LED节能指示灯电路测试分析

　　前些天在讨论LED指示灯时，有人提到用电容限流，我认为这是个减少损耗的好办法，只是单个指示灯本身功率很小，节省总量有限。

　　一般用于插线板或某些电器上的指示灯，多半是用1/4w 220k电阻直接串联一个红色LED灯珠，这样一个指示灯，耗电约0.2w，算是很小了，不过如果是长年亮着，一年也要耗电约1.75度，如果把全国所有的这种LED指示灯都算起来，还是比较可观的。这种电路，真正耗电的大头都在电阻上，而灯珠的耗电微乎其微，如果改用电容降压限流，就可以大大较少损耗。不过，电容限流有一个缺点，那就是在通电瞬间，如果交流电不是正好在电压为0的状态，就会有很大的冲击电流，所以，还得串联一个适当的电阻来防止加电瞬间的大电流冲击。另外，多次看到这种LED指示灯损坏，分析原因是LED只串一个电阻就接上去，在交流电的负半周会有高反向电压将LED击穿，而LED属于二极管的一种，一次击穿（也就是达到反向击穿电压，但电流很小）不会损坏，二次击穿（电流较大，内部发热严重，导致半导体晶格损坏）会损坏，为了避免反向电压损坏LED，应该加一个二极管来进行保护。

　　经过分析，大致确定节能指示灯电路如下

　　

　　为了进行测试，准备了耐压1kv的高耐压瓷片电容0.01μ、4700p各一个（不过这些电容是便宜货，实测电容容量大约只有标称的一半），1/4w 10k、20k电阻各一个，3mm红色LED灯珠两个，整流二极管1N4007一个，带插头的线一根，接线座一个

　　

　　

　先按电路将0.01μ电容、20k电阻、二极管和LED焊一起，插到接线座上测试灯亮，与插线板上的指示灯（220k电阻串1N4007和3mm红色LED）对比，亮度略小，不过做指示灯足够了改用4700p电容，亮度还要小一些。

　　

　　

　　下一步就是冲击测试，把插头连续插拔不小于100次，串了20k电阻后，理论上最极端状态下（交流电的负峰值拔掉，电容反向充电到最大，正峰值插上去，使电阻和LED承受双倍峰值电压）脉冲电流31mA，不应该有问题。测试通过。

　　然后是测试LED灯珠的耐大脉冲电流测试，也就是去掉20k电阻，如果LED能承受，那么电路的损耗会更小。连续插拔100次，发现亮度越来越小，最后只在插上去瞬间闪一下。把灯珠取下来，用万用表测量，发现已经严重漏电，LED报废了。测试看来，是大电流的冲击造成LED内部局部损坏漏电，而不是一次性彻底损坏。

　　LED的耐冲击电流是多少呢，网上查了一下，3毫米的红色LED最大脉冲电流是75mA。如果使用10k电阻，即使电压上升到250v，极端状态下最大峰值电流也就70mA，使用10k电阻应该足够。

　　换了另一个LED灯珠，电阻换成10k，连续插拔了100多次，亮度看不出变化，拆下LED用万用表测量，几乎测不到漏电，跟测试前完全一样。也就是说，串10k电阻完全满足要求。

　　电路计算分析：

　　0.01μ的电容在50Hz时，容抗Rc=1/（2πfC）=1/（6.28*50*0.01*10^-6）=318.5k，有这么大的容抗，10k或20k电阻对电流影响很小，忽略不计，于是交流电流为220/318.5k≈0.69mA，这是按正弦波交流电计算的有效电流，LED和二极管平分这个电流，LED电压约1.8v，二极管电压约0.7v，平均电压约1.3v，消耗功率1.3v*0.69mA≈0.9mw，电阻上的功率为（0.69mA）^2*10kΩ≈4.8mw，一共耗电5.7mw，也就是0.0057w，只有原指示灯电路的1/35，不间断使用大约20年才耗电1度，而亮度比串联220k电阻差得不明显，亮度足够了，我这电容实际容量小近一半，亮度也没小多少。如果电容容量小一半，则电流下降一半，电阻上消耗的功率下降到原来的1/4，约1.2mw，LED和二极管耗电下降一半，约0.45mw，总耗电约1.65mw，69年才耗电1度。

　　从材料成本来说，我这网购的电容20只0.8元，每只0.04元，二极管的网上报价也差不多0.04元一个，大批量购买会更便宜，材料成本增加不到0.1元，不但每年（不间断使用情况下）节约用电约1.7度，而且LED有二极管保护，不用再担心损坏。