JP2833613B2 - けい光ランプ点灯装置 - Google Patents

けい光ランプ点灯装置

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JP2833613B2
JP2833613B2 JP6095341A JP9534194A JP2833613B2 JP 2833613 B2 JP2833613 B2 JP 2833613B2 JP 6095341 A JP6095341 A JP 6095341A JP 9534194 A JP9534194 A JP 9534194A JP 2833613 B2 JP2833613 B2 JP 2833613B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はけい光ランプを高周波電
力で始動、点灯するけい光ランプ点灯装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、けい光ランプ等の放電灯を高周波
点灯するものは多数提案されている(例えば特開昭47
−44978、特開昭47−44978号公報、特開昭
51−1257585号公報、特開昭52−44978
号公報)。 【0003】これらは、放電灯を数KHz〜数100K
Hzあるいはそれ以上の高周波電圧で放電灯を付勢する
ものである。しかし、高周波電圧を得るためのスイッチ
ング素子として一般的に用いられるトランジスタ、サイ
リスタを数10KHz以上の周波数で作動させること
は、スイッチングに伴う電力損失を増大させたり、場合
によっては格別なスイッチング制御装置を必要とする。
また数10KHz以上の高周波点灯装置を用いると電力
線を介して伝達するラジオノイズの問題が生じたり、放
電灯から輻射される高周波雑音による電波障害の問題も
生じる。したがって、実際には放電灯を50KHz以下
の20〜30KHz程度の高周波電圧で放電灯を付勢す
るものが実用範囲であり、このようなものについて研究
が行われている。 【0004】しかし、上記のように50KHz以下の高
周波電圧で放電灯を付勢するものにおいてもつぎのよう
な問題がある。すなわち、放電灯は数KHz〜数10K
Hzの高周波電圧で付勢された場合には、始動電圧が商
用周波数の場合に比較して高くなることが知られている
が、このため、高い無負荷電圧が必要となり、この結果
無負荷電圧とランプ電圧の差が大きくなる。しかし、こ
の差は単にバラストに分担されるのみで発光には何等寄
与しないのであるから、効率が低く抑えられてしまうも
のであった。すなわち、省電力効果には限界があった。
また、高い無負荷電圧を得るためには大形の昇圧トラン
スを用いなければならないとともに、バラストも前記電
圧差を分担するためには大形のものを用いる必要がある
から、高周波点灯の重要な利点の一である装置の小形化
に対し、自ら制限を加えるものであった。さらに無負荷
電圧が高くなることによる問題は、電気絶縁を強化しな
ければならなかったり、接地の必要性を生じたり、高価
な部品を使用しなければならなくなったりすることであ
る。 【0005】また、けい光ランプの点灯前の発振周波数
が150KHzであり、ランプが始動すると、コンデン
サバラストの共振作用に伴い、発振周波数が40KHz
に推移する点灯装置が米国特許第3611021号明細
書に示されている。 【0006】しかしながら、このものは、ランプ始動後
に二次側共振回路の共振回路定数を一定に維持して、高
電圧を発生させつつ、効率よくランプを点灯させること
を目的とするものであり、高周波点灯においてけい光ラ
ンプの始動電圧が高くなることを解決することについて
は何等知見がない。 【0007】さらには、けい光ランプの寿命末期に半波
放電が生じると、発振周波数推移を生じさせるバラスト
としてのコンデンサが原因となって、異常な高電圧の発
生を誘発し易いという支障があり、そのため、一般照明
用の点灯装置として実用的なものではなかった。 【0008】すなわちこのものは、ランプの寿命末期等
に発生する半波放電時の直流電流成分が、バラスト作用
を行うコンデンサに充電されることによって、スイッチ
ング素子にサージ電流が流れ、その結果、そのスイッチ
ング素子を破壊する虞があった。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上述
の種々の問題を解決するためになされたもので、けい光
ランプを低い電圧で始動させることができ、もって効率
を大幅に向上して省電力化を図れ、さらには、実用的な
けい光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明者は、放電灯の始
動電圧と付勢電圧の周波数との関係について徹底的に研
究した結果、付勢電圧の周波数を数KHzから高くして
いくに従い始動電圧は商用周波数のときよりいったん高
くなるが、さらに周波数を高めていくと、始動電圧が低
下していき、付勢電圧の周波数を50KHz以上にする
と始動電圧は低下傾向を示し、さらに100KHz以上
であれば、その始動電圧を商用周波数の場合よりも極め
て低くするできることをつきとめた。すなわち、本発明
者は、高周波領域のけい光ランプの始動性が付勢電圧の
周波数に依存すること、および、50KHzを堺として
けい光ランプの始動特性が大きく変化することを初めて
見出したものである。図1〜図4は上記結果の一例を示
すもので、図1はけい光ランプFLR110Hw/Aの
場合、図2はFLR110Hw/A/102の場合、図
3はFLR40Sw/Mの場合、図4はFLR40Sw
/M/37の場合である。 【0011】図1〜図4はいずれも横軸が付勢電圧の周
波数(f)、縦軸が始動電圧(Vs)であり、各図にお
いて(イ)は周囲温度が摂氏25度、(ロ)は15度、
(ハ)は5度の場合を示す。図1および図2のものは1
0KHzから周波数を高くしていくにしたがって始動電
圧が低下し、図3および図4のものは略50KHzをピ
ークとして50KHz以上では始動電圧が低下し始めて
いる。このように図1〜図4からも付勢電圧の周波数が
50KHz以上であれば、始動電圧がピーク値よりも低
下し、好ましくは100KHz以上とすることにより一
層低下することが明らかである。なお、このように、5
0KHz以上とすることにより始動電圧がピーク値より
も低くなる結果は、他のけい光ランプに関しても同様で
あった。 【0012】本発明は上記結果に基づきなされたもの
で、ランプの始動を検知する検知手段を設けると共に、
けい光ランプの始動時には50KHz以上の高周波電圧
を印加して、けい光ランプを低電圧で始動させ、検知手
段がランプの始動を検知した後においては、100KH
z未満でかつ始動時よりも低い周波数の高周波電圧での
点灯を可能にさせ得ること、およびさらには、その周波
数の推移を異常高電圧を誘発するコンデンサバラストを
使用することなく行わせることを構成上の特徴とするも
のである。 【0013】なお、始動時の周波数を50KHz以上の
どの程度にするかは、けい光ランプの種類等に応じて選
択すればよい。また、始動後の周波数を100KHz未
満のどの程度にするかも、高周波雑音、スイッチングに
よる電力損失等を考慮して選択すればよいものである。 【0014】 【作用】本発明は、けい光ランプの始動時は、50KH
z以上の高周波電圧を印加して低い電圧でけい光ランプ
を始動し、始動後は100KHz未満でかつ始動時より
も低い周波数の高周波電圧を印加可能にすることによ
り、けい光ランプの点灯を維持する。 【0015】始動時の周波数が50KHz未満である
と、図1〜図4からも明らかなように、すべてのけい光
ランプの始動電圧を低下させることが困難である。ま
た、始動後(点灯中)の周波数が始動時の周波数よりも
高く、さらに、100KHz以上であると、上述のよう
に高周波発生装置に一般的に用いられるトランジスタ、
サイリスタ等のスイッチングロスが増大するとともに、
ラジオノイズおよび電波障害等高周波雑音による悪影響
が顕著となるものである。 【0016】したがって、けい光ランプの始動時は50
KHz以上(好ましくは始動電圧が著しく低下する10
0KHz以上)であり、始動後は始動時の周波数よりも
低く、かつ100KHz未満(好ましくは可聴周波数領
域を避けることができる16.5KHz以上)で点灯可
能にさせることが必要である。 【0017】なお、本発明者の種々の実験によれば、け
い光ランプの始動電圧は、印加する高周波の周波数が5
0KHz以上の場合に低下することが確認されたもので
ある。また、周波数の推移をコンデンサバラスト用いる
ことなく行っているため、けい光ランプの寿命末期等に
生ずる半波放電に伴う異常高電圧の発生を防止でき、実
用的なけい光ランプ点灯装置が提供できるものである。 【0018】 【実施例】以下に本発明の一実施例を図5および図6を
参照して説明する。(1)は50KHz以上の高周波電
圧および50KHz未満の高周波電圧を出力可能な高周
波電源であり、(2)はこの高周波電源(1)の出力に
より付勢されるけい光ランプである。本実施例において
は前記高周波電源(1)は、周波数が50KHz以上た
とえば100KHz以上の高周波電圧を出力する第1の
高周波発生装置(3)と、周波数が100KHz未満
(30KHz程度)の高周波電圧を出力する第2の高周
波発生装置(4)とを有し、これら第1および第2の高
周波発生装置(3)、(4)を切換え可能に構成されて
いるものである。すなわち、前記第1および第2の高周
波発生装置(3),(4)の入力端を切換え装置(5)
を介して電源(6)に接続し、この電源(6)を前記け
い光ランプ(2)の始動に際しては第1の高周波発生装
置(3)に接続し、けい光ランプ(2)の始動後(点灯
中)は第2の高周波発生装置(4)に接続するものであ
る。(7)は前記切換え装置(5)を制御する制御装置
で、図示しない前記けい光ランプ(2)のランプ電圧、
光出力あるいはランプ電流等を検知する検知装置の出力
により、前記切換え装置(5)を前記けい光ランプ
(2)の始動に応じて制御するものである。前記けい光
ランプ(2)はたとえば図2に始動特性を示したFLR
110Hw/A/102である。 【0019】つぎに本実施例の作用を説明する。まず、
けい光ランプ(2)の始動時は、制御装置(7)が切換
え装置(5)を制御して第1の高周波発生装置(3)に
電源(6)を接続する。したがって、このとき第1の高
周波発生装置(3)のみが作動し、第2の高周波発生装
置(4)は作動しないから、けい光ランプ(2)には5
0KHz以上たとえば100KHz以上の高周波電圧が
印加される(図6(ニ)期間)。前記けい光ランプ
(2)は図2に示されるように印加電圧の周波数が50
KHz以上であれば、低温時を考慮しても電圧が360
Vで十分始動可能であり、同じく100KHzであれば
320V、200KHzであれば280Vで十分始動可
能である。したがって、第1の高周波発生装置(3)
は、10KHz以上50KHz未満の高周波電圧で始動
させようとする場合に比し、低い電圧を出力するもので
よい。この場合、第1の高周波発生装置(3)のコンデ
ンサ(8)はけい光ランプ(2)が始動した際の限流要
素として作用する。けい光ランプが始動し、検知装置が
その始動を検知すると、制御装置(7)が切換え装置
(5)を制御して電源(6)を第1の高周波発生装置
(3)から第2の高周波発生装置(4)に切り替える。
したがって、第1の高周波発生装置(4)は不作動にな
るとともに、第2の高周波発生装置(4)が作動して5
0KHz未満の高周波電圧をけい光ランプ(2)に供給
する(図6(ホ))。このとき、けい光ランプ(2)は
すでに始動しているから、第2の高周波発生装置(4)
の出力電圧は、けい光ランプ(2)のランプ電圧に接近
した低い電圧でよい。また、このときは、第2の高周波
発生装置(4)のインダクタ(9)が限流要素として作
用する。 【0020】以上のように、けい光ランプ(2)を低い
電圧で始動できることにより、無負荷電圧とランプ電圧
との差を小さくして省電力化を実現できる。また、第1
の高周波発生装置(3)には大形の昇圧トランスを用い
る必要がなく、限流要素としてのコンデンサ(8)も小
形化できる。また、第2の高周波発生装置(4)の出力
電圧はランプ電圧に近い低い電圧でよいから、限流要素
としてのインダクタ(9)も小形化でき、さらに、第2
の高周波発生装置(4)の基本周波数は始動時の周波数
よりも低く、また100KHz未満であるから、スイッ
チング素子による電力損失、高周波成分によるラジオノ
イズおよび電波障害の問題も著しく軽減できる。また、
上記実施例において、第1の高周波発生装置(3)のコ
ンデンサ(8)は始動時の僅かな所定期間のみ限流作用
を行うものであり、けい光ランプの点灯中は、コンデン
サバラスト用いることなく上述の誘導性バラストである
インダクタ(9)が限流作用を行うため、けい光ランプ
の寿命末期等における点灯中に半波放電が生起されて
も、過度の異常電圧が発生することがない。すなわち、
コンデンサバラスト用いて、ランプ点灯前後の共振作用
の変化に伴い周波数が遷移するものにあっては、ランプ
寿命末期に半波放電に伴う異常電圧が発生する不具合が
あったが、上記実施例によれば、コンデンサバラストを
用いることなしに周波数の遷移が可能であるため、けい
光ランプ点灯中の半波放電に伴う異常電圧の発生をも防
止できる。なお、本実施例において、第1および第2の
高周波発生装置(3),(4)を同時に作動させてお
き、これらの出力を切換えてけい光ランプ(2)に供給
するようにしてもよい。 【0021】図7は本発明の他の実施例を示すものであ
る。図5と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。本実施例において、高周波電源(10)は、出力周
波数が50KHz以上たとえば100KHz以上の第1
の高周波発生装置(11)、同100KHz未満の第2
の高周波発生装置(12)を有してなるものであるが、
第1の高周波発生装置(11)は第2の高周波発生装置
(12)の出力の一部を入力電力の一部とするもので、
けい光ランプ(2)の始動時は第1の高周波発生装置
(11)の出力と第2の高周波発生装置(12)の出力
とを同時にけい光ランプ(2)に印加するものである。 【0022】けい光ランプ(2)の始動後は、基本的に
図5の制御装置(7)と同様な制御装置(13)によ
り、第1の高周波発生装置(11)は作動を停止するも
のである。本実施例における第1および第2の高周波発
生装置(11),(12)の出力周波数、出力電圧値は
図5に示した実施例と同様であるので説明を省略する。 【0023】図8は本発明のさらに他の実施例を示すも
のである。本実施例において、高周波電源(20)は出
力周波数を変化可能なたとえばインバータ(21)を有
するものである。そして、本実施例も、図5および図7
に示した実施例と同様に、検知装置がけい光ランプ
(2)の点灯を検知した後、制御装置(22)により、
前記高周波電源(20)からの出力電圧の周波数を変化
させるものである。本実施例の作用は、上記図5および
図7に示した実施例の説明および上記構成の説明から容
易に理解されるので説明を省略する。 【0024】図9は本発明の他の具体的な実施例を示す
もので、図7の実施例に対応するものである。したがっ
て、図7と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。本実施例において第1の高周波発生装置(3)およ
び第2の高周波発生装置(4)はともに類似構成のトラ
ンジスタインバータ(In1)、(In2)を有してな
るものであるが、インバータ(In1)は発振周波数が
100KHz以上に設定され、またインバータ(In
2)の発振周波数は100KHz以下で上記インバータ
(In1)の発振周波数よりも低い、例えば30KHz
に設定されている。上記インバータ(In1)、(In
2)はよく知られているので、詳細な説明は省略する。 【0025】そして、本実施例において、けい光ランプ
(2)の始動時、第1および第2の高周波発生装置(1
1),(12)が同時に作動してそれぞれ図10
(a)、(b)に示す高周波電圧を発生するので、けい
光ランプ(2)には図10(c)に示す電圧が印加され
る。この場合、第1の高周波発生装置(11)のコンデ
ンサ(14)は限流要素として作用するとともに、低周
波(50KHz未満)カット素子として作用する。同様
に第2の高周波発生装置(12)のインダクタ(15)
は限流要素と高周波(100KHz以上)カット作用を
兼ねる。制御装置(13)は、本実施例においてはイン
バータ(In1)の入力を制御するもので、インバータ
(In1)の入力端にリレーの接点(40)を直列接続
している。この接点(40)は電源(6)から平滑用の
コンデンサ(41)を介して付勢される励磁コイル(4
2)によって制御されるものである。また、制御装置
(13)は本実施例において、けい光ランプ(2)のラ
ンプ電流を検知する検知手段(80)に接続されてい
る。ここで、この検知手段(80)は、たとえばインダ
クタ(15)に設けられた検知巻線(43)の検知信号
を抵抗(44)によって電圧信号に変換し、整流平滑し
た直流出力を制御装置13に供給するように構成されて
いる。そして記励磁コイル(42)に並列的に接続され
たトランジスタ(45)のベースにその直流と出力が供
給されるものである。このような制御装置(13)はけ
い光ランプ(2)が始動する以前においては、検知巻線
(43)の検知信号が実質的になく、検知手段80から
の直流出力がないからトランジスタ(45)がOFFし
ており、励磁コイル(42)が付勢され、接点(40)
を閉成する。したがって、このときは第2の高周波発生
装置(12)が作動して100KHz未満たとえば50
KHz未満の高周波電圧を出力するとともに、第1の高
周波発生装置(11)も電力を供給されて作動し、50
KHz以上たとえば100KHz以上の高周波電圧を出
力する。このため、けい光ランプ(2)は、これら両電
圧を合成した図10(c)に示す電圧が印加される。け
い光ランプ(2)が始動すると、ランプ電流が誘導性の
限流要素であるインダクタ(15)を介して流れるか
ら、検知巻線(43)がこのランプ電流を検知する。こ
れによって、トランジスタ(45)がベース電流を供給
されてONするから、励磁コイル(42)は短絡され、
付勢されなくなる。したがって、接点(40)は開放し
て第1の高周波発生装置(11)への電力供給を制御
し、もって、第1の高周波発生装置(11)を不作動に
するのである。本実施例においては、第1の高周波発生
装置(11)の出力が第2の高周波発生装置(12)の
出力に重畳されてけい光ランプ(2)に印加するもので
あるから、第1の高周波発生装置(11)の出力電圧値
が一層小さくてよい利点がある。 【0026】図11は本発明のさらに他の具体的実施例
を示すもので、図8の実施例に対応するものである。し
たがって、図8と同じ部分には同じ符号を付して説明を
省略する。本実施例の高周波電源(20)も図9に示し
たインバータと類似のインバータ(In3)を有してな
るものである。本実施例においては、上記インバータ
(In3)の発振周波数をけい光ランプ(2)の始動前
は50KHz以上に、始動後は50KHz未満に切換え
るもので、たとえば共振回路の定数を変化することによ
って上記周波数の切換えを行うものである。すなわち、
図11においては、インバータトランス(T3)と共振
回路を形成する共振用コンデンサ(C3)に対してコン
デンサ(50)およびスイッチ(51)の直列回路を並
列接続し、前記スイッチ(51)をけい光ランプ(2)
の始動前においてはOFFしておき、けい光ランプ
(2)の始動後はONすることによって、基本共振周波
数すなわち出力電圧の周波数を切換えるものである。共
振周波数を切換える手段としては、図12のように共振
コンデンサ(C4)に対してインダクタ(60)および
スイッチ(61)の直列回路を並列接続し、けい光ラン
プ(2)の始動前においては、前記スイッチ(54)を
ONし、始動後はOFFするようにしてもよい。また、
図13に示すように発振信号の周波数を変化可能な発振
器(70)を有する他励式インバータ(In5)であっ
てもよい。ただし、図13に示す実施例にあっては矩形
波出力となる。 【0027】前記スイッチ(51)、(61)および発
振器(70)の制御装置(52),(62),(71)
としては図9に示したような制御装置(13)や検知手
段(80)を用いることができる。 【0028】なお、本発明は以上の実施例に限られず種
々の変形を可とするものである。例えば高周波電源とし
てはトランジスタインバータに限られずサイリスタイン
バータ、チョッパ等を有するものでもよく、トランジス
タインバータあっても上記実施例のものの他、たとえば
一石式、ハーフブリッジ方式およびフルブリッジ方式の
もの等、周知のものを用いることができる。また、けい
光ランプの点灯を検知する検知手段にあっても周知のも
のを用いることができる。 【0029】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、けい光ラ
ンプの始動電圧が50KHz以上の高周波電圧を印加さ
れることにより相対的に低下する特性に着目し、けい光
ランプの始動時は50KHz以上、検知手段がけい光ラ
ンプの始動を検知した後は100KHz未満でかつ始動
時よりも低い周波数の高周波電圧を印加可能とすること
によって、低圧始動して無負荷電圧とランプ電圧との差
を小さくして省電力を実現できる。また、けい光ランプ
点灯前後の共振作用の変化に伴い周波数が遷移するコン
デンサバラスト形の点灯装置において誘発される異常高
電圧の発生も防止できると共に、装置全体の小形化、従
来装置に比し絶縁グレードの低下等を図れ、さらに、電
力線を介して伝達されるラジオノイズ、けい光ランプか
ら輻射される電波雑音障害の問題を軽減できるけい光ラ
ンプ点灯装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】けい光ランプの始動特性を示す波形図。 【図2】けい光ランプの始動特性を示す波形図。 【図3】けい光ランプの始動特性を示す波形図。 【図4】けい光ランプの始動特性を示す波形図。 【図5】本発明の一実施例を示すブロック図。 【図6】本発明の一実施例の作用を示す図。 【図7】本発明の他の実施例を示すブロック図。 【図8】本発明の他の実施例を示すブロック図。 【図9】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。 【図10】図10に示した実施例の各部の電圧波形を示
す図。 【図11】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。 【図12】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。 【図13】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。 【符号の説明】 (1),(10),(20)・・・高周波電源 (2)・・・けい光ランプ (3),(4),(11),(12),(21)・・・
高周波発生装置 (7),(13)・・・制御装置 (9),(15)・・・誘導性バラスト (80)・・・検知手段 (In1)〜(In5)・・・インバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 41/24 H02M 7/48

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.出力する高周波電圧の周波数が変化可能な高周波電
    源と; この高周波電源の出力により付勢されるけい光ランプ
    と; このけい光ランプが点灯中に、このランプと直列的に接
    続される誘導性の限流要素と; 上記けい光ランプの始動を検出する検知手段と; 上記けい光ランプの始動時に少なくとも50KHz以上
    の高周波電圧とし、上記検知手段がけい光ランプの始動
    を検知した後は100KHz未満でかつ始動時よりも低
    い周波数の高周波電圧となるように上記高周波電源の出
    力周波数を変化させ得る制御手段と; を具備したことを特徴とするけい光ランプ点灯装置。 2.制御手段は、検知手段がけい光ランプの始動を検知
    した後に50KHz未満の高周波電圧となるように高周
    波電源の出力周波数を変化させ得るように構成されてい
    ることを特徴とする請求項1記載のけい光ランプ点灯装
    置。 3.制御手段は、検知手段がけい光ランプの始動を検知
    した後に16.5KHz以上50KHz未満の高周波電
    圧となるように高周波電源の出力周波数を変化させ得る
    ように構成されていることを特徴とする請求項1記載の
    けい光ランプ点灯装置。 4.制御手段は、自励形インバータの共振回路定数を変
    化することによって高周波電源の出力周波数を変化可能
    にするように構成されたことを特徴とする請求項1〜3
    いずれか一記載のけい光ランプ点灯装置。 5.高周波電源は、他励式インバータを有することを特
    徴とする請求項1〜3いずれか一記載のけい光ランプ点
    灯装置。
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