应用笔记 3528

CCFL特性


摘要 : 冷阴极荧光灯(CCFL)用作白光源为液晶显示器(LCD)提供背光。CCFL可提供许多很好的特性,但也要考虑它们独特特征,以便使其可用性最大化。这篇应用笔记描述了一些CCFL的独特特性。

介绍

冷阴极荧光灯(CCFL)是填充了惰性气体的密封玻璃管。当在管子上加高压时,气体电离产生紫外(UV)光。UV光激励内部磷光粉涂层,产生可见光。CCFL具有很多非常好的特性,包括:
  • 极佳的白光源
  • 低成本
  • 高效率(电源进到灯光出)
  • 长寿命(> 25K小时)
  • 稳定及可预知的操作
  • 亮度可轻易变化
  • 重量轻
为使CCFL效率、寿命和可用性最大化,必须考虑到其所具有的一些独特特性。这篇应用笔记描述了其中的一些CCFL特性。需注意的是,这里给出的数据是在特定的CCFL上采集的,根据应用中所用到的CCFL模块的不同,详细数据会有所改变。不过,这里描述的通用趋势适用于所有CCFL。

温度影响

图123所示,CCFL的工作特性很大程度上受温度的影响。在低温下,灯管亮度下降非常明显(参见图1),且灯管启辉所需的电压(例如,开启)显著上升(参见图2)。如图3所示,灯管表现出的自加热特性将直接影响灯管启辉后的灯管亮度。

图1. 灯管-亮度温度依从关系
图1. 灯管-亮度温度依从关系

图2. 启辉电压-温度依从关系
图2. 启辉电压-温度依从关系

图3. 灯管自加热亮度特性
图3. 灯管自加热亮度特性

灯管电流

CCFL效率很大程度上受驱动灯管的电流波形的影响。正弦波形可提供最好的效率。相反地,振幅因数很大的非正弦波形不是高效的CCFL驱动信号。图4显示的是具有相似RMS电流的两个电流波形。虽然高振幅因数波形与正弦波形具有相同的RMS电流,但其超出正弦波形的150%峰值幅值的电流漂移并不产生额外的光,而是仅产生热。这意味着工作在高振幅因数波形下的系统,其电气功率转化为亮度输出的效率被降低很多。

图4. 灯管电流波形比较
图4. 灯管电流波形比较

DC偏移是使用CCFL时必须考虑的另一种波形问题。为降低灯管内汞迁移可能性,灯管波形必须具有最小的DC偏移。

CCFL设计用于运行在特定额定电流下,典型值范围是3mARMS至8mARMS图5显示的是减少灯管电流会降低灯管亮度,且增加灯管电流会提高灯管亮度。注意的是这种关系在较高的电流下不是线性的。在接近标称额定工作电流时,灯管的亮度按照与灯管电流成几乎1:1的比率关系变化;但在更高的电流下该比率降到小于1:3。因此,使灯管运行在接近其额定电流下是很重要的,因为运行在远超过其额定值时会降低灯管寿命。同样,在像LCD TV及LCD PC监视器这样的多灯管应用中,为了在整个LCD面板上提供统一的光扩散,保持灯管接近相同电流(例如,亮度)幅值是很重要的。在这些多灯管应用中,单个灯管电流幅值和波形必须要精确监视且严格控制,否则,很可能灯管将表现出不同的亮度。

图5. 灯管亮度-电流依从关系
图5. 灯管亮度-电流依从关系

灯管电压

达到最佳工作性能所要求的CCFL工作及启辉电压是根据灯管长度和直径而定的。图6显示的是工作电压是如何根据灯管长度增加的。直径小些的灯管需要高些的工作电压。

图6. 灯管电压-长度依从关系
图6. 灯管电压-长度依从关系

CCFL具有表现为'负阻'的非一般特性,也就是说当电流增加时(参见图7)灯管电压降低。负阻因灯管而异,这就造成不同灯管在任意特定电压下都具有不同的电流,因此,每个灯采用单独的变压器和电流控制电路将可获得最为均匀的灯管特性。

图7. 灯管电压与电流关系
图7. 灯管电压与电流关系

灯管启辉

CCFL中的气体必须首先进行电离才能发光。当灯管上的电压达到标称额定工作电压的约1.2至1.5倍,并且持续几百微秒的时间后,会发生电离。在电离发生之前,灯管上的阻抗为几兆欧姆级;在典型应用中,几乎可看成是纯容性的。在电离开始时,电流开始流入灯管,其电阻很快跌落至几百千欧姆级,几乎可看成是纯阻性的。为降低灯管压力,启辉波形应是对称的、不带尖峰的线性正弦波斜坡。如上面注明的,启辉CCFL所需的电压是根据温度(参见图2)变化的。即使是在完全相同的温度及偏置条件下,灯管启辉的确切时序不具有高度可重复性,而且能有±50%的变化。