Lampy i żarówki energooszczędne CCFL i EEFL

Wyjaśnianie zagadnienia rozpoczniemy może od rozszyfrowania skrótu CCFL. Żeby było ciekawiej zacznijmy od końca: FL to Fluorescent Lamp, czyli lampa fluorescencyjna. Lampami fluorescencyjnymi są wszystkie świetlówki, a więc i tzw. żarówki energooszczędne. Są to odmiany lamp wyładowczych, czyli takich, w których prąd płynie przez gaz, będący zasadniczo izolatorem.

Działanie i budowa świetlówki

Jednak pod wpływem pola elektrycznego następuje jonizacja gazu, wystąpienie kontrolowanego wyładowania i przepływ prądu w zjonizowanym gazie – plazmie. W lampach fluorescencyjnych prąd płynący przez rozrzedzony, zjonizowany gaz, zwykle argon z oparami rtęci, powoduje wytwarzanie niewidzialnego promieniowania ultrafioletowego o długości fali około 250nm.

To promieniowanie powstające wewnątrz szklanej lampy jest zamieniane na światło widzialne przez luminofor, którym pokryte jest wnętrze szklanej bańki-rury. W zależności od użytego luminoforu lampa może świecić światłem widzialnym o różnych kolorach. Kolor zależy tylko od użytego luminoforu.

Lampy fluorescencyjne zasadniczo składają się ze szklanej bańki, zwykle w postaci rurki oraz dwóch elektrod, pomiędzy, którymi występuje przepływ prądu. Tak działające lampy można podzielić na dwie grupy: z gorącym i z zimnym zapłonem.

Więcej na temat lamp fluorescencyjnych CCFL – rodzaje, wymiana, dopasowanie wielkości, temparatura, itd – znajdziesz w poradniku o lampach fluorescencyjnych CCFL

Zapłon gorący i zimny

W niepracującej świetlówce gaz wewnątrz rury nie przewodzi prądu.

Aby nastąpiło wyładowanie, czyli zapłon gazu i przepływ prądu, stosuje się dwa sposoby:

1. Gorący zapłon – wstępne podgrzanie elektrod i otaczającego ich gazu, co ułatwia jonizację i przepływ prądu.
2. Zimny zapłon – zwiększenie napięcia między elektrodami, by nastąpiła jonizacja pod wpływem silnego pola elektrycznego. Znane od dziesiątków lat klasyczne świetlówki (pierwsza świetlówka została zaprezentowana pod koniec lat 30. XX wieku), a także większość żarówek energooszczędnych ma tzw. gorący zapłon.

Dlatego mają nie dwa, tylko cztery wyprowadzenia – fotografia 1. Między dwoma sąsiednimi wyprowadzeniami, pełniącymi funkcję jednej z dwóch elektrod, umieszczony jest grzejnik. Gorący zapłon polega na tym, że w chwili włączenia przez te grzejniki przepuszczany jest znaczny prąd, który je rozgrzewa. Dawniej świetlówki były sterowane za pomocą tzw. startera oraz dławika według rysunku 2.

Starter to była mała lampka – neonówka o specyficznej konstrukcji, z dodatkowym stykiem, który w pierwszej chwili po włączeniu przepuszczał przez grzejniki prąd o znacznej wartości. Potem na cały czas świecenia starter rozwierał swe styki. Wtedy następował zapłon gazu w świetlówce i grzejniki stygły.

Po wystąpieniu pierwszego wyładowania gaz wewnątrz rurki rozgrzewał się na tyle, że kolejne półokresy przemiennego napięcia zasilającego powodowały zapłon, przepływ prądu wewnątrz lampy między elektrodami-grzejnikami i świecenie lampy. Dławik, czyli cewka o dużej indukcyjności była potrzebna dlatego, że lampa fluorescencyjna, jak każda lampa wyładowcza, po zapłonie gazu ma ujemną rezystancję.

Oznacza to, że czym większy prąd, tym mniejszy jest spadek napięcia na niej. Aby prąd nie wzrastał nadmiernie, trzeba go ograniczyć. Ogranicznikiem mógłby być rezystor, ale wtedy występowałyby duże straty w postaci ciepła, co obniżyłoby sprawność. Dławik ma małą rezystancję uzwojeń, dzięki czemu straty ciepła są małe, a prąd jest skutecznie ograniczony przez dużą reaktancję indukcyjną Xl.

W nowych rozwiązaniach rolę dławika i startera odgrywają rozmaite układy elektroniczne, w angielskojęzycznej literaturze określane ogólnie jako ballast. Elektronicznie układy do gorącego startu, po włączeniu najpierw na chwilę rozgrzewają grzejniki, a potem następuje przepływ prądu między elektrodami przez gaz w rurze.

Lampy CCFL

Obok czterokońcówkowych lamp fluorescencyjnych, przeznaczonych do gorącego zapłonu (świetlówek), od dawna dostępne są też lampy dwukońcówkowe. Dwukońcówkowe lampy fluorescencyjne mają taką samą zasadę świecenia, jak klasyczne świetlówki, tylko zaświecane są „na zimno”. Nie są jednak nazywane świetlówkami, tylko są znane jako CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp.

Lampy CCFL bez grzejnika

Lampy CCFL nie mają grzejnika, więc muszą być zaświecane na zimno, przez podanie w chwili startu odpowiednio wysokiego napięcia zasilającego. Podczas normalnej pracy napięcie na lampie CCFL wynosi zwykle tylko kilkadziesiąt woltów, jednak do jej zapłonu potrzebne jest przez chwilę napięcie rzędu kilkuset, a nawet ponad 1000V, zależnie od długości rurki.

W zasadzie lampy CCFL nie muszą mieć żadnych specjalnych układów zapłonowych. Wystarczy, że układ zasilający ma odpowiednią charakterystykę prądowo-napięciową. Mianowicie przy braku obciążenia, gdy nie płynie prąd, czyli w pierwszej chwili po włączeniu zasilania, napięcie zasilające lampę powinno wzrastać do poziomu 500…2000V, potrzebnego do zapłonu. Gdy zapłon nastąpi i popłynie prąd, napięcie zasilające powinno spaść do poziomu tych kilkudziesięciu woltów, na przykład przez spadek napięcia na dużej rezystancji wewnętrznej zasilacza. Na marginesie warto wspomnieć, że „gorące” lampy czterokońcówkowe też mogą być zaświecane na zimno, z niewykorzystanym grzejnikiem.

Lampy fluorescencyjne większej mocy

Klasyczne świetlówki i tzw. żarówki energooszczędne, które mają cztery końcówki i przewidziane są do gorącego zapłonu, są najczęściej zasilane z sieci 230V. Natomiast „zimne” lampy CCFL są mniejsze, mają mniejszą moc i zazwyczaj nie są zasilane z sieci (choć są też dostępne układy sterujące do CCFL, zasilane napięciem sieci 120V lub 230V). Wiele lamp CCFL pracuje w urządzeniach bateryjnych i służy do podświetlania kolorowych wyświetlaczy (ekranów) LCD różnej wielkości.

Jaki rodzaj prądu płynie w świetlówce?

Zasadniczo lampy CCFL mogłyby pracować przy prądzie  stałym,  ale  z różnych względów do ich sterowania służą przetwornice dające napięcie i prąd zmienny, zazwyczaj sinusoidalny. Takie przetwornice nazywane są potocznie inwerterami. W urządzeniach bateryjnych, a także w urządzeniach zasilanych z sieci, stosowane są przetwornice CCFL – inwertery, o specjalnie ograniczonej wydajności prądowej, które w pierwszej chwili, gdy przez lampę nie płynie prąd, wytwarzają wysokie napięcie, które powoduje zapłon i przepływ prądu.

Płynący prąd powoduje spadek napięcia przetwornicy i wytwarza się stan równowagi. O ile klasyczne świetlówki mają średnice ponad 10mm, o tyle lampy CCFL to najczęściej rurki o średnicy 1,3…3mm. Wprawdzie są też wersje duże, a ściślej długie: metrowe i dłuższe lampy CCFL, służące do podświetlania banerów reklamowych oraz dużych telewizorów LCD, jednak większość lamp CCFL ma długość kilku do kilkudziesięciu centymetrów. Białe lampy CCLF do niedawna były powszechnie wykorzystywane do podświetlania ekranów LCD w telewizorach, monitorach, laptopach, tabletach i telefonach oraz w skanerach, a kolorowe o różnych kształtach m.in. przy modingu komputerów. Dziś lampy CCFL są wprawdzie powoli wypierane przez diody LED, ale nadal są często wykorzystywane.

Lampy EEFL

Lampy EEFL (External Electrode Fluorescent Lamp) są odmianą lamp CCFL, gdzie zgodnie z nazwą elektrody nie są umieszczone wewnątrz szklanej bańki, tylko na zewnątrz . Wygląd tych lamp pokazuje fotografia 2. Lampy EEFL mają dłuższą żywotność niż CCFL. Jednak główną różnicą jest to, że lampy CCFL mają dużą ujemną rezystancję dynamiczną, czyli napięcie na lampie zmniejsza się ze wzrostem prądu.

Aby prąd nie narastał nadmiernie, trzeba indywidualnie ograniczać prąd każdej lampy CCFL. Jeśli w jakimś urządzeniu ma pracować kilka lamp CCFL, to trzeba stosować indywidualne obwody sterowania i ograniczania prądu dla każdej lampy. Komplikuje to układy sterowania i zwiększa koszty. W lampie EEFL elektrody nie mają bezpośredniego kontaktu z gazem. W obwodzie występuje dodatkowa szeregowa pojemność między elektrodami i gazem.

Choć sam gaz po zapłonie też wykazuje ujemną rezystancję dynamiczną, jednak znaczna reaktancja Xc wspomnianej pojemności stanowi wewnętrzny ogranicznik prądu w lampie. Co bardzo ważne, dzięki takiemu wewnętrznemu ogranicznikowi prądu, lampy EEFL można łączyć równolegle i zasilać napięciem zmiennym z jednego zasilacza – inwertera. Jest to istotna zaleta w stosunku do lamp CCFL, których nie można łączyć równolegle.
Opracowano na podstawie artykułu z miesięcznika EdW

Porównywarka cen sprzętu RTV