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冷阴极荧光灯CCFL的独特特性分析

星星科技指导员 来源:ADI 作者:ADI 2023-01-11 15:36 次阅读

冷阴极荧光灯(CCFL)用作背光液晶显示器(LCD)的白光源。CCFL提供了许多理想的功能,但它们也具有独特的特征,必须考虑这些特征以最大限度地发挥其实用性。本应用笔记描述了CCFL的一些独特特性。

介绍

冷阴极荧光灯(CCFL)是充满惰性气体的密封玻璃管。当在管子上放置高电压时,气体电离产生紫外线(UV)。反过来,紫外线激发磷光体的内部涂层,产生可见光。CCFL具有许多理想的功能,包括:

出色的白光源

低成本

高效率(电力输入,熄灯)

使用寿命长(》 25K 小时)

稳定可预测的运行

亮度可以轻松改变

重量 轻

CCFL具有一些独特的特征,必须考虑这些特征以最大限度地提高其效率,寿命和实用性。本应用笔记描述了CCFL的一些特性。请注意,此处显示的数据是在特定 CCFL 上收集的,并且特定数据将根据应用程序中使用的 CCFL 模型而变化。然而,这里描述的一般趋势适用于所有CCFL。

温度依赖性

CCFL的工作特性受温度的强烈影响,如图1、2和3所示。在低温下,灯的亮度显着下降(见图1),并且最初撞击(即打开)灯所需的电压显着上升(见图2)。如图3所示,灯表现出自发热特性,直接影响灯被击中后的灯亮度。

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电流

CCFL效率受驱动灯的电流波形影响很大。正弦波形提供最高的效率。相反,具有峰因数的非正弦波形不是高效的CCFL驱动器。图4显示了RMS电流大致相同的两个电流波形。虽然高波峰因数波形与正弦波形具有相同的RMS电流,但其超过正弦波形150%峰值电平的电流偏移不会产生额外的光,只会产生热量。这意味着在采用高波峰因数波形运行的系统中,上电到熄灯效率大大降低。

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图4.灯电流波形比较。

直流偏移是使用 CCFL 时必须考虑的另一个波形。为了减少汞在灯内迁移的可能性,灯波形必须具有最小的直流偏移。

CCFL设计为在特定额定电流下工作,典型值为3mA有效值至 8mA有效值范围。图5显示,降低灯电流会降低灯的亮度,而增加电流会增加亮度。请注意,对于较高的电流,这种关系不是线性的。在标称额定工作电流附近,灯的亮度相对于灯电流的变化几乎为1:1;然而,在较高的电流下,该比率降至1:3以下。因此,在接近其额定电流的情况下操作灯非常重要,因为远高于该速率的操作会缩短灯的使用寿命。此外,在LCD电视和LCD PC显示器等多灯应用中,重要的是将灯保持在相同的电流(即亮度)水平附近,以便在整个LCD面板上提供均匀的光扩散。在这些多灯应用中,必须精确监控和严格控制各个灯的电流水平和波形,否则灯可能会表现出不同的亮度水平。

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图5.灯的亮度-电流依赖性。

灯电压

CCFL工作电压和最佳性能所需的冲击电压随灯管长度和直径而变化。图6显示了工作电压如何随着灯的长度而增加。较小直径的灯需要更高的工作电压。

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图6.灯电压长度依赖性。

CCFL的一个不寻常的特点是它们表现出“负电阻”,这意味着灯电压随着电流的增加而下降(见图7)。单个灯之间的负电阻可能不同,导致灯在任何特定电压电平下具有不同的电流。因此,在多灯应用中,通过为每个灯提供单独的变压器和电流控制,可以实现最均匀的灯性能。

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图7.灯的电压电流关系。

灯击

为了产生光,CCFL内的气体必须首先被电离。当大约是标称额定工作电压的 1.2 至 1.5 倍的电压在灯上放置几百微秒时,就会发生电离。在发生电离之前,灯的阻抗在几兆欧姆范围内;在典型应用中,它看起来几乎完全是电容式的。在电离开始时,电流开始在灯中流动,其阻抗迅速下降到数百千欧姆的范围,并且看起来几乎完全是电阻性的。为了尽量减少灯管应力,醒目的波形应该是对称的线性正弦斜坡,没有尖峰。如上所述,撞击CCFL所需的电压随温度而变化(见图2)。灯撞击的确切时间不是高度可重复的,即使在完全相同的温度和偏置条件下,也可能变化±50%。

审核编辑:郭婷

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