JP4218947B2 - 放電管用電子スターター - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する利用分野】
この発明は、予熱不足による点灯不良と舜断時の立ち消えを解消した放電管用電子スターターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、放電管(蛍光灯)の点灯をスムースにすることや黒化を防止するため、グローランプに代えて電子スターターが用いられるようになっている。
この電子スターターは、例えば、図6(a)の〔特許文献1〕に示すようなものである。
【0003】
すなわち、両端に1対のフィラメント端子f1、f1’、f2、f2’が設けられた放電管(蛍光灯)FLの一方のフィラメント端子f1、f2をチョークコイルCHを介して交流電源ACと接続し、他方のフィラメント端子f1’、f2’に、図6(b)のように、制御端子付きの第1のスイッチング素子(ここではCMOS−FET)Q1を整流用のダイオードD1を介して接続する。
【0004】
そして、その第1のスイッチング素子Q1を始動時にオンにして電流をフィラメント端子f1、f1’、f2、f2’に流して予熱を与えたのち、第1のスイッチング素子Q1をオフにして点灯パルスを発生させ、放電管FLを点灯状態にするというものである。
【0005】
そのため、図6(b)のものでは、トランジスタQ2とQ3とからなるスイッチ回路と、抵抗(図6ではサーミスタ)R1とコンデンサC1とからなるタイマ回路を設けるとともに、それらを駆動するためのダイオードD2とコンデンサC2とからなる電源回路を設け、さらに、ツェナーダイオードDz1からなるコンパレータ回路を設けるようにしている。
【0006】
こうすることで、始動時に負の半サイクルでダイオードD2に順電圧が加わると、コンデンサC2が充電され、同時に、ドライブ電圧が抵抗R2を介して第1のスイッチング素子Q1の制御端子に印加される。そのため、第1のスイッチング素子Q1はオンとなって、正の半サイクルのときに予熱電流が流れる。また、コンデンサC2に充電された電流は、ダイオードD3と抵抗R1を介してタイマ回路のコンデンサC1を充電する。この充電電圧は、トランジスタQ2のエミッタ端子に印加されており、そのため、コンデンサC1の充電電圧がツェナーダイオードDz1をオンする電圧に達すると、トランジスタQ2がオンとなり、トランジスタQ3へベース電流を流す。その結果、トランジスタQ3がオンとなり、第1のスイッチング素子はオフとなって点灯パルスを発生させる。このとき、コンデンサC1の電荷は、トランジスタQ2を介してトランジスタQ3のベースへ流れ、引き続きトランジスタQ3をオンにする。そのため、徐々にコンデンサC1の電圧が低下し、トランジスタQ3はオフになる。また、このときコンデンサC2の電荷は抵抗R2を介して放電されているので、第1のスイッチング素子Q1はオンにならない。ここで、放電管FLが点灯すると、回路に印加される電圧(XとY端子)が低下してツェナーダイオードDzがオフとなり、回路はオフになる。一方、点灯に失敗した場合は、先の点灯動作を繰り返す。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−290984号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電子スターターでは、以下のような問題がある。
1.部品点数が多すぎるため、コストが掛かり過ぎる。
2.消灯中にタイマ回路のコンデンサC1に充電されるリーク電流により、点灯ミスを起こすことがある。例えば、図7(a)、(b)のように、点灯スイッチ((a)はメカニカル、(b)はソリッドステート)SWと並列に設けられる表示灯の回路やサージアブソーバなどに流れるリーク電流によって、消灯中にタイマ回路のコンデンサC1が充電されてしまうと、点灯時の予熱時間に不足を起こしてしまい、稀にではあるが点灯ミスを起こすことがある。こうなると、一旦、点灯動作を行ってタイマ回路のコンデンサC1を放電しなければならないので点灯に時間がかかる。特に、複数台の放電管FLを同時に点灯する場合には、点灯時に点灯するものと、点灯できないものができる問題がある。
3.タイマ回路の図6(b)のコンデンサC1の放電をスイッチ回路のトランジスタQ3のベース回路を介して行っているため、この放電が十分に行われない場合があり、十分に行われないと再度点灯する際に予熱時間の不足を起こし、稀にではあるが点灯ミスを起こすことがある。特に、瞬断などで点灯時に電源電圧が過渡的に降下すると、立ち消えなどを起こすことがある。
【0009】
そこで、この発明の課題は、部品点数を少なくすること、リーク電流の影響を排除すること、立ち消えを起こさないようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明では、両端に一対のフィラメント端子が設けられた放電管の両端の一方の端子をチョークコイルを介して交流電源と接続し、他方にパワーMOSFETを整流用のダイオードを介して接続して、そのパワーMOSFETのゲート端子に、一端を前記整流用ダイオードとフィラメント端子間に接続したドライブ抵抗の他端を接続し、かつ、そのドライブ抵抗を介して流れる電流を保持する平滑コンデンサを前記パワーMOSFETのゲート端子とソース端子間に設けるとともに、その平滑コンデンサとドライブ抵抗を接続したパワーMOSFETのゲート端子に、一方の入出力端子を整流用ダイオードとパワーMOSFET間に接続したゲート端子付きの第2のスイッチング素子の他方の入出力端子を接続し、その第2のスイッチング素子のゲート端子に、一端を整流用ダイオードとフィラメント端子間に接続した充電抵抗と、一端を整流用ダイオードとパワーMOSFETのソース端子間に接続したタイマ用コンデンサと放電抵抗とを並列に接続した他端とをゲート抵抗を介して接続した放電管用電子スターターの、前記整流用ダイオードと並列に接続されて、あるいは放電管と並列に、一端がフィラメント端子と整流用ダイオード間に接続され、他端がフィラメント端子とパワーMOSFET間に接続されて、微少電流を流すようにしたバイパス回路を備えた構成を採用したのである。
このような構成を採用することにより、始動時のパワーMOSFETのゲート端子の平滑コンデンサは、ドライブ抵抗を介して交流電源の負の半サイクルごとに充電される。この充電された電荷によってパワーMOSFETはオンとなり、予熱電流を流すことができる。一方、第2のスイッチング素子のゲート端子に接続されたタイマ用コンデンサも充電抵抗を介して交流電源の半サイクルごとに充電される。そして、この充電電圧が第2のスイッチング素子の例えば、スレッショルド電圧(MOSFETの場合)や飽和電圧(トランジスタの場合)を越えると、第2のスイッチング素子がオンとなり、パワーMOSFETのゲート端子の平滑コンデンサの電荷を放電してパワーMOSFETをオフにし、チョークコイルに点灯パルスを発生させて放電管を点灯する。点灯後は、第2のスイッチング素子のゲート端子に接続されたタイマ用コンデンサの電荷は、第2のスイッチング素子をオン状態とし、パワーMOSFETをオフ状態に保持して正常点灯が行なえるようにする。また、瞬断時は、タイマ用コンデンサの電荷は放電抵抗が放電するので速やかに点灯動作を繰り返すことができる。
【0011】
その際、上記整流用ダイオードと並列に接続されて、あるいは放電管と並列に、一端がフィラメント端子と整流用ダイオード間に接続され、他端がフィラメント端子とパワーMOSFET間に接続されて、微少電流を流すようにしたバイパス回路を備えた構成を採用したことにより、整流用ダイオードあるいは放電管と並列に接続したバイパス回路がリーク電流を流してタイマ用のコンデンサに電荷が溜まらないようにできるので、点灯不良を防ぐことができる。
【0012】
このとき、上記第2のスイッチング素子のゲート端子と、整流用ダイオードとフィラメント端子間を微分コンデンサを介して接続した構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、交流電源の微分出力がタイマ用コンデンサに逐次充電される電荷によって上昇する電圧に重畳して、交流電源の負の毎サイクルごとに点灯パルスを発生させるようにできる。そのため、第2のスイッチング素子のゲート端子に接続されたタイマ用コンデンサの充電状態に関わりなく負の毎サイクルごとに点灯パルスを発生し、自然に放電管を最良の状態で点灯させることができる。
【0013】
また、このとき、上記ゲート抵抗に代えて、ツェナーダイオードあるいはツェナーダイオードと抵抗との直列回路を設けた構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、ツェナーダイオードのツェナー電圧あるいはツェナー電圧とツェナーダイオードに直列に接続された抵抗値に基づいて第2のスイッチング素子をオンにする電圧を設定すれば、予熱時間を最適に変えられる。
【0014】
また、上記充電抵抗に代えて、ツェナーダイオードあるいはツェナーダイオードと抵抗との直列回路を設けた構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、第2のスイッチング素子のゲート端子に接続されたタイマ用コンデンサの充電開始電圧をツェナーダイオードのツェナー電圧あるいはツェナー電圧とツェナーダイオードに直列に接続された抵抗値に基づいて設定すれば、予熱時間を最適に変えられる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0016】
図1に示すように、この形態の放電管用電子スターターは、パワーMOSFETQ1、整流用のダイオードD1、ドライブ抵抗R3、平滑コンデンサC3、第2のスイッチング素子Q2、充電抵抗R4、タイマ用コンデンサC4、放電抵抗R7及びバイパス抵抗R5とで構成されており、図1のように、放電管(ここでは、蛍光灯)FLの他方のフィラメント端子f1’、f2’に接続される。すなわち、両端に設けられた1対のフィラメント端子f1、f1’、f2、f2’の一方のフィラメント端子f1、f2をサージアブソーバSを設けた点灯スイッチSWを介して交流電源ACに接続した放電管FLの他方のフィラメント端子f1’、f2’に接続される。
【0017】
パワーMOSFETQ1は、図1に示すように、保護用等価ダイオードDqを内蔵するNch型(エンハンスメント)のもので、ドレイン端子dを放電管FLの他方のフィラメント端子f1’、f2’の一方と接続し、ソース端子sを整流用のダイオードD1を介して放電管FLの他方のフィラメント端子f1’、f2’と接続するようになっている。
【0018】
整流用ダイオードD1は、ここでは、アノード端子aをパワーMOSFETQ1のソース端子sと接続し、カソード端子kをフィラメント端子f2’と接続することにより、アノードaからカソードk端子の方向(交流電源の正の半サイクル)へのみ予熱電流を流すようになっている。
なお、この形態では、安全のため、整流用ダイオードD1のカソード端子kとフィラメント端子f2’間に突入電流制限抵抗Rsと温度ヒューズFSを設けるようにしてある。
【0019】
ドライブ抵抗R3は、一端を前記整流用ダイオードD1とフィラメント端子f2’間に接続し、他端をパワーMOSFETQ1のゲート端子gに接続することにより、パワーMOSFETQ1のゲート端子gに交流電源の負の半サイクルにドライブ電圧を供給する。
【0020】
平滑コンデンサC3は、パワーMOSFETQ1のゲート端子gとソース端子s間に設けてあり、ドライブ抵抗R3によって負の半サイクルに供給されるドライブ電流(電荷)を保持して、その保持した電荷の電圧で正の半サイクルのときにパワーMOSFETQ1を作動するためのものである。
【0021】
第2のスイッチング素子Q2は、ここではNchのMOSFETを用いており、MOSFETのドレイン端子d2をパワーMOSFETQ1のゲート端子gと接続し、ソース端子s2をパワーMOSFETQ1のソース端子sと整流用ダイオードD1のアノード端子aとの間に接続してある。また、ゲート端子g2は、ゲート抵抗R6を介して充電抵抗R4とタイマ用コンデンサC4及び放電抵抗R7に接続してある。
【0022】
充電抵抗R4は、一端を整流用ダイオードD1とフィラメント端子f2’間に接続し、他端を先に述べたようにゲート抵抗R6に接続してある。また、タイマ用コンデンサC4は、放電抵抗R7と並列に接続して、その一端を整流用ダイオードD1とパワーMOSFETQ1のソース端子s間に接続し、他端をゲート抵抗R6に接続してある。そのため、充電抵抗R4と整流用ダイオードD1を介して並列に接続されたタイマ用コンデンサC4は、負の半サイクルで充電抵抗R4を介して充電される。一方、予熱電流の流れる正の半サイクルでは、タイマ用コンデンサC4は、負の半サイクルによって図1の極性で充電されているため、充電された電荷を保持するように放電抵抗R7の値を設定してある。
【0023】
バイパス抵抗R5は、整流用ダイオードD1と並列に設けられたもので、抵抗値の高い高抵抗を使用することにより、この抵抗R5が点灯スイッチ(半導体スイッチを含む)SWのオフの時に、リーク電流をバイパスし、タイマ用コンデンサC4の充電を防止する。
【0024】
なお、図1の符号Dz2は、ゲート保護用のツェナーダイオードである。
【0025】
この形態は、上記のように構成されており、次に、この放電管用電子スターターの点灯動作を説明する。
【0026】
この放電管用電子スターターでは、点灯スイッチSWをオフにした消灯状態の際に流れる例えば、点灯スイッチに並列に設けたサージアブソーバSによるリーク電流Ilは、図1のように、バイパス抵抗R5を介して流れるので、タイマ用コンデンサC4はリーク電流Ilによって予め充電されないようになっている。そのため、リーク電流Ilの影響を排除して予熱時間不足による点灯ミスを起き難くできる。
【0027】
また、点灯スイッチSWをオンにして、交流電源ACから負の半サイクルの電圧が印加されると、交流電源AC→放電管のフィラメント端子f2、f2’→抵抗Rs→ドライブ抵抗R3→平滑コンデンサC3→パワーMOSFETQ1の保護用ダイオードDq→放電管のフィラメント端子f1’、f1→交流電源(チョークコイルと点灯スイッチ省略)ACと電流が流れて平滑コンデンサC3を充電する。
【0028】
同時に、交流電源AC→放電管のフィラメント端子f2、f2’→抵抗Rs→充電抵抗R4→タイマ用コンデンサC4→パワーMOSFETQ1の保護用ダイオードDq→放電管のフィラメント端子f1’、f1→交流電源ACと電流が流れてタイマ用コンデンサC4を充電する。
【0029】
次に、交流のサイクルが反転して交流電源ACから正の半サイクルの電圧が印加されると、順方向にバイアスされたパワーMOSFETQ1は、負の半サイクルで充電された平滑コンデンサC3によってオンとなり、交流電源AC→放電管のフィラメント端子f1、f1’→パワーMOSFETQ1→整流用ダイオードD1→抵抗Rs→フィラメント端子f2’、f2→交流電源ACへと予熱電流Ihが流れる。
【0030】
このようにして予熱が進み、タイマ用コンデンサC4の充電が進んで電圧が上昇するので、ゲート抵抗R6を介してゲート端子g2に印加されるタイマ用コンデンサC4の電圧Vc1が、第2のスイッチング素子Q2のスレッショルド電圧を越えると、第2のスイッチング素子Q2がオンとなり、オンとなった第2のスイッチング素子Q2がパワーMOSFETQ1のゲート端子gをソース端子sに短絡してパワーMOSFETQ1をオフにする。そのため、オフになったパワーMOSFETQ1によって予熱電流Ihが急激に遮断され、遮断された予熱電流IhによってチョークコイルCHが点灯パルスを発生して放電管FLを点灯させる(図2)。
【0031】
放電管FLが点灯すると、放電管FLのフィラメント端子f1、f1’、f2、f2’間は管電圧となり、タイマ用コンデンサC4の電荷は、保持されて第2のスイッチング素子Q2はオンとなり、パワーMOSFETQ1はオフとなって放電管FLは正常に点灯する。
【0032】
いま、例えば点灯中に瞬断を生じて電圧が降下して放電管FLが消灯すると(例えば、蛍光灯の場合約80V位で放電が維持できなくなって消灯する)、このとき消灯後のタイマ用コンデンサC4は、放電抵抗R7を介して速やかに放電し、予熱時間tを経て復電すると瞬時に再点灯が可能である。よって、立ち消えを起こさない。
【0033】
このように、簡単な回路で部品点数が少なくても、点灯スイッチSWに設けたサージアブソーバーや表示灯回路のリーク電流の影響を排除し、さらに、立ち消えを起こさないようにすることができる。
【0034】
なお、上記形態では、バイパス回路として、整流用ダイオードD1と並列にバイパス抵抗R5を設けた回路を示したが、バイパス回路としては、図1の符号Bに示すような回路であっても良い。
【0035】
すなわち、放電管FLと並列に、一端をフィラメント端子f2’と整流用ダイオードD1間に接続し、他端をフィラメント端子f1’とパワーMOSFETQ1間に接続したダイオードD2と高抵抗R9とからなる直列回路を用いても良い。
【0036】
このような回路を用いても、点灯スイッチに並列に設けたサージアブソーバSによるリーク電流は、図1のように、直列回路を介して流れるので、タイマ用コンデンサC4をリーク電流で充電しないようにできる。そのため、リーク電流の影響を排除することができる。
【0037】
図3に第2実施形態を示す。
【0038】
この形態は、図1の第2のスイッチング素子Q2のゲート端子g2と、整流用ダイオードD1とフィラメント端子f2’間に微分コンデンサC5を設けて、微分コンデンサC5を介して両者を接続したものである。
【0039】
すなわち、微分コンデンサC5は、一端が第2のスイッチング素子Q2のゲート端子g2と接続されており、他端を整流用ダイオードD1とフィラメント端子f2’間に接続することにより、交流電源ACに基づくトリガ用の信号を直接第2のスイッチング素子Q2のゲート端子g2に入力するようにしてある。このようにすることで、図4に示すように、微分コンデンサC5が負の毎サイクルごとに微分パルスをタイマ用コンデンサC4の逐次上昇する充電電圧に重畳するので、重畳された電圧で放電管FLの予熱準備が整ったところで(タイマ用コンデンサC4の充電電圧の上昇を待たなくとも)、点灯することができる。このため、点灯時間を短縮できる。このとき、微分用コンデンサC5とゲート抵抗R6の値を選択すると重畳される微分量を変えることができるので、微分量を変えて微分パルスのレベルを調整すれば、放電管の特性に合せた最適な点灯条件を設定することができる。
【0040】
図5に第3実施形態として、ゲート抵抗R6と充電抵抗R4に代えてツェナーダイオードDz3あるいはツェナーダイオードDz4と抵抗R8との直列回路を設けたものである。
【0041】
このようにツェナーダイオードDz3あるいはツェナーダイオードDz4と抵抗R8(ツェナーダイオードDz4のオン電圧を調整するための抵抗)との直列回路を用いることにより、タイマ用コンデンサC4への充電を開始する電圧と第2のスイッチング素子Q2のスレッショルド電圧によるスイッチングを行う電圧を変更できるので、予熱時間を調整することができる。したがって、予熱時間を最適に調整することにより、点灯ミスなどが起きにくくできる。
【0042】
また、ツェナーダイオードDz3、Dz4に温度特性の良いものを用いれば、予熱時間を正確にできる。
【0043】
なお、図5では、ツェナーダイオードDz4に抵抗R8を設けたものを示したが、これに限定されるものではない。ツェナーダイオードDz3に抵抗を設けるようにしても良いし、ツェナーダイオードDz4の抵抗R8を除いてもよい。
【0044】
また、上記実施形態では、パワーMOSFETQ1のゲート端子gとソース端子sに設けた平滑コンデンサC3の容量を小さくするようにすれば、容量を小さくしたことにより大きくなった前記コンデンサC3の充放電時のリップル波形の下限側が、パワーMOSFETQ1のスレッショルド電圧をクロスする際に、パワーMOSFETQ1をオフにすることができるので、これを用いて点灯させるようにもできる。こうすると回路をよりシンプルにできる。
【0045】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成したことにより、部品点数を少なくし、かつ、リーク電流の影響を排除するとともに、立ち消えを起こさないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の回路図
【図2】第1実施形態の波形図
【図3】第2実施形態の回路図
【図4】第2実施形態の波形図
【図5】第3実施形態の回路図
【図6】(a)、(b)従来例の回路図
【図7】(a)、(b)従来例の回路図
【符号の説明】
AC 交流電源
CH チョーク回路
C3 平滑コンデンサ
C4 タイマ用コンデンサ
Dz1 ツェナーダイオード
Dz2 ツェナーダイオード
Dz3 ツェナーダイオード
Dz4 ツェナーダイオード
Q1 CMOSFET
Q4 第2のスイッチング素子
R4 充電抵抗
R5 バイパス抵抗
R6 ゲート抵抗

Claims (4)

  1. 両端に一対のフィラメント端子(f1、f1´f2、f2´)が設けられた放電管(FL)の両端の一方の端子(f1、f2)をチョークコイル(CH)を介して交流電源(AC)と接続し、他方(f1´、f2´)にパワーMOSFET(Q1)を整流用のダイオード(D1)を介して接続して、そのパワーMOSFET(Q1)ゲート端子(g)に、一端を前記整流用ダイオード(D1)とフィラメント端子(f2´)間に接続したドライブ抵抗(R3)の他端を接続し、かつ、そのドライブ抵抗(R3)を介して流れる電流を保持する平滑コンデンサ(C3)を前記パワーMOSFET(Q1)のゲート端子(g)とソース端子(s)間に設けるとともに、その平滑コンデンサ(C3)とドライブ抵抗(R3)を接続したパワーMOSFET(Q1)ゲート端子(g)に、一方の入出力端子(d2、S2)を整流用ダイオード(D1)とパワーMOSFET(Q1)間に接続したゲート端子付きの第2のスイッチング素子(Q2)の他方の入出力端子(d2、s2)を接続し、その第2のスイッチング素子(Q2)ゲート端子(g2)に、一端を整流用ダイオード(D1)とフィラメント端子(f2´)間に接続した充電抵抗(R4)と、一端を整流用ダイオード(D1)とパワーMOSFET(Q1)のソース(s)端子間に接続したタイマ用コンデンサ(C4)と放電抵抗(R7)とを並列に接続した他端とをゲート抵抗(R6)を介して接続した放電管用電子スターターの、前記整流用ダイオード(D1)と並列に接続されて、あるいは放電管(FL)と並列に、一端がフィラメント端子(f2´)と整流用ダイオード(D1)間に接続され、他端がフィラメント端子(f1´)とパワーMOSFET(Q1)間に接続されて、微少電流を流すようにしたバイパス回路(R5、B)を備えた放電管用電子スターター。
  2. 上記第2のスイッチング素子(Q2)ゲート端子(g2)と、整流用ダオード(D1)とフィラメント端子(f2´)間を微分コンデンサ(C5)を介して接続した請求項1に記載の放電管用電子スターター。
  3. 上記ゲート抵抗(R6)に代えて、ツェナーダイオード(Dz3)あるいはツェナーダイオード(Dz4)と抵抗(R8)との直列回路を設けた請求項1または2に記載の放電管用電子スターター。
  4. 上記充電抵抗(R4)に代えて、ツェナーダイオード(Dz3)あるいはツェナーダイオード(Dz4)と抵抗(R8)との直列回路を設けた請求項1乃至3のいずれかに記載の放電管用電子スターター。
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