別放棄用霓虹燈泡當作 AC 通電指示燈

您最新的 AC 線路供電專案有一個非常簡單的設計要求：提供一個明顯的發光指示燈，以顯示設備已插入線路而且電源「開啟」，即可表示線路良好且設備已啟動。這是為了使用者便利，而且如果設備在理應啟動的情況下卻疑似「故障」，也可迅速提供故障排除的線索。

您第一個想法是保持簡單，只要從產品中任何可用的 DC 電源軌獲取一點電力，就可提供大約 20 mA 的電流來驅動紅色 LED。如果沒有合適的電源軌，則可添加一個小電路來驅動該 LED (圖 1)。

圖 1：用 AC 線路驅動 LED 指示燈並不難，但需要幾個主動和被動元件。(圖片來源： International Light Technologies, Inc.)

只是，這兩種解決方案都有各自的問題。首先是可信度和信心問題，而這會涉及安全。如果驅動 DC 電源軌的電路出現故障導致 LED 不亮，使用者有可能會認為 AC 線路已切斷、電路未通電，但實際上是有通電的，而這就會有安全疑慮。

即使這不是問題，單獨的指示燈電路，即便其物料清單 (BOM) 不大，但就只是為了這個用途，是相對耗成本且複雜的。如果沒有可以分接的 DC 電源軌，就會需要降壓變壓器，或是可提供法規安全隔離的變壓器，如此一來，一切就不簡單也不便宜了。

您認為一定會有更低成本且全被動的方式，可將 LED 直接連接到 AC 線路，還真的有。有個可行方案就是「電容降壓器」電源。有些商業設計就採用此方案，以便以 AC 電源提供低電流的 DC 電源軌 (圖 2)。如此一來，就可用來驅動 LED。

圖 2：「電容降壓器」電路可直接用 AC 線路驅動 LED；儘管看起來很簡單，實際上是一個微妙的電路，也有一些法規／安全上的問題。(圖片來源： Turbokeu.com)

此外，這些電路也有法規與安全上的疑慮和問題，因為必須與設計上的其他部分實體分隔。為了符合 UL 等安全規範，整個電路及其微小電路板 (如果有) 在實體佈局上，必須可在底板出現故障時提供使用者保護。此外，這個作法需要更大、更昂貴、更高電壓的被動元件 (尤其是電容，必須提供大約是線路電壓峰值兩倍的安全餘裕)。

現實情況是，添加一個使用 LED 的「AC LIVE」子電路，在實踐中並非「紙上談兵」那麼容易。

用霓虹燈回到未來

幸好，有一個經過時間考驗且高度可靠的解決方案：使用一個小霓虹燈泡和一個限流電阻 (圖 3)，並將此電阻直接連接到 AC 線路 (120 或 240 VAC)。雖然這個電路也必須適當絕緣，但非常簡單且小巧，因此可以用熱縮管套住或其他類似的絕緣。

圖 3：如線路圖所示 (左)，若要使用帶 AC 線路的霓虹燈作為電源，只需要一個限流串聯電阻即可；要實作線路圖，也只需簡單的互連即可 (右)。(圖片來源： Bristol Watch Co.)

霓虹燈泡，更恰當的說法就是燈，因為這就是其功能，自 1900 年代初就已經問世至今，有各種尺寸和樣式。到目前為止，最常用來當作指示燈的尺寸就是 NE-2 燈。Interlight 的 4PAK:WX-EGA2-0 就是一個很好的例子。其尺寸為 12 mm (長) x 5 mm (直徑) (圖 4)。

圖 4：廣泛使用的 NE-2 霓虹燈長約 12 mm，直徑為 5 mm。(圖片來源：Interlight)

限流電阻的值取決於霓虹燈尺寸、所需亮度，以及最小／最大額定電流。對 NE-2 而言，在 120 VAC 電源下，此數值通常介於 50 至 220 kΩ，在 220 VAC 電源下，數值則是兩倍。電阻的額定功率約為 1/4 W 或更低。沒有比這更簡單或更可靠的了。

霓虹燈泡的使用壽命在 20,000 至 50,000 小時之久，可媲美 LED。霓虹燈也非常堅固，不受振動、機械衝擊或頻繁開／關操作的影響。通常可在 -40°C 至 +150°C 的寬廣溫度範圍內工作，不易受到高壓靜電放電或線路瞬變等電壓瞬變的破壞。在某些方面，霓虹燈類似於電路保護用的微型氣體放電管 (GDT)。

請注意，霓虹燈是具有兩個對稱電極的非極化 DC 裝置。施加 DC 時，一個電極會發光；如果 DC 反轉，另一個電極會發光 (圖5)。連接到 AC 電源時，電極會交替發光。我們的眼睛會整合光影，因此看不到閃爍。

圖 5：霓虹燈是一種與極性無關的 DC 驅動放電裝置，其陰極會發光，誠如此「三幅」組圖所示 (由左至右)：正極性在左導線 (陰極在右)、在右導線 (陰極在左)，以及由 AC 波形 (陰極交替) 驅動的情況。(圖片來源： Wikiwand)

霓虹指示燈在本質上就有 DC 電源相容性，因此適合用於更高電壓的 DC 電源軌設計，而這也更廣泛用於太陽能面板、電池儲能系統 (BESS) 和 DC 配電。

無需自己動手

有個更簡單的方法可以將霓虹燈設計成 AC 通電指示燈，無需連接燈泡和電阻，以及之後的組件絕緣。您可以將燈泡和電阻備妥成面板指示燈的樣式，放在隨時可用、密封的面板安裝外殼中，還可選擇引線、焊接端子或快接端子。Bulgin Limited NL589C2A 霓虹燈面板指示燈 就是這類裝置之一 (圖 6)。

圖 6：只要購買帶有串聯電阻的霓虹燈指示燈，如 NL589C2A，就可大幅減少接線和安全的問題。(圖片來源： Bulgin Limited)

為了進一步提升便利性並簡化實體佈局，許多翹板開關都配備一體式霓虹指示燈。Bulgin 的 H8553VBBR2-B 就是採用這種作法的例子之一 (圖 7)。這一款 15 A 雙軸單切 (DPST)、120/240 VAC 裝置，採用扣入式面板安裝設計，可節省空間並簡化系統接線。

圖 7：將霓虹燈及其電阻整合到開關的翹板中，設計人員就可節省空間、簡化接線並減少物料清單。(圖片來源：Bulgin Limited)

翹板開關內建燈泡的作法可讓設計與操作達到直覺的「人機介面」考量，因為可讓開關的動作和對應的照明，在視覺和實體上互相關聯。

除了安裝和接線的便利性外，內建霓虹燈開機指示燈的翹板開關更具備邏輯感受性，因此才能廣泛用於 AC 電源排插；有個典型的例子就是 Tripp Lite 6SPDX電源排插，是一款 6 個插座搭配 6 ft 長電源線的裝置 (圖 8)。

圖 8：翹板開關搭配一體式霓虹指示燈具有技術、生產和以使用者為中心的優勢，因此非常適合用於 AC 電源排插，包括消費者導向 (如圖所示) 到高負載型商業到工業的設備等。(圖片來源：Tripp Lite)

結論

在許多情況下，舊有技術仍可在現代化設計挑戰中成為合理甚至最佳的解決方案。雖然 LED 指示燈在低電壓解決方案中已大幅取代霓虹燈，但霓虹燈方案在 AC 線路指示上仍是非常簡單且可行的選擇。這些燈提供多種封裝選項，包括裸燈泡、面板安裝和翹板開關，可在許多設計情況中，進一步增強實用性和多功能性。

外部參考資料

• Wikipedia, “Neon lamp” (basic reference)
• Wikiwand, “Neon lamp” (technical with extensive references)
• International Light Technologies, Inc., “Neon Lamps: Application & Technical Notes” (technical and applications)
• Data Sheet Archive, “Chicago Miniature NE-2 Datasheet” (detailed data sheet)
• Science History Institute “A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon” (history)
• Neon Library, “Neon History” (history)