JP2849815B2 - 高圧ガス放電灯作動用回路 - Google Patents
高圧ガス放電灯作動用回路Info
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- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/36—Controlling
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- H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
- H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
- H05B41/3927—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by pulse width modulation
- H05B41/3928—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by pulse width modulation for high-pressure lamps, e.g. high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps
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- Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
- Y10S315/05—Starting and operating circuit for fluorescent lamp
-
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- Y10S315/07—Starting and control circuits for gas discharge lamp using transistors
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- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の属する技術分野）
本発明は50ないし2000Hzの間のパルス繰返し周波数
と、0.2ないし0.8のデューティサイクル（衝撃係数）の
パルス状供給電流によって少なくとも１つの高圧ガス放
電灯を動作させる高圧ガス放電灯作動用回路に関するも
のである。 （従来の技術） この種高圧ナトリウム蒸気放電灯用の作動回路は、例
えば米国特許第4,128,789号に発表されていて、既知で
ある。しかし、このようなパルス動作回路は、高圧水銀
蒸気放電灯及び高圧ハロゲン化金属蒸気放電灯にも使用
できる。パルス動作には、単極パルスおよび双極パルス
が共に適当である（DE−PS 26 57 824参照）。上述の周
波数範囲における高圧ガス放電灯のパルス動作の利点は
放電管が少なくとも周波数範囲の一部においては音響共
振をが生じないということである。音響共振が生ずると
放電灯の発光アークのフリッカリングを生ずる（DE−PS
−31 11 561参照）。さらに前記ドイツ特許より高周波
電圧で動作している高圧ガス放電灯の音響共振を避ける
ため、15ないし50KHzの高周波正弦波をその第３高調波
上に重畳する。しかし、この種放電灯の発光出力特性及
び色温度はパルス動作の際に特に有利なものではない。 高圧ガス放電灯をパルス動作させるとき、この放電灯
を受動素子例えばチョークコイルの如きもののみによっ
て、その放電灯の安定化を図る従来の手段は極めて不適
当のものとなる。したがって、電子的手段によって電流
の安定化を図る必要がある。 しかしながら、電子的バラストユニットを付した高圧
ガス放電灯はランプのいわゆるフリッカリング（光がふ
らつく現象）が生じ易い。このフリッカリングは放電灯
の発光フラックスが周期的又は急激に変化するときにこ
れが生ずる。このような場合、発光アーク自体は安定で
あっても、放電灯の発光は大幅に変動し、その変動が人
の目によって認知しうるようになる。 （発明の目的） 以上のような状況に基づき、本発明は高圧ガス放電灯
のパルス動作回路であって、放電灯供給電流の安定化を
図れ、しかも、放電灯のフリッカリングを防止しうる回
路を得ることをその目的とする。 （目的達成のための手段） 本発明においては、20ないし200KHzの高周波電流を変
調比0.3ないし１をもって電流パルス上に重畳し、該高
周波を前記パルス繰返し周波数の整数倍とすることを特
徴とする。 ランプ電流の安定化は低周波電流パルス内の高周波ス
イッチングにより達成される。 この場合に得られる、光強度の変動は、高周波及びパ
ルス繰返し周波数に対応する周波数を有するものであっ
て、この周波数は人間の目には解像できないので、高周
波ガス放電灯の動作には格別重要な問題を生じない。し
かしながら、50Hz以下の周波数における周期的なフリッ
カ又は周期的でないフリッカが付加的に生ずることが発
見された。しかし、このフリッカはパルス繰り返し周波
数を重畳している高周波数と同期させることにより解決
されることが発見された。本発明においては、パルス繰
り返し周波数の整数倍に前記高周波を選定することによ
りこれが達成できる。したがって、本発明によれば高周
波数の位相位置を各電流パルスの開始点に一定に維持す
ることによりこれを達成できる。 本発明の実施例では、高圧ガス放電灯の動作状態中に
おいて、該放電灯をチョークコイルと電子的スイッチン
グ素子と直列にして直流電圧源に接続し、かつ該電子的
スイッチング素子を制御装置に接続してある高圧ガス放
電灯作動用回路で、前記制御装置は高周波発生器を有
し、その出力を分周器に接続し、この分周器によって高
周波信号より、デューティサイクルが分周器に接続した
単安定トリガ段によって調整可能なパルス繰返し周波数
を有する信号を形成することを特徴とする。この実施例
による回路は、高周波及び低パルス繰返し周波数の発生
に単に１個のみのパルス発生器を必要とするのみである
という利点がある。分周器を使用することにより、各低
周波電流パルスの開始点を固定的に高周波パルスの開始
点と一致させることができる。 さらに本発明は、次の実施態様をとることを可とす
る。 高周波発生器の出力を双安定トリガ段のクロック入力
に接続し、単安定トリガ段の出力を該双安定トリガ段の
条件入力に接続し、該双安定トリガ段の出力を必要によ
り増幅器を通じて電子的スイッチング素子の制御電極に
接続してなる。 本発明のこの実施例においては、放電灯電流の測定及
び安定化のため、電流測定抵抗を高圧ガス放電灯と直列
に接続し、この測定抵抗及び基準電圧源に接続した比較
器を用い、その比較器の出力を双安定トリガ段の入力に
接続する。 （実施例） 以下図面により本発明を説明する。 第１図は、高圧ガス放電灯の単極供給電流iLaを示
し、図中Ｔはパルス周期であり、tdは矩形波パルスのパ
ルス幅でt0はパルス間隔を示す。このパルスのデューテ
ィサイクルδ＝td/Tは約0.4である。パルス繰り返し周
波数ｆは50ないし2000Hzの間である。20ないし200KHzの
間の高周波電流を個別の電流パルスに重畳する。この場
合のデューティサイクルは約0.5である。 第２図は、高圧ガス放電灯の双極供給電流iLaのパル
ス波形を示す図である。この場合デューティサイクルδ
＝2td/Tは約0.4である。この場合も、低周波電流パルス
上に高周波電流を重畳する。その変調比を１とする。 第３図の回路図において、A,Bは直流電圧源Ｕ＝の出
力端子を示し、これは例えば回路の接合部分を示すもの
である。 本図においてまず、端子Ａをダウンコンバータに接続
する。このダウンコンバータはチョークコイル１、MOSF
ETスイッチングトランジスタ２、フライホイールダイオ
ード３を有し、さらに高圧ガス放電灯４を負荷として有
している。このダウンコンバータ２には電流測定抵抗５
が接続されている。この抵抗５は放電灯４と直列に接続
されており、その他方の端を端子Ｂに接続する。 スイッチングトランジスタ２の制御装置は高周波発生
器６を有し、その出力を分周器７に接続し、この分周器
７はこの高周波信号より低いパルス繰返し周波数を有す
る信号を形成し、そのパルスのデューティサイクルをこ
の分周器７に接続した単安定トリガ段８によって調整で
きるように構成する。さらに、高周波発生器６の出力を
双安定トリガ段９のクロック入力ｂに接続し、また単安
定トリガ段８の出力をこの同じ双安定トリガ段９の条件
入力ａに接続する。このトリガ段９の出力を増幅器10を
通じ、前記スイッチングトランジスタ２の制御電極に接
続する。測定抵抗５及び基準電圧源Urefに接続した比較
器11の出力を双安定トリガ段９のリセット入力ｃに接続
する。 この制御装置より低周波信号と高周波信号との重畳に
より構成されている制御信号をスイッチングトランジス
タ２の制御電極に供給する。このスイッチングトランジ
スタ２によって形成されるパルス状放電灯供給電流iLa
をまず低周波信号で駆動する。時間間隔t0においてはこ
の低周波信号は値０であり、スイッチングトランジスタ
２は遮断されるので、放電灯４には電流が流れない。時
間間隔tdにおいては、低周波信号は値１であり、スイッ
チングトランジスタ２は高周波数に対し導電状態とな
る。 できるだけ一定な放電灯電流を得るため、放電灯電流
を測定抵抗５により測定し、これにより得られた対応の
測定電圧を比較器11に供給する。この放電灯電流、即ち
測定抵抗５において測定した電圧降下が比較器11におい
て、調整されている基準電圧Urefを超える場合は、比較
器11はリセット入力ｃを通じ双安定トリガ段９をトリガ
し、その後は、スイッチングトランジスタ２に対する制
御信号は再び値０となる。チョークコイル１を通ずる電
流は安定している必要があるので、この場合における電
流はチョークコイル１より放電灯４とフライホイールダ
イオード３を通じて流れる。 電流増加中に蓄えられたチョークコイル１内のエネル
ギーはスイッチングトランジスタ２の高周波遮断時間中
に放電灯４に供給され、このためランプ電流が保持され
る。重畳されている、高周波の作用によってチョークコ
イル電流が、遥かに小さな値となる前に、双安定トリガ
段９はそのクロック入力ｂを通じセットされ、このため
スイッチングトランジスタ２は他の高周波パルスによっ
てすでに導電状態にスイッチされているようにすること
が確保できる。この場合において、電流はチョークコイ
ル１、放電灯４およびスイッチングトランジスタ２を通
じて流れ、この電流は測定抵抗５における電圧降下が比
較器11における基準電圧Urefを超過するまでこれを継続
する。このようにして、全体としては比較的に一定な放
電灯電流で高周波を重畳された電流が流れ、この電流は
スイッチングトランジスタ２が次の低周波スイッチオフ
信号の長い休止期間がくるまでは遮断されない。 ある実施例においては、この放電灯４は30Wの高圧ナ
トリウム放電灯である。高周波発生器によって48KHzの
高周波矩形波信号が形成され、これより分周器７内で30
0Hzの所望低周波が導出される（160:1）。単安定トリガ
８内でランプ動作に好適な0.4のデューティサイクルが
調整される。低周波スイッチオフ信号（時間間隔t0）中
においては、双安定トリガ段９は遮断状態にとどまり、
高周波発生器６によるスイッチオンと、スイッチオン信
号中における比較器11によるスイッチオフ（時間間隔
td）を交互に繰り返す。安定トリガ段９により供給され
る信号は、増幅器10によって増幅され、スイッチングト
ランジスタ２の直接制御に使用される。この変調比は0.
8であった。 400Wの高圧金属ハロゲン化物蒸気放電灯をパルス繰返
し周波数1500Hzと150KHzの変調高周波によるパルス状供
給電流により同様にして動作させた。この場合のデュー
ティサイクルは0.6であり、変調比は0.3であった。 これら何れの実施例においても、放電灯は動作中フリ
ッカ現象を呈しなかった。長時間の動作中において、放
電灯電流は極めて安定な状態を示していた。
と、0.2ないし0.8のデューティサイクル（衝撃係数）の
パルス状供給電流によって少なくとも１つの高圧ガス放
電灯を動作させる高圧ガス放電灯作動用回路に関するも
のである。 （従来の技術） この種高圧ナトリウム蒸気放電灯用の作動回路は、例
えば米国特許第4,128,789号に発表されていて、既知で
ある。しかし、このようなパルス動作回路は、高圧水銀
蒸気放電灯及び高圧ハロゲン化金属蒸気放電灯にも使用
できる。パルス動作には、単極パルスおよび双極パルス
が共に適当である（DE−PS 26 57 824参照）。上述の周
波数範囲における高圧ガス放電灯のパルス動作の利点は
放電管が少なくとも周波数範囲の一部においては音響共
振をが生じないということである。音響共振が生ずると
放電灯の発光アークのフリッカリングを生ずる（DE−PS
−31 11 561参照）。さらに前記ドイツ特許より高周波
電圧で動作している高圧ガス放電灯の音響共振を避ける
ため、15ないし50KHzの高周波正弦波をその第３高調波
上に重畳する。しかし、この種放電灯の発光出力特性及
び色温度はパルス動作の際に特に有利なものではない。 高圧ガス放電灯をパルス動作させるとき、この放電灯
を受動素子例えばチョークコイルの如きもののみによっ
て、その放電灯の安定化を図る従来の手段は極めて不適
当のものとなる。したがって、電子的手段によって電流
の安定化を図る必要がある。 しかしながら、電子的バラストユニットを付した高圧
ガス放電灯はランプのいわゆるフリッカリング（光がふ
らつく現象）が生じ易い。このフリッカリングは放電灯
の発光フラックスが周期的又は急激に変化するときにこ
れが生ずる。このような場合、発光アーク自体は安定で
あっても、放電灯の発光は大幅に変動し、その変動が人
の目によって認知しうるようになる。 （発明の目的） 以上のような状況に基づき、本発明は高圧ガス放電灯
のパルス動作回路であって、放電灯供給電流の安定化を
図れ、しかも、放電灯のフリッカリングを防止しうる回
路を得ることをその目的とする。 （目的達成のための手段） 本発明においては、20ないし200KHzの高周波電流を変
調比0.3ないし１をもって電流パルス上に重畳し、該高
周波を前記パルス繰返し周波数の整数倍とすることを特
徴とする。 ランプ電流の安定化は低周波電流パルス内の高周波ス
イッチングにより達成される。 この場合に得られる、光強度の変動は、高周波及びパ
ルス繰返し周波数に対応する周波数を有するものであっ
て、この周波数は人間の目には解像できないので、高周
波ガス放電灯の動作には格別重要な問題を生じない。し
かしながら、50Hz以下の周波数における周期的なフリッ
カ又は周期的でないフリッカが付加的に生ずることが発
見された。しかし、このフリッカはパルス繰り返し周波
数を重畳している高周波数と同期させることにより解決
されることが発見された。本発明においては、パルス繰
り返し周波数の整数倍に前記高周波を選定することによ
りこれが達成できる。したがって、本発明によれば高周
波数の位相位置を各電流パルスの開始点に一定に維持す
ることによりこれを達成できる。 本発明の実施例では、高圧ガス放電灯の動作状態中に
おいて、該放電灯をチョークコイルと電子的スイッチン
グ素子と直列にして直流電圧源に接続し、かつ該電子的
スイッチング素子を制御装置に接続してある高圧ガス放
電灯作動用回路で、前記制御装置は高周波発生器を有
し、その出力を分周器に接続し、この分周器によって高
周波信号より、デューティサイクルが分周器に接続した
単安定トリガ段によって調整可能なパルス繰返し周波数
を有する信号を形成することを特徴とする。この実施例
による回路は、高周波及び低パルス繰返し周波数の発生
に単に１個のみのパルス発生器を必要とするのみである
という利点がある。分周器を使用することにより、各低
周波電流パルスの開始点を固定的に高周波パルスの開始
点と一致させることができる。 さらに本発明は、次の実施態様をとることを可とす
る。 高周波発生器の出力を双安定トリガ段のクロック入力
に接続し、単安定トリガ段の出力を該双安定トリガ段の
条件入力に接続し、該双安定トリガ段の出力を必要によ
り増幅器を通じて電子的スイッチング素子の制御電極に
接続してなる。 本発明のこの実施例においては、放電灯電流の測定及
び安定化のため、電流測定抵抗を高圧ガス放電灯と直列
に接続し、この測定抵抗及び基準電圧源に接続した比較
器を用い、その比較器の出力を双安定トリガ段の入力に
接続する。 （実施例） 以下図面により本発明を説明する。 第１図は、高圧ガス放電灯の単極供給電流iLaを示
し、図中Ｔはパルス周期であり、tdは矩形波パルスのパ
ルス幅でt0はパルス間隔を示す。このパルスのデューテ
ィサイクルδ＝td/Tは約0.4である。パルス繰り返し周
波数ｆは50ないし2000Hzの間である。20ないし200KHzの
間の高周波電流を個別の電流パルスに重畳する。この場
合のデューティサイクルは約0.5である。 第２図は、高圧ガス放電灯の双極供給電流iLaのパル
ス波形を示す図である。この場合デューティサイクルδ
＝2td/Tは約0.4である。この場合も、低周波電流パルス
上に高周波電流を重畳する。その変調比を１とする。 第３図の回路図において、A,Bは直流電圧源Ｕ＝の出
力端子を示し、これは例えば回路の接合部分を示すもの
である。 本図においてまず、端子Ａをダウンコンバータに接続
する。このダウンコンバータはチョークコイル１、MOSF
ETスイッチングトランジスタ２、フライホイールダイオ
ード３を有し、さらに高圧ガス放電灯４を負荷として有
している。このダウンコンバータ２には電流測定抵抗５
が接続されている。この抵抗５は放電灯４と直列に接続
されており、その他方の端を端子Ｂに接続する。 スイッチングトランジスタ２の制御装置は高周波発生
器６を有し、その出力を分周器７に接続し、この分周器
７はこの高周波信号より低いパルス繰返し周波数を有す
る信号を形成し、そのパルスのデューティサイクルをこ
の分周器７に接続した単安定トリガ段８によって調整で
きるように構成する。さらに、高周波発生器６の出力を
双安定トリガ段９のクロック入力ｂに接続し、また単安
定トリガ段８の出力をこの同じ双安定トリガ段９の条件
入力ａに接続する。このトリガ段９の出力を増幅器10を
通じ、前記スイッチングトランジスタ２の制御電極に接
続する。測定抵抗５及び基準電圧源Urefに接続した比較
器11の出力を双安定トリガ段９のリセット入力ｃに接続
する。 この制御装置より低周波信号と高周波信号との重畳に
より構成されている制御信号をスイッチングトランジス
タ２の制御電極に供給する。このスイッチングトランジ
スタ２によって形成されるパルス状放電灯供給電流iLa
をまず低周波信号で駆動する。時間間隔t0においてはこ
の低周波信号は値０であり、スイッチングトランジスタ
２は遮断されるので、放電灯４には電流が流れない。時
間間隔tdにおいては、低周波信号は値１であり、スイッ
チングトランジスタ２は高周波数に対し導電状態とな
る。 できるだけ一定な放電灯電流を得るため、放電灯電流
を測定抵抗５により測定し、これにより得られた対応の
測定電圧を比較器11に供給する。この放電灯電流、即ち
測定抵抗５において測定した電圧降下が比較器11におい
て、調整されている基準電圧Urefを超える場合は、比較
器11はリセット入力ｃを通じ双安定トリガ段９をトリガ
し、その後は、スイッチングトランジスタ２に対する制
御信号は再び値０となる。チョークコイル１を通ずる電
流は安定している必要があるので、この場合における電
流はチョークコイル１より放電灯４とフライホイールダ
イオード３を通じて流れる。 電流増加中に蓄えられたチョークコイル１内のエネル
ギーはスイッチングトランジスタ２の高周波遮断時間中
に放電灯４に供給され、このためランプ電流が保持され
る。重畳されている、高周波の作用によってチョークコ
イル電流が、遥かに小さな値となる前に、双安定トリガ
段９はそのクロック入力ｂを通じセットされ、このため
スイッチングトランジスタ２は他の高周波パルスによっ
てすでに導電状態にスイッチされているようにすること
が確保できる。この場合において、電流はチョークコイ
ル１、放電灯４およびスイッチングトランジスタ２を通
じて流れ、この電流は測定抵抗５における電圧降下が比
較器11における基準電圧Urefを超過するまでこれを継続
する。このようにして、全体としては比較的に一定な放
電灯電流で高周波を重畳された電流が流れ、この電流は
スイッチングトランジスタ２が次の低周波スイッチオフ
信号の長い休止期間がくるまでは遮断されない。 ある実施例においては、この放電灯４は30Wの高圧ナ
トリウム放電灯である。高周波発生器によって48KHzの
高周波矩形波信号が形成され、これより分周器７内で30
0Hzの所望低周波が導出される（160:1）。単安定トリガ
８内でランプ動作に好適な0.4のデューティサイクルが
調整される。低周波スイッチオフ信号（時間間隔t0）中
においては、双安定トリガ段９は遮断状態にとどまり、
高周波発生器６によるスイッチオンと、スイッチオン信
号中における比較器11によるスイッチオフ（時間間隔
td）を交互に繰り返す。安定トリガ段９により供給され
る信号は、増幅器10によって増幅され、スイッチングト
ランジスタ２の直接制御に使用される。この変調比は0.
8であった。 400Wの高圧金属ハロゲン化物蒸気放電灯をパルス繰返
し周波数1500Hzと150KHzの変調高周波によるパルス状供
給電流により同様にして動作させた。この場合のデュー
ティサイクルは0.6であり、変調比は0.3であった。 これら何れの実施例においても、放電灯は動作中フリ
ッカ現象を呈しなかった。長時間の動作中において、放
電灯電流は極めて安定な状態を示していた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明により高圧ガス放電灯を動作させる電流
の波形図であり、単極電流パルスに高周波電流を重畳さ
せたパルス波形を示す図、 第２図は双極パルスによる高圧ガス放電灯動作用電流の
波形図、 第３図は高圧ガス放電灯動作用の回路図である。 １……チョークコイル ２……スイッチングトランジスタ ３……フライホイールダイオード ４……放電灯 ５……測定抵抗 ６……高周波発生器 ７……分周器 ８……単安定トリガ ９……双安定トリガ 10……増幅器 11……比較器
の波形図であり、単極電流パルスに高周波電流を重畳さ
せたパルス波形を示す図、 第２図は双極パルスによる高圧ガス放電灯動作用電流の
波形図、 第３図は高圧ガス放電灯動作用の回路図である。 １……チョークコイル ２……スイッチングトランジスタ ３……フライホイールダイオード ４……放電灯 ５……測定抵抗 ６……高周波発生器 ７……分周器 ８……単安定トリガ ９……双安定トリガ 10……増幅器 11……比較器
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−173493（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−72188（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−134494（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−163796（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−55895（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−179097（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−58792（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−58793（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−235395（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−62191（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H05B 41/14 - 41/29
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．50ないし2000Hzの間のパルス繰返し周波数と、0.2
ないし0.8のデューティサイクルのパルス状供給電流に
よって少なくとも１つの高圧ガス放電灯を動作させる高
圧ガス放電灯作動用回路において、20ないし200KHzの高
周波電流を変調比0.3ないし１をもって電流パルス上に
重畳し、該高周波を前記パルス繰返し周波数の整数倍と
することを特徴とする高圧ガス放電灯作動用回路。 ２．高圧ガス放電灯の動作状態中において、該放電灯を
チョークコイルと電子的スイッチング素子と直列にして
直流電圧源に接続し、かつ該電子的スイッチング素子を
制御装置に接続してある高圧ガス放電灯作動用回路であ
り、前記制御装置は高周波発生器（６）を有し、その出
力を分周器（７）に接続し、この分周器によって高周波
信号より、デューティサイクルが分周器に接続した単安
定トリガ段（８）によって調整可能なパルス繰返し周波
数を有する信号を形成することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の高圧ガス放電灯作動用回路。 ３．高周波発生器（６）の出力を双安定トリガ段（９）
のクロック入力（ｂ）に接続し、単安定トリガ段（８）
の出力を該双安定トリガ段（９）の条件入力（ａ）に接
続し、該双安定トリガ段（９）の出力を必要により増幅
器（ａ）を通じて電子的スイッチング素子（２）の制御
電極に接続してなる特許請求の範囲第２項記載の高圧ガ
ス放電灯作動用回路。 ４．高圧ガス放電灯と直列に電流測定抵抗を接続し、電
流測定抵抗（５）及び基準電圧源（Uref）に接続されて
いる比較器（11）の出力を双安定トリガ段（９）のリセ
ット入力（ｃ）に接続してなる特許請求の範囲第３項記
載の高圧ガス放電灯作動用回路。
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