JP4036145B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置、詳しくは、メタルハライドランプ等の高圧放電灯の点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、メタルハライドランプ等の高圧放電灯は、点灯を開始しても、発光金属の蒸気圧がすぐには高くならないため、光出力がすぐには立ち上がらない。
【0003】
そこで、光出力を速やかに立ち上がらせるため、始動時に放電灯の定格電力よりも大きな電力を放電灯に印加する方法が特開平5-144577号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術によると、始動時に、ランプ電圧が低い程、ランプ印加電力が大きくなるように制御されるため、ランプ電流が過大になり、放電灯の電極消耗が早く、放電灯の寿命が短くなる。
【0005】
そのため、電極消耗を抑制するために、始動時のランプ電流を安定点灯時のランプ電流と同程度になるよう制御することが考えられるが、この方法によると、始動時、電極間でのアーク放電が不安定となり、放電灯が立ち消えするという不具合が生じやすく、また、光出力の立ち上がりが遅くなるという問題が生じる。
【0006】
本発明は、上記問題点を解決し、始動時のランプ電流を安定点灯時のランプ電流よりも大きくなるよう制御するとともに、始動時のランプ印加電力を安定点灯時のランプ印加電力と同程度以下になるよう制御することにより、放電灯の立ち消えを防止するとともに光出力を迅速に立ち上げ、また、放電灯の電極消耗を抑制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電灯点灯装置は、放電灯と、前記放電灯に電力を供給する電力供給手段と、前記放電灯のランプ電流iLが流れる第1の抵抗器と、前記放電灯のランプ電圧VLを電流Iに変換する電圧‐電流変換回路と、前記電圧‐電流変換回路の出力電流Iが流れ、前記第1の抵抗器に直列に接続される第2の抵抗器とを備え、前記第2の抵抗器の前記第1の抵抗器側とは反対の端子の電圧V-を基準電圧Vrefに等しくするようフィードバック制御することにより、前記放電灯に印加するランプ印加電力を制御する放電灯点灯装置であって、前記ランプ印加電力は、始動時には、正常ランプの安定点灯時のランプ印加電力と同程度以下の電力値であって、所定のランプ電圧域において前記安定点灯時のランプ印加電力と同程度の電力値となるよう制御され、かつ、前記電圧‐電流変換回路の出力電流Iは、1)ランプ電圧VLが正常ランプの安定点灯時のランプ電圧より低い第1の所定電圧Va以下のときには、I=aVL+b(a,b:正の定数)、2)ランプ電圧VLが前記第1の所定電圧Va以上のときには、I=cVL+d(c,d:正の定数、c<a,d>b)からなる連続線を表す2つの式に従って定められ、前記電圧-電流変換回路は、ランプ電圧VLに応じた電流I1、I2を出力する第1及び第2の変換部と、固定電流I3を出力する電流出力部とで構成され、電流Iは、I=I1+I2+I3で表され、前記第2の変換部は、ランプ電圧VLが正常ランプの安定点灯時のランプ電圧より高い第2の所定電圧Vb以下のときには、ランプ電圧VLに比例した電流I2を出力し、また、ランプ電圧VLが前記第2の所定電圧Vb以上のときには、ランプ電圧VLに無関係の一定の電流I2を出力することを特徴とする。
【0008】
本発明の放電灯点灯装置によると、所定のランプ電圧に対応した電流値に基づいてランプ電流ILを制御することによってランプ印加電力制御を行なうようにしているため、放電灯に流す電流を精度良く制御することができ、ひいては、放電灯の立ち消えを防止することができる。
【0009】
【実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【0010】
図1は、第1実施例に係る放電灯点灯装置の回路構成を示している。
【0011】
図1において、1,2は、図示しない商用電源にスイッチ等を介して接続される電源入力端子を表している。電源入力端子1,2には、交流を直流に変換するためのダイオードブリッジ回路3が接続されている。ダイオードブリッジ回路3には、ダイオードブリッジ回路3の全波整流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ4が接続されている。平滑コンデンサ4には、トランス5の1次巻線5aと半導体スイッチ素子6の直列回路が接続されている。
【0012】
トランス5の2次巻線5bには、トランス5の2次電圧を整流するための整流ダイオード7と、整流ダイオード7で整流された半波整流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ8とが接続されている。平滑コンデンサ8には、メタルハライドランプ等の放電灯9が接続されている。放電灯9には、高電圧発生コイル10の2次巻線10bが接続されている。高電圧発生コイルの1次巻線10aには、始動時に、高電圧発生コイル10の2次巻線10bに高電圧を発生させるためのイグナイタ回路11が接続されている。放電灯10には、放電灯10に流れるランプ電流iLを検出するための第1の抵抗器12が接続されている。
【0013】
平滑コンデンサ8の正極側には、放電灯10のランプ電圧VLを電流Iに変換する電圧‐電流変換回路100が接続されている。電圧‐電流変換回路100の具体的構成については、図5で後述する。
【0014】
電圧‐電流変換回路100の出力側には、オペアンプ14が配されており、このオペアンプ14の反転入力端子には、電圧‐電流変換回路100の出力端子が接続され、一方、非反転入力端子には、基準電圧Vrefを発生する基準電圧源17が接続されている。オペアンプ14の反転入力端子と電圧‐電流変換回路100との接続点と、第1の抵抗器12の放電灯側端子との間には、電圧‐電流変換回路100の出力電流Iが流れる第2の抵抗器13が接続されている。オペアンプ14の出力端子と反転入力端子との間には、コンデンサ15と抵抗16の直列回路からなる交流帰還回路が接続されている。
【0015】
オペアンプ14の出力端子と半導体スイッチ素子6の制御入力端子との間には、PWM制御回路18が接続されている。PWM制御回路18は、半導体スイッチ素子6を数十kHZのスイッチング周波数でスイッチング動作させるものであり、オペアンプ14の出力電圧に応じて、半導体スイッチ素子6のON・OFFデューティー比を制御するものである。
【0016】
次に、上記のように構成された放電灯点灯装置の動作を説明する。
【0017】
電源入力端子1,2間に商用電源が供給されると、商用電源は、ダイオードブリッジ回路3により全波整流され、さらに平滑コンデンサ4により平滑化されて直流電源に変換され、この直流電源がトランス5の1次巻線5aと半導体スイッチ素子6の直列回路に印加される。同時に、PWM制御回路18が作動し、半導体スイッチ素子6がスイッチング動作し、トランス5の1次巻線5aに、上記直流電源による電流が断続的に流れる。
【0018】
トランス5の2次巻線5bには、半導体スイッチ素子6の導通時にトランス5に蓄積されたL1・i1 2/2(L1:1次巻線5aのインダクタンス、i1:半導体スイッチ素子6の遮断直前の1次電流値)で表されるエネルギーが、半導体スイッチ素子6の遮断時に放出され、2次巻線5bに交流電圧が発生する。この交流電圧は、整流ダイオード7で半波整流され、平滑コンデンサ8を充電する。これにより、平滑コンデンサ8の充電電圧が上昇してゆき所定電圧に達すると、イグナイタ回路11が作動して高電圧発生コイル10の2次巻線10bに高電圧が発生し、この高電圧が放電灯9に印加される。この高電圧の印加により、放電灯9の電極間で絶縁破壊が生じブレークダウンして、その結果、平滑コンデンサ8の充電電荷が放電灯9を介して放電するとともに、後述する回路動作により放電灯9にトランス5を介して引き続き電力が供給され、放電灯9は点灯動作を開始する。
【0019】
放電灯9が点灯すると、ランプ電流iLが流れ、このランプ電流iLは、第1の抵抗器12によって、その両端に生じる電圧iL・R12(R12:第1の抵抗器12の抵抗値)として検出される。また、電圧‐電流変換回路100は、ランプ電圧VLに応じて図2に示す電流Iを出力し、この出力電流Iは、第2の抵抗器13及び第1の抵抗器12に流れる。このため、オペアンプ14の反転入力端子の入力電圧V-は、V-=iL・R12+I(R13+R12)となるが(R13:第2の抵抗器13の抵抗値)、I≪iLであるため、V-≒iL・R12+I・R13となる。一方、オペアンプ14の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが入力されている。オペアンプ14は、V-とVrefとを比較し、その差電圧を増幅して出力する。オペアンプ14の出力電圧はPWM制御回路18に入力され、PWM制御回路18は、オペアンプ14の出力電圧値に応じて半導体スイッチ素子6のON・OFFデューティー比を制御し、これにより、放電灯9への印加電力が制御される。
【0020】
このようなフィードバック制御により、放電灯9への印加電力は、ランプ電圧VLに応じて所定値に制御される。すなわち、V-=Vrefとなるようにフィードバック制御される。
【0021】
次に、電圧‐電流変換回路100の出力電流Iについて、図2を参照して説明する。
【0022】
図2は、放電灯9に定格電圧60[V]、定格電力60[W]のキセノンメタルハライドランプを用い、かつ、第1の抵抗器12の抵抗値を0.43[Ω]、第2の抵抗器の抵抗値13を704[Ω]、基準電圧Vrefを2[V]に設定した場合の出力電流Iの特性を示している。
【0023】
図2に示すように、出力電流Iは、▲1▼ランプ電圧VLが正常ランプの安定点灯時のランプ電圧(60[V])より低い第1の所定電圧Va以下のときには、I=0.027×VL+0.88[mA]、▲2▼ランプ電圧VLが第1の所定電圧Va以上、かつ、上記安定点灯時のランプ電圧(60[V])より高い第2の所定電圧Vb以下のときには、I=0.0092×VL+1.67[mA]、▲3▼ランプ電圧VLが第2の所定電圧Vb以上のときには、I=2.48[mA]からなる3つの式に従って定められている。
【0024】
そして、出力電流Iを上記のように定めた場合、ランプ電圧VLとランプ印加電力との関係は、図3に示すようになる。図3に示すように、ランプ電圧VLが定格電圧60[V]以下のときでも、ランプ印加電力は安定点灯時のランプ印加電力にほぼ維持される。また、ランプ電圧VLとランプ電流iLとの関係は、図4に示すようになる。図4に示すように、ランプ電圧VLが定格電圧60[V]以下のとき、ランプ電流iLは安定点灯時のランプ電流iLよりも大きくなる。
【0025】
上記のような出力電流Iは、図5に示した電圧‐電流変換回路100の具体的構成によって得ることができる。
【0026】
図5において、電圧‐電流変換回路100は、第1の変換部200と第2の変換部300と電流出力部400とから構成される。
【0027】
第1の変換部200は、ランプ電圧VL を分圧する3つの分圧抵抗201,202,203を備える。第1の分圧抵抗201と第2の分圧抵抗202との接続点には、ランプ電圧VLを所定電圧にクランプするクランプダイオード204と、このクランプ電圧を決定する基準電圧を発生する基準電圧源205の直列回路が接続されている。ここで、クランプダイオード204は、始動時において放電灯9にランプ電流iLが流れる直前の高いランプ電圧VLによって、後述するオペアンプ207が破壊されるのを防止するために設けられている。また、上記接続点には、ノイズ除去、平滑用のコンデンサ206が接続されている。第2の分圧抵抗202と第3の分圧抵抗203との接続点には、オペアンプ207と整流ダイオード208とからなるクランプ回路が接続されている。クランプ回路の出力端子には、電圧‐電流変換回路100の出力端子に接続される抵抗209が接続されている。
【0028】
このように構成された第1の変換部200において、ランプ電圧VLは、第1、第2、第3の分圧抵抗201,202,203により分圧され、第2の分圧抵抗202と第3の分圧抵抗203との接続点の電圧Veは、ランプ電圧VLに比例した電圧値となる。この電圧Veは、オペアンプ207により、他のオペアンプ14の基準電圧Vrefと等しくなるように制御される。このため、VeがVref以下の場合、出力電流I1は、I1=(Ve-Vref)/R209[A](R209:抵抗209の抵抗値)となる。その後、ランプ電圧VLが上昇し、Ve=Vrefになると、Ve=V-になるため電流I1が流れなくなる。さらにランプ電圧VLが上昇してVe>Vrefになると、オペアンプ207と整流ダイオード208のクランプ作用により、電流I1は流れない。以上の動作により、第1の変換部200の出力電流I1の特性は、図6に示すように、ランプ電圧VLが第1の所定電圧Va以下のときにはVLに比例した電流値となり、Va以上では0[A]に維持される。なお、図6の特性は、ランプ電圧VLが第1の所定電圧VaのときVe=Vrefとなるように、第1、第2、第3の分圧抵抗201,202,203の各抵抗値を設定した場合に対応している。
【0029】
第2の変換部300は、電圧‐電流変換回路100の入力端子と出力端子との間に接続された、3つの抵抗301,302,306の直列回路を備える。第1の抵抗301と第2の抵抗302との接続点には、ノイズ吸収、平滑用のコンデンサ305が接続されている。第2の抵抗302と第3の抵抗306との接続点には、ランプ電圧VLを所定電圧にクランプするクランプダイオード303と、このクランプ電圧を決定する基準電圧を発生する基準電圧源304の直列回路が接続されている。
【0030】
このように構成された第2の変換部300において、ランプ電圧VLが、基準電圧源304の基準電圧によって決まるクランプ電圧に対応する電圧値に達しないときには、第2の変換部300の出力電流I2は、I2=(VL-Vref)/(R301+R302+R306)[A](R301:第1の抵抗301の抵抗値、R302:第2の抵抗302の抵抗値、R306:第3の抵抗306の抵抗値)となる。ランプ電圧VLが上昇し、クランプ電圧に対応する電圧値以上のときは、クランプダイオード303が導通し、出力電流I2は、I2=(V304+VF-Vref)/R306[A](V304:基準電圧源304の基準電圧、VF:クランプダイオード303の順方向降下電圧)となる。以上の動作により、第2の変換部300の出力電流I2の特性は、図6に示すように、ランプ電圧VLが第2の所定電圧Vb以下のときにはVLに比例した電流値となり、Vb以上では所定値に維持される。なお、図6の特性は、ランプ電圧VLが第2の所定電圧VbのときVe=Vrefとなるように、V304、R301、R302、R306を設定した場合に対応している。
【0031】
電流出力部400は、基準電圧を発生する基準電圧源402と、この基準電圧源402と電圧‐電流変換回路100の出力端子との間に接続された抵抗401とを備える。
【0032】
このように構成された電流出力部400において、出力電流I3は、I3=(V402-Vref)/R401[A](V402:基準電圧源402の基準電圧、R401:抵抗401の抵抗値)となる。従って、電流出力部400の出力電流I3は、図6に示すように、所定値に維持される。
【0033】
従って、第1の変換部200の出力電流I1、第2の変換部300の出力電流I2及び電流出力部400の出力電流I3は、図6に示すようになり、従って、電圧‐電流変換回路100の出力電流I(=I1+I2+I3)は、図2に示すようになる。
【0034】
以上説明したように、上記実施例に係る放電灯点灯装置によると、第1の抵抗器12と第2の抵抗器13は直列接続されており、第1の抵抗器12にはランプ電流iLが流れ、第2の抵抗器13には電流Iが流れ、第2の抵抗器13の一端(第1の抵抗器12との接続側ではない方の端子)の電圧V-は、基準電圧Vrefに保たれる。そして、V-=Vref≒R12×iL+R13×Iなる式が成立する。また、電流Iは、▲1▼ランプ電圧VL が正常ランプの安定点灯時のランプ電圧より低い第1の所定電圧Va以下のときには、I=0.027×VL+0.88[mA]▲2▼ランプ電圧VLが第1の所定電圧Va以上のときには、I=0.0092×VL+1.67[mA]からなる連続線を表す2つの式に従って定められる。さらに、ランプ印加電力は、始動時には、正常ランプの安定点灯時のランプ印加電力と同程度以下の電力値であって、所定のランプ電圧域において安定点灯時のランプ印加電力と同程度の電力値となるよう制御される。このため、始動時においてランプ印加電力が安定点灯時のランプ印加電力と同程度であるときには、上記のような電流Iを表す式及び上記のような電圧V-を表す式から、ランプ電流iLは、安定点灯時のランプ電流よりも大きな電流値となる。従って、上記放電灯点灯装置によると、始動時のランプ電流は安定点灯時のランプ電流よりも大きくなり、かつ、始動時のランプ印加電力は安定点灯時のランプ印加電力と同程度以下になるため、放電灯の立ち消えを防止するとともに光出力を迅速に立ち上げ、また、放電灯の電極消耗を抑制することができる。
【0035】
また、ランプ電圧VLが第2の所定電圧Vb以上のときには、I=2.48[mA]と一定値としたため、ランプ電圧VLが上昇する放電灯の寿命末期のランプ印加電力を増大させることにより、放電灯の不点灯を早め、放電灯の寿命末期を早期に知らせることができる。
【0036】
図7は、他の実施例に係る第1の変換部200の構成を示している。
【0037】
図7において、ランプ電圧VLが第1の所定電圧Va以下のときには、クランプダイオード223のアノード端子の電圧が基準電圧源225の基準電圧V225以下となり、クランプダイオード223が遮断状態に維持され、出力電流I1は、I1=(VL-Vref)/(R220+R221+R226)[A](R220:抵抗220の抵抗値、R221:抵抗221の抵抗値、R226:抵抗226の抵抗値)となる。また、ランプ電圧VLが第1の所定電圧Va以上のときには、クランプダイオード223とオペアンプ224と基準電圧源225とからなるクランプ回路により、クランプダイオード223のアノード端子の電圧が基準電圧源225の基準電圧V225に維持され、出力電流I1は、I1=(V225-Vref)/R226となる。従って、出力電流I1の特性は、図8に示すようになる。図8において、電流I2は、図6におけるI2と同一の電流値を表し、また、電流I3は、図6における電流I3とは異なり、図5における抵抗401の抵抗値を変えたときの電流値を表している。そして、図8の電流I1と電流I2と電流I3とを加算した電流Iは、図2の電流Iと同一の特性となるようにしてある。なお、図7において、符号222は、ノイズ吸収、平滑用コンデンサを表している。
【0038】
【発明の効果】
本発明の放電灯点灯装置によると、放電灯の立ち消えを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に係る放電灯点灯装置の構成図
【図2】電圧‐電流変換回路の出力電流Iの特性図
【図3】ランプ印加電力の特性図
【図4】ランプ電流iLの特性図
【図5】電圧‐電流変換回路の構成図
【図6】第1、第2の変換部及び電流出力部の各出力電流I1,I2,I3の特性図
【図7】他の実施例に係る第1の変換部の構成図
【図8】第1、第2の変換部及び電流出力部の各出力電流I1,I2,I3の特性図
【符号の説明】
9 放電灯
12 第1の抵抗器
13 第2の抵抗器
100 電圧‐電流変換回路
200 第1の変換部
300 第2の変換部
400 電流出力部
Claims (1)
- 放電灯と、前記放電灯に電力を供給する電力供給手段と、前記放電灯のランプ電流iLが流れる第1の抵抗器と、前記放電灯のランプ電圧VLを電流Iに変換する電圧‐電流変換回路と、前記電圧‐電流変換回路の出力電流Iが流れ、前記第1の抵抗器に直列に接続される第2の抵抗器とを備え、前記第2の抵抗器の前記第1の抵抗器側とは反対の端子の電圧V-を基準電圧Vrefに等しくするようフィードバック制御することにより、前記放電灯に印加するランプ印加電力を制御する放電灯点灯装置であって、
前記ランプ印加電力は、始動時には、正常ランプの安定点灯時のランプ印加電力と同程度以下の電力値であって、所定のランプ電圧域において前記安定点灯時のランプ印加電力と同程度の電力値となるよう制御され、かつ、
前記電圧‐電流変換回路の出力電流Iは、
1)ランプ電圧VLが正常ランプの安定点灯時のランプ電圧より低い第1の所定電圧Va以下のときには、
I=aVL+b (a,b:正の定数)
2)ランプ電圧VLが前記第1の所定電圧Va以上のときには、
I=cVL+d (c,d:正の定数、c<a,d>b)
からなる連続線を表す2つの式に従って定められ、
前記電圧-電流変換回路は、ランプ電圧VLに応じた電流I1、I2を出力する第1及び第2の変換部と、固定電流I3を出力する電流出力部とで構成され、電流Iは、I=I1+I2+I3で表され、
前記第2の変換部は、ランプ電圧VLが正常ランプの安定点灯時のランプ電圧より高い第2の所定電圧Vb以下のときには、ランプ電圧VLに比例した電流I2を出力し、また、ランプ電圧VLが前記第2の所定電圧Vb以上のときには、ランプ電圧VLに無関係の一定の電流I2を出力することを特徴とする放電灯点灯装置。
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