Autor: Jose Leandro Espada / Product Manager de Electrónica OLFER
El 1 de Septiembre del 2021 entró en vigor este reglamento como actualización de los requisitos de eco-diseño de la directiva 2009/125/EC para las fuentes de luz y equipos de control. Como novedad destacan los requisitos de Flicker y Efecto estroboscópico para las fuentes de luz, que antes no eran de obligado cumplimiento.
Para cuantificar estos parámetros se han adoptan los indicadores ‘Pst LM’ y ‘SVM’ definidos por el Comité Internacional de Iluminación (CIE) y utilizados en otras normas (IEC/TR 61547-1, EN 61000-3-3, IEC 61000-4-15).
- PstLM = Short-term light modulation (Flicker). El flicker es parpadeo visible a baja frecuencia entre los 0,3 y 80Hz.
- SVM = Stroboscopic visibility measure (Efecto estroboscópico). Es el parpadeo entre los 80Hz y los 2000Hz. Cambia la percepción del movimiento de un observador estático en un ambiente no estático. Por ejemplo objetos o maquinas en movimiento pueden causarnos la percepción de estar parados.
Anteriormente ya existían otros indicadores para cuantificar el Flicker y el efecto estroboscópico, como el Percent Flicker (PF) o el Flicker Index (FI) definidos por la IES (Illuminating Engineering Society). Figura 1A.
Estos indicadores anteriores, basados en medidas de diferencias de amplitud o de energía (áreas) de la variación de luz no tienen en cuenta la gran influencia que tiene la frecuencia a la que se producen las variaciones de luz sobre el nivel de percepción del parpadeo en el ser humano.
Además de la frecuencia, existen otros factores que también influyen en la percepción y efectos de las variaciones de luz (modulación de luz) sobre los humanos:
- Intensidad de la fuente de luz
- Contraste de la fuente de luz con la iluminancia del entorno
- Localización de la fuente de luz en el campo visual del observador (lejos/cerca, en frente/a un lado)
- Velocidad de movimiento de los objetos alrededor del observador
- Sensibilidad del observador
En el desarrollo de los indicadores ‘Pst LM’ y del ‘SVM’ sí que se han tenido estos factores en cuenta:
- El PstLM se define para aplicaciones generales de interior, observación central, con ángulo visual pequeño (~2°) e iluminancia promedio >100lux. Sobre los datos obtenidos por los instrumentos, se aplican filtros que emulan la respuesta en frecuencia del conjunto ojo-cerebro humano y también análisis estadísticos. Figura 1B.
- El SVM se define para unas condiciones de iluminación general de ≥100lx, con amplia distribución espacial y para movimientos de manos a velocidad moderada (≥4m/s). También se tiene en cuenta la sensibilidad humana en función de la frecuencia. El umbral de percepción es menor para frecuencias bajas. Figura 1C.
Ambos indicadores son el resultado de ponderar los valores medidos por los instrumentos en unas condiciones de funcionamiento determinadas, y aplicar filtros o curvas de sensibilidad basados en modelos de percepción humanos.
Es decir, podrían ser diferentes para otras condiciones de funcionamiento, y también los usuarios cuya sensibilidad diverja de la media tendrán percepciones diferentes sobre el grado de flicker o efecto estroboscópico de una fuente de luz.
Por ejemplo:
- PstLM=1 es un nivel de flicker solo perceptible para el 50% de la población.
- SVM=1 es un nivel de efecto estroboscópico perceptible para el 50% de la población.
Los límites para PstLM y SVM que establece el reglamento UE 2019/2020 (1 oct 2019) son:
| Requisitos funcionales aplicables a las fuentes luminosas | |
|---|---|
| Parpadeo de MLS de LED y OLED | Pst LM ≤ 1,0 a plena carga |
| Efecto estroboscópico de MLS de LED y OLED | SVM ≤ 0,4 a plena carga (excepto para HID con Φuse > 4klm y fuentes luminosas destinadas a ser utilizadas en aplicaciones al aire libre, aplicaciones industriales u otras aplicaciones en las que las normas de alumbrado permitan un CRI < 80) |
Cabe destacar que solo se exige el cumplimiento de estos límites cuando la fuente de luz está al 100% de regulación (Plena carga).
Sin embargo, cada vez es más habitual que las luminarias puedan regularse. En función de la tecnología de regulación del convertidor (driver) o del regulador adicional empleados, pueden aumentar los niveles de flicker o efecto estroboscópico al regular.
En este sentido los drivers regulables de MEAN WELL, distribuidos en España y Portugal por Electrónica OLFER, de las series LCM, IDLC, PWM, LDC, NPF-D, ELG, HLG, HVG, XBG, XLG, etc. son un ejemplo de buenas prácticas ya que su diseño con bajo rizado permite una experiencia agradable para los usuarios incluso con niveles bajos de regulación.
En la figura 2 se muestra un gráfico donde se representan las curvas con los límites PstLM =1 y SVM=0,4 en función del grado de variación de la luz debida al parpadeo (% modulación), y de la frecuencia a la que se produzca dicha variación.
Si la fuente de luz produce parpadeos a diferentes frecuencias, la variación (% modulación) de luz no debe exceder las curvas PstLM=1 y SVM=0,4 en ninguna de ellas.
De fondo se muestran las tres regiones: flicker visible, riesgo bajo y exenta de riesgo, según la norma americana IEEE 1789. Puede observarse que existe cierta similitud entre los requisitos que imponen la norma americana y el reglamento europeo.
Una conclusión que podemos obtener de este gráfico es que en general se permite un mayor % de modulación cuando la frecuencia del parpadeo es más alta. Por encima de los 4000Hz ya no hay límite SVM=0,4 para el % de modulación, es decir, la fuente de luz podría estar encendiéndose y apagándose continuamente (tener un 100% de modulación) sin ser perjudicial para los humanos.
PstLM y SVM son indicadores de naturaleza lumínica y son solo aplicables y de obligado cumplimiento para las fuentes de luz LED y luminarias LED, pero como veremos a continuación los Drivers de LED juegan un papel decisivo para conseguir que las fuentes de luz no superen los límites máximos establecidos.
¿Cómo puede influir la elección del convertidor electrónico (driver) en el cumplimiento del PstLM y SVM de una luminaria LED?
Existe una relación directa entre variación de luz que tiene una fuente de luz LED (% Modulación) y el rizado de tensión o de corriente de salida del Driver que la alimenta. Figura 3A.
El principal componente de rizado en un Convertidor electrónico (driver) se debe a la influencia de la tensión alterna de la línea que logra hacerse notar ligeramente en su salida, con una frecuencia duplicada respecto a la de la red eléctrica, debido a la rectificación de onda completa que se hace en la primera etapa del driver. Para líneas de 50Hz habrá una pequeña componente alterna de 100Hz superpuesta a la tensión continua de la salida del driver. Figura 3B.
Si miramos el gráfico de la figura 2 podemos ver que la curva límite de SVM=0,4 para una frecuencia de 100Hz admite una modulación máxima de un 10% aprox. Puede decirse que, si un driver tiene un rizado de salida superior al 10%, va a generar una modulación superior al 10% en la fuente de luz y por tanto provocará que esta y la luminaria excedan el SVM máximo permitido.
Otra fuente de generación de modulación de luz, es la regulación mediante PWM en la salida del driver. Esta tecnología de regulación tiene muchas ventajas, pero en el momento en que se regula por debajo del 100%, la forma de onda que llega a la fuente de luz es cuadrada y produce unas variaciones de luz (% modulación) del 100%.
El reglamento actual solo regula el Flicker y efecto estroboscópico de las fuentes de luz a pleno nivel y por tanto la regulación por PWM puede cumplirlo independientemente de la frecuencia de PWM que se utilice. No obstante, existen fabricantes de drivers, que aportan un valor añadido a sus productos. Como ejemplo tenemos la serie PWM de drivers Meanwell y Electrónica OLFER que como su propio nombre indica, regulan mediante PWM, pero lo hacen a una alta frecuencia en torno a los 4000Hz (región del gráfico de la figura 2 exenta de riesgo para la salud).
