JP3214662B2 - 放電灯用点灯装置 - Google Patents

放電灯用点灯装置

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JP3214662B2 JP3390396A JP3390396A JP3214662B2 JP 3214662 B2 JP3214662 B2 JP 3214662B2 JP 3390396 A JP3390396 A JP 3390396A JP 3390396 A JP3390396 A JP 3390396A JP 3214662 B2 JP3214662 B2 JP 3214662B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はメタルハライドラン
プ又は水銀灯等(HIDランプ)の放電灯用点灯装置、
特に放電灯が点灯を開始するまでの時間の短縮(クイッ
クスタート)を図った放電灯用点灯装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の放電灯用点灯装置は例えば図5に
示すように、商用交流電源とコンデンサ入力型整流平滑
回路又はこれらと力率改善用直流コンバータ回路から構
成されかつ平滑な直流電力を発生する直流電源1と、直
流電源1の出力端子に入力側平滑コンデンサ2を介して
接続された交流変換回路(インバータ)3と、交流変換
回路3の出力端子に接続された放電灯4と、放電灯4の
点灯開始時に放電灯4に印加する高圧パルス電圧を発生
する高圧パルス発生回路5とを備えている。交流変換回
路3は、第1〜第4のMOS-FET(MOS型電界効
果トランジスタ)6〜9をブリッジ接続して構成され、
第1及び第4のMOS-FET6、9と第2及び第3の
MOS-FET7、8とを交互にオン・オフ動作させる
ことにより、第1及び第2のMOS-FET6、7の接
続点及び第3及び第4のMOS-FET8、9の接続点
から矩形波交流電圧を発生する。このときの第1〜第4
のMOS-FET6〜9のドレイン−ソース間電圧VDS1
〜VDS4の波形を図6(A)〜(D)にそれぞれ示す。図6
(A)〜(D)において、第1〜第4のMOS-FET6〜
9のドレイン−ソース間電圧VDS1〜VDS4が0Vのとき
はMOS-FETがオン状態を示し、高レベル電圧のと
きはMOS-FETがオフ状態を示している。また、高
圧パルス発生回路5は、第1及び第3のMOS-FET
6、8の接続点と第2及び第4のMOS-FET7、9
の接続点との間に直列接続された直列抵抗10及び高圧
発生用コンデンサ11と、直列抵抗10及び高圧発生用
コンデンサ11の接続点に接続される1次巻線12aと
放電灯4に直列に接続される2次巻線12bとを有する
高圧発生用トランス12と、高圧発生用コンデンサ11
及び高圧発生用トランス12の1次巻線12aに対して
直列に接続されたNPN形トランジスタ13と、直列抵
抗10及び高圧発生用コンデンサ11の接続点とNPN
形トランジスタ13のベース端子との間に直列接続され
たトリガ素子としてのサイダック(双方向性2端子サイ
リスタ:SSS)14及び直列抵抗15とから構成され
ている。また、放電灯4にはメタルハライドランプ又は
水銀灯等(HIDランプ)の放電電極を有するものが使
用される。
【0003】図5に示す構成において、直流電源1から
交流変換回路3の直流入力端子にリプル成分を含まない
300V程度の平滑な直流電圧が供給され、第1及び第
4のMOS-FET6、9と第2及び第3のMOS-FE
T7、8とを図6(A)〜(D)に示すタイミングで交互に
オン・オフ動作させると、放電灯4に矩形波交流電圧が
印加される。これと共に、入力側平滑コンデンサ2が充
電され、入力側平滑コンデンサ2の充電電圧により直列
抵抗10を通して高圧パルス発生回路5内の高圧発生用
コンデンサ11が徐々に充電される。高圧発生用コンデ
ンサ11の充電電圧がサイダック14のブレークオーバ
ー電圧以上になると、サイダック14が導通状態とな
り、直列抵抗15を通してNPN形トランジスタ13の
ベース端子に電流が流れてNPN形トランジスタ13が
オン状態となる。このとき、高圧発生用コンデンサ1
1、高圧発生用トランス12の1次巻線12a及びNP
N形トランジスタ13の経路で高圧発生用コンデンサ1
1の放電電流が流れ、高圧発生用トランス12の2次巻
線12bに5kV程度の高圧パルス電圧が発生する。この
高圧パルス電圧は、交流変換回路3の矩形波交流電圧に
重畳されて放電灯4に数秒間に亘り数回印加され、放電
灯4が点灯を開始する。このときの放電灯4の両端の電
圧VOUTの波形を図7に示す。放電灯4の点灯開始後
は、放電灯4のインピーダンスが低くなり、高圧発生用
コンデンサ11の充電電圧がサイダック14のブレーク
オーバー電圧以下となるので、サイダック14が阻止状
態となり、NPN形トランジスタ13がオフ状態とな
る。これにより、高圧パルス発生回路5から放電灯4へ
の高圧パルス電圧の印加が停止され、これ以降は交流変
換回路3の矩形波交流電圧により放電灯4に矩形波交流
電流が流れ続け、放電灯4の点灯状態が維持される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の放電
灯用点灯装置では、サイダック14等の高価なトリガ素
子を特別に必要とするため、製造コストが高騰する欠点
があった。また、直列抵抗10、高圧発生用コンデンサ
11及びサイダック14の電気的特性のばらつきによ
り、高圧パルス発生回路5の高圧パルス電圧の値がばら
ついたり、発生周期が不規則となる場合がある。特に、
メタルハライドランプ又は水銀灯等の放電電極を有する
放電灯4は、単発の高圧パルス電圧が印加されたのみで
は点灯を開始しないので、放電灯4が点灯を開始するま
での数秒間に亘って複数発の高圧パルス電圧を印加する
必要がある。また、放電灯4は図7の符号Hで示す高圧
パルス電圧印加後のオープン電圧期間ができるだけ長い
方が点灯し易い特性を有するため、放電灯4への高圧パ
ルス電圧の印加時点は第1及び第4のMOS-FET
6、9のオン期間中のできるだけ前の時点が望ましい。
したがって、高圧パルス発生回路5の高圧パルス電圧の
発生周期が不規則になると、図7に示すように高圧パル
ス電圧印加後のオープン電圧期間Hにばらつきを生じる
ため、放電灯4が点灯を開始するまでの時間が長くなる
欠点があった。
【0005】そこで、本発明は放電灯を迅速に点灯させ
ることが可能な放電灯用点灯装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による放電灯用点
灯装置は、直流電力を発生する直流電源(1)と、直流電
源(1)の出力端子に接続されかつ交流出力を発生する交
流変換回路(3)と、交流変換回路(3)の出力端子に接続さ
れた放電灯(4)と、放電灯(4)の点灯開始時に放電灯(4)
に印加する高圧パルス電圧を発生する高圧パルス発生回
路(21)とを備えている。この放電灯用点灯装置では、交
流変換回路(3)は、ブリッジ接続されかつ交互にオン・
オフ動作される第1及び第2のスイッチング素子(6, 7)
を備えている。高圧パルス発生回路(21)は、1次巻線(1
2a)及び放電灯(4)に印加する高圧パルス電圧を発生する
2次巻線(12b)を有する高圧発生用トランス(12)と、高
圧発生用トランス(12)の1次巻線(12a)と直列に接続さ
れた高圧発生用スイッチング素子(17, 22, 24)と、第1
のスイッチング素子(6)がオン状態でかつ第2のスイッ
チング素子(7)がオフ状態の時に交流変換回路(3)により
充電される高圧発生用コンデンサ(11)とを備えている。
第1のスイッチング素子(6)がオンからオフに切り替え
られかつ第2のスイッチング素子(7)がオフからオンに
切り替えられた時に、高圧発生用コンデンサ(11)に充電
されたエネルギが放出されて第2のスイッチング素子
(7)を通って電流が流れると共に、高圧発生用スイッチ
ング素子(17, 22, 24)がオンして高圧発生用コンデンサ
(11)に充電されたエネルギが高圧発生用スイッチング素
子(17, 22, 24)を通して高圧発生用トランス(12)の1次
巻線(12a)に印加され、これにより2次巻線(12b)に高圧
パルス電圧が発生する。
【0007】放電灯(4)の点灯開始の際、第1のスイッ
チング素子(6)がオン状態でかつ第2のスイッチング素
子(7)がオフ状態の時、即ち、交流変換回路(3)の交流出
力電圧が一方の半周期の時に、交流変換回路(3)により
高圧パルス発生回路(21)内の高圧発生用コンデンサ(11)
が充電される。次に、第1のスイッチング素子(6)がオ
ンからオフに切り替えられかつ第2のスイッチング素子
(7)がオフからオンに切り替えられた時、即ち、交流出
力電圧が一方の半周期から他方の半周期に切り替えられ
た時に、高圧パルス発生回路(21)内の高圧発生用スイッ
チング素子(17, 22, 24)がオンして高圧発生用コンデン
サ(11)に充電されたエネルギが高圧発生用スイッチング
素子(17, 22, 24)を通して高圧発生用トランス(12)の1
次巻線(12a)へ放出される。このとき、高圧発生用トラ
ンス(12)の1次巻線(12a)に電流が流れて2次巻線(12b)
に高圧パルス電圧が誘起され、この高圧パルス電圧は交
流変換回路(3)の交流出力電圧に重畳されて放電灯(4)に
印加される。本発明では、交流変換回路(3)の交流出力
周波数に同期した周期で高圧発生用トランス(12)の2次
巻線(12b)から高圧パルス電圧が出力される。従って、
交流変換回路(3)の交流出力電圧に同期した交流出力電
圧の初期印加時点で放電灯(4)に高圧パルス電圧が印加
されるので、高圧パルス電圧印加後のオープン電圧期間
が長くなり、放電灯(4)を迅速に点灯できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明による放電灯用点灯
装置の一実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。
但し、図1では図5に示す箇所と実質的に同一の部分に
は同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態
の放電灯用点灯装置は、図1に示すように、図5に示す
放電灯用点灯装置において高圧パルス発生回路5の代わ
りに、第1及び第2のMOS-FET6、7の接続点と
第2及び第4のMOS-FET7、9の接続点との間に
直列接続された直列抵抗10、放電防止用ダイオード1
6及び高圧発生用コンデンサ11と、1次巻線12aと
放電灯4に直列に接続される2次巻線12bとを有する
高圧発生用トランス12と、一方及び他方の主端子
1、T2がそれぞれ放電防止用ダイオード16と高圧発
生用コンデンサ11との接続点及び高圧発生用トランス
12の1次巻線12aに接続されたスイッチング素子と
してのトライアック(双方向性3端子サイリスタ:TR
IAC)17と、トライアック17のゲート端子及び一
方の主端子T1間に接続されたトリガパルス形成用抵抗
18と、トリガパルス形成用抵抗18及び放電防止用ダ
イオード16の間に直並列に接続されたトリガパルス形
成用コンデンサ19及び逆流防止用ダイオード20とか
ら構成される高圧パルス発生回路21を設けたものであ
る。したがって、図1に示す高圧パルス発生回路21で
は、直列抵抗10の接続位置が図5に示す高圧パルス発
生回路5と相違すると共に、サイダック14と直列抵抗
15との直列回路及びNPN形トランジスタ13が省略
されている。その他の構成は、図5に示す放電灯用点灯
装置と略同一である。
【0009】次に、図1に示す放電灯用点灯装置の動作
について説明する。直流電源1から入力側平滑コンデン
サ2を通して交流変換回路3の直流入力端子にリプル成
分を含まない300V程度の平滑な直流電圧を供給し、
第1及び第4のMOS-FET6、9と第2及び第3の
MOS-FET7、8とを図6(A)〜(D)に示すタイミ
ングで交互にオン・オフ動作させると、放電灯4に矩形
波交流電圧が印加される。放電灯4の点灯開始時におい
て、交流変換回路3の矩形波交流電圧が正の半周期のと
き、第1のMOS-FET6がオン状態で第2のMOS-
FET7がオフ状態であるとすると、交流変換回路3の
直流入力電圧により第1のMOS-FET6、直列抵抗
10及び放電防止用ダイオード16を通して電流が流
れ、高圧パルス発生回路21内の高圧発生用コンデンサ
11が充電される。その後、交流変換回路3の矩形波交
流電圧が正の半周期から負の半周期に切り替えられたと
き、第1及び第2のMOS-FET6、7がそれぞれオ
ン状態からオフ状態及びオフ状態からオン状態になる
と、高圧発生用コンデンサ11からトライアック17、
トリガパルス形成用抵抗18、トリガパルス形成用コン
デンサ19、逆流防止用ダイオード20及び直列抵抗1
0を通して第2のMOS-FET7の経路で電流が流れ
る。これと同時に、トリガパルス形成用抵抗18の両端
に発生した電圧がトライアック17のゲート端子に印加
されてトライアック17がオン状態となり、高圧発生用
コンデンサ11からトライアック17を通して高圧発生
用トランス12の1次巻線12aへ充電されたエネルギ
が放出される。このとき、高圧発生用トランス12の1
次巻線12aに電流が流れて2次巻線12bに正極性で5
kV程度の高圧パルス電圧が誘起され、更にこの高圧パ
ルス電圧は交流変換回路3の矩形波交流電圧に重畳され
て放電灯4に印加される。このため、図2に示すよう
に、交流変換回路3の矩形波交流電圧が負の半周期から
正の半周期に切り替わる時点、即ち交流変換回路3の第
1及び第4のMOS-FET6、9が共にオフ状態から
オン状態となる時点で放電灯4に高圧パルス電圧VP
印加される。以上の動作が放電灯4の点灯開始前の数秒
間に亘って繰り返されることにより、交流変換回路3の
矩形波交流出力の周波数に同期した周期で放電灯4に5
kV程度の高圧パルス電圧が複数回印加され、放電灯4
が点灯を開始する。放電灯4の点灯開始後は、放電灯4
のインピーダンスが低くなるので、高圧パルス発生回路
21内の高圧発生用コンデンサ11に電流が殆ど流れ
ず、両端の電圧が略0Vとなる。したがって、トライア
ック17のゲート端子に電圧が印加されず、トライアッ
ク17がオフ状態となる。これにより、高圧パルス発生
回路21から放電灯4への高圧パルス電圧の印加が停止
され、これ以降は交流変換回路3の矩形波交流電圧によ
り放電灯4に矩形波交流電流が流れ続け、放電灯4の点
灯状態が維持される。
【0010】上記のように、本実施形態では、交流変換
回路3の矩形波交流出力電圧に同期した矩形波交流出力
電圧の初期印加時点で放電灯4に高圧パルス電圧が印加
されるので、図2に示すように高圧パルス電圧VP印加
後のオープン電圧期間Hが長くなり、少ない本数の高圧
パルス電圧で確実に放電灯4を点灯させることができ
る。このため、放電灯4を迅速に点灯させることが可能
である。また、図5に示す放電灯用点灯装置におけるN
PN形トランジスタ13及びサイダック14の代わりに
トライアック17を使用したので、サイダック等の高価
で特別なトリガ素子を省略して、放電灯用点灯装置の製
造コストを低減することができる。なお、トライアック
17を高速で確実にターンオンさせることができる場合
は、トリガパルス形成用抵抗18、トリガパルス形成用
コンデンサ19及び逆流防止用ダイオード20を省略し
て、トライアック17のゲート端子を直列抵抗10及び
放電防止用ダイオード16の接続点に直接接続してもよ
い。
【0011】本発明の実施態様は前記の実施形態に限定
されず、更に種々の変更が可能である。例えば、図3に
示す実施形態の放電灯用点灯装置は、高圧発生用トラン
ス12の1次巻線12aの一端を高圧発生用コンデンサ
11及び放電防止用ダイオード16の接続点に接続し、
高圧発生用トランス12の1次巻線12aの他端と第2
及び第4のMOS-FET7、9の接続点との間にスイ
ッチング素子としてサイリスタ(逆阻止3端子サイリス
タ:SCR)22を接続し、サイリスタ22と逆並列に
逆導通ダイオード23を接続し、トライアック17のゲ
ート端子及び一方の主端子T1を放電防止用ダイオード
16の両端に接続し、トライアック17の他方の主端子
2を直列抵抗15を介してサイリスタ22のゲート端
子に接続して高圧パルス発生回路21を構成したもので
ある。その他の構成は、図1に示す放電灯用点灯装置と
略同一である。図3の回路では、第1及び第2のMOS
-FET6、7がそれぞれターンオフ及びターンオンし
たときにトライアック17がオン状態となり、トライア
ック17から直列抵抗15を介してサイリスタ22のゲ
ート端子に電流が流れ、サイリスタ22がオン状態とな
る。このとき、高圧発生用トランス12の1次巻線12
aに電流が流れて2次巻線12bに高圧パルス電圧が誘起
され、交流変換回路3の矩形波交流電圧に重畳される。
これにより、交流変換回路3の交流出力周波数に同期し
た周期で放電灯4に高圧パルス電圧が印加される。した
がって、図3に示す実施形態においても、図1に示す実
施形態と同様に放電灯4を迅速に点灯させることができ
る。なお、図3に示す放電灯用点灯装置は、図5に示す
従来の放電灯用点灯装置において、直列抵抗10の一端
の接続位置を第1及び第3のMOS-FET6、8の接
続点から第1及び第2のMOS-FET6、7の接続点
に変更し、直列抵抗10及び高圧発生用コンデンサ11
間に放電防止用ダイオード16を挿入し、サイダック1
4及びNPN形トランジスタ13をそれぞれトライアッ
ク17及びサイリスタ22に置き換えたものであるか
ら、図1の場合に比較して従来の放電灯用点灯装置から
の改造が容易である利点がある。
【0012】また、図4に示す実施形態の放電灯用点灯
装置は、図3に示す放電灯用点灯装置におけるトライア
ック17をPNP形トランジスタ24に置き換えたもの
である。したがって、図4に示す実施形態においても、
図3に示す実施形態と略同様の回路動作が行われるの
で、図1に示す実施形態と同様に放電灯4を迅速に点灯
させることができる。特に、図4に示す実施形態ではト
ライアック17に比較して安価なPNP形トランジスタ
24を使用したので、図3に示す実施形態に比較して放
電灯用点灯装置の製造コストを更に低減できる利点があ
る。
【0013】また、上記の各実施形態では交流変換回路
3が4個のMOS-FET6〜9をブリッジ接続した所
謂フルブリッジ形インバータである例を示したが、例え
ば第3及び第4のMOS-FET8、9をそれぞれコン
デンサに置き換えてハーフブリッジ形インバータとして
もよい。また、図3及び図4に示す実施形態におけるサ
イリスタ22及び逆導通ダイオード23の並列回路を逆
導通3端子サイリスタに置き換えて回路構成を更に簡略
化してもよい。また、交流変換回路3の各MOS-FE
T6〜9の代わりに、バイポーラ形トランジスタ、接合
形電界効果トランジスタ(J-FET)又は逆阻止3端
子サイリスタ(SCR)等の他のスイッチング素子を使
用してもよい。更に、放電灯4への高圧パルス電圧の印
加時点は交流出力電圧の初期印加時点に限らず、若干の
遅延を伴って印加してもよい。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、交流変換回路の交流出
力電圧に同期した交流出力電圧の初期印加時点で放電灯
に高圧パルス電圧が印加されるので、放電灯が点灯を開
始するまでの時間を短縮して放電灯を迅速に点灯(クイ
ックスタート)させることが可能である。また、従来の
放電灯用点灯装置において必要としたサイダック等の高
価なトリガ素子が不要となるので、放電灯用点灯装置の
製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による放電灯用点灯装置の一実施形態
を示す電気回路図
【図2】 図1に示す放電灯の点灯開始時における両端
の電圧を示す波形図
【図3】 図1の放電灯用点灯装置の変更実施形態を示
す電気回路図
【図4】 図3の放電灯用点灯装置の変更実施形態を示
す電気回路図
【図5】 従来の放電灯用点灯装置を示す電気回路図
【図6】 図1及び図5における各MOS-FETのド
レイン−ソース間の電圧を示す波形図
【図7】 図5に示す放電灯の点灯開始時における両端
の電圧を示す波形図
【符号の説明】
1...直流電源、2...入力側平滑コンデンサ、
3...交流変換回路、4...放電灯、5,2
1...高圧パルス発生回路、6〜9...第1〜第4
のMOS-FET、10,15...直列抵抗、1
1...高圧発生用コンデンサ、12...高圧発生用
トランス、12a...1次巻線、12b...2次巻
線、13...NPN形トランジスタ、14...サイ
ダック(トリガ素子)、16...放電防止用ダイオー
ド、17...トライアック(スイッチング素子)、1
8...トリガパルス形成用抵抗、19...トリガパ
ルス形成用コンデンサ、20...逆流防止用ダイオー
ド、22...サイリスタ(スイッチング素子)、2
3...逆導通ダイオード、24...PNP形トラン
ジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−151072(JP,A) 特開 平2−21594(JP,A) 特開 昭61−71596(JP,A) 特開 昭62−71195(JP,A) 特開 平3−179694(JP,A) 特開 平4−12495(JP,A) 特開 平6−151071(JP,A) 特開 平7−122378(JP,A) 特開 平7−263157(JP,A) 特開 平4−184895(JP,A) 実開 平6−5191(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 41/14 - 41/298

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を発生する直流電源と、該直流
    電源の出力端子に接続されかつ交流出力を発生する交流
    変換回路と、該交流変換回路の出力端子に接続された放
    電灯と、該放電灯の点灯開始時に前記放電灯に印加する
    高圧パルス電圧を発生する高圧パルス発生回路とを備え
    た放電灯用点灯装置において、 前記交流変換回路は、ブリッジ接続されかつ交互にオン
    ・オフ動作される第1及び第2のスイッチング素子を備
    え、 前記高圧パルス発生回路は、1次巻線及び前記放電灯に
    印加する高圧パルス電圧を発生する2次巻線を有する高
    圧発生用トランスと、該高圧発生用トランスの1次巻線
    と直列に接続された高圧発生用スイッチング素子と、前
    記第1のスイッチング素子がオン状態でかつ前記第2の
    スイッチング素子がオフ状態の時に前記交流変換回路に
    より充電される高圧発生用コンデンサとを備え、 前記第1のスイッチング素子がオンからオフに切り替え
    られかつ前記第2のスイッチング素子がオフからオンに
    切り替えられた時に、前記高圧発生用コンデンサに充電
    されたエネルギが放出されて前記第2のスイッチング素
    子を通って電流が流れると共に、前記高圧発生用スイッ
    チング素子がオンして前記高圧発生用コンデンサに充電
    されたエネルギが前記高圧発生用スイッチング素子を通
    して前記高圧発生用トランスの1次巻線に印加され、こ
    れにより前記2次巻線に高圧パルス電圧が発生すること
    を特徴とする放電灯用点灯装置。
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