SE459626B

SE459626B - Multi-tube fluorescent lamp assembly

Info

Publication number: SE459626B
Application number: SE8600730A
Authority: SE
Inventors: K Sundberg; T Bergstroem; H Dunberg
Original assignee: Bengt Mattson; Hans Dunberg; Knut Sundberg
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1989-07-17
Also published as: SE8505306D0; SE8600730D0; SE8600730L

Abstract

Two or more fluorescent tubes (1-6) are connected in series to a voltage unit (8) which operates at a sufficiently high frequency to ignite them without recourse to preheating devices. Pref. the same voltage and frequency are delivered during the subsequent operating phase. If one of the tubes fails or its connections (11-15) are broken, the high frequency employed will ensure the switching of energy between adjacent conductors so that the other tubes continue to glow with either normal or reduced brightness.

Description

459 626 " - 2 Föreliggande uppfinning bygger på insikten att man genom att seriekoppla f ett antal lysrör till ett och samma spënningsaggregat kan tända oéh driva samtliga lysrör då spänningsaggregatet matar de seriekopplade lysrören med en hög spänning och en hög frekvens. The present invention is based on the insight that by connecting a number of fluorescent lamps to one and the same voltage supply in series, it is possible to light and drive all the fluorescent lamps as the voltage supply supplies the series-connected fluorescent lamps with a high voltage and a high frequency.

Det är tidigare känt att tända s.k. kallkatodrör med en högfrekvent hög växelspänning. Kallkatodrör är försedda med en stor katod över vilken ett betydande spänningsfall sker. Detta ger upphov till betydande järnförluster varför, förutom att röret blir varmt vid katoden, en väsentlig andel av tillförd energi bortleds som värmeenergi. Vid användning av kallkatodrör såsom ex.vis för s.k. neonrör, kopplas varje kallkatodrör till ett spännings- aggregat. Eftersom en nätspänning av endast ll0V och 60Hz eller 220V och S0 Hz normalt är tillgänglig har belysningsrör uteslutande utförts som varmkatodrör för att möjliggöra tändning av rören. ” i Varmkatodrören är främst behäftade med den nackdelen att det erfordras separata drivaggregat för vart och ett av rören även om, som sagts ovan, två lysrör kan ha komponenter gemensamt.It is previously known to light so-called cold cathode tube with a high frequency high alternating voltage. Cold cathode tubes are equipped with a large cathode over which a significant voltage drop occurs. This gives rise to significant iron losses, which is why, in addition to the pipe becoming hot at the cathode, a significant proportion of the supplied energy is dissipated as heat energy. When using cold cathode tubes such as for so-called neon tubes, each cold cathode tube is connected to a power supply. Since a mains voltage of only 110V and 60Hz or 220V and S0 Hz is normally available, lighting tubes have been designed exclusively as hot cathode tubes to enable the tubes to be ignited. The hot cathode tubes are mainly affected by the disadvantage that separate drive units are required for each of the tubes, although, as stated above, two fluorescent tubes may have components in common.

Föreliggande uppfinning utnyttjar således en ny princip för att tända och driva ett antal lysrör för belysningsändamål.The present invention thus utilizes a new principle for lighting and operating a number of fluorescent lamps for lighting purposes.

Nedan beskrives uppfinningen närmare delvis i anslutning till på bifogade ritning visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur l visar ett antal lysrör inkopplade enl. uppfinningen, - figur 2 visar ett tvärsnitt genom en armatur, - figur 3 illustrerar ett sätt att inkoppla ett konventionellt lysrör, - figur B illustrerar ett alternativt sätt att inkoppla ett lysrör. l figur l vlsas ett antal lysrör l-6 vilka kan förefinnas i ett lysrören delvis omslutande hölje 7, se figur 2, för utbildande av en armatur. Lys- rören l-6 är anslutna till ett spänningsaggregat 8 anordnat att pålägga en elektrisk spänning över lysrören. Spänningsaggregatet 8 är via terminaler 9 anslutet till en spânningskälla. Beroende på spänningsaggregatets utförande kan spänningskällan vara det allmänna elnätet eller vara ett batteri, såsom ett bilbatteri. ' _ Enl. uppfinningen förefinns två eller flera lysrör anslutna i serie med varandra och nämnda spänningsaggregat. l figur l utgöres en sålunda bildad seriekrets av spänningsaggregatets 8 ena pol l0, röret i, en ledare ll, 459 626 röret Z, en ledare 12, röret 3, en ledare 13, röret Ä, en ledare lå, röret 5, en ledare 15, röret 6 och spänningsaggregatets 8 andra pol 16. Spännings- aggregatet 8 är anordnat att under tändningsfasen hos lysrören avge en till- räckligt hög spänning med tillräckligt hög frekvens för att tända lysrören utan tillgripande av uppvärmning av organ ï lysrören.The invention is described in more detail below in part in connection with exemplary embodiments of the invention shown in the accompanying drawing, in which - figure 1 shows a number of fluorescent lamps connected according to the invention, - figure 2 shows a cross section through a luminaire, - figure 3 illustrates a way of connecting a conventional fluorescent lamp, - figure B illustrates an alternative way of connecting a fluorescent lamp. Figure 1 shows a number of fluorescent tubes 1-6 which can be present in a fluorescent lamp partially enclosing housing 7, see Figure 2, for forming a luminaire. The fluorescent lamps 1-6 are connected to a voltage supply 8 arranged to apply an electrical voltage across the fluorescent lamps. The voltage supply 8 is connected via terminals 9 to a voltage source. Depending on the design of the power supply, the power source may be the public electricity grid or be a battery, such as a car battery. ' _ According to. According to the invention, there are two or more fluorescent tubes connected in series with each other and said power supply. In Figure 1, a series circuit thus formed is constituted by one pole 10 of the power supply 8, the tube i, a conductor 11, 459 626 the tube Z, a conductor 12, the tube 3, a conductor 13, the tube Ä, a conductor lay, the tube 5, a conductor 15, the tube 6 and the second pole 16 of the power supply 8. The power supply 8 is arranged to emit a sufficiently high voltage with a sufficiently high frequency during the ignition phase of the fluorescent lamps to light the fluorescent tubes without resorting to heating of the fluorescent tubes.

Vidare är spänningsaggregatet anordnat att efter tândning av lysrören avge en tillräckligt hög spänning med tillräckligt hög frekvens för att driva de tända lysrören.Furthermore, the power supply is arranged to emit a sufficiently high voltage with a sufficiently high frequency after driving the fluorescent lamps to drive the lit fluorescent lamps.

Det är härvid föredraget att spänningsaggregatet avger samma eller i huvudsak samma spänning och frekvens under såväl tändningsfas som driftsfas. Härvid' kan många kända och kommersiellt tillgängliga spänningsaggregat användas,Vïlkê är anordnade att matafined likström av exempelvis 12 Volt eller växelström av 220 Volt/50Hz eller li0V/60Hz och anordnade att avge en hög spänning, exempelvis 1000-l0000 Volt, med en hög frekvens,exempelvis l-100 kHz.It is preferred here that the voltage supply emits the same or substantially the same voltage and frequency during both the ignition phase and the operating phase. Many known and commercially available power supplies can be used. These are arranged to supply direct current of, for example, 12 volts or alternating current of 220 volts / 50Hz or 10V / 60Hz and are arranged to emit a high voltage, for example 1000-10000 volts, with a high frequency. , for example 1-100 kHz.

Enligt en föredragen utföringsform avger spänningsaggregatet en spänning överstigande S00 Volt vid en frekvens överstigande l kHz.According to a preferred embodiment, the voltage generator emits a voltage exceeding S00 Volt at a frequency exceeding 1 kHz.

Det har visat sig lämpligt att använda en spänning av 900-BOÛOV vid en frekvens av 10-lDUkHz.It has been found appropriate to use a 900-BOÛOV voltage at a frequency of 10-1DUkHz.

Spänningsaggregatet innefattar även en strömbegränsningsanordning för att förhindra en strömrusning då rören tänt.The power supply also includes a current limiting device to prevent a current surge when the pipes are lit.

För det fall spänníngsaggregatet matas med likström är det lämpligt att använda ett spänningsaggregat som producerar en alternerande likspänning av 10~5Ü kHz.In case the voltage supply is supplied with direct current, it is advisable to use a voltage supply which produces an alternating direct voltage of 10 ~ 5Ü kHz.

Uppfinningen skall dock inte anses begränsad till användandet av ett spänningsaggregat med ovan angivna data, enär det ovan begagnade uttrycket "tillräckligt hög spänning" och "tillräckligt hög frekvens" givetvis beror av antalet lysrör, deras dimensioner, nominella effekt, inre motstånd etc.However, the invention should not be considered limited to the use of a power supply with the above data, since the above term "sufficiently high voltage" and "sufficiently high frequency" of course depends on the number of fluorescent lamps, their dimensions, nominal power, internal resistance, etc.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar armaturen åtminstone tre i serie med ett spänningsaggregat inkopplade lysrör.According to a preferred embodiment, the luminaire comprises at least three fluorescent lamps connected in series with a voltage unit.

Det är härvid enl. en utföringsform föredraget att utnyttja vanliga varm- katodrör där katoden endast är ansluten till en pol. Detta illustreras i figur 3 där ett vanligt varmkatodrör 3 är avbildat, vilket har tvâ kontakt- stift l7,l8 till katoden. Endast en ledare l3 är härvid ansluten till ett 17 459 626 “ eller båda 17,18 av kontaktstiften. På motsvarande sätt är ledaren 12 an- sluten, liksom övriga mellan de olika lysrören anslutna ledarna . Endast en ledare l0;l6 löper likaledes till de yttre lysrörens l;6 ena ände.It is in this case according to an embodiment preferred to use ordinary hot cathode tubes where the cathode is only connected to one pole. This is illustrated in Figure 3 where an ordinary hot cathode tube 3 is depicted, which has two contact pins 17, 18 to the cathode. Only one conductor 13 is connected to a 17 459 626 "or both 17.18 of the contact pins. Correspondingly, the conductor 12 is connected, as are the other conductors connected between the various fluorescent lamps. Only one conductor l0; l6 likewise runs to one end of the outer fluorescent lamps l; 6.

Det som överraskande visats genom föreliggande uppfinning är att en spännings- källa med en per rör relativt låg spänning, såsom omkring 200V, vid en hög frekvens har varit tillräcklig för att tända och driva ett antal i serie kopplade lysrör av varmkatodtyp.What has surprisingly been shown by the present invention is that a voltage source with a relatively low voltage per tube, such as about 200V, at a high frequency has been sufficient to ignite and operate a number of series-connected hot cathode type fluorescent tubes.

Ett experiment återges nedan.An experiment is reproduced below.

Tio styckeå lysrör av varmkatodrör (Sylvania F8W/CW) kopplades i serie med ett 5Pä““l“95ê9gregat, vilket gav ZOOOV med en frekvens av k8kHz,pâ det sätt som illustreras i fig. l. Spänningsaggregatets spänning varierade mallan OV och +2000V. Spänningsaggregatet gav en maximal strömstyrka av 2UmA.Ten pieces of hot cathode fluorescent lamps (Sylvania F8W / CW) were connected in series with a 5Pa "" l "95ê9 unit, which gave ZOOOV with a frequency of k8kHz, in the manner illustrated in Fig. 1. The voltage of the voltage unit varied the template OV and + 2000V . The power supply gave a maximum current of 2UmA.

Givetvis skall ett spänningsaggregat utnyttjas som begränsar strömstyrkan i seriekretsen till ett för lysrören avsett värde. Genom denna koppling erhålles således ingen förvärmning av katoderna. Kondensatorer eller andra organ utnyttjades icke för att momentant erhålla en högre spänning över något rör. I Motsvarande experiment har ex.vis utförts med lysrör av varmkatodtyp med en nominell effekt av ZSH, ÅÛV och 6ÛW.Of course, a voltage supply must be used which limits the current in the series circuit to a value intended for the fluorescent lamps. Thus, by this coupling, no preheating of the cathodes is obtained. Capacitors or other means were not used to momentarily obtain a higher voltage across any pipe. In Corresponding experiments have, for example, been performed with fluorescent lamps of the hot cathode type with a nominal effect of ZSH, ÅÛV and 6ÛW.

När spänningsaggregatet anslöts till en spänningskälla tändes samtliga lys- rör i huvudsak momentant.When the power supply was connected to a power source, all the fluorescent lamps were lit almost instantaneously.

Långtidsexperiment har visat att med ett spänningsaggregat vars utspänning varierar från OV och en hög likspänningsnivå är uppvärmningen av lysrören mycket ringa- Efter många timmars drift är fortfarande lysrörens ändar ihuvudsak rumstmpererade.Long-term experiments have shown that with a voltage unit whose output voltage varies from OV and a high DC voltage level, the heating of the fluorescent lamps is very low- After many hours of operation, the ends of the fluorescent lamps are still mainly room temperature.

Detta medför att lysrören kan placeras i trånga utrymmen utan att det behöver sörjas för god luftväxling för att kyla rören. En konkret fördel härav är att armaturer för husvagnar, båtar etc. kan utföras med små dimensioner i förhållande till lysrören och kan dessutom byggas in i trånga utrymmen. Vidare medför den ringa värmeutvecklingen att det totala energi- behovet är lägre än när konventionella armaturer med varmkatodrör används, vilket är särskilt väsentligt om endast batterikraft är tillgänglig. 459 626 Vid andra motsvarande experiment har det visats att även vid omgivnings- temperaturer av -3S°C tänder lysrören momentant.This means that the fluorescent tubes can be placed in tight spaces without the need for good air exchange to cool the tubes. A concrete advantage of this is that luminaires for caravans, boats, etc. can be made with small dimensions in relation to the fluorescent tubes and can also be built into cramped spaces. Furthermore, the low heat development means that the total energy requirement is lower than when conventional luminaires with hot-cathode tubes are used, which is particularly important if only battery power is available. 459 626 In other similar experiments, it has been shown that even at ambient temperatures of -3S ° C, the fluorescent lamps light up momentarily.

Denna fördel är mycket påtaglig, enär den öppnar nya användningsområden för belysningsrör. Således kan genom föreliggande uppfinning armaturer monteras såväl i kallförråd och dylikt som utomhus där omgivningstemperaturen kan vara mycket låg.This advantage is very noticeable, as it opens up new areas of use for lighting fixtures. Thus, by means of the present invention, luminaires can be mounted both in cold storage and the like as well as outdoors where the ambient temperature can be very low.

Genom att ansluta blinkdon i seriekretsen kunde lysrören släckas och tändas med olika frekvenser, exempelvis O.2S¿SHz. Denna möjlighet har sin grund i att lysrören tänder snábbt då föreliggande uppfinning utnyttjas. Det är således medelst uppfinningen möjligt att utnyttja lysrör för blinkande reklam- och trafikskyltar, något som inte är möjligt med konventionella armaturer med varmkatodrör eftersom därvid tändning inte sker dirket.By connecting flashers in the series circuit, the fluorescent lamps could be switched off and on with different frequencies, for example O.2S¿SHz. This possibility is due to the fact that the fluorescent lamps light up quickly when the present invention is used. Thus, by means of the invention, it is possible to use fluorescent tubes for flashing advertising and traffic signs, something which is not possible with conventional luminaires with hot-cathode tubes, since ignition does not take place directly.

Ovan har angivits att konventionella varmkatodrör utnyttjas. Anledningen härtiil är att dessa är billiga och lätt tillgängliga. Emellertid har det visat sig att även utbrända varmkatodrör tänder direkt och lyser med en intensitet motsvarande nya varmkatodrör. Anledningen till detta är att det endast fordras en elektrisk ledare i varmkatodrörets båda ändar för att få röret att tända och lysa.It has been stated above that conventional hot cathode tubes are used. The reason for this is that these are cheap and easily available. However, it has been found that even burnt-out hot cathode tubes light up directly and light up with an intensity corresponding to new hot cathode tubes. The reason for this is that only an electrical conductor is required at both ends of the hot cathode tube to make the tube light up and glow.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen ansluts inte ledarna till polerna på ett varmkatodrör utan ansluts till elektriskt ledande plattor 19,20 eller motsvarande, vilka är belägna på avstånd från varandra utmed rörets 21 längdaxel och vilka är belägna vid rörens 21 utsida, såsom visas i figur Å. Plattorna 19,20 är via var sin ledare 22,23 anslutna till var sin pol. Medelst plattorna 19,20 åstadkommas ett elektriskt fält medelst vilket röret tänds och drivs. Dylika rör 21 seriekopplas enligt uppfinningen på det sätt som beskrivits i samband med figur l och ett spänningsaggregat av ovan angivet slag utnyttjas.According to another embodiment of the invention, the conductors are not connected to the poles of a hot cathode tube but are connected to electrically conductive plates 19,20 or the like, which are spaced apart along the longitudinal axis of the tube 21 and which are located at the outside of the tubes 21, as shown in FIG. Å. The plates 19,20 are connected via their respective conductors 22,23 to their respective poles. By means of the plates 19,20 an electric field is provided by means of which the tube is lit and driven. Such pipes 21 are connected in series according to the invention in the manner described in connection with Figure 1 and a voltage supply of the type indicated above is used.

Enligt en praktisk och billig utföringsform utgöres plattorna 19,20 av ett stycket aluminiumfolie, eller kopparfolie, vilken fästs på rörets utsida.- Vardera plattan kan även utgöras av en runt röret lindad aluminium- eller kopparfoiie.According to a practical and inexpensive embodiment, the plates 19,20 consist of a piece of aluminum foil, or copper foil, which is attached to the outside of the tube. Each plate can also consist of an aluminum or copper foil wrapped around the tube.

Givetvis kan härvid varmkatodlysrör användas även om lysrör helt utan an- slutningspoler kan användas. 459 626 _ 6 Oavsett enl. vilken utföringsform anslutningen av lysrören sker är det uppen- bart att dessas livslängd inte är avhängig utav en katod som förbrukas succesivt genom tändningarna. Därför medför föreliggande uppfinning en mycket lång livslängdpå lysrör. Detta gäller även varmkatodrör där katoden förblukats i sådan grad att rören inte tänder med konventionella armaturer för varm- katodrör. Ett rör av det sistnämnda slaget kan användas vid föreliggande uppfinning och ge en mycket lång brinntid.Of course, hot cathode fluorescent lamps can be used here, even if fluorescent lamps can be used completely without connection poles. 459 626 _ 6 Regardless of acc. In which embodiment the connection of the fluorescent lamps takes place, it is obvious that their service life does not depend on a cathode which is consumed successively through the ignitions. Therefore, the present invention provides a very long life of fluorescent lamps. This also applies to hot-cathode pipes where the cathode has been pre-bleached to such an extent that the pipes do not light up with conventional luminaires for hot-cathode pipes. A tube of the latter kind can be used in the present invention and give a very long burning time.

Ovan har olika fördelaktiga tillämpningar omnämnts. Emellertid är givetvis före- liggande uppfinning synnerligen lämpad för vanliga belysningsarmaturer för inom- husbruk, där matningsspänningen till spânningsaggregatet kan vara nätspänning d.v.s. 220 V.Above, various beneficial applications have been mentioned. However, of course, the present invention is particularly suitable for ordinary lighting fixtures for indoor use, where the supply voltage to the power supply can be mains voltage, i.e. 220 V.

En särskild fördel med föreliggande armatur är följande. Trots att lysrören är seriekopplade på det i figur 1 visade sättet har det visat sig att samtliga lys- rör inte slocknar när förbindelsen mellan två rör avbryts eller när ett rör är sönder. Antag att ledarna ll och 12 bortkopplas från röret 2 eller att röret 2 är sönder. Härvid sker en överkoppling av energi mellan närliggande ledare på grund av den höga frekvensen som utnyttjas. Dete;får till följd att lysrören ä,5,6 lyser med ihuvudsak normal styrka, medan rören l och 3 lyser med lägre styrka och röret 2 är släckt.A particular advantage of the present luminaire is the following. Although the fluorescent tubes are connected in series in the manner shown in Figure 1, it has been shown that not all fluorescent tubes go out when the connection between two tubes is interrupted or when one tube is broken. Assume that the conductors 11 and 12 are disconnected from the tube 2 or that the tube 2 is broken. In this case, an energy transfer takes place between nearby conductors due to the high frequency used. As a result, the fluorescent lamps ä, 5,6 are illuminated with substantially normal intensity, while the tubes 1 and 3 are illuminated with lower intensity and the tube 2 is extinguished.

Genom att endast ett spänningsaggregat utnyttjas vilket, för att driva upp till exempelvls-tio lysrör ä 8H, har små dimensioner kan en armatur 7 utföras med yttre dimensioner som endast något överstiger lysrörens sammanlagda yttre dimensioner. l armaturen behöveri stort sett endast hållare 2Å,25 för lysrören få plats förutom själva lysrören, eftersom_spänningsaggregatet 8 kan placeras utanför armaturen. Med armatur menas här alla slag av armaturer, såsom belys- ningsarmaturer och skyltarmaturer. Exempelvis kan en reklamskylt 26 eller tra- fikskylt av transparent material utgöra armaturens framsida. En dylik armatur blir mycket nätt och smäcker samt ger en jämn belysning av skyltens 26 yta.By using only one voltage supply which, in order to drive up to, for example, ten fluorescent lamps 8H, has small dimensions, a luminaire 7 can be designed with external dimensions which only slightly exceed the total external dimensions of the fluorescent lamps. In the luminaire, only holders 2Å, 25 for the fluorescent lamps need to be accommodated in addition to the fluorescent lamps themselves, since the voltage supply 8 can be placed outside the luminaire. By luminaire is meant here all types of luminaires, such as lighting luminaires and sign luminaires. For example, a billboard 26 or a traffic sign made of transparent material can be the front of the luminaire. Such a luminaire becomes very neat and slender and provides even lighting of the sign's 26 surface.

Av det ovanstående är det tydligt att samtliga de inledningsvis nämnda nack- delarna undanröjts medelst föreliggande uppfinning, vilken erbjuder en synner- ligen enkel och billig armatur för flera lysrör där energiförbrukningen är lägre och livslängden är längre jämfört med armaturer av konventionellt slag.From the above it is clear that all the disadvantages mentioned at the outset have been eliminated by means of the present invention, which offers an extremely simple and inexpensive luminaire for several fluorescent lamps where the energy consumption is lower and the service life is longer compared with luminaires of conventional type.

I Föreliggande uppfinning skall inte anses begränsad till de ovan angivna ut- föringsexemplen utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.In the present invention, the embodiments set forth above are not to be construed as limiting, but may be varied within the scope of the appended claims.

Claims

1. luminaire comprising fluorescent lamps for lighting purposes and a voltage unit for applying an electrical voltage across the fluorescent lamps, said voltage unit being arranged to emit a sufficiently high voltage with a sufficiently high frequency to ignite the fluorescent lamps during an ignition phase of the fluorescent lamps. without resorting to heating of means in the fluorescent lamps and which is arranged to emit a sufficiently high voltage with a sufficiently high frequency to operate the lit fluorescent lamps after ignition of the fluorescent lamps, characterized in that the combination of two or more fluorescent lamps (I-6) is connected in series with each other to the power supply and that each fluorescent lamp is provided with electrically conductive plates (19,20) or equivalent located at a distance from each other along the longitudinal axis of the tube (21) and located at the outside of the tube (Z1) to in a manner known per se generate an electric field in the tube, which plates (19,20) are connected to their respective poles (22,23).

2. Luminaire acc. Claim 1, characterized in that at least three fluorescent lamps (1 ~ 6) are connected in series with the power supply (8).

3. Luminaire acc. requirement l or 2, k'ä n n e t e c k n a d a v, that the voltage exceeds S00 V and that the frequency exceeds l kHz. Ä.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the plates (19,20) consist of a piece of aluminum, or copper foil, which is attached to the outside of the tube (21).

5. S. Device according to any of the preceding claims, characterized in that said voltage supply (8) is arranged to limit the current through the series circuit to a value intended for the pipes (1-6; Z1).

6. Device according to any of the preceding claims, characterized in that said voltage supply (8) is arranged to generate a voltage which varies between substantially 0 volts and a higher voltage level, which variation takes place with a high frequency. '-