JP2003332090A - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

無電極放電灯点灯装置

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JP2003332090A
JP2003332090A JP2002140218A JP2002140218A JP2003332090A JP 2003332090 A JP2003332090 A JP 2003332090A JP 2002140218 A JP2002140218 A JP 2002140218A JP 2002140218 A JP2002140218 A JP 2002140218A JP 2003332090 A JP2003332090 A JP 2003332090A
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oscillating
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Shohei Yamamoto
正平 山本
Yuji Kumagai
祐二 熊谷
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】無電極放電灯を確実に始動、点灯させながらも
回路素子へのストレスを低減することができる無電極放
電灯点灯装置を提供する。 【解決手段】電電力増幅器2と励起コイル9との間に電
力増幅器2の出力(励起コイル9に流れる電流)を検出
する出力検出手段11が設けられ、出力検出手段11の
検出出力を入力とし電力増幅器2の出力を設定値(目標
値)に略一致させるように発振手段5の出力周波数を変
化させる制御手段6が設けられている。放電灯10の始
動に必要な励起コイル9の電流は動作周波数範囲内にお
いて動作周波数が高くなるほど小さな値となるが、制御
手段6は、電力増幅器2の出力の設定値を図1(b)に
示すように動作周波数の関数として周波数に応じて変化
させる設定値変化手段を備えているので、動作周波数範
囲内の高周波側において設定値のマージン量を少なくす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電灯を点
灯させる無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、ガラスや多結晶アルミナのよ
うな耐熱性を有する透光性材料のバルブ内に放電ガスを
封入した無電極放電灯が提供されており、無電極放電灯
に近接して導電性に優れた金属材料(例えば、アルミニ
ウムなど)からなる励起コイルを配置し、励起コイルに
対して高周波電源から高周波電力を供給することによっ
て、励起コイルの周囲に生じる高周波電磁界を放電ガス
に作用させることによって無電極放電灯を点灯させるよ
うにした無電極放電灯点灯装置が知られている。また、
バルブには各種形状のものがあり、例えば球状のものや
筒状のものが知られている。無電極放電灯のバルブが球
形である場合には、バルブの外周を周回するように巻回
された励起コイルが広く用いられている。放電ガスには
不活性ガスや金属蒸気が用いられ、例えば、金属蒸気と
しての水銀蒸気と不活性ガスである希ガスとを混合した
放電ガスが用いられている。この種の放電ガスを励起さ
せると主として紫外線を発生するから、バルブの内周面
には紫外線を可視光に変換する蛍光体が塗布されてい
る。ただし、無電極放電灯において蛍光体は必須という
わけではなく、例えば、組成の異なる放電ガスを用いる
ことによって蛍光体を用いずに可視光を取り出すことも
可能である。
【0003】このような構成の無電極放電灯はバルブの
内部空間に電極を備えていないから、電極の消耗がなく
長寿命であるという利点を有している。無電極放電灯点
灯装置としては、例えば、図14に示す構成のものが知
られている(特開平8−45684号公報参照)。
【0004】図示した無電極放電灯点灯装置は、商用電
源のような交流電源Vsの交流電圧を直流電圧に変換し
て直流電力を出力する直流電源手段である直流電源1
と、電圧制御形の発振器からなる発振手段5と、直流電
源1からノイズフィルタ回路NFを介して電源が供給さ
れ発振手段5の出力を増幅し高周波電力を出力する電力
増幅器2と、電力増幅器2から高周波電流が供給される
励起コイル9と、無電極放電灯10とを備え、電力増幅
器2と励起コイル9との間には、両者のインピーダンス
を整合させて反射を抑制することにより無電極放電灯1
0に高周波電力を効率良く供給させるためのマッチング
回路8が設けられている。なお、発振手段5には、例え
ば周波数を13.2MHz〜13.8MHzの範囲で連
続的に可変することができる電圧制御形の発振器が用い
られている。
【0005】しかして、電力増幅器2から励起コイル9
に高周波電流を流すことにより、励起コイル9の周囲に
高周波電磁界を形成し、この高周波電磁界を無電極放電
灯10に封入された放電ガスに作用させることによっ
て、放電を生じさせて高周波プラズマ電流を発生させ、
放電ガスの電離ないし励起によって発光させるのであ
る。なお、上記公報における無電極放電灯10では、可
視光を発光するように、バルブ内に、よう化ナトリウム
と塩化セリウムとが同重量比で封入され、バッファガス
として約67000Paの分圧のキセノンが封入されて
いる。
【0006】電力増幅器2は直流電源1の出力端間にノ
イズフィルタ回路NFを介して接続された2個の電界効
果トランジスタ(MOSFET)Q1,Q2の直列回路
を備え、各電界効果トランジスタQ1,Q2のゲート−
ソースはトランスT1,T2の2次巻線の両端間に負バ
イアス回路3,4を介して接続され、発振手段5の出力
がトランスT1,T2を介して電界効果トランジスタQ
1,Q2に入力される。電力増幅器2は、両電界効果ト
ランジスタQ1,Q2の接続点と電界効果トランジスタ
Q2のソースとが出力端になり、両電界効果トランジス
タQ1,Q2の接続点と電界効果トランジスタQ2のソ
ースとの間に電流トランスCTの1次巻線およびマッチ
ング回路8を介して励起コイル9が接続されている。ま
た、上述のトランスT2は、1次巻線の一端がトランス
T1の1次巻線に直列に接続されており、トランスT2
の1次巻線の他端は、2つの巻線が直列接続されたトラ
ンスT3の両巻線の接続点に接続されている。さらに、
トランスT3の両巻線の直列回路には抵抗R1が並列接
続されている。
【0007】ところで、上述のように発振手段5は出力
周波数(発振周波数)が可変であり、制御手段6によっ
て出力周波数が制御される。すなわち、発振手段5の出
力周波数は、制御手段6から供給される電圧値によって
出力周波数が変化する。ここに、制御手段6は、位相差
検出器7の出力信号に応じて発振手段5へ供給する電圧
値を変化させることで発振手段5の出力周波数を制御す
る。位相差検出器7は、電力増幅器2の入力側に設けら
れたトランスT3の1次巻線の一端が電圧入力端子Vin
に接続されるとともに、電力増幅器2の出力側に設けら
れた電流トランスCTの2次巻線が電流入力端子Iinに
接続されている。ここに、位相差検出器7は、電圧入力
端子Vinに入力された電圧と電流入力端子Iinに入力さ
れた電流との位相差に応じたオン幅の矩形波電圧を出力
信号として出力するように構成されている。
【0008】以下、上述の無電極放電灯点灯装置の動作
について説明する。まず、図示しない電源スイッチが投
入されると、発振手段5が所定の周波数(例えば、1
3.5MHz)で発振を開始し、電力変換器2では発振
手段5から出力される高周波信号が電界効果トランジス
タQ1,Q2に入力され、発振手段5の出力が電力増幅
器2にて増幅されて出力される。
【0009】ここで、トランスT1,T2を介して電力
増幅器2へ供給される駆動信号は、トランスT3および
抵抗R1を介して位相差検出器7の電圧入力端子Vinに
入力され、電力増幅器2の出力電流は電流トランスCT
を介して位相差検出器7の電流入力端子Iinに入力され
る。そして、位相差検出器7は、電圧入力端子Vinに入
力された電圧と入力電流端子Iinに入力された電流との
位相差に応じたオン幅の矩形波電圧波形を出力信号とし
て出力する。例えば、電圧が電流よりも遅れた位相のと
きには、オン幅の小さな矩形波電圧波形を出力し、ま
た、電圧が電流よりも進んだ位相のときには、オン幅の
大きな矩形波電圧波形を出力信号として出力する。制御
手段6は、位相差検出器7から出力された矩形波電圧波
形を積分して位相が遅れていると判断したときには、発
振手段5の発振周波数が例えば13.2MHzに低下す
るように発振手段5へ供給する電圧を減少させ、また、
位相差検出器7から出力された矩形波電圧波形を積分し
て位相が進んでいると判断したときには、発振手段5の
発振周波数が13.8MHzに上昇するように発振手段
5へ供給する電圧を増加させる。
【0010】そして、電力増幅器2から出力された高周
波電流が励起コイル9に流れて、励起コイル9の周囲に
高周波電磁界が形成され、この高周波電磁界が無電極放
電灯10に封入された放電ガスに作用することによっ
て、放電を生じさせて高周波プラズマ電流が発生し、ア
ーク放電が起こる。
【0011】以上説明した従来構成の無電極放電灯点灯
装置においては、高周波電力の電圧と電流との位相差を
低減するように発振手段5の発振周波数が変化するの
で、無効電流の発生を低減することができ、無電極放電
灯点灯装置の構成素子(回路素子)が破壊されてしまう
ことを防ぐことができる。
【0012】ところで、上述の図14に示した無電極放
電灯点灯装置(以下、従来例1の無電極放電灯点灯装置
と称す)は、位相差検出器7の電圧入力端子Vinに入力
される信号が電力増幅器2の入力信号であるが、特開平
6−76971号公報には、電界効果トランジスタQ
1,Q2の接続点の電圧を分圧した電圧信号を位相差検
出器7の電圧入力端子Vinに入力するようにした構成の
無電極放電灯点灯装置(以下、従来例2の無電極放電灯
点灯装置と称す)が提案されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1の無電極放電灯点灯装置では、電力増幅器2の入力電
圧と出力電流の位相差を検出し位相差を低減するように
発振手段5の発振周波数を変化させるものであって、電
力増幅器2の出力電圧の検出は行っておらず、負荷であ
る無電極放電灯10の状態の変化によって電力増幅器2
の出力電力に差が出たときでも、その差を補正すること
はできない。したがって、従来例1の無電極放電灯点灯
装置では、無電極放電灯10の状態の変化によって電力
増幅器2の出力電力が過大になったり過小になってしま
うことがあり、出力電力が過大である場合には回路素子
の破壊を招く恐れがあり、出力電力が過小である場合に
は無電極放電灯10が点灯しない恐れや立消えの恐れが
ある。
【0014】また、従来例2の無電極放電灯点灯装置で
は、電力増幅器2の出力電圧を検出しているが、負荷で
ある無電極放電灯10の状態の変化に対して変動しない
電界効果トランジスタQ1,Q2の接続点の電圧を検出
しているので、無電極放電灯10の状態によって変化す
る出力電力を検出する点では不十分であり、従来例1と
同様の課題がある。
【0015】これに対して、負荷である無電極放電灯1
0への出力を直接的に検出する手段として励起コイル9
へ印加される電圧や励起コイル9へ流れる電流を検出す
る手段を設け、この手段の検出出力を制御系にフィード
バックすることが考えられており、励起コイル9の電
圧、電流、電力などが所定値になるようにフィードバッ
ク制御を行い発振手段5の周波数を変動させることも考
えられる。
【0016】しかしながら、無電極放電灯点灯装置にお
いては、無電極放電灯10と励起コイル9とがトランス
結合の関係にあり、励起コイル9によって発生した電磁
界により無電極放電灯10が点灯するが、励起コイル9
によって発生する電磁界は、同一の電圧、電流であって
も周波数が異なると違った強度を持つ。このため、無電
極放電灯10と励起コイル9との組み合わせにおいて各
種の特性は周波数依存性を持つ。この特性は、一般の電
極を備えた放電灯とは大きく異なっている。例えば、一
般の電極を備えた放電灯における始動特性では、電極の
予熱時間、その後の電極間に印加する電圧値によって始
動特性のほとんどが決定され、周波数によってその特性
が大きく異なるということはない。
【0017】一方、無電極放電灯10においては、無電
極放電灯10と組み合わされた励起コイル9の発生する
電磁界によって無電極放電灯10の特性が決定される
が、励起コイル9の発生する電磁界は印加される電圧や
流れる電流は勿論のことその周波数によって大きく異な
る。したがって、無電極放電灯点灯装置において、検出
した電圧、電流のレベルを同一に保つような制御を行っ
ても、周波数が異なれば励起コイルに発生する電磁界の
強度が異なるので、無電極放電灯10の状態は周波数に
よって大きく異なることになる。
【0018】例えば、無電極放電灯10の始動時におい
て、始動特性は周波数依存性を有しているにも関わらず
励起コイル9に発生する電磁界の強度が一定の値となる
ように、電圧、電流などを制御しようとすると、想定さ
れる動作周波数の幅内において、最も条件の悪い場合に
合わせて電圧、電流などの目標値を設定する必要があ
る。
【0019】一例として、励起コイル9に流れる電流を
一定化するような制御を行う場合について考える。
【0020】動作周波数と無電極放電灯10の始動時に
励起コイル9に必要な電流との関係は図15の曲線イの
ような関係になっており、無電極放電灯10を始動させ
るための電磁界強度を得るには、動作周波数が低いほど
励起コイル9に大きな電流を流す必要がある。励起コイ
ル9に流れる電流を一定化するように制御する場合、動
作周波数範囲内において最も低い動作周波数でも無電極
放電灯10が確実に始動するように電流の目標値(設定
値)を設定することになる。しかし、このような場合、
動作周波数範囲内において周波数が高くなるほど実際に
無電極放電灯10を始動するのに必要な電流が少なくな
るにも関わらず、最も低い動作周波数で決められた電流
値の電流が流れることになる。要するに、動作周波数が
高いほど励起コイル9に流れる電流の設定値に過大なマ
ージン量が設定されてしまうことになる。ここに、高い
動作周波数においては、電界効果トランジスタQ1,Q
2のスイッチング回数が増えるので、スイッチング素子
である電界効果トランジスタQ1,Q2のストレスが増
えるほか、コンデンサなどの自己発熱によるストレスが
大きくなる。このため、低い動作周波数の場合と同一の
電流を出力するのは困難になり、それを含めた回路設計
を行うと、回路の大型化やコストアップを招いてしま
う。
【0021】また、無電極放電灯10は励起コイル9と
のトランス結合によって点灯するので、理想的な励起コ
イル9を用いた場合には、周波数が異なっても、例えば
無電極放電灯10が始動する際の励起コイル9に印加す
る電圧は一定となる。しかし、励起コイル9のコアによ
る鉄損や巻線による銅損などの影響により、実際の励起
コイル9を使用した場合には、励起コイル9に印加する
電圧も周波数特性を持つ。したがって、電圧を制御する
ような場合においても、電流を制御する場合と同様に、
動作周波数範囲内で無電極放電灯10の始動に必要な電
圧が最も高くなるときの電圧値に基づいて電圧の目標値
を設定すると、過大なマージン量が設定されてしまうと
いう課題が生じる。
【0022】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、無電極放電灯を確実に始動、点灯さ
せながらも回路素子へのストレスを低減することができ
る無電極放電灯点灯装置を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、直流電力を出力する直流電源手
段と、出力周波数が可変である発振手段と、直流電源手
段を電源として発振手段の出力を増幅し高周波電力を出
力する電力増幅器と、電力増幅器から高周波電流が供給
される励起コイルと、励起コイルの周囲に生じる高周波
電磁界が作用することにより放電する放電ガスがバルブ
内に封入された無電極放電灯と、電力増幅器の出力を検
出する出力検出手段と、出力検出手段の出力を入力し電
力増幅器の出力が設定値に近づくように発振手段の出力
周波数を変化させる制御手段とを備え、発振手段の出力
周波数に関連した周波数に応じて前記設定値を変化させ
る設定値変化手段が設けられてなることを特徴とするも
のであり、電力増幅器の出力の設定値が発振手段の出力
周波数に関連した周波数に応じて変化するので、無電極
放電灯と励起コイルの組み合わせによる各種特性の周波
数特性に応じた出力を電力増幅器から励起コイルへ供給
することができることになり、電力増幅器の出力の設定
値を一定値とした場合に問題となる回路素子への過大な
ストレスを避けることができ、適切な回路設計が可能に
なるとともに、無電極放電灯へ印加する電磁界を適切な
値とすることができ、無電極放電灯の始動を確実にし、
立消えなどが発生しないようになり、安定して点灯させ
ることが可能となる。
【0024】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記設定値変化手段は、前記発振手段の出力周波数
の可変範囲内において前記設定値を直線的に変化させる
若しくは段階的に変化させるので、前記設定値変化手段
の構成を比較的簡単にすることが可能となる。
【0025】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記設定値変化手段は、前記制御手
段に設けられ、前記制御手段は、前記電力増幅器の出力
周波数を検出する手段、若しくは、前記発振手段の出力
周波数を検出する手段、若しくは、前記制御手段の出力
を検出する手段を用いて前記発振手段の出力周波数に関
連した周波数を得るので、前記設定値を決めるための周
波数に前記電力増幅器の出力周波数を正確に反映させる
ことができる。
【0026】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3の発明において、前記制御手段は、前記無電極放電灯
の点灯後には、前記出力検出手段の出力に関わらず前記
発振手段の出力周波数を固定するので、前記制御手段の
構成を簡単にすることができる。
【0027】請求項5の発明は、請求項1または請求項
2または請求項4の発明において、前記設定値変化手段
は、前記制御手段に設けられ、前記制御手段は、一定の
周波数で発振する固定発振手段を有し、固定発振手段の
出力を利用して前記発振手段の出力周波数に関連した周
波数を検出するので、前記発振手段の出力周波数に関連
した周波数を精度良く検出することができる。
【0028】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、前記制御手段は、前記固定発振手段の発振周波数と
前記発振手段の発振周波数との差に応じた出力により前
記発振手段の発振周波数を制御するので、前記発振手段
の発振周波数を正確に制御することができる。
【0029】請求項7の発明は、請求項5または請求項
6の発明において、前記固定発振手段の発振周波数が前
記無電極放電灯の点灯後の固定周波数と等しく設定され
ているので、前記制御手段の構成が簡単になる。
【0030】請求項8の発明は、請求項1の発明におい
て、前記制御手段は、前記発振手段の出力周波数の可変
範囲内において一定の周波数で発振する固定発振手段を
有し、前記設定値変化手段は、前記発振手段の出力周波
数の可変範囲内において前記設定値を固定発振手段の固
定周波数で段階的に変化させるので、前記制御手段の構
成を簡略化することができる。
【0031】請求項9の発明は、請求項1ないし請求項
8の発明において、前記出力検出手段は、前記励起コイ
ルに印加される電圧、若しくは、前記励起コイルに流れ
る電流を検出するので、前記電力増幅器の出力を正確に
且つ容易に検出することができる。
【0032】請求項10の発明は、請求項1ないし請求
項8の発明において、前記電力増幅器と前記励起コイル
との間で前記励起コイルに直列接続された容量性素子を
備え、前記出力検出手段は、前記容量性素子において前
記励起コイルに接続されていない側の端子の電圧を直接
あるいは分圧して検出するので、前記励起コイルの両端
電圧を検出する場合に比べて扱う電圧を低くすることが
できる。
【0033】請求項11の発明は、直流電力を出力する
直流電源手段と、出力周波数が可変である発振手段と、
直流電源手段を電源として発振手段の出力を増幅し高周
波電力を出力する電力増幅器と、電力増幅器から高周波
電流が供給される励起コイルと、励起コイルの周囲に生
じる高周波電磁界が作用することにより放電する放電ガ
スがバルブ内に封入された無電極放電灯と、電力増幅器
の出力を検出する出力検出手段と、出力検出手段の出力
を入力し電力増幅器の出力が設定値に近づくように発振
手段の出力周波数を変化させる制御手段とを備え、制御
手段は、発振手段の出力周波数に応じて前記設定値を変
化させる設定値変化手段と、一定の周波数で発振する固
定発振手段とを有し、固定発振手段の発振周波数と前記
発振手段の発振周波数との差に応じた出力により前記発
振手段の発振周波数を制御し、無電極放電灯の点灯後に
は、出力検出手段の出力に関わらず発振手段の発振周波
数を固定することを特徴とするものであり、電力増幅器
の出力の設定値が発振手段の出力周波数に応じて変化す
るので、無電極放電灯と励起コイルの組み合わせによる
各種特性の周波数特性に応じた出力を電力増幅器から励
起コイルへ供給することができることになり、電力増幅
器の出力の設定値を一定値とした場合に問題となる回路
素子への過大なストレスを避けることができ、適切な回
路設計が可能になるとともに、無電極放電灯へ印加する
電磁界を適切な値とすることができ、無電極放電灯の始
動を確実にし、立消えなどが発生しないようになり、安
定して点灯させることが可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】以下に説明する各実施形態の基本
的な構成は図14に示した従来構成と同様であるから、
同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略
し、以下では主に従来構成との相違点について説明す
る。
【0035】(実施形態1)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は従来構成と略同じであって、図1
(a)に示すように、直流電力を出力する直流電源手段
である直流電源1と、出力周波数を可変な電圧制御形の
発振器からなる発振手段5と、直流電源1を電源として
発振手段5の出力を増幅して高周波電力を出力する電力
増幅器2と、電力増幅器2から高周波電流が供給される
励起コイル9と、励起コイル9の周囲に生じる高周波電
磁界が作用することにより放電して発光する放電ガスが
透光性材料からなるバルブ内に封入された無電極放電灯
10とを備え、電力増幅器2から励起コイル9に高周波
電流を流すことにより、励起コイル9の周囲に高周波電
磁界を形成し、この高周波電磁界を無電極放電灯10に
封入された放電ガスに作用させることによって、放電を
生じさせて高周波プラズマ電流を発生させ、放電ガスの
電離ないし励起によって発光させるようになっている。
なお、図示していないが、電力増幅器2と励起コイル9
との間には従来例と同様にマッチング回路を設けてあ
る。
【0036】また、本実施形態では、電力増幅器2と励
起コイル9との間に電力増幅器2の出力を検出する出力
検出手段11が設けられており、出力検出手段11の検
出出力を入力とし電力増幅器2の出力を設定値(目標
値)に略一致させるように発振手段5の出力周波数を変
化させる制御手段6が設けられている。
【0037】出力検出手段11は図2に示すように励起
コイル9に流れる電流を検出する電流トランスCTによ
り構成してある。したがって、出力検出手段11では、
無電極放電灯10が点灯するのに必要な電磁界の強度と
関連の強い励起コイル9の電流を直接測定しているの
で、電力増幅器2の出力を正確に且つ容易に測定するこ
とができ、制御手段6によって発振手段5の制御を行う
ことで電力増幅器2の出力を設定値に近づける際の制御
性が向上する。
【0038】ところで、本実施形態では、上述のように
出力検出手段11において検出する電力増幅器2の出力
として励起コイル9に流れる電流を採用しており、制御
手段6が、電力増幅器2の出力の設定値を図1(b)の
「イ」に示すように動作周波数の関数として周波数に応
じて変化させる設定値変化手段を制御手段6に備えてい
る点に特徴がある。ここに、設定値は、発振手段5の動
作周波数範囲(可変周波数範囲)内において直線的に変
化し、動作周波数が高くなるにつれて単調に減少するよ
うになっている。一方、無電極放電灯10の始動に必要
な励起コイル9の電流は従来例1で説明したように動作
周波数範囲内において動作周波数が高くなるほど小さな
値となる(図15参照)から、設定値変化手段により設
定値を変化させることにより、従来例1に比べて動作周
波数範囲内の高周波側において設定値のマージン量を少
なくすることができる。なお、本実施形態では、上述の
設定値変化手段が設けられていることにより、電力増幅
器2の出力周波数特性と設定値(設定値は周波数によっ
て異なる値となる)とが一致した点が動作点となるの
で、回路素子のばらつきなどにより電力増幅器2の出力
周波数特性がばらついた場合でも、適切な設定値で動作
させることが可能となる。
【0039】制御手段6の設定値変化手段は、発振手段
5の出力周波数に応じて上記関数に従い設定値を設定す
るように構成されており、制御手段6は、発振手段5の
出力周波数を検出する周波数検出手段として図示しない
周波数−電圧変換器(F−Vコンバータ)を備え、さら
に、F−Vコンバータの出力および出力検出手段11に
よる検出出力に基づいて発振手段5の出力周波数を制御
する周波数制御部16を備えており、発振手段5の出力
周波数をF−Vコンバータにより検出し、F−Vコンバ
ータの出力および出力検出手段11による検出出力に基
づいて発振手段5の出力周波数を制御している。したが
って、制御手段6では、発振手段5の出力周波数を検出
するにあたって比較的取り扱いが容易な小信号の電圧を
検出しながらも、電力増幅器2の出力周波数と同等の周
波数に比例した電圧を用いて設定値を設定することがで
き、周波数に対する設定値を正確に決定することができ
る。
【0040】また、制御手段6は、図3に示すように、
一定電圧を出力する電圧源E1を有しており、無電極放
電灯10の点灯後には、電圧源E1の出力電圧を制御手
段6の出力電圧とすることで制御手段6の出力電圧を固
定し、出力検出手段11の出力に関わらず、発振手段5
の出力周波数を固定するようになっている。したがっ
て、負荷である無電極放電灯10の点灯状態における動
作周波数が一定となるので、雑音に対する対策が容易に
なる。また、無電極放電灯10のバルブにプラズマが発
生しておらず励起コイル9のQ値が高いため無電極放電
灯10と励起コイル9の組み合わせによる周波数特性が
急峻な始動時には、周波数特性に対応した設定値を設定
し、周波数特性が比較的緩やかになる点灯後には設定値
を固定することで、制御手段6の構成を簡単にすること
ができる。
【0041】しかして、本実施形態の無電極放電灯点灯
装置では、電力増幅器2の出力の設定値を動作周波数
(発振手段5の出力周波数に関連した周波数)の関数と
し、動作周波数の値によって設定値を変動させること
で、無電極放電灯10と励起コイル9との組み合わせに
よる各種特性の周波数特性に応じた出力を電力増幅器2
から励起コイル9へ供給することができることになり、
電力増幅器2の出力の設定値を一定値とした場合に問題
となる回路素子への過大なストレスを避けることがで
き、適切な回路設計が可能になるとともに、無電極放電
灯10へ印加する電磁界を適切な値とすることができ、
無電極放電灯10の始動を確実にし、立消えなどが発生
しないようになり、安定して点灯させることが可能とな
る。
【0042】(実施形態2)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態1と略同じであって、図
4に示すように、制御手段6が、出力検出手段11の検
出出力が入力される出力検出部14と、一定の周波数で
発振する固定発振手段12と、固定発振手段12の発振
周波数と発振手段5の発振周波数とを比較する周波数比
較器13と、出力検出部14と周波数比較器13との出
力に基づいて発振手段5の出力周波数を制御する周波数
制御部16とを備えており、固定発振手段12の発振周
波数を発振周波数5の動作周波数と近い基準周波数とし
て用いることで、発振手段5の出力周波数を正確に測定
することができて実施形態1で説明した設定値を適切な
値に設定することができ、しかも、発振手段5の発振周
波数を制御するにあたっては固定発振手段12の発振周
波数(基準周波数)と発振手段5の発振周波数との差異
分のみを制御すればよいので、発振手段5の発振周波数
を正確に制御することができる。他の構成および動作は
実施形態1と同じなので説明を省略する。
【0043】なお、本実施形態では、固定発振手段12
の発振周波数を発振手段5の動作周波数と近い周波数に
設定してあるが、固定発振手段12の発振周波数(基準
周波数)を発振手段5の動作周波数に比べて十分に高い
周波数に設定して、発振手段5の出力の1周期における
基準周波数の周期数をカウントすることによって発振手
段5の動作周波数を測定するようにしてもよい。
【0044】(実施形態3)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態2と略同じであって、図
5に示すように、制御手段6が実施形態2と同様の固定
発振手段12を備えており、固定発振手段12の発振周
波数を無電極放電灯10の点灯後の固定周波数と等しく
なるように設定している点に特徴がある。他の構成およ
び動作は実施形態2と同様である。
【0045】しかして、本実施形態では、無電極放電灯
10の点灯後には固定発振手段12の発振周波数と発振
手段5の発振周波数との差異分を0とするような制御で
済むので、無電極放電灯10の点灯後に、簡易且つ正確
に発振手段5の発振周波数を固定することができる。
【0046】(実施形態4)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態2と略同じであって、図
6に示すように、制御手段6が、固定発振手段12およ
び周波数比較器13を備えており、無電極放電灯10の
点灯前は実施形態2と同様の制御を行い、無電極放電灯
10が点灯した後は、実施形態1で説明した設定値を一
定とするような制御を行う点に特徴がある。他の構成お
よび動作は実施形態2と同じである。
【0047】しかして、本実施形態では、電力増幅器2
の出力の設定値を動作周波数(発振手段5の出力周波数
に関連した周波数)の関数とし、動作周波数の値によっ
て設定値を変動させることで、無電極放電灯10と励起
コイル9との組み合わせによる各種特性の周波数特性に
応じた出力を電力増幅器2から励起コイル9へ供給する
ことができることになり、電力増幅器2の出力の設定値
を一定値とした場合に問題となる回路素子への過大なス
トレスを避けることができ、適切な回路設計が可能にな
るとともに、無電極放電灯10へ印加する電磁界を適切
な値とすることができ、無電極放電灯10の始動を確実
にし、立消えなどが発生しないようになる。しかも、点
灯後に設定値を固定するから制御手段6の構成が簡単に
なり、負荷である無電極放電灯10の点灯状態における
動作周波数が一定となるので、雑音に対する対策が容易
になる。
【0048】(実施形態5)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態1と略同じであって、図
7に示すように、制御手段6が、電力増幅器2の出力を
入力とし電力増幅器2の出力周波数を検出する周波数検
出手段として周波数−電圧変換器15を備えており、実
施形態1で説明した設定値変化手段が、周波数−電圧変
換器15の出力電圧に応じて設定値を変化させる点が相
違する。すなわち、本実施形態では、発振手段5の出力
周波数に関連した周波数である電力増幅器2の出力周波
数に応じて設定値が設定される。他の構成および動作は
実施形態1と同じなので説明を省略する。
【0049】しかして、本実施形態では、実施形態1と
同様、無電極放電灯10の始動を確実にし、立消えなど
が発生しないようにすることができ、しかも、実施形態
1のように発振手段5の出力周波数に応じて設定値を設
定する場合に比べて、設定値をより適切な値に設定する
ことが可能となる。
【0050】(実施形態6)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態1と略同じであって、図
8に示すように、制御手段6が、一定の周波数で発振す
る固定発振手段12を備えており、固定発振手段12の
発振周波数を基準周波数に用いることで電力増幅器2の
出力周波数を測定し、実施形態1にて説明した設定値変
化手段が、電力増幅器2の出力周波数に応じて設定値を
変化させる点が相違する。なお、実施形態1と同様の構
成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0051】しかして、本実施形態では、電力増幅器2
の出力周波数を正確に測定することができ、電力増幅器
2の出力周波数に応じて設定値を設定することで設定値
を適切な値に設定することができる。
【0052】(実施形態7)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態1と略同じであって、図
9に示すように、制御手段6が、制御手段6から発振手
段5への出力電圧を検出する電圧検出手段(図示せず)
を備えており、実施形態1で説明した設定値変化手段
が、制御手段6の出力電圧に応じて設定値を変化させる
点が相違する。すなわち、本実施形態では、制御手段6
が制御手段6自身の出力電圧に基づいて発振手段5の出
力周波数に関連した周波数を検知し、この検知した周波
数に応じて設定値が設定される。ここにおいて、制御手
段6の出力電圧は直流電圧であって電力増幅器2の出力
に比べて扱いやすいという利点がある。他の構成および
動作は実施形態1と同じなので説明を省略する。
【0053】しかして、本実施形態では、実施形態6の
ように電力増幅器2の出力周波数を検出する場合に比べ
て制御手段6の構成を簡単にすることができる。
【0054】(実施形態8)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態1と略同じであって、制
御手段6が、電力増幅器2の出力の設定値を図10
(b)中のイのように動作周波数の関数として周波数に
応じて変化させる設定値変化手段を備えており、設定値
は、発振手段5の動作周波数範囲(可変周波数範囲)内
において動作周波数が高くなるにつれて段階的に減少す
るようになっている。なお、他の構成および動作は実施
形態1と同じなので説明を省略する。
【0055】すなわち、本実施形態では、発振手段5の
可変周波数範囲を複数区間(本実施形態では3区間)に
分割し設定値が段階的に変化し各区間内では設定値が一
定値となるような関数となっている。ここに、制御手段
6には、電圧値がそれぞれ異なる3つの電圧源E1,E
2,E3と、3つの電圧源E1、E2,E3のいずれか
1つを選択する切換スイッチSWとを備えており、発振
手段5の動作周波数に応じて3つの電圧源E1,E2,
E3のうちの1つの電圧値を設定値として採用するよう
に構成されている。いま、電圧値がE1<E2<E3と
すれば、例えば、発振手段5の動作周波数が動作周波数
範囲内の下限付近では設定値はE1に対応して設定さ
れ、上限付近ではE3に対応して設定され、中心付近で
はE2に対応して設定されることになる。
【0056】しかして、本実施形態の無電極放電灯点灯
装置は、実施形態1と同様、電力増幅器2の出力の設定
値を動作周波数(発振手段5の出力周波数に関連した周
波数)の関数とし、動作周波数の値によって設定値を変
動させることで、無電極放電灯10と励起コイル9との
組み合わせによる各種特性の周波数特性に応じた出力を
電力増幅器2から励起コイル9へ供給することができる
ことになり、電力増幅器2の出力の設定値を一定値とし
た場合に問題となる回路素子への過大なストレスを避け
ることができ、適切な回路設計が可能になるとともに、
無電極放電灯10へ印加する電磁界を適切な値とするこ
とができ、無電極放電灯10の始動を確実にし、立消え
などが発生しないようになり、安定して点灯させること
が可能となる。また、本実施形態では、動作周波数範囲
における上述の各区間内でそれぞれ一定値となる設定値
を有することで、制御手段6の設定値変化手段における
設定値の切り換えを切換スイッチSWにより行うことが
できるので、制御手段6の回路構成を簡略化することが
可能となる。
【0057】(実施形態9)本実施形態の無電極放電灯
点灯装置の基本構成は実施形態8と略同じであって、図
11(a)に示すように、制御手段6が、一定の周波数
で発振する固定発振手段12を備え、固定発振手段12
の発振周波数f2が図11(b)に示すように動作周波
数範囲において設定値が段階的に変化する境界点の周波
数に設定されている点に特徴がある。
【0058】また、本実施形態では、制御手段6に、発
振手段5の発振周波数と固定発振手段12の発振周波数
との大小を比較する比較手段17が設けられており、設
定値変化手段は、比較手段17の出力に基づいて設定値
を変化させるようになっている。したがって、本実施形
態では、設定値変化手段において設定値を決定する基準
周波数として固定発振手段12の発振周波数を採用して
いるので、設定値が切り換わる境界の基準周波数を正確
に求めることができるとともに、設定値を求めるための
構成を簡略化できる。
【0059】ところで、上記各実施形態では、電力増幅
器2の出力を検出する出力検出手段11が励起コイル9
に流れる電流を検出するものであったが、出力検出手段
11は、図12に示すように、励起コイル9に印加され
る電圧を検出するように構成してもよい。このような出
力検出手段11を採用すれば、励起コイル9に印加され
る電圧を直接的に測定することができ、励起コイル9の
状態を正確に測定できるので、設定値を適切に決定でき
る。
【0060】また、図13に示すように、電力増幅器2
と励起コイル9との間に励起コイル9に直列に接続され
る容量性素子(例えば、コンデンサ)19を挿入し、出
力検出手段11が、容量性素子19において励起コイル
9に接続されていない側の端子の電圧をコンデンサC
1,C2で分圧して検出するようにしてもよく、このよ
うな構成を採用すれば、励起コイル9の両端電圧を検出
する場合に比べて扱う電圧を低くすることができる。な
お、出力検出手段11が容量性素子19において励起コ
イル9に接続されていない側の端子の電圧を直接検出す
るようにしてもよいことは勿論である。
【0061】
【発明の効果】請求項1の発明は、直流電力を出力する
直流電源手段と、出力周波数が可変である発振手段と、
直流電源手段を電源として発振手段の出力を増幅し高周
波電力を出力する電力増幅器と、電力増幅器から高周波
電流が供給される励起コイルと、励起コイルの周囲に生
じる高周波電磁界が作用することにより放電する放電ガ
スがバルブ内に封入された無電極放電灯と、電力増幅器
の出力を検出する出力検出手段と、出力検出手段の出力
を入力し電力増幅器の出力が設定値に近づくように発振
手段の出力周波数を変化させる制御手段とを備え、発振
手段の出力周波数に関連した周波数に応じて前記設定値
を変化させる設定値変化手段が設けられてなるものであ
り、電力増幅器の出力の設定値が発振手段の出力周波数
に関連した周波数に応じて変化するので、無電極放電灯
と励起コイルの組み合わせによる各種特性の周波数特性
に応じた出力を電力増幅器から励起コイルへ供給するこ
とができることになり、電力増幅器の出力の設定値を一
定値とした場合に問題となる回路素子への過大なストレ
スを避けることができ、適切な回路設計が可能になると
ともに、無電極放電灯へ印加する電磁界を適切な値とす
ることができ、無電極放電灯の始動を確実にし、立消え
などが発生しないようになり、安定して点灯させること
が可能となるという効果がある。
【0062】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記設定値変化手段は、前記発振手段の出力周波数
の可変範囲内において前記設定値を直線的に変化させる
若しくは段階的に変化させるので、前記設定値変化手段
の構成を比較的簡単にすることが可能となるという効果
がある。
【0063】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記設定値変化手段は、前記制御手
段に設けられ、前記制御手段は、前記電力増幅器の出力
周波数を検出する手段、若しくは、前記発振手段の出力
周波数を検出する手段、若しくは、前記制御手段の出力
を検出する手段を用いて前記発振手段の出力周波数に関
連した周波数を得るので、前記設定値を決めるための周
波数に前記電力増幅器の出力周波数を正確に反映させる
ことができるという効果がある。
【0064】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3の発明において、前記制御手段は、前記無電極放電灯
の点灯後には、前記出力検出手段の出力に関わらず前記
発振手段の出力周波数を固定するので、前記制御手段の
構成を簡単にすることができるという効果がある。
【0065】請求項5の発明は、請求項1または請求項
2または請求項4の発明において、前記設定値変化手段
は、前記制御手段に設けられ、前記制御手段は、一定の
周波数で発振する固定発振手段を有し、固定発振手段の
出力を利用して前記発振手段の出力周波数に関連した周
波数を検出するので、前記発振手段の出力周波数に関連
した周波数を精度良く検出することができるという効果
がある。
【0066】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、前記制御手段は、前記固定発振手段の発振周波数と
前記発振手段の発振周波数との差に応じた出力により前
記発振手段の発振周波数を制御するので、前記発振手段
の発振周波数を正確に制御することができるという効果
がある。
【0067】請求項7の発明は、請求項5または請求項
6の発明において、前記固定発振手段の発振周波数が前
記無電極放電灯の点灯後の固定周波数と等しく設定され
ているので、前記制御手段の構成が簡単になるという効
果がある。
【0068】請求項8の発明は、請求項1の発明におい
て、前記制御手段は、前記発振手段の出力周波数の可変
範囲内において一定の周波数で発振する固定発振手段を
有し、前記設定値変化手段は、前記発振手段の出力周波
数の可変範囲内において前記設定値を固定発振手段の固
定周波数で段階的に変化させるので、前記制御手段の構
成を簡略化することができるという効果がある。
【0069】請求項9の発明は、請求項1ないし請求項
8の発明において、前記出力検出手段は、前記励起コイ
ルに印加される電圧、若しくは、前記励起コイルに流れ
る電流を検出するので、前記電力増幅器の出力を正確に
且つ容易に検出することができるという効果がある。
【0070】請求項10の発明は、請求項1ないし請求
項8の発明において、前記電力増幅器と前記励起コイル
との間で前記励起コイルに直列接続された容量性素子を
備え、前記出力検出手段は、前記容量性素子において前
記励起コイルに接続されていない側の端子の電圧を直接
あるいは分圧して検出するので、前記励起コイルの両端
電圧を検出する場合に比べて扱う電圧を低くすることが
できるという効果がある。
【0071】請求項11の発明は、直流電力を出力する
直流電源手段と、出力周波数が可変である発振手段と、
直流電源手段を電源として発振手段の出力を増幅し高周
波電力を出力する電力増幅器と、電力増幅器から高周波
電流が供給される励起コイルと、励起コイルの周囲に生
じる高周波電磁界が作用することにより放電する放電ガ
スがバルブ内に封入された無電極放電灯と、電力増幅器
の出力を検出する出力検出手段と、出力検出手段の出力
を入力し電力増幅器の出力が設定値に近づくように発振
手段の出力周波数を変化させる制御手段とを備え、制御
手段は、発振手段の出力周波数に応じて前記設定値を変
化させる設定値変化手段と、一定の周波数で発振する固
定発振手段とを有し、固定発振手段の発振周波数と前記
発振手段の発振周波数との差に応じた出力により前記発
振手段の発振周波数を制御し、無電極放電灯の点灯後に
は、出力検出手段の出力に関わらず発振手段の発振周波
数を固定するものであり、電力増幅器の出力の設定値が
発振手段の出力周波数に応じて変化するので、無電極放
電灯と励起コイルの組み合わせによる各種特性の周波数
特性に応じた出力を電力増幅器から励起コイルへ供給す
ることができることになり、電力増幅器の出力の設定値
を一定値とした場合に問題となる回路素子への過大なス
トレスを避けることができ、適切な回路設計が可能にな
るとともに、無電極放電灯へ印加する電磁界を適切な値
とすることができ、無電極放電灯の始動を確実にし、立
消えなどが発生しないようになり、安定して点灯させる
ことが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1を示し、(a)は回路ブロック図、
(b)は動作説明図である。
【図2】同上の回路ブロック図である。
【図3】同上の回路ブロック図である。
【図4】実施形態2を示す回路ブロック図である。
【図5】実施形態3を示す回路ブロック図である。
【図6】実施形態4を示す回路ブロック図である。
【図7】実施形態5を示す回路ブロック図である。
【図8】実施形態6を示す回路ブロック図である。
【図9】実施形態7を示す回路ブロック図である。
【図10】実施形態8を示し、(a)は回路ブロック
図、(b)は動作説明図である。
【図11】実施形態9を示し、(a)は回路ブロック
図、(b)は動作説明図である。
【図12】上記各実施形態のいずれかの他の構成例を示
す回路ブロック図である。
【図13】上記各実施形態のいずれかの別の構成例を示
す回路ブロック図である。
【図14】従来例を示す回路図である。
【図15】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
1 直流電源 2 電力増幅器 5 発振手段 6 制御手段 9 励起コイル 10 無電極放電灯
フロントページの続き Fターム(参考) 3K072 AA16 AC02 AC11 CA03 CB02 CB04 CB07 DD03 DD04 DE02 DE04 DE07 GB01 HA05 HA06 HA09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を出力する直流電源手段と、出
    力周波数が可変である発振手段と、直流電源手段を電源
    として発振手段の出力を増幅し高周波電力を出力する電
    力増幅器と、電力増幅器から高周波電流が供給される励
    起コイルと、励起コイルの周囲に生じる高周波電磁界が
    作用することにより放電する放電ガスがバルブ内に封入
    された無電極放電灯と、電力増幅器の出力を検出する出
    力検出手段と、出力検出手段の出力を入力し電力増幅器
    の出力が設定値に近づくように発振手段の出力周波数を
    変化させる制御手段とを備え、発振手段の出力周波数に
    関連した周波数に応じて前記設定値を変化させる設定値
    変化手段が設けられてなることを特徴とする無電極放電
    灯点灯装置。
  2. 【請求項2】 前記設定値変化手段は、前記発振手段の
    出力周波数の可変範囲内において前記設定値を直線的に
    変化させる若しくは段階的に変化させることを特徴とす
    る請求項1記載の無電極放電灯点灯装置。
  3. 【請求項3】 前記設定値変化手段は、前記制御手段に
    設けられ、前記制御手段は、前記電力増幅器の出力周波
    数を検出する手段、若しくは、前記発振手段の出力周波
    数を検出する手段、若しくは、前記制御手段の出力を検
    出する手段を用いて前記発振手段の出力周波数に関連し
    た周波数を得ることを特徴とする請求項1または請求項
    2記載の無電極放電灯点灯装置。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は、前記無電極放電灯の点
    灯後には、前記出力検出手段の出力に関わらず前記発振
    手段の出力周波数を固定することを特徴とする請求項1
    ないし請求項3のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装
    置。
  5. 【請求項5】 前記設定値変化手段は、前記制御手段に
    設けられ、前記制御手段は、一定の周波数で発振する固
    定発振手段を有し、固定発振手段の出力を利用して前記
    発振手段の出力周波数に関連した周波数を検出すること
    を特徴とする請求項1または請求項2または請求項4記
    載の無電極放電灯点灯装置。
  6. 【請求項6】 前記制御手段は、前記固定発振手段の発
    振周波数と前記発振手段の発振周波数との差に応じた出
    力により前記発振手段の発振周波数を制御することを特
    徴とする請求項5記載の無電極放電灯点灯装置。
  7. 【請求項7】 前記固定発振手段の発振周波数が前記無
    電極放電灯の点灯後の固定周波数と等しく設定されてな
    ることを特徴とする請求項5または請求項6記載の無電
    極放電灯点灯装置。
  8. 【請求項8】 前記制御手段は、前記発振手段の出力周
    波数の可変範囲内において一定の周波数で発振する固定
    発振手段を有し、前記設定値変化手段は、前記発振手段
    の出力周波数の可変範囲内において前記設定値を固定発
    振手段の固定周波数で段階的に変化させることを特徴と
    する請求項1記載の無電極放電灯点灯装置。
  9. 【請求項9】 前記出力検出手段は、前記励起コイルに
    印加される電圧、若しくは、前記励起コイルに流れる電
    流を検出することを特徴とする請求項1ないし請求項8
    のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
  10. 【請求項10】 前記電力増幅器と前記励起コイルとの
    間で前記励起コイルに直列接続された容量性素子を備
    え、前記出力検出手段は、前記容量性素子において前記
    励起コイルに接続されていない側の端子の電圧を直接あ
    るいは分圧して検出することを特徴とする請求項1ない
    し請求項8のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
  11. 【請求項11】 直流電力を出力する直流電源手段と、
    出力周波数が可変である発振手段と、直流電源手段を電
    源として発振手段の出力を増幅し高周波電力を出力する
    電力増幅器と、電力増幅器から高周波電流が供給される
    励起コイルと、励起コイルの周囲に生じる高周波電磁界
    が作用することにより放電する放電ガスがバルブ内に封
    入された無電極放電灯と、電力増幅器の出力を検出する
    出力検出手段と、出力検出手段の出力を入力し電力増幅
    器の出力が設定値に近づくように発振手段の出力周波数
    を変化させる制御手段とを備え、制御手段は、発振手段
    の出力周波数に応じて前記設定値を変化させる設定値変
    化手段と、一定の周波数で発振する固定発振手段とを有
    し、固定発振手段の発振周波数と前記発振手段の発振周
    波数との差に応じた出力により前記発振手段の発振周波
    数を制御し、無電極放電灯の点灯後には、出力検出手段
    の出力に関わらず発振手段の発振周波数を固定すること
    を特徴とする無電極放電灯点灯装置。
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