 電阻分壓降成 6V 再接示波器，薑薑薑薑~~~，我成功看到 PWM 的輸出波形：
註：昨天在專頁貼文，Josh 大大分享超實用示波器探針技巧一則：探針上如有 X1、X10 開關，切到 x10 就等於降壓 1/10，有前輩指點的感覺真好!

實測頻率 120 Hz、振幅 1.2V，振盪比例約 20%。

接著，我依序加裝 10μF、22μF、100μF、330μF 電容，觀察振幅比例，如預期容量愈大振幅愈小，一路由 16%、14%、7% 縮小到 3% (330μF)：

接 330μF 時，振幅縮小到 3%，照相已完全無感，即使攝影頻閃黑條也不明顯，成效很不錯，但副作用是通電後要等 10 秒左右(電容充飽電)才會亮。而由容量對映的比例，但下降邊際效應會遞減，22 加大到 100，由 14% 降到 7%，但 100 加到 330 只由 7% 降到 3%，追求更大容量的效益有限，且亮燈的延遲恐長到讓人無法忍受，30 元一顆 330μF 是不錯的選擇。(如果只是照相，100μF 可能就夠了)

最後來個大亂鬥，一次並聯 100μF + 100μF + 330μF 並好並滿，一如預期，得到最好的改善效果，錄影直接拍燈管也幾乎看不出有黑條，但亮燈得足足等上 17 秒。

實驗影片

做完實驗，我心滿意足，計劃把手上另一支燈管也改造加上電容，這樣子未來照相用土砲環型燈補光再也不擔心出現黑條囉~

後記：找到一篇工研院綠能所發表在工業材料雜誌的頻閃研究論文 - 照明之閃爍現象與對策 PDF 下載
總結一些理論，120Hz 源於市電交流電頻率 60Hz (橋式整流 x2)，閃爍有專業指標 Percent Flicker、Flicker Index，而它在水銀燈、白熾燈泡、日光燈也會發生，會隨電壓高低產生明暗變化，但 LED 因其特性，電壓低於某個值時不是變暗而是全黑，故頻閃效應特別明顯。要解決頻閃問題有幾個手段：

1. 使用 AM 調光取代 PWM 調光
2. 在直流端使用較大的電容(就是我在嘗試的做法)
3. AC-DC 後再加一級 DC-DC
4. 加入一輔助電路修正