JP3328310B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JP3328310B2
JP3328310B2 JP02091092A JP2091092A JP3328310B2 JP 3328310 B2 JP3328310 B2 JP 3328310B2 JP 02091092 A JP02091092 A JP 02091092A JP 2091092 A JP2091092 A JP 2091092A JP 3328310 B2 JP3328310 B2 JP 3328310B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高圧ナトリウムラン
プ、メタルハライドランプなどの放電灯の点灯装置に関
し、特にその瞬時点灯技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置として、例えば特開
平2−215091号公報に記載されているものがあ
り、これを図12に示す。14はエネルギ供給源として
の交流電源、15は全波整流回路であり、例えば直流3
00Vを出力する。自動車等のように直流電源の場合に
は、DC−DCコンバータを用いて車載バッテリ電源の
12Vを300Vに変換する。
【0003】16は上記の直流電力を所定周波数の交流
電力に変換するインバータ回路、4はチョークコイル4
a及びコンデンサ4b,4cからなる直列共振回路、5
は放電灯である。又、17はインバータ回路16の周波
数を制御する制御手段であり、専用のアナログ若しくは
ディジタル回路、またはマイクロコンピュータで構成し
ている。なお、抵抗Rにより放電灯5を流れる電流を電
圧値VR として検出し、またコンデンサ4b,4cを分
割配置することにより、放電灯5の両端の電圧を両コン
デンサ4b,4cの接続点電圧Vc として検出する。
【0004】上記した従来装置においては、チョークコ
イル4a、コンデンサ4b,4cのばらつきにより生じ
る共振周波数の設計値からのずれを補うため、点灯開始
時に制御手段17を用いてインバータ回路16の出力周
波数を共振周波数の周囲においてディジタル的に自動掃
引するように構成している。掃引の方法は、例えば共振
周波数の設定値fo (fo =1/2π√LC)を100
KHz としたとき、その±5%の範囲即ち95〜105KH
z の10KHz 幅の掃引範囲とし、この範囲を10回(1
KHz 毎)で段階的に切り替える。
【0005】即ち、制御手段17は、最初の周波数が9
5KHz で、1回毎に1KHz ずつ周波数が増加する矩形波
信号を、最高10回までインバータ回路16へ送る。イ
ンバータ回路16ではこの矩形波信号と同じ周波数の交
流電圧を発生させ、LC直列共振回路4を介して放電灯
5に印加する。ただし、合計10回繰り返しても放電灯
5内の封入ガスが絶縁破壊しなかった場合、再度最初の
周波数を出力する過程に戻り、同じことを繰り返す。
【0006】次に、電圧Vc を監視し、電圧Vc と予め
設定された所定電圧Vm とを比較し、絶縁破壊が生じた
か否かを判別する。ここで、Vc の値は放電灯5の封入
ガスが絶縁状態にある場合に高い値を示し、絶縁が破壊
されると低い値になる。上記の判別の結果、絶縁破壊が
生じていない場合には自動掃引を繰り返し、絶縁破壊が
生じた場合には周波数の自動掃引を停止する。
【0007】その後、制御手段17は放電灯5に2〜3
Aの電流が流れるように、インバータ回路16の出力周
波数を絶縁破壊後の所定の周波数に設定する。ここで、
抵抗Rに生じる電圧VR を所定値と比較し、点灯成功か
否かを判断した後、放電灯5を流れる電流が0.4A程
度になるようにインバータ回路16の出力周波数を所定
の周波数に変更する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来装置においては、チョークコイル4aやコンデン
サ4b,4cのばらつきを補う場合、周波数を段階的に
切り換えており、真の共振周波数を出力することができ
ないことは明らかであり、最悪の場合、絶縁破壊のため
に必要な電圧を得ることができない可能性があった。
又、1回の自動掃引で最高10個の周波数を出力すると
いう過程を経るため、点灯スタートのスイッチをオンし
てから絶縁破壊するまでに不必要な時間を要するという
課題もあった。このような点は、例えば瞬時点灯が必要
条件とされる自動車のヘッドランプに応用する際に大き
な欠点となった。
【0009】又、絶縁破壊が生じたか否かを判別する場
合、たとえ分圧したとしてもコンデンサ4cには数百V
から数千Vの高電圧が印加されるため、この高電圧が入
力される制御手段17は回路を保護するために耐圧処理
が必要となった。さらに、コンデンサ4cと制御手段1
7とが直接接続されているので、絶縁破壊時に生じるノ
イズが直接に制御手段17に入力されるという課題もあ
った。
【0010】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、掃引という過程を経ることな
く、チョークコイルやコンデンサの実現値の設計値から
のずれによる共振点のばらつきを完全に補い、真の共振
周波数を出力することにより瞬時にしかも確実に絶縁破
壊を行うことができるとともに、絶縁破壊検出手段に高
耐圧処理を必要としない放電灯点灯装置を得ることを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る放電灯点
灯装置は、点灯開始時に直列共振回路を一構成要素と
し、その共振周波数で発振する出力をインバータ回路に
印加する自励発振回路を設けたものである。又、この発
明に係る放電灯点灯装置は、絶縁破壊の際に放電灯に流
れる突入電流によって絶縁破壊を検出する絶縁破壊検出
回路を設けたものである。
【0012】
【作用】この発明においては、点灯開始時に自励発振回
路は自動的に直列共振回路の共振周波数で発振し、この
発振出力がインバータ回路及び直列共振回路を介して放
電灯に印加され、放電灯内の絶縁破壊が行なわれる。
又、この発明においては、絶縁破壊の際に放電灯に流れ
る突入電流によって絶縁破壊が検出される。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。図1はこの実施例による構成を示し、1はバッテ
リ電源、2はインバータ回路であり、交互にオンオフす
るスイッチング素子2a,2bと、スイッチング素子2
a,2bにより交流変換されたバッテリ電源1の電圧を
所要の電圧に昇圧する昇圧トランス2cと、結合コンデ
ンサ2dから構成される。
【0014】3は駆動部、4はLC直列共振回路であ
り、チョークコイル4a(インダクタンスL)、コンデ
ンサ4b(容量C1 )、4c(容量C2 )及び抵抗4d
(抵抗値R)からなる。ここで、抵抗4dの値Rは、共
振の鋭さQの低下を防ぐため、共振時におけるチョーク
コイル4aやコンデンサ4b,4cの実効抵抗に比べて
無視できる値にする。なお、共振周波数fo はチョーク
コイル4aのインダクタンスL、コンデンサ4b,4c
の容量C1 ,C2 により決定され、例えばL=15m
H、C1 +C2 =1nFとしたとき、共振周波数はfo
=1/(2π√L(C1 +C2 ))から約40KHz とな
る。
【0015】5は放電灯、6は共振周波数を出力する原
発振となる自励発振回路、7はTTLレベル変換回路、
8はスイッチ、9は絶縁破壊後の放電灯5の電圧をスイ
ッチ8を介してコンデンサ4b,4cの接続点から検出
する電圧検出回路、10はカレントトランス、11は放
電灯5を流れる電流を検出する電流検出回路、12は絶
縁破壊時に放電灯5に流れる突入的な電流を検出し、絶
縁破壊成否の信号を出力する絶縁破壊検出回路である。
13はマイクロコンピュータ等で構成された制御手段で
あり、スイッチ8のオンオフを指示するとともに、電圧
検出回路9、電流検出回路11及び絶縁破壊検出回路1
2から出力された信号に基づいて駆動部3を介してイン
バータ回路2へ出力する周波数を制御する。
【0016】図2は制御手段13の構成を示し、13a
はA/D変換器、D/A変換器、マイクロコンピュータ
及び周辺回路で構成される制御論理部、13b〜13d
はアンドゲート、13e,13fはDフリップフロッ
プ、13gは電圧周波数変換器であり、入力電圧が大き
くなるほど出力周波数は高くなる。13hはスイッチ駆
動回路、13iはノット回路である。
【0017】次に、上記構成の動作を説明する。図3は
制御論理部13aの制御内容を示すフローチャートであ
る。まず、ステップP1では放電灯5の点滅を操作する
ライトスイッチ(不図示)がオンか否かを判断し、オン
(“H”電圧)の場合にはステップP2へ進み、スイッ
チ8を開放して電圧検出回路9からの入力をオープン状
態にする。ステップP3では絶縁破壊検出回路12から
の信号を入力するが、入力されるまでは制御論理部13
aは待機状態となる。
【0018】一方、ライトスイッチがオンされると、自
励発振回路6は制御論理部13aと全く無関係に動作を
開始し、自励発振周波数fm 例えば25KHz をアンドゲ
ート13cの一方の入力に出力する。アンドゲート13
cの他方の入力にはDフリップフロップ13fの逆転Q
端子が接続され、初期状態において“H”電圧が入力さ
れる。アンドゲート13cの出力はDフリップフロップ
13eのS端子に入力されるとともに、ノット回路13
iにより反転されてDフリップフロップ13eのR端子
に入力される。これにより、Dフリップフロップ13e
のQ出力は自励発振回路6の自励発振周波数fm と同じ
周波数の信号になり、アンドゲート13bを介して駆動
部3に出力される。
【0019】駆動部3はスイッチング素子2a,2bを
駆動する能力を有し、入力された周波数fm の信号をイ
ンバータ回路2へ出力する。インバータ回路2はバッテ
リ電源1の電圧を自励発振周波数fm の交流電圧に変換
し、昇圧トランス2cによって所定の電圧に昇圧した
後、LC直列共振回路4に出力する。このとき、チョー
クコイル4a、コンデンサ4b,4c及び抵抗4dには
LC直列共振回路4に入力された信号に応じて電流が流
れ、抵抗4dの両端には電圧降下が生じる。
【0020】この電圧降下は図4に示すTTLレベル変
換回路7を介してTTLレベルの信号に変換され、自励
発振回路6の入力にフィードバックされる。これによ
り、自励発振回路6、アンドゲート13c、Dフリップ
フロップ13e、駆動部3、インバータ回路2、LC直
列共振回路4及びTTLレベル変換回路7のループで新
たな自励発振回路が構成され、その発振周波数は発振の
原理に従って共振の鋭さQの最も高い周波数となる。
【0021】ここで、LC直列共振回路4のQは自励発
振回路6のQより高く、そのためループ形成以前に自励
発振回路6から出力されていた周波数fm はLC直列共
振回路4の共振周波数fo に変化し、以後自励発振回路
6は共振周波数fo を出力し続ける。なお、抵抗4dを
流れる電流によるフィードバックが自励発振回路6に入
力した時点で上記ループの新たな自励発振回路が構成さ
れるため、自励発振回路6の元の出力周波数fm からf
o に変化する時間はきわめて短かく、数μSぐらいであ
る。
【0022】図5(a)は放電灯5に印加される電圧の
波形を示し、図5(b)は自励発振回路6の出力波形を
示す。図に示すように、ライトスイッチをオンしてから
約9KVで絶縁破壊を生じるのに要する時間は、僅か約
220μSである。なお、共振により放電灯5に印加さ
れる電圧がライトスイッチのオンから放電灯5の電極間
の絶縁破壊に必要な電圧に上昇するのに要する時間は、
例えば絶縁破壊電圧が5〜15KVのとき、100〜7
00μSである。
【0023】上記の過程を得て、共振により成長した高
電圧が放電灯5に印加されると、放電灯5内の電極間は
絶縁破壊され、その瞬間放電灯5内は一瞬短絡に近い状
態となる。その後、放電灯5内のガス温度の上昇に伴
い、インピーダンスは上昇する。短絡に近い状態のと
き、コンデンサ4b,4cに蓄積されていた電荷は、L
C直列共振回路4と放電灯5とを接続する配線のインダ
クタンス(数μH)とコンデンサ4b,4cの容量
1 ,C2 によって決まる振動周期で、放電灯5のイン
ピーダンス上昇に伴ない、減衰しながら電流として放電
灯5に流れる。この電流は、図6(b)に示すように、
ピーク値が約20〜50A、振動周期は数百nsの突入
的な電流である。なお、絶縁破壊の瞬間における放電灯
5の両端の電圧を図6(a)に示す。
【0024】図7は絶縁破壊検出回路12の構成を示
し、その入力側はカレントトランス10に接続されてい
る。従って、絶縁破壊の瞬間に放電灯5に流れる上記の
突入的な電流はカレントトランス10により放電灯5と
グランドを接続する配線とカレントトランス10の巻数
比に応じた電流に変換され、絶縁破壊検出回路12に入
力される。
【0025】絶縁破壊検出回路12は入力された電流を
抵抗12aで電圧に変換し、この電圧値が抵抗12b〜
12eで定められた所定の電圧レベル(C点の電圧)を
越えたとき、比較器12f,12gは出力を反転して制
御手段13に絶縁破壊成功の信号をパルスとして送出す
る。なお、突入的な電流の流れる方向は、放電灯5の電
極間が正負いずれの高電圧で絶縁破壊するかによって変
化するため一定していない。このため、絶縁破壊検出回
路12は正負いずれの方向に突入的な電流が流れても検
出できるように2個の比較器12f,12gを備えてい
る。
【0026】絶縁破壊検出回路12からの絶縁破壊成功
のパルス信号が制御手段13に入力されると、この信号
は図2のDフリップフロップ13fのCK端子に入力さ
れ、Dフリップフロップ13fの逆転Q端子出力は
“H”から“L”に反転してアンドゲート13cの出力
を閉じるとともに、Dフリップフロップ13fのQ端子
からアンドゲート13dに“H”が入力されてアンドゲ
ート13dの他方の入力をDフリップフロップ13eの
CK端子に伝達する。
【0027】伝達された信号はDフリップフロップ13
eで分周され、アンドゲート13bを介して駆動部3へ
出力される。即ち、絶縁破壊検出回路12から絶縁破壊
成功のパルス信号が制御手段13へ入力されると、上記
動作を通じて自励発振回路6からインバータ回路2への
出力を停止し、制御論理部13aから出力された電圧を
電圧周波数変換器13gで周波数に変換、分周した後、
駆動部3を介してインバータ回路2へ出力する。
【0028】上記動作と同時に、Dフリップフロップ1
3fのQ端子の出力は制御論理部13aに入力され、ス
テップP3で待機状態にあった制御論理部13aはこの
入力に応じてステップP4へ進む。ステップP4ではス
イッチ8を閉じるための信号を出力し、図8に示す電圧
検出回路9の入力をコンデンサ4b,4cの接続点と接
続する。次に、ステップP5では、放電灯5に定格限度
(2〜3A)の電流を流す周波数に相当する電圧を電圧
周波数変換器13gに出力する。この電圧は電圧周波数
変換器13gで周波数に変換され、インバータ回路2へ
入力されて放電灯5に電流が流れて点灯する。
【0029】ステップP6では、図9に示す電流検出回
路11を介して放電灯5を流れる電流を読み込む。次
に、ステップP7では読み込んだ電流値を所定値と比較
し、放電灯5が点灯したか否かを判定する。電流が所定
値以下の場合、点灯失敗と判定してステップP1へ戻
り、上記動作を繰り返す。電流値が所定値以上で点灯成
功と判定した場合、ステップP8へ進み、ステップP8
では電圧検出回路9により放電灯5の電圧をコンデンサ
4b,4cの接続点から読み込む。
【0030】ステップP9では、放電灯5の電圧に対し
て予め一意的に設定しておいた目標電流マップから、読
み込んだ電圧に対する放電灯5への投入目標電流Io
読み出す。ここで、図10に目標電流マップ作成の目安
となる放電灯効率曲線を示す。放電灯効率曲線は放電灯
5の特性を示す重要な曲線であり、任意の放電灯電圧時
光束/電力特性を示すものである。放電灯5が定格電
力(例えば35W)動作時に放電灯電圧が例えば80V
であったとすれば、このとき放電灯5から放射される光
束は22751mと図6から読みとることができる。
【0031】この光束が放電灯5の定格動作時の光束と
なり、あらゆる放電灯電圧で定格動作時の22751m
の光束を放射すれば、光出力はステップ的な出力とな
り、オーバシュートやユラギ等がなくなる。例えば、放
電灯電圧40V時の放電灯効率は45lm/Wであるから
放電灯5に投入すべき電力を50.5W、また放電灯電
圧50V時の放電灯効率は54lm/Wであるから投入電
力を42.1Wにすれば、光出力は常に一定の2275
1mの光束を放射する。このような考えを基に、任意の
放電灯電圧時における放電灯5への投入電流を電流=電
力/電圧で計算したものが目標電流マップである。
【0032】ステップP10では電流検出回路11から
放電灯5を流れる電流Ir を読み込み、ステップP11
ではP9で電流マップから読み込んだ目標電流値Io
P10で読み込んだ放電灯電流Ir を比較し、Ir <I
o のときはステップP12へ、Ir >Io のときはステ
ップP13へ、Ir =Io のときはステップP14へ進
む。
【0033】ステップP12では制御論理部13aから
電圧周波数変換器13gへ出力する電圧を低下させ、こ
れはインバータ回路2へ出力する周波数を低下させるこ
とであり、これにより放電灯5を流れる電流Ir は増加
し、目標値に近づく。ステップP13ではステップP1
2とは逆の制御、即ち制御論理部13aから電圧周波数
変換回路13gへ出力する電圧を増加し、インバータ回
路2へ出力する周波数を増加させることによって、放電
灯5を流れる電流Ir を減少させ、目標電流Io に近づ
ける。ステップP14では、制御論理部13aから電圧
周波数変換器13gへ出力する電圧を固定する。
【0034】以後、ステップP8〜P14を繰り返し、
ステップ的な光出力を得る。図11は上記制御により実
現した光出力を示す。なお、上記制御のいずれの時点に
おいても、ライトスイッチがオフ(“L”電圧)された
場合、ステップP1へ戻る。又、電圧検出回路9及び電
流検出回路11のサンプリング時間は任意である。
【0035】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、チョー
クコイルやコンデンサの特性のバラツキにより直列共振
回路の共振点の実現値と設計値の間に誤差を生じても、
自励発振回路により実際の共振周波数を瞬時に出力する
ことができるため、共振現象を利用して絶縁破壊電圧を
確実に放電灯に印加することができる。従って、共振周
波数の近傍で周波数の掃引などを行なう必要がなく、ま
た真の共振周波数を出力できずに放電灯の絶縁破壊に失
敗することがなくなり、さらに点灯動作開始から絶縁破
壊に至るまでの周波数掃引の時間遅れも解消できる。
又、この発明によれば、絶縁破壊の瞬間に放電灯に流れ
る突入電流により絶縁破壊を検出しており、絶縁破壊時
に急降下する放電灯の両端電圧により絶縁破壊を検出す
るのに比べて、絶縁破壊検出回路の高耐圧処理を行なう
必要がなく回路を簡易化することができ、また突入電流
のレベル(ピーク値約20〜50A)が定常時に放電灯
に流れる電流レベル(ピーク値約3A)と著しく異なる
ため、絶縁破壊の成否判定の電圧設定を非常にラフにで
き、誤判定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明装置の構成図である。
【図2】この発明の制御手段の構成図である。
【図3】この発明装置の動作を示すフローチャートであ
る。
【図4】この発明によるTTLレベル変換回路の構成図
である。
【図5】この発明による放電灯印加電圧波形図及び自励
発振回路出力図である。
【図6】この発明による絶縁破壊時の放電灯電圧と放電
灯電流の波形図である。
【図7】この発明による絶縁破壊検出回路の構成図であ
る。
【図8】この発明による電圧検出回路の構成図である。
【図9】この発明による電流検出回路の構成図である。
【図10】この発明による放電灯効率曲線図である。
【図11】この発明による放電灯の光出力特性図であ
る。
【図12】従来装置の構成図である。
【符号の説明】
1 バッテリ電源 2 インバータ回路 3 駆動部 4 LC直列共振回路 4a チョークコイル 4b,4c コンデンサ 4d 抵抗 5 放電灯 6 自励発振回路 7 TTLレベル変換回路 8 スイッチ 9 電圧検出回路 10 カレントトランス 11 電流検出回路 12 絶縁破壊検出回路 13 制御手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−17296(JP,A) 特開 平2−215090(JP,A) 特開 平4−17297(JP,A) 特開 平3−138894(JP,A) 特開 平3−167792(JP,A) 特開 平2−192696(JP,A) 特開 昭63−207096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 41/24 H02M 7/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョークコイル及びコンデンサからなる
    直列共振回路と、該直列共振回路に交流電力を供給する
    インバータ回路を備え、直列共振回路で発生した高電
    圧を上記コンデンサと並列に接続された放電灯に印加し
    て放電灯内の点灯開始時の絶縁破壊を行なう放電灯点灯
    装置において、上記直列共振回路の共振周波数で発振す
    る出力を上記インバータ回路に印加する発振回路を設
    、この発振回路から上記インバータ回路に印可される
    出力に基づいて上記インバータ回路は上記直列共振回路
    に交流電力を供給することにより、上記インバータ回路
    と上記直列共振回路と上記発振回路とによって自励発振
    回路が構成され、上記インバータ回路は上記直列共振回
    路の共振周波数の交流電力を上記直列共振回路に供給す
    ことを特徴とする放電灯点灯装置。
  2. 【請求項2】 チョークコイル及びコンデンサからなる
    直列共振回路と、該直列共振回路にその共振周波数の交
    流電力を供給するインバータ回路を備え、上記直列共
    振回路で発生した高電圧を上記コンデンサと並列に接続
    された放電灯に印加して放電灯内の点灯開始時の絶縁破
    壊を行なう放電灯点灯装置において、上記絶縁破壊時に
    上記インバータ回路から供給する交流電圧の周波数の出
    力を出力する発振回路と、上記絶縁破壊後に上記インバ
    ータ回路から供給する交流電圧の周波数の出力を出力す
    る制御手段と、上記発振回路からの出力と上記制御手段
    からの出力とを切替えて上記インバータ回路に出力する
    スイッチと、上記絶縁破壊の際に放電灯に流れる電流の
    電流量から突入電流を検出して信号を出力する絶縁破壊
    検出回路とを備え、上記絶縁破壊検出回路からの信号に
    より上記スイッチは上記発振回路からの出力から上記制
    御手段からの出力に切替えることを特徴とする放電灯点
    灯装置。
JP02091092A 1992-02-06 1992-02-06 放電灯点灯装置 Expired - Lifetime JP3328310B2 (ja)

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