带发光二极管按钮开关导致的节能灯掉电闪烁现象研究

周建峰

厦门市海沧区人民防空综合保障中心（福建 厦门 361026）

0 概述

按钮开关上带有用于位置指示的LED发光二极管方便日常使用，但是该种按钮开关会导致荧光灯尤其是节能灯出现掉电闪烁现象，即将节能灯的电源关掉之后，节能灯仍然会以一定的频率闪烁。这种一定频率的闪烁现象不仅费电，还极大地缩短了节能灯的使用寿命[1]。因此，对掉电闪烁现象进行实验研究，找出减小或消除带电闪烁现象的方法具有重要意义。

1 节能灯的原理及其掉电闪烁现象

1.1 节能灯原理

日常节能灯用电子镇流器启动。选型号为YDZ38、功率3 W的节能灯为研究对象，其结构原理图如图1所示。其中，电容C2是电子镇流器的等效电容，电路中已经串入带指示灯的按钮开关。

图1 节能灯结构原理图

1.2 掉电闪烁现象分析

图1中，输入电压Uo值连续可调。闭合开关，将Uo值由0 V逐渐上调，当Uo=36.2 V时，灯管开始闪烁，即该镇流器启动电压值UCD=36.2 V。

断开开关后，该电路本质上是一个单相半波整流电路。断开开关，将Uo值由0 V往上调节，当Uo=65.0 V时灯管开始闪烁。随着Uo值的增加，闪烁的频率逐渐增加。所得数据列表如表1所示。由表1可以预测，当输入电压为日常的220 V时，闪烁频率会更大。

2 改进措施

2.1 确定发光二极管的最小电流值

通过实验已知电子镇流器在AC 36.2 V时便能启动，因此可考虑加大开关内部的阻抗值，降低电子镇流器的压降。加大开关内部阻抗会导致发光二极管的电流值减小，进而导致其亮度减小[2-3]。

表1 不同输入电压值下灯管闪烁20次的时间间隔

采用常见的3 mm高亮红光二极管作为开关指示灯，可以测出：当二极管的电流ID＞0.037 mA时，在黑暗环境中，半径3 m范围内和一定的角度上，其亮度足够引起视觉上的反应。

2.2 确定开关内部阻抗范围

由上述分析可知，灯管若要不闪烁且指示灯有最起码的亮度，则在加载正常市电电压的条件下开关断口的压降UAB＞183.8 V，同时二极管的电流ID＞0.037 mA。开关闭合时，电路是单相正弦电路，开关断开时是单相半波整流电路。拆开电子镇流器发现，既有感性成分又有容性成分，因此单相正弦与单相半波电路作用在同一个电子镇流器上，效果应该是不同的。同时，通过图1所示的原理图也可以知道，两种形式的波形对并联在灯管两侧的等效电容，充电、放电过程不一样，最终结果很可能使灯管闪烁的临界压降值不同。通过不断增加开关内的阻抗发现，当灯管的压降UCD＞52.5 V时，灯管便开始闪烁。由此，可以重新得出开关的压降区间和电流区间：UAB∈[167.5 V,220 V]，ID∈[0.037 mA,∞]。进而估算出开关内阻的最大值：Rmax=220/0.037=5.95×106Ω=5 950 kΩ。

3 消除带电闪烁的方法

3.1 串接电容器增加阻抗

在电路中串1.0×103电容,电路如图2所示。其中，N表示串1.0×103电容的个数，M表示串接的LED个数。

图2 串1.0×103电容电路图

当N=1，M=1时，开关内的阻抗为

电阻的压降UR=10.00 V，可推测出流过二极管的电流ID=0.18 mA，满足IDmin=0.037 mA的限制，但是灯管每隔18.2 s闪烁一次。

当N=2，M=1时，开关内的阻抗为

电阻的压降UR=7.45 V，可推测出流过二极管的电流ID=0.13 mA，满足IDmin=0.037 mA的限制，并且灯管不再闪烁。

改变电容和LED的个数，即改变N、M值，得出的数据列表如表2所示。

表2 不同N、M值下电路情况表

表2中有多个LED，可以通过优化观察角度的方法弥补亮度的不足或因为LED埋入开关面板而导致的可视范围的减少。

3.2 串接电阻增加阻抗

在电路中串入两个最大阻值为470 kΩ的变阻器R1和R2，电路中的阻抗在最大值时也不会超过Rmax的值。通过调压器调节输入电压U0=220 V,当灯管的压降UCD=52.5 V时，开关的总阻抗值R=R1+R2+R3=56+469+412=937 kΩ，UAB=165.4 V。可以算出LED的电流ID=UAB/R=164.5/937=0.18 mA，满足IDmin=0.037 mA的要求。

同样，可以串接多个LED在电路中优化观察者的观察角度。

4 确定改进方案

以上几种方案中，LED的电流值相差不大，方案二即串接电阻增加阻抗的电流较大，方案一即串接电容器增加阻抗的电流较小，LED亮度小。通常来看，按钮开关的面板面积有限，内部空间也有限。若采用方案二，固然可以有相对好的亮度，但是大阻值的电阻体积较大，不方便在开关内部安装。方案一中串联2个103电容、1个高亮3 mm红光LED是其中最好的选择。103电容体积很小，流过LED的电流ID也可以接受。如果再串接3个同样的LED来优化观察角度估计效果会更好。而且实验中采用的高亮LED直径只有3 mm，开关的面板面积也足够安装，只是在成本上稍高。

5 结论

文章分析了带指示灯按钮开关控制下的节能灯掉电闪烁的现象。通过分析节能灯的结构、启动原理及带指示灯按钮开关的结构，建立了电路模型，顺利确定了节能灯会掉电闪烁以及产生掉电闪烁现象的原因。提出两种改进方案，第一种方案可行，其中在带指示灯按钮开关中串联2个103电容经过分析是最好的选择。