JP3959923B2 - 蛍光ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光ランプ点灯装置に係り、特に半導体スイッチ素子を用いた蛍光ランプ点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体スイッチ素子を用いた蛍光ランプ点灯装置の従来例としては、特開昭59−134595号公報に記載された蛍光ランプ点灯装置が挙げられる。この従来技術によれば交流電源の周波数が一定であれば、大きなエネルギーを有する始動パルスを安定して発生させることができるため放電灯の始動を早め、また確実に点灯できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術は構成する部品点数が多く大きなコストがかかってしまう。また動作原理上、予熱電流がゼロの時点(θ3)から遮断される時点(θ4)までの時間が一定であるため、予熱電流が遮断される位相は電源の周波数によって変化する。そのため予熱電流が遮断される瞬間の予熱電流値が電源の周波数によって変化するため発生する高圧パルスのエネルギーも変化してしまう。
【0004】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、電源の周波数が変化しても安定して高い始動パルスを発生させることができる低コストな蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明では、蛍光ランプの電極の非電源側端子間にスイッチング素子とダイオードとを直列接続し、スイッチング素子を開閉制御するための駆動制御回路とを具備し、駆動制御回路は動作開始後一旦前記スイッチング素子を閉状態にする電圧を出力し、その後駆動制御回路の出力を徐々にスイッチング素子を開状態にする電圧に近づけていき、スイッチング素子が不飽和状態になった時にスイッチング素子に発生する電圧を検出して駆動制御回路の出力を急速に前記スイッチング素子を開状態にする電圧に変化させるよう動作する構成とした。
【0006】
スイッチング素子が不飽和状態にあるときのスイッチング素子の両端に発生する電圧は予熱電流波形と同位相であるため、このときにスイッチング素子に発生する電圧をある適当なレベルで検出して駆動制御回路の出力を急速にスイッチング素子を開状態にする電圧に変化させることによって、電源の周波数が変化しても常に一定値以上の予熱電流が流れている瞬間に予熱電流が遮断されるため、安定して高い始動パルスを発生させることができる。
【0007】
すなわち、本発明による蛍光ランプ点灯装置は、蛍光ランプの電極の非電源側端子間に接続される蛍光ランプ点灯装置において、非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子及びダイオードと、スイッチング素子を開閉制御するための駆動制御回路とを具備し、駆動制御回路は動作開始後一旦スイッチング素子を閉状態にする電圧を出力し、その後駆動制御回路の出力を徐々にスイッチング素子を開状態にする電圧に近づけていき、スイッチング素子が不飽和状態になった時にスイッチング素子に発生する電圧が予め定められた電圧以上に達した場合に駆動制御回路の出力を急速にスイッチング素子を開状態にする電圧に変化させるよう動作することを特徴とする。上記の予め定められた電圧はスイッチング素子が閉状態の時のスイッチング素子の両端電圧よりも高く、蛍光ランプ点灯後にスイッチング素子にかかる電圧よりも低い。
【0008】
図1は、この蛍光ランプ点灯装置のブロック図である。蛍光ランプ30は安定器31を介して交流電源32に接続される。蛍光ランプ点灯装置40は、蛍光ランプ30の電極の非電源側端子間に接続されるもので、非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子41及びダイオード42と、スイッチング素子41を開閉制御するための駆動制御回路43とを具備する。
【0009】
駆動制御回路43は、動作開始後一旦スイッチング素子を閉状態にする電圧を出力する手段44と、その後駆動制御回路の出力を徐々にスイッチング素子を開状態にする電圧に近づけていく手段45と、スイッチング素子の両端電圧を検出する手段46と、スイッチング素子41が不飽和状態になった時に手段46で検出される電圧が予め定められた電圧以上に達した場合に駆動制御回路の出力を急速にスイッチング素子を開状態にする電圧に変化させる手段47とを備える。図中、破線の矢印は手段間の動作の時間関係を示し、手段44が一旦スイッチング素子を閉状態にする電圧を出力した後に、手段45が徐々にスイッチング素子を開状態にする電圧を出力するとともに、手段46はスイッチング素子の両端電圧を検知する動作を開始する。手段46がスイッチング素子の両端電圧が予め定められた電圧値に達したことを検知すると、手段47は強制的にスイッチング素子をOFFさせるように動作する。また、スイッチング素子の両端電圧を検出する手段46は、文字通り電圧を検出してそれに応じて出力状態が変化するようなものでもよいが、スイッチング素子41の両端電圧が所定値になったときそれをトリガーとして手段47を動作させる機能を有していればどの様なものであっても構わない。
【0010】
図2は、図1のブロック図に示した蛍光ランプ点灯装置をより具体化した蛍光ランプ点灯装置の例を示すブロック図である。この蛍光ランプ点灯装置50は、安定器31を介して交流電源32から給電される蛍光ランプ30の一対の電極の非電源側端子間に接続されるもので、蛍光ランプ30の非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子41及びダイオード42と、スイッチング素子41を開閉制御するための駆動制御回路53とを備える。
【0011】
駆動制御回路53は、動作開始時に一旦コンデンサ51を予め定められた電圧に充電する充電手段54と、充電動作後予め定められた割合でコンデンサの電荷を放電する放電手段55と、充電期間以降にスイッチング素子41の両端電圧が予め定められた電圧以上に達した場合(手段56で検出)にスイッチング素子41の制御端子をOFFレベルに強制的に変化させる手段57とを具備し、スイッチング素子41の制御端子にはコンデンサの両端電圧に対応した電圧が入力されており、スイッチング素子41が閉じている期間に蛍光ランプ30の電極に予熱電流を流し、その後スイッチング素子41を開いた時に安定器31に発生するキック電圧で蛍光ランプ30を点灯させる。
【0012】
図3は、図1のブロック図に示した蛍光ランプ点灯装置をより具体化した蛍光ランプ点灯装置の他の例を示すブロック図である。この蛍光ランプ点灯装置60は、安定器31を介して交流電源32から給電される蛍光ランプ30の一対の電極の非電源側端子間に接続されるもので、蛍光ランプ30の非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子41及びダイオード42と、スイッチング素子41を開閉制御するための駆動制御回路63とを備える。
【0013】
駆動制御回路63は、動作開始時に一旦コンデンサ61を予め定められた電圧に充電する充電手段64と、コンデンサ61の両端電圧が予め定められた電圧に達した時にスイッチング素子41をONさせる手段と、コンデンサ61の電荷を放電する放電手段65と、充電期間以降にスイッチング素子41の両端電圧が予め定められた電圧以上に達した場合(手段66で検出)にスイッチング素子41の制御端子をOFFレベルに強制的に変化させる手段67と、スイッチング素子41の制御端子にコンデンサ61の両端電圧に対応した電圧を入力する手段と、動作開始後コンデンサ61の両端電圧が予め定められた電圧に達した回数が予め定められた回数に達した場合スイッチング素子をOFF状態に保つ手段68,69とを有し、スイッチング素子41が閉じている期間に蛍光ランプ30の電極に予熱電流を流し、その後スイッチング素子41を開いた時に安定器31に発生するキック電圧で蛍光ランプ30を点灯させる。
【0014】
前述の充電期間以降にスイッチング素子の両端電圧が達する予め定められた電圧は、スイッチング素子が閉状態の時のスイッチング素子の両端電圧よりも高く、蛍光ランプ点灯後にスイッチング素子にかかる電圧よりも低い。
【0015】
充電手段54,64は、スイッチング素子41の両端間に接続された抵抗とダイオードとツエナーダイオードとコンデンサとの直列回路と、動作開始直後からコンデンサ51,61が予め定められた電圧に充電されるまでの期間スイッチング素子41の制御端子をOFFレベルに強制的に維持しておく手段とから構成することができる。
【0016】
本発明の蛍光ランプ点灯装置は、コンデンサ51,61が予め定められた電圧に充電された後、予め定められた割合でコンデンサの電荷が放電される過程で、スイッチング素子41の動作領域が飽和領域から不飽和領域に移行する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図4は、本発明による蛍光ランプ点灯装置の一例を示す回路図である。図4において1は交流電源、2は安定器、3は蛍光ランプ、4はスイッチングトランジスタ、5はダイオード、6はコンデンサ、7,12,13,14,17〜20は抵抗、8及び9はダイオード、10,21,22はツェナーダイオード、11及び16はトランジスタ、15はコンデンサを示す。
【0018】
図5の動作説明図を用いて、図4に示した蛍光ランプ点灯装置の動作を説明する。図5において、(a)はスイッチングトランジスタ4の両端電圧波形、(b)はスイッチングトランジスタ4の電流波形、(c)はコンデンサ6の両端電圧波形、(d)はスイッチングトランジスタ4のゲートーソース間電圧波形、(e)はトランジスタ11の動作状態図、(f)はトランジスタ16の動作状態図を示す。
【0019】
(t0〜t1の期間)
まず図5に示すt0の時点に交流電源1から交流電圧が供給され始める。交流電源1の電源電圧が負の半サイクルの時、ダイオード5は逆バイアスされスイッチングトランジスタ4の両端には電圧は現れない。一方、交流電源1の電源電圧が正の半サイクルになるとダイオード5は順バイアスとなり、図5(a)に示すようにスイッチングトランジスタ4の両端電圧波形は交流電源1の電圧を半波整流した電圧にほぼ等しい電圧波形を示す。また、この時スイッチングトランジスタ4はOFF状態なので、図5(b)に示すようにスイッチングトランジスタ4には電流は流れない。
【0020】
t0〜t1の期間においてスイッチングトランジスタ4の両端電圧がツェナーダイオード22のツェナー電圧V1以上になるとコンデンサ6に交流電源1から安定器2、抵抗7、ダイオード8、ツェナーダイオード22を介して電流が流れてコンデンサ6を充電し、図5(c)に示すコンデンサ6の両端電圧波形のように電圧が徐々に上昇する。t0〜t1の期間はコンデンサ6の両端電圧がツェナーダイオード10の電圧よりも低いためツェナーダイオード10には電流が流れず、トランジスタ11は図5(e)に示すようにOFF状態にある。そのためツェナーダイオード21の漏れ電流が交流電源1から安定器2、抵抗7、ダイオード9、ツェナーダイオード21、抵抗13及び14を介してトランジスタ16のベースに流れ、トランジスタ16は図5(f)に示すようにONする。抵抗17と18の分圧比をスイッチングトランジスタ4がONしない分圧比に設定しておくことによりスイッチングトランジスタ4はOFF状態を保つ。そのため図5(b)のスイッチングトランジスタ4の電流波形のようにスイッチングトランジスタ4には電流が流れない。
【0021】
(t1〜t2の期間)
スイッチングトランジスタ4の両端電圧はツェナーダイオード10及び22のツェナー電圧の合計電圧よりも高いため、図5(c)t1の時点になると、コンデンサ6の両端電圧がツェナーダイオード10の電圧V2に達し、ツェナーダイオード10を介してトランジスタ11にベース電流が流れトランジスタ11が図5(e)に示すようにONする。そのためトランジスタ16が図5(f)に示すようにOFFし、図5(d)のスイッチングトランジスタ4のゲートーソース間電圧波形に示すようにコンデンサ6の両端電圧を抵抗17と20で分圧された電圧がスイッチングトランジスタ4のゲートに入力される。抵抗17と20の分圧比をスイッチングトランジスタ4がONするために必要な分圧比に設定しておくことによりスイッチングトランジスタ4がONし、図5(b)に示すように交流電源1から安定器2、蛍光ランプ3のフィラメント、スイッチングトランジスタ4、ダイオード5、蛍光ランプ3のもう一方のフィラメントというパスで予熱電流が流れ蛍光ランプ3の両フィラメントを予熱する。
【0022】
t1〜t2の期間ではスイッチングトランジスタ4のゲートには十分大きな電圧が入力されるためスイッチングトランジスタ4は飽和領域で動作し、ON抵抗が小さい状態にあるため、図5(a)に示すようにスイッチングトランジスタ4の両端電圧はツェナーダイオード22の電圧V1よりも低くなってコンデンサ6にはそれ以上充電電流は流れず、コンデンサ6に充電されていた電荷は抵抗17及び20を通して放電する。したがってコンデンサ6の両端電圧は徐々に低下していき、図5(d)に示すようにスイッチングトランジスタ4のゲート−ソース間電圧が低下する。またコンデンサ6の両端電圧が低下し始めるとすぐにツェナーダイオード10はカットオフするためトランジスタ11が図5(e)に示すようにすぐにOFFする。
【0023】
(t2〜t3の期間)
t2〜t3期間になりスイッチングトランジスタ4のゲート−ソース間電圧がある程度以上低下するとスイッチングトランジスタ4は不飽和領域で動作するようになり、ON抵抗が急激に増加するため図5(a)に示すようにスイッチングトランジスタ4の両端電圧が急激に上昇する。またスイッチングトランジスタ4の電流は、スイッチングトランジスタ4のON抵抗が上昇しても安定器2のインピーダンスの方が支配的なため若干低下する程度にとどまる。
【0024】
t3の時点ではスイッチングトランジスタ4の両端電圧がツェナーダイオード21のツェナー電圧より高くなり抵抗13,14を通してトランジスタ16のベースに電流が供給され、図5(f)に示すようにトランジスタ16が急激にONする。そのため図5(d)に示すようにスイッチングトランジスタ4のゲート−ソース間電圧が急激に小さくなりスイッチングトランジスタ4が急激にOFFする。すると図5(b)に示すようにスイッチングトランジスタ4を流れていた電流すなわち予熱電流が急激に遮断され、安定器2のインダクタンスの作用により図5(a)に示すように高電圧のパルスが発生し蛍光ランプ3が点灯する。
【0025】
スイッチングトランジスタ4の両端電圧が大きくなる時には必ず大きな予熱電流が流れているので、この方法によれば確実に大きな予熱電流が流れている瞬間にスイッチングトランジスタ4を急激に遮断することになるため、高い電圧のパルスが確実に得られる。そのため蛍光ランプ3を確実に点灯させることができる。
【0026】
(t3以降)
蛍光ランプ3点灯後すなわちt3以降は、スイッチングトランジスタ4の両端電圧は図5(a)に示すように蛍光ランプ3の点灯電圧を半波整流した電圧波形にほぼ等しくなる。ツェナーダイオード21及び22はスイッチングトランジスタ4の両端電圧よりも低く、且つツェナーダイオード22と10の電圧の合計をスイッチングトランジスタ4の両端電圧よりも高く設定しておくことにより、ツェナーダイオード21には電流が流れ、且つツェナーダイオード10には電流が流れないため、トランジスタ16のON状態が保たれ、スイッチングトランジスタ4のOFF状態を保持することができるため、点灯装置の不必要な再動作がなくなる。
【0027】
ツェナーダイオード21のツェナー電圧は、t3以降にスイッチングトランジスタ4をOFF状態に保っておくためスイッチングトランジスタ4の両端にかかる電圧値よりも低く、且つt1〜t2の期間にスイッチングトランジスタ4の両端にかかる電圧値よりも高い値に設定する。
【0028】
図6は、本発明による蛍光ランプ点灯装置の他の例を示す回路図である。図6において、23はコンデンサ、24は抵抗を示す。その他、図4と同一符号の部分は図4と同一もしくは同等の部分を示す。
【0029】
図7は、図6に示した蛍光ランプ点灯装置の動作説明図である。図7において、(a)はスイッチングトランジスタ4の両端電圧波形、(b)はスイッチングトランジスタ4の電流波形、(c)はコンデンサ6の両端電圧波形、(d)はスイッチングトランジスタ4のゲートーソース間電圧波形、(e)はトランジスタ11の動作状態図、(f)はトランジスタ16の動作状態図を示す。V1はツェナーダイオード22のツェナー電圧、V2はツェナーダイオード10のツェナー電圧である。
【0030】
図6の回路の動作は、図4の回路の動作と基本的には同様である。t1の時点に短時間トランジスタ11がONして、それまでトランジスタ16のベース側に流れていた電流をトランジスタ11のコレクタ側に引き込んでトランジスタ16をOFF状態にさせ、前記したようにスイッチングトランジスタ4をONさせるように動作する点は図4の回路の動作と同じである。図6の回路の動作と図4の回路の動作との相違点は、t1の時点に短時間トランジスタ11がONした瞬間に、図6の回路におけるコンデンサ23が交流電源1から安定器2、蛍光ランプ3のフィラメント、抵抗7、ダイオード9、ツェナーダイオード21、抵抗13、コンデンサ23のパスで電流が流れて充電される点である。
【0031】
ここで、図5のt3の時点に発生したキック電圧で蛍光ランプ3が点灯しなかった場合を例に図6の回路の動作を、図7の動作説明図を用いて説明する。図7においてt0〜t3までは図5と同様の波形を示す。t3の時点に発生したキック電圧で蛍光ランプ3が点灯しなかった場合、t3以降にスイッチングトランジスタ4の両端にかかる電圧は図7(a)に示すように交流電源1の電圧波形を半波整流した電圧波形になり、ツェナーダイオード10と22のツェナー電圧の合計を超えるためt4の時点にコンデンサ6はツェナーダイオード10のツェナー電圧まで充電され、その結果トランジスタ11がONしてそれまでトランジスタ16のベース側に流れていた電流をトランジスタ11のコレクタ側に引き込んでトランジスタ16をOFF状態にさせ前記したようにスイッチングトランジスタ4をONさせるように動作する。すなわちt0〜t3の動作を再度繰り返すことになる。図4の回路では蛍光ランプ3が故障していて点灯しない場合、交流電源1が入力されている間はt0〜t3の動作を繰り返すことになる。t0〜t3の動作を繰り返している間スイッチングトランジスタ4の温度が徐々に上昇し最終的に破壊に至る場合がある。
【0032】
図6の回路では、t0〜t3の動作を繰り返す度にトランジスタ11がONした瞬間にコンデンサ23が充電されるため、コンデンサ23の両端電圧が上昇する。コンデンサ23の両端電圧が上昇していくとトランジスタ11がONしたときにトランジスタ11のコレクタに流れる電流が減少していくため、図7のt5に示すように最終的にはトランジスタ11がONしてもトランジスタ16はON状態を保つことになる。トランジスタ16がON状態を保つと、スイッチングトランジスタ4はOFF状態を保つことになる。したがってt5以降は、図7(a)に示すようにスイッチングトランジスタ4の両端電圧は交流電源1を半波整流した電圧波形となり、図7(b)に示すようにスイッチングトランジスタ4には電流が流れない。また、図7(c)に示すようにコンデンサ6の両端電圧はV2の電圧を保ち、図7(d)に示すようにスイッチングトランジスタ4のゲート−ソース間電圧波形は図7(e)に示すようにトランジスタ16がONを保つためスイッチングトランジスタ4のOFFレベルの電圧となる。以上によりt0〜t3の繰り返し動作が停止し、スイッチングトランジスタ4の温度はそれ以上上昇しなくなるため故障することを防止できる。
【0033】
図6において抵抗24はコンデンサ23に蓄積された電荷を放電するための抵抗で、交流電源1を一旦切った後や放電灯3が点灯したした場合に速やかにコンデンサ23に蓄積された電荷を放電し次の動作に備えるためのものである。
【0034】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、低コストで確実に蛍光ランプを始動させることのできる点灯装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による蛍光ランプ点灯装置の一例のブロック図。
【図2】図1のブロック図に示した蛍光ランプ点灯装置をより具体化した蛍光ランプ点灯装置の例を示すブロック図。
【図3】図1のブロック図に示した蛍光ランプ点灯装置をより具体化した蛍光ランプ点灯装置の他の例を示すブロック図
【図4】本発明による蛍光ランプ点灯装置の一例を示す回路図。
【図5】図4に示した回路の動作を説明する動作波形図。
【図6】本発明による蛍光ランプ点灯装置の他の例を示す回路図。
【図7】図6に示した回路の動作を説明する動作波形図。
【符号の説明】
1…交流電源、2…安定器、3…蛍光ランプ、4…スイッチングトランジスタ、5…ダイオード、6…コンデンサ、10,21,22…ツェナーダイオード、11,16…トランジスタ、30…蛍光ランプ、31…安定器、32…交流電源、41…スイッチング素子、42…ダイオード、43,53,63…駆動制御回路
Claims (5)
- 安定器を介して交流電源から給電される蛍光ランプの一対の電極の非電源側端子間に接続される蛍光ランプ点灯装置において、
前記非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子及びダイオードと、前記スイッチング素子を開閉制御するための駆動制御回路とを具備し、前記駆動制御回路は動作開始後一旦前記スイッチング素子を閉状態にする電圧を出力し、その後前記駆動制御回路の出力を徐々に前記スイッチング素子を開状態にする電圧に近づけていき、前記スイッチング素子が不飽和状態になった時に前記スイッチング素子の両端電圧が予め定められた電圧以上に達した場合に前記駆動制御回路の出力を急速に前記スイッチング素子を開状態にする電圧に変化させるよう動作することを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。 - 安定器を介して交流電源から給電される蛍光ランプの一対の電極の非電源側端子間に接続される蛍光ランプ点灯装置において、
前記非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子及びダイオードと、前記スイッチング素子を開閉制御するための駆動制御回路とを含み、前記駆動制御回路は動作開始時に一旦コンデンサを予め定められた電圧に充電する充電手段と、前記充電動作後予め定められた割合で前記コンデンサの電荷を放電する放電手段と、前記充電期間以降に前記スイッチング素子の両端電圧が予め定められた電圧以上に達した場合に前記スイッチング素子の制御端子をOFFレベルに強制的に変化させる手段とを具備し、前記スイッチング素子の制御端子には前記コンデンサの両端電圧に対応した電圧が入力されており、前記コンデンサが放電し前記スイッチング素子が閉じている期間に蛍光ランプの電極に予熱電流を流し、その後前記スイッチング素子を開いた時に前記安定器に発生するキック電圧で蛍光ランプを点灯させることを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。 - 安定器を介して交流電源から給電される蛍光ランプの一対の電極の非電源側端子間に接続される蛍光ランプ点灯装置において、
前記非電源側端子間に直列接続されるスイッチング素子及びダイオードと、前記スイッチング素子を開閉制御するための駆動制御回路とを含み、前記駆動制御回路は動作開始時に一旦コンデンサを予め定められた電圧に充電する充電手段と、前記コンデンサの両端電圧が予め定められた電圧に達した時に前記スイッチング素子をONさせる手段と、前記コンデンサの電荷を放電する放電手段と、前記充電期間以降に前記スイッチング素子の両端電圧が予め定められた電圧以上に達した場合に前記スイッチング素子の制御端子をOFFレベルに強制的に変化させる手段と、前記スイッチング素子の制御端子に前記コンデンサの両端電圧に対応した電圧を入力する手段と、動作開始後前記コンデンサの両端電圧が予め定められた電圧に達した回数が予め定められた回数に達した場合前記スイッチング素子をOFF状態に保つ手段とを有し、前記スイッチング素子が閉じている期間に蛍光ランプの電極に予熱電流を流し、その後前記スイッチング素子を開いた時に前記安定器に発生するキック電圧で蛍光ランプを点灯させることを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。 - 請求項2又は3記載の蛍光ランプ点灯装置において、前記充電期間以降に前記スイッチング素子の両端電圧が達する予め定められた電圧は、前記スイッチング素子が閉状態の時の前記スイッチング素子の両端電圧よりも高く、蛍光ランプ点灯後に前記スイッチング素子にかかる電圧よりも低いことを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。
- 請求項2,3又は4記載の蛍光ランプ点灯装置において、前記コンデンサが予め定められた電圧に充電された後、予め定められた割合で前記コンデンサの電荷が放電される過程で、前記スイッチング素子の動作領域が飽和領域から不飽和領域に移行することを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。
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