JPH04163897A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JPH04163897A
JPH04163897A JP2289422A JP28942290A JPH04163897A JP H04163897 A JPH04163897 A JP H04163897A JP 2289422 A JP2289422 A JP 2289422A JP 28942290 A JP28942290 A JP 28942290A JP H04163897 A JPH04163897 A JP H04163897A
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、インバータ回路を用いて直流電源電圧を高
周波電圧に変換し、この高周波電圧を蛍光ランプ等の放
電ランプに印加して、放電ランプを高周波点灯させる放
電灯点灯装置に関し、特に直流電源電圧の変動を検出し
てインバータ回路から放電ランプへ供給されるインバー
タ出力を変化させることにより、インバータ出力の変動
を抑制する放電灯点灯装置に係る。
〔従来の技術〕
第4図に直列インバータ回路を用いた従来のこの種の放
電灯点灯装置の回路図を示す。この放電灯点灯装置は、
第4図に示すように、直流電源Eの電圧を例えばMO3
I−ランジスタからなるスイッチング素子Q、、Q、の
直列回路で構成されたインバータ回路IN、に加えてい
る。このインバータ回路IN、は、駆動回路DR+ 、
DRtからスイッチング素子Q、、Q2にオンオフ駆動
信号を供給して、スイッチング素子Q、、Q2を交互に
オンオフ動作させることにより、直流電源Eの電圧を高
周波電圧に変換して負荷である蛍光ランプ等の放電ラン
プLaに印加し、放電ランプLaを高周波点灯させるよ
うになっている。
この場合、放電ランプLaは、直流電源Eの正極に大容
量のコンデンサC1を介して一方のフィラメントが接続
され、スイッチング素子Q、、Q2の接続点にインダク
タLを介して他方のフィラメントが接続されており、両
フィラメントの非電源側端子間にコンデンサC2が接続
されていて、インダクタLと放電ランプLaとコンデン
サC2とか共振回路を構成している。なお、コンデンサ
C5′ は容量が大きいので、共振には寄与しない。
この放電灯点灯装置では、発振回路O81から駆動回路
DR,,DR2を介し駆動信号を受け、スイッチング素
子Q2か導通すると、直流電源E→コンデンサCl→放
電ラうプLa→限流用のインダクタL→スイッチング素
子Q2→直流電源Eの経路で電流か流れる。つぎに、ス
イッチング素子Q1が導通ずると、コンデンサC1に蓄
積された電荷放出による電流がコンデンサC1→放電ラ
ンプLa→スイツチング素子Q1→コンデンサCIの経
路で流れる。これか、高周波の1サイクルとなり、この
動作を繰り返す。
上記インバータ回路IN、のスイッチング制御は、以下
に示す制御部が行う。この制御部は、駆動回路DR,,
DR2に発振のためのオンオフ信号を供給する発振回路
oS1と、インバータ回路IN、の動作周波数を変化さ
せることによりインバータ回路IN、から放電ランプL
aへ供給するインバータ出力電流を変化させて放電ラン
プLaの動作モード(予熱モード、調光モード、全点灯
モード)の切り替えを行う動作モード切替制御回路MS
、と、インバータ回路IN、に加えられる直流電源Eの
電圧変動を検出しその電圧変動に応じてインバータ回路
IN、の動作周波数を変化させることによりインバータ
出力電流の変動を抑制するインバータ出力変動抑制回路
IS、とて構成されている。
発振回路O8+は、タイマ用集積回路TM。
(例えばシダネティック社製の555)、D−フリップ
フロップFF、、ANDゲートA N + 。
AN、、抵抗R1およびコンデンサC1等で構成されて
いる。タイマ用集積回路TM、はコンデンサC8に流れ
込む電流での充電で決まる周期で発振し、その出力波形
は第5図(a)のような波形となる。D−フリップフロ
ップFF、は、タイマ用集積回路TM、の出力を分周し
、その出力波形は第5図(b)のような波形となる。A
NDゲートANI。
AN、は、タイマ用集積回路TM、の出力とD−フリッ
プフロップFF、の出力との論理積をとり、出力波形は
それぞれ第5図(C)、 (dlのような波形となる。
なお、第5図(e)はコンデンサC3の両端電圧の波形
を示している。そして、第5図の前半部はコンデンサC
1への充電電流が多く、コンデンサC1の両端電圧の上
昇勾配か大きい状態を示し、後半部はコンデンサC1へ
の充電電流が少なく、コンデンサC2の両端電圧の上昇
勾配が小さい状態を示している。
動作モード切替回路MS、は、予熱タイマTM2調光ス
イッチS1.トランジスタQ、、Q、、抵抗Ra、R4
,コンデンサC4およびカレントミラー回路CM、等で
構成されている。そして、予熱タイマTM2により電源
投入直後の一定時間たけトランジスタQ、をオンにして
コンデンサC4を短絡し、インバータ回路IN、を予熱
モードで動作させ、一定時間の経過後トランジスタQ、
をオフにしてコンデンサC4の短絡を解除する。また、
調光スイッチS1かオンの状態では、トランジスタQ4
がオフで、インバータ回路IN、を全点灯モードで動作
させる。調光スイッチS1かオフの状態では、トランジ
スタQ4かオンで、インバータ回路IN、を調光モード
で動作させる。
以下、具体的に説明する。電源投入時は、予熱タイマT
M、により一定時間トランジスタQ3をオンにし、抵抗
R3に電流■。を流すことにより、カレントミラー回路
CM、を経てコンデンサC8に電流IIを流す。このと
きは、コンデンサC2に流れる電流は、抵抗R7に流れ
る電流112と抵抗R3に流れる電流I0との和の電流
(L2+I0)を流し、全点灯時にコンデンサC8に流
れる電流■。よりも多くし、インバータ回路IN。
の動作周波数を高くし、インバータ出力電流を絞る。こ
のとき、放電ランプLaに印加される電圧は放電ランプ
Laの始動電圧より低く設定してあり、予熱用のコンデ
ンサC2を流れる電流により放電ランプLaのフィラメ
ントを予熱する。
この後、予熱タイマTM、がタイムアツプして予熱タイ
マTM、の出力がハイレベルからローしベルに変化する
と、トランジスタQ、かオフとなり、コンデンサC4と
抵抗R2とで決まる時定数によって抵抗R3に流れる電
流I0が徐々に減少し、遂には■。=0となり、コンデ
ンサC2に流れる電流はLxのみとなる。この電流I。
か0に減少する過程で、動作周波数が徐々に下降し、こ
れによって放電ランプLaへの印加電圧を徐々に上昇さ
せ、放電ランプLaを始動させ点灯に至らせる。
また、調光スイッチS、をオフにすることにより、トラ
ンジスタQ4をオンにし、抵抗R4に電流1114を流
し、発振回路OS +のコンデンサC1に流れる電流を
I。から(T R2+ f 、4)へと増加させ、これ
によって動作周波数を上昇させて出力電流を絞り、放電
ランプLaを調光点灯させる。
インバータ出力変動抑制回路IS、は、直流電源Eの正
極に接続した抵抗R2と、カレントミラー回路CM、と
抵抗R6とで構成されている。そして、直流電源Eの電
圧変動を抵抗R2を通してカレントミラー回路CM、へ
流れる電流の変動として検出し、この電流の変動をカレ
ントミラー回路CM、を介してコンデンサC8への充i
t流の変動として伝達することにより、直流電源Eの電
圧変動によるインバータ回路IN、の出力電流の変動を
抑制する。
具体的に説明する。抵抗R7に流れる電流は2個のカレ
ントミラー回路CM、、CM2でコンデンサCりへ伝達
され、コンデンサC5か充電される。直流電源Eの電圧
が上昇すると、抵抗R2を通る電流が増加し、したがっ
てコンデンサC3の充電電流が増加してコンデンサC3
の両端電圧の上昇勾配が大きくなる。この結果、タイマ
用集積回路TM、の出力のハイレベル期間が短(なり(
ローレベル期間は変わらない)、発振周波数を上昇させ
、インバータ回路IN、の動作周波数を上昇させる。こ
の場合、インダクタしか放電ランプLaの限流要素とな
っていることから、インバータ回路IN、の動作周波数
を上昇させることは、インバータ回路IN、の出力電流
を絞る方向に作用する。一方、直流電源Eの電圧が低下
すると、上記と逆の動作をしてインバータ回路IN、の
出力電流を増加させることになり、以上の動作により、
直流電源Eの電圧変動によるインバータ回路IN、の出
力電流の変動を抑制することになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の放電灯点灯装置において、インバータ出力変動抑
制回路■S1は、予熱モード、全点灯モード、調光モー
ドのいずれのモードにおいても動作し、直流電源Eの電
圧変動による抵抗R7の電流1112の変化分△L2は
いずれのモードでも同しであるため、直流電源Eの電圧
変動に対するインバータ回路IN、の動作周波数の変化
幅は各モードにおいて同一になる。
しかし、放電ランプLaの特性は、非線形てあって定電
圧特性をもつものである。全点灯の場合はインバータ回
路IN、の出力電流、すなわちランプ電流が多いため、
放電ランプLaの等価抵抗値は低(、調光点灯の場合は
、インバータ回路IN、の出力電流、すなわちランプ電
流が少ないため、放電ランプLaの等価抵抗値は高くな
る。
また、予熱状態では、放電ランプLaの等価抵抗は■と
なる。
このように、放電ランプLaが非線形特性をもつために
、限流用のインダクタL 放電ランプLa  および予
熱用のコンデンサC2で構成される負荷回路の共振曲線
は、近似的に第6図に示すように、放電ランプLaの等
価抵抗が小さい全点灯時が曲線へのようになり、放電ラ
ンプLaの等価抵抗か大きい調光時が曲JIIBのよう
になり、放電ランプLaの等価抵抗が■の予熱時が曲線
Cのようになる。なお、コンデンサC,は容量が大きい
カップリングコンデンサであり、共振特性には影響を与
えない。
第6図によれば、全点灯時の動作周波数f1付近の曲線
Aの勾配と、調光点灯時の動作周波数f2付近の曲線B
の勾配と、予熱時の動作周波数f、l付近の曲線Cの勾
配とを比較すると、予熱時の曲線Cの勾配が最大で、調
光点灯時の曲線Bの勾配がつぎに大きく、全点灯時の曲
線Aの勾配が最小であり、直流電源Eの電圧の変動に対
するインバータ回路IN、の出力変動を抑制するために
は、予熱時にはわずか周波数変化で行え、全点灯時には
大きな周波数変化が必要となることが判る。
このような非線形特性を放電ランプLaがもっことによ
り、インバータ出力変動抑制回路■SIの設定を全点灯
時に合わせると、調光時および予熱時に直流電源Eの電
圧変動に対して過補償となる。また、予熱時に合わせる
と、全点灯時に補償が不足し、出力変動補償特性が劣化
する。
なお、インバータ出力変動抑制回路IS、による補償量
の設定方法としては、例えば、全点灯時のコンデンサC
1の充電電流■R2とその変化分Δ1112とで、変化
分Δ■。を小さくするには、抵抗R2を大きくすること
により、 ΔI*2(Rt:小〕〉ΔI+u(Rt:大〕とするこ
とができ、電流I□が減少した分を第4図に示したよう
に、抵抗R6に流すことにより、トータルの充電電流を
同一にするように構成すれば、上記の補償量を任意に設
定することかできる。
このように、出力変動補償特性が劣化すると、直流電源
Eの電圧変動に対し、所定の光束が得られなくなる。ま
たこの他に、全点灯時には、電源電圧上昇時にインバー
タ回路I N +等を構成する回路素子の温度上昇が増
大するという問題がある。
また、調光点灯時においては、電圧変動に対しインバー
タ出力電流が絞られ過ぎ、特に低温下において放電ラン
プLaの立ち消えの問題が生しる。
さらに、予熱時において、予熱電流が変動することによ
り、予熱不足によって放電ランプLaの寿命が短くなる
という問題が生じる。
この発明の目的は、放電ランプがどのような動作モード
にあっても、電源電圧変動に対する出力変動の補償を常
に過不足なく最適に行うことができる放電灯点灯装置を
提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の放電灯点灯装置は、直流電源電圧を高周波電
圧に変換して放電ランプに印加することにより放電ラン
プを高周波点灯させるインバータ回路と、インバータ回
路の動作周波数を変化させることによりインバータ回路
から放電ランプへ供給するインバータ出力を変化させて
放電ランプの動作モードを切り替える動作モード切替M
御回路と、インバータ回路に加えられる直流電源電圧の
変動を検出し直流電源電圧の変動に応じてインバータ回
路の動作周波数を変化させることによりインバータ出力
の変動を抑制するインバータ出力変動抑制回路とを備え
、動作モード切替回路による放電ランプの動作モードの
切替に応答してインバータ出力変動抑制回路によるイン
バータ回路の動作周波数の変化幅を切り替えるようにし
ている。
〔作   用〕
インバータ回路が直流電源電圧を高周波電圧に変換して
放電ランプに印加することにより、放電ランプを高周波
点灯させる。この放電ランプの動作モードは、動作モー
ド切替制御回路がインバータ回路から放電ランプへ供給
するインバータ出力を変化させることにより行う。
インバータ出力変動抑制回路がインバータ回路に加えら
れる直流電源電圧の変動を検出し直流電源電圧の変動に
応じてインバータ回路の動作周波数を変化させることに
より、インバータ出力の変動を抑制する。この際に、動
作モード切替回路による放電ランプの動作モードの切替
に応答してインバータ出力変動抑制回路によるインバー
タ回路の動作周波数の変化幅を切り替えることになる。
この結果、放電ランプの動作モードに応じてインバータ
回路の動作周波数の変化幅を適正に設定することが可能
で、インバータ出力変動抑制回路によるインバータ出力
の変動補償を過不足なく行うことかできる。
〔実 施 例〕
この発明の第1の実施例を第1図および第2図に基づい
て説明する。この放電灯点灯装置(ま、第1図に示すよ
うに、従来例の第4図の動作モート切替制御回路MS、
に代えて、動作モード切替制御回路MS、を用いたちの
て、その他の構成(ま第4図と同様である。
動作モード切替制御回路MS2は、調光スイ・ソチS、
と、抵抗R6〜R3と、トランジスタQ4と、コンデン
サC5と、演算増幅器OP、と、カレントミラー回路C
M2とから構成されて(蔦る。
この場合、演算増幅器OP、はボルテージフォロワを構
成し、トランジスタQ4と抵抗R,とは工□ ミッタフ
ォロワを構成している。そして、トランジスタQ4のエ
ミッタは抵抗R,を介して直流電源Eに接続してあり、
トランジスタQ4のエミ・y夕電位は、コンデンサC5
の電圧が低いときには抵抗R,,R,の分圧電圧となり
、コンデンサC5の電圧V c sが抵抗R,,R,の
分圧電圧を超えるとトランジスタQ4のエミッタ電位か
コンデンサC5の電圧VCSとなる。
以下、この回路の動作について説明する。
電源投入直後は、コンデンサC6の電圧VC5か第2図
(a)に示すように低電圧であるか、抵抗R7を通して
充電されて電圧vcfiが上昇し、電圧V c cに達
すると一定になる。一方、トランジスタQ4のエミッタ
電位は、第2図(blに示すように、最初は電圧Vco
を抵抗Rs、Reて分圧した電圧であるが、抵抗R,,
R,の分圧電圧にトランジスタQ4のベース・エミッタ
間電圧VILEを加えた電圧を電圧■。、が超えると、
トランジスタQ4のエミッタ電位は電圧V C8の上昇
に連動して上昇していく。
上記のコンデンサC5の電圧V c sをボルテージフ
ォロワを構成する演算増幅器OP、が受け、抵抗R2に
流れる電流を変化させる。コンデンサC5の電圧V c
6が低電圧であるときは、演算増幅器OPIの出力電圧
は抵抗R,,R,て決まる分圧電圧であり、抵抗R3に
流れる電流が多いため、発振回路O8,のコンデンサC
1の充電電流か多く、その発振周波数が高くなるため、
放電ランプLaの予熱モードとなる。この後、電圧VC
5が上昇するに従って、演算増幅器OP、の出力電圧か
上昇していき、抵抗R3に流れる電流か減少していき、
ついには零になる。この過程で、発振回路O3+の発振
周波数、つまりインバータ回路IN。
の動作周波数が徐々に下降し、これに伴いインバータ回
路IN、の出力電流が徐々に増加し、放電ランプLaが
始動して全点灯に至る。
調光スイッチS1をオンにすることにより、演算増幅器
oP、の出力電圧を低下させ、抵抗R3に電流を流し、
発振回路O81の発振周波数を高めてインバータ回路I
N、の出力電流を絞り、放電ランプLaの調光を行う。
ボルテージフォロワを構成する演算増幅器OP。
の予熱時の出力電圧は、直流電源Eの電圧変動に対し、
第2図(b)において−点鎖線あるいは破線で示すよう
に変化し、例えば直流電源Eの電圧上昇時には、演算増
幅器OPIの出力電圧が一点鎖線のように上昇し、抵抗
R2に流れる電流を減少させ、発振回路O8,の発振周
波数を下げてインバータ回路IN、の動作周波数を下げ
、インバータ回路IN、の出力電流を増加させるように
作用し、出力変動補償とはちょうど逆の動作を行うこと
になる。
この動作モード切替制御回路MS、の予熱時の特性と、
インバータ出力変動抑制回路IS1の特性とを合わせる
と、予熱時の発振回路O81の発振周波数の変化幅、つ
まりインバータ回路IN。
の動作周波数の変化幅が全点灯時の発振回路○S1の発
振周波数の変化幅より狭く抑えられることになる。この
結果、全点灯時の出力変動補償を最適に設定し、かつ予
熱時の出力変動補償を最適に設定することができ、した
がって放電ランプLaの予熱時および全点灯時ともに出
力変動補償を過不足なく最適に行うことができる。
この発明の第2の実施例を第3図に基づいて説明する。
この放電灯点灯装置は、直流電源Eの電圧変動に対する
インバータ回路IN、の出力変動を補償するための発振
回路O3+の発振周波数の変化幅、つまりインバータ回
路IN、の動作周波数の変化幅を、全点灯時を最大とし
、調光時をつぎに広くし、予熱時を最小に設定すること
により、全点灯時、調光時および予熱時のそれぞれの場
合において、出力変動補償を過不足なく常に最適に行う
ことを目的として回路構成したものであり、第4図にお
ける動作モード切替制御回路MS、およびインバータ出
力変動抑制回路I S +に代えて、動作モード切替制
御回路MSsおよびインバータ出力変動抑制回路IS、
を用いたもので、その他の構成は第4図の放電灯点灯装
置と同様である。
動作モード切替制御回路MS、は、動作モード切替制御
回路MS、に対し、トランジスタQ6゜□ 抵抗Rs+
反転回路N、、N2 、AND回路回路、、hランジス
タQ、、Q、等を追加している。
また、インバータ出力変動抑制回路IS2は、インバー
タ出力変動抑制回路IS、に対し、抵抗RII+R12
+トランジスタQ*+CB6を追加している。
以上の構成の要点は、直流電源Eの電圧変動検出用抵抗
を、抵抗R2単独の場合、抵抗R2゜R1+の並列の場
合、抵抗R,,R,,,R,tの並列の場合の3通りに
トランジスタQ7〜Q、。で切り替えるように構成した
点、および上記の電圧変動検出用抵抗切替に伴う電流値
の変化(動作点の変化)を補正するために、カレントミ
ラー回路CM。
の出力側に抵抗RIGとトランジスタQ、の直列回路を
並列的に設けている。
以上のような回路構成において、各トランジスタQ、、
Qs−Q、、のオンオフ状態、電圧変動検出用抵抗の抵
抗値および発振回路O8,の発振周波数の変化幅は、予
熱時、全点灯時および調光時に次表のような状態をとる
ことになる。
(以  下  余  白) なお、動作モード切替制御回路MS、における予熱タイ
マTM、および調光スイッチS、のオンオフに伴うトラ
ンジスタQ6〜Q、のオンオフ動作以外の予熱、全点灯
および調光の基本的動作は従来例と同様であるので、説
明は省略する。
この実施例の放電灯点灯装置は、予熱時、全点灯時およ
び調光時のそれぞれの動作モードにおいて、発振回路O
3+の発振周波数の変化幅を適正に設定できるので、全
ての動作モードにおいて、出力変動補償を過不足なく常
に最適に行うことができる。
なお、上記各実施例は、インバータ回路IN。
が直列インバータ構成であったか、従来例で述へたよう
な問題は、非線形特性を有する放電ランプを負荷とする
1石インバータ、ハーフブリッジインバータ、フルブリ
ッジインバータでも同様に生じるものであり、これらの
回路構成においても、本発明を適用することで、同様の
効果が得られる。
〔発明の効果〕
この発明の放電灯点灯装置によれば、放電ランプの動作
モードの切替に応答してインバータ回路の動作周波数の
変化幅を切り替えるようにしたので、放電ランプの動作
モードに応じてインバータ回路の動作周波数の変化幅を
適正に設定することが可能で、インバータ出力変動抑制
回路によるインバータ出力の変動補償を過不足なく行う
ことができる。したがって、インバータ回路の出力変動
に伴う温度上昇、放電ランプの寿命の短縮、低温下での
調光の際の放電ランプの立ち消えの問題等を回避するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例の放電灯点灯装置の構
成を示す回路図、第2図は第1図の放電灯点灯装置にお
いて予熱モードから全点灯モードへ移行する際の各部の
電圧変化を示すタイムチャート、第3図はこの発明の第
2の実施例の放電灯点灯装置の構成を示す回路図、第4
図は従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図、第5図
は第4図の放電灯点灯装置の各部のタイムチャート、第
6図は第4図の従来例における予熱時、調光時および全
点灯時の共振特性曲線を示す特性図である。 E・・・直流電源、IN、・・・インバータ回路、La
・・・放電ランプ、OS +・・・発振回路、MS、・
・・動作モード切替制御回路、IS、・・・インバータ
出力変動抑制回路 特許出願人  松下電工株式会社 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 直流電源電圧を高周波電圧に変換して放電ランプに印加
    することにより放電ランプを高周波点灯させるインバー
    タ回路と、 前記インバータ回路の動作周波数を変化させることによ
    り前記インバータ回路から前記放電ランプへ供給するイ
    ンバータ出力を変化させて前記放電ランプの動作モード
    を切り替える動作モード切替制御回路と、 前記インバータ回路に加えられる直流電源電圧の変動を
    検出し前記直流電源電圧の変動に応じて前記インバータ
    回路の動作周波数を変化させることによりインバータ出
    力の変動を抑制するインバータ出力変動抑制回路とを備
    え、 前記動作モード切替回路による前記放電ランプの動作モ
    ードの切替に応答して前記インバータ出力変動抑制回路
    による前記インバータ回路の動作周波数の変化幅を切り
    替えるようにした放電灯点灯装置。
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