做電池供電的聖誕燈串，直覺會把省電的力氣放在「把燈調暗一點」。但把整串電流拆開來看，會發現一個反直覺的結果：在動態花色下，大約三分之二的電流並不是被點亮的燈吃掉的，而是被那些「這一刻沒亮」的燈以待機電流的形式持續消耗。這篇報告拆解電池燈串的能耗結構，把省電從感覺變成一條可以套算的公式。
做電池供電的聖誕燈串，直覺會把省電的力氣放在「把燈調暗一點」。
但把整串電流拆開來看，會發現一個反直覺的結果：在動態花色下，大約三分之二的電流並不是被點亮的燈吃掉的，而是被那些「這一刻沒亮」的燈，以待機電流的形式持續消耗。
這篇報告拆解電池燈串的能耗結構——電流到底流去哪裡、哪些設計選擇真的省電、以及如何用一條公式把續航從感覺變成可以驗算的數字。本文的量化基礎，來自寬壓恒流可定址驅動 IC（P9165A）在單節電池直驅結構下的實測與推算資料。
一、電流的去向：三分之二花在沒亮的燈上
先看一個具體工況：100 顆燈的燈串跑動態流水，平均同時點亮 30 顆，增益設在 30% 檔，電源為 3.2V 平台。
| 電流構成 | 電流（mA） | 佔比 |
|---|---|---|
| 30 顆點亮的燈 | 41 | 33% |
| 70 顆沒點亮的燈（待機） | 83 | 67% |
| 整串合計 | 124 | 100% |
這個結構有一個重要的推論：花色越動態、同時點亮的比例越低，待機電流的佔比就越高。一條主打「逐點可尋址、細膩流水動畫」的燈串，恰恰是待機電流佔比最大的那種產品——動畫做得越漂亮，省電的槓桿就越集中在待機。
因此電池應用的選型優先序，和插電應用是反過來的：單燈待機電流的參考價值，高於單燈工作電流。同一工況下，常見的可定址燈串 IC 整串電流可達 369mA，與上表 124mA 的差距約 3 倍，而這個差距主要來自待機——3.0V 下 0.88mA 對上 2.89mA。
二、待機電流是電壓的函數，而且很陡
第二個容易被忽略的事實：待機電流不是一個常數，它隨供電電壓上升得相當快。
| 工作電壓 | 單燈待機電流 | 相對 3.0V |
|---|---|---|
| 3.0V | 0.88 mA | 1.00× |
| 3.2V | 1.18 mA（推算） | 1.34× |
| 3.3V | 1.32 mA（推算） | 1.50× |
| 3.7V | 1.92 mA（推算） | 2.18× |
| 4.0V | 2.36 mA | 2.68× |
| 4.2V | 2.84 mA（推算） | 3.23× |
| 5.0V | 4.77 mA | 5.42× |
這條曲線直接改寫了電池選型的邏輯。LiFePO4 優於 Li-ion，不只是因為低溫性能——它的 3.2V 放電平台整段落在待機電流最低的區段，而 Li-ion 從 4.2V 一路放到 3.0V，前半段的待機功耗接近後半段的三倍。以整段放電平均計，LiFePO4 平台約可省下三成以上的待機功耗。
換句話說，在電池燈串上，「用較低的平台電壓」本身就是一項節能設計，而不只是安全或成本考量。
三、四個真正影響續航的設計選擇
恒流寬壓：省掉升壓電路，也省掉「第三晚變暗」
3V5V 的工作窗口，與常見電池的完整放電區間幾乎重合：單節 Li-ion 4.2V→3.0V、LiFePO4 3.6V→2.8V、3×AA 鹼性 4.5V→3.0V，三者都落在窗口內。這意味著可以用電池直掛燈串，省掉升壓／穩壓電路——直接省下 1015% 的轉換損耗，以及對應的 BOM、PCB 面積與灌膠防水的難度。
恒流輸出同時解決了另一個體驗問題。市面採電阻限流的燈串，亮度隨電池電壓線性衰減，於是有了「第一晚很亮、第三晚明顯變暗」的典型抱怨。恒流輸出讓電池從 4.2V 掉到 3.0V 的全過程中燈珠亮度不變，直到電量真正耗盡才關燈——這是一條能畫成曲線圖的差異。
八檔電流增益：一個可編程的續航旋鈕
八檔增益讓固件可以依電量自適應調光：電池掉到閾值時自動降檔，把「突然熄滅」變成「自動進入節能模式再撐 N 小時」。同一套硬體也可以直接做出「派對模式／長續航模式」兩個使用者可選檔位，無需改料。
| 增益檔 | 單燈工作電流 @3.3V | 相對 100% 檔 |
|---|---|---|
| 100% | 6.53 mA | 1.00× |
| 89% | 5.72 mA（推算） | 0.88× |
| 79% | 4.98 mA（推算） | 0.76× |
| 68% | 4.18 mA（推算） | 0.64× |
| 60% | 3.59 mA（推算） | 0.55× |
| 47% | 2.63 mA（推算） | 0.40× |
| 38% | 1.97 mA（推算） | 0.30× |
| 30% | 1.38 mA | 0.21× |
分時 R·G·B·W 輸出：峰值電流只有同時驅動的約四分之一
電池——尤其是低溫下內阻上升的鹼性電池與小容量鋰電——最怕峰值電流引起的瞬時壓降。四通道分時輸出把峰值削掉約 3/4，直接降低欠壓復位機率，以及「低溫下發暗／閃爍」的故障率。這一項不會出現在平均功耗的帳上，但它決定了電池方案在寒冷戶外能不能穩定工作。
兩線載波：更細的線、更少的焊點
省掉一根導線，在電池款上的價值不只是 BOM。線徑更細更軟，改善戶外纏繞體驗；焊點減少約 1/3，降低故障率；灌膠防水需要密封的走線面也更少——對電池盒這個本來就是客訴重災區的結構件，是實質的簡化。
四、能量帳：100 燈燈串的續航測算
把上述參數代入，得到一張可以直接用來設定產品規格的表。電源按 LiFePO4 3.2V 平台計算。
| 工況 | 整串電流 | 3×AA 2000mAh | 18650 3000mAh | 內置 LiFePO4 6000mAh |
|---|---|---|---|---|
| 靜態全亮 @100% 檔 | 653 mA | 3 h | 5 h | 9 h |
| 靜態全亮 @30% 檔 | 138 mA | 14 h | 22 h | 43 h |
| 動態 30% 點亮 @60% 檔 | 190 mA | 11 h | 16 h | 32 h |
| 動態 30% 點亮 @30% 檔 | 124 mA | 16 h | 24 h | 48 h |
要自己換算其他規格，只需要兩條式子：
- 整串電流：I總 = N亮 × I增益 + N滅 × I待機(V)
- 續航：續航 = 電池容量 × DoD ÷ I總
其中 I增益 查增益檔表、I待機 查電壓表。第二項——沒點亮的燈——是多數估算會漏掉的那一項，也是誤差的主要來源。
五、三條必須誠實面對的邊界
續航宣稱要對得起這張表。 100 燈規格下，最好情況（6000mAh + 30% 增益 + 動態花色）是 48 小時，約等於每晚 6 小時 × 8 晚。「整個聖誕季每晚 6 小時」（180 小時）在這個規格下做不到。可兌現的說法是「充一次電，整個聖誕週每晚 6 小時」，或者改用 50 燈的 SKU 再談時數。這一條要在鎖定文案之前對齊，否則等於預先製造一次信任赤字。
估算條件要寫清楚。 上表未計入控制器自身功耗與導線壓降，實際整串電流會略高；續航按標稱容量直接相除，未做大電流下的容量衰減修正，因此 3×AA 一列偏樂觀。量產前應以實測數據替換推算值。
兩個設計參數必須向 IC 原廠書面確認。 其一，是否有休眠／掉電模式——100 顆燈僅待機就是 88~118mA，若無休眠，定時關燈時必須由控制器物理切斷 VCC，這一點要寫進設計。其二，PWM 是否鎖存保持——若幀資料寫入後由 IC 自持，靜態畫面下 MCU 可以完全休眠，不必像逐點刷新架構那樣持續更新，MCU 側還能再省一塊。
六、產品端的四條建議
- 規格表上同時標註工作電流與待機電流，並註明量測電壓。只給工作電流的規格書，在電池應用裡無法用來估算續航。
- 把電池平台電壓當作節能參數來選。LiFePO4 的 3.2V 平台在待機電流最低區段，這項收益隨燈數線性放大。
- 用增益檔做電量自適應，把電量耗盡的體驗從「突然熄滅」改成「降檔延長」，並開放使用者可選的續航模式。
- 續航宣稱以實測為準，並在文案中寫明工況（燈數、花色、增益檔、電池容量）。同一條燈串在不同工況下的續航差距超過 15 倍，不標工況的數字沒有意義。
延伸閱讀：電池款的安全與結構設計見《電池供電燈串的安全設計》；恒流驅動的一致性工程見《恒流驅動與能效》；兩線架構的產品價值見《兩線制對零售產品的意義》。完整型號參數見產品中心。
本文數據以單節電池直驅、每顆 IC 直接跨接電池的 100 燈單串結構為口徑，與 24V／多段串聯結構的量測條件不同，不可直接互引。標註「推算」者為分段內插值，非實測值；量產設計應以最終樣品的實測數據為準。
常見問題
電池供電的可定址燈串，最該優化的參數是什麼？
是待機電流，不是工作電流。以 100 顆燈跑動態花色（平均同時點亮 30 顆）為例，30 顆點亮的燈約消耗 41mA，而 70 顆沒點亮的燈以待機電流形式消耗約 83mA，佔整串 124mA 的 67%。花色越動態、同時點亮的比例越低，待機電流的佔比就越高。因此選型時「單燈工作電流」的參考價值，通常低於「單燈待機電流」。
為什麼電池燈串用 LiFePO4 比 Li-ion 更省電？
除了低溫性能，關鍵在於待機電流會隨供電電壓明顯上升——單顆待機電流從 3.0V 的 0.88mA 升到 4.2V 的約 2.84mA，約 3.2 倍。LiFePO4 的 3.2V 放電平台整段落在待機電流最低的區段，而 Li-ion 從 4.2V 一路放到 3.0V，平均待機功耗較高。以整段放電平均計，LiFePO4 平台約可省下三成以上的待機功耗。
恒流驅動對電池燈串的意義是什麼？
兩件事。其一是全程恒亮：採電阻限流的燈串亮度隨電池電壓線性衰減，會出現「第一晚很亮、第三晚明顯變暗」；恒流輸出讓電池從 4.2V 掉到 3.0V 的全過程亮度不變，直到電量真正耗盡才關燈。其二是免升壓：3V~5V 的工作窗口與單節鋰電、3×AA 的放電區間重合，可以直接掛串，省掉升壓電路約 10~15% 的轉換損耗，同時省下 BOM 與 PCB 面積。
100 顆燈的電池燈串，一次充電可以撐多久？
依工況差異很大。以內置 6000mAh LiFePO4、動態花色（30% 點亮）搭配 30% 增益檔計算，整串約 124mA，續航約 48 小時；同樣電池若靜態全亮在 100% 檔（653mA），只剩約 9 小時。要注意的是 48 小時約等於每晚 6 小時 × 8 晚，達不到「整個聖誕季每晚 6 小時」的量級，因此對外續航宣稱應以「充一次電、整個聖誕週每晚 6 小時」這類可兌現的說法為準，或改用燈數較少的 SKU。
續航要怎麼自己估算？
用兩條公式即可：整串電流 I_總 = N_亮 × I_增益 + N_滅 × I_待機(V)，續航 = 電池容量 × DoD ÷ I_總。其中 I_增益 依增益檔位查表，I_待機 依電池平台電壓查表。注意這個估算未計入控制器自身功耗與導線壓降，實際值會略高；且未做大電流下的容量衰減修正，因此鹼性電池（3×AA）一列偏樂觀，量產前應以實測數據替換。