JPH0734398B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JPH0734398B2
JPH0734398B2 JP58076809A JP7680983A JPH0734398B2 JP H0734398 B2 JPH0734398 B2 JP H0734398B2 JP 58076809 A JP58076809 A JP 58076809A JP 7680983 A JP7680983 A JP 7680983A JP H0734398 B2 JPH0734398 B2 JP H0734398B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、トランジスタからなるインバータを用いて放
電灯を点灯するようにした放電灯点灯装置に関するもの
である。
〔背景技術〕
第1図の(a)は従来よく知られている共振型のインバ
ータ回路の一種である。尚、第1図の(b)は同図
(a)の各部の波形を示し、VQ1はスイッチング素子た
るトランジスタQ1に印加される電圧、IQ1はトランジス
タQ1に流れる電流、VQ2はスイッチング素子たるトラン
ジスタQ2に印加される電圧、IQ2はトランジスタQ2に流
れる電流、VOUTは出力トランスT1の出力電圧を夫々示し
ている。
第1図において、トランジスタQ1,Q2に印加される電圧V
Q1,VQ2は電源電圧の約3倍の電圧が印加される。しか
し、トランジスタQ1,Q2に流れる電流IQ1,IQ2はチョーク
Lによって平滑化され、ほぼフラットな電流となり、遮
断時の電流が小さく、トランジスタQ1,Q2の利用率が高
い。しかし第1図回路ではトランジスタQ1,Q2に印加さ
れる電圧が高いという問題がある。
第2図(a)(b)は、共振回路を用いていないプッシ
ュプル型のインバータ回路とその各部の波形を示す。こ
の回路ではトランジスタQ1,Q2に印加される電圧VQ1,VQ2
は、電源電圧の約2倍の電圧が印加されるが、トランジ
スタQ1,Q2に流れる電流IQ1,IQ2は略三角波状となり、遮
断時の電流が大きく、トランジスタQ1,Q2の利用率が悪
い(トランジスタQ1,Q2に流れる電流の平均値に比べて
ピーク値が高くなる。)。
第3図(a)(b)は第2図の回路を改良した回路とそ
の各部の波形図を示し、この回路ではトランスT3によっ
てトランジスタQ1,Q2に流れるコレクタ電流を検出し、
コレクタ電流の検出によってベース電流の大きさを変え
て、過剰なベース電流によってスイッチングの遅れ時間
が長くなることを防止し、動作周波数を高くできるもの
である。
ここで、トランジスタQ1がオンした時、コレクタ電流は
巻線n8から巻線n10によって検出される。ここで、トラ
ンジスタQ2がオフしているので、コレクタ電流による巻
線n8の電磁エネルギーは、巻線n8から巻線n9への変換は
なく、巻線n8から巻線n10へ変換される。同様に、トラ
ンジスタQ2がオンした時、コレクタ電流は巻線n9から巻
線n10によって検出される。ここで、トランジスタQ1
オフしているので、コレクタ電流による巻線n9の電磁エ
ネルギーは、巻線n9から巻線n8への変換はなく、巻線n9
から巻線n10へ変換される。
一方インバータ回路を用いた放電灯点灯装置として、従
来、第4図に示すように特公昭57−58035号公報のよう
なものがある。すなわち、交流電源E、整流装置Bにイ
ンダクタンスL0を介してプッシュプル型のインバータ回
路A′を接続したもので、インバータ回路A′は1対の
発振用のトランジスタQ1,Q2、バイアス抵抗R1′,
R2′、1次巻線nA,nB、2次巻線nC、帰還巻線nDを有す
るインバータトランスT1′、2次巻線nCに並列接続され
る共振用コンデンサCoとで構成されていた。図中Rは2
次巻線nCにインダクタンスL1を介して接続された負荷
で、例えば放電灯等である。
いま、交流電源Eの整流電圧がインバータ回路A′に与
えられると、バイアス抵抗R1′,R2′を介して、各トラ
ンジスタQ1,Q2にベースバイアスが与えられる。これに
より、トランジスタQ1,Q2の一方が先にオンするが、仮
にトランジスタQ1がオンした場合、インバータトランス
T1′の1次巻線nA,nB、2次巻線nCのインダクタンスと
共振用コンデンサCoにより振動電圧が生じ、これが帰還
巻線nDに起電力を発生し、他方のトランジスタQ2をオフ
する。以下、同様にして、トランジスタQ1,Q2が交互に
オンオフして発振が始まり、インバータトランスT1′を
介して、高周波の交流電圧が出力されインダクタンスL1
を介して放電灯Rに高周波電圧が供給される。
第5図(a)(b)は、第4図従来例のトランジスタ
Q1,Q2に印加される電圧VCEおよびコレクタ電流ICの波形
を示すものであり、また、第5図(c)(d)はインダ
クタンスL0に流れる電流IS、インダクタンスL0に印加さ
れる電圧VLOの波形であり、図から明らかなように、ト
ランジスタQ1,Q2に流れるコレクタ電流ICはインダクタ
ンスL0により定電流化されてほぼフラットな直流電流と
なるので、スイッチング損失が小さくなる特徴を有して
いるものの、トランジスタQ1,Q2の印加電圧VCEのピーク
値は電源電圧VEの略2倍になるので、高耐圧のトランジ
スタが必要となり、コストが高くなるとう欠点があっ
た。
また、インバータトランスT1′に中間タップaが必要と
なり、インバータトランスT1′の構成乃至回路構成が複
雑になって、更にコストが高くなるという問題があっ
た。
ところで、従来の特公昭57−58035号公報に示される回
路においては、脈流電圧の出力端にインダクタンス装置
(チョークコイルあるいは入力電源の高周波の振動分を
抑制できるもの)を直列的に設けるとともに、共振作用
を利用してトランジスタのスイッチングを行なうトラン
ジスタのインバータを用いることにより、以下のような
効果があるとしている。
すなわち、交流電源電圧を整流して実質的に平滑されな
い脈流電圧をトランジスタインバータに供給することに
よって、入力力率が向上できるとしている。つまり、上
記インダクタンス装置によって、入力電流はほぼフラッ
トな高周波の振動分のない電流が流れるので平滑する必
要がない。そして、脈流電圧と同じ位相電流がインバー
タに流れるので力率が向上できる。また、トランジスタ
インバータによって、正弦波高周波電力を得て良好な高
周波点灯を可能としている。つまり、上記インダクタン
ス装置によって、トランジスタQ1,Q2に流れる電流はほ
ぼフラットな電流となり、印加される電圧が正弦波状に
なるので、スイッチング損失などの電力消失が低減で
き、更に、雑音障害を著しく軽減できるとしている。し
かしながら、このような効果を有するものの、前述した
ように、トランジスタQ1,Q2の印加電圧が高いとか、イ
ンバータトランスT1′に中間タップaが必要という問題
がある。
次に述べる第6図、第7図、第8図に示す回路は、ハー
フブリッジインバータ回路を構成するものであり、トラ
ンジスタに印加される電圧は低減するが、以下の問題が
ある。
つまり第6図(a)に示す回路は特開昭53−109125号に
対応する従来例回路を示し、この回路の各部の動作波形
はコンデンサC1,C2,C3の設定値によって、同図(b)の
(イ)と(ロ)がある。同図(イ)は、コンデンサC3
容量を小さくした場合であり、トランジスタQ1,Q2に印
加される電圧VQ1,VQ2と、流れる電流IQ1,IQ2は、第2
図、第3図の回路に近似してくる。
同図(ロ)の場合は、トランスT1とコンデンサC3とで共
振回路を構成したものである。第1図の(a)に示す回
路に比べて、電圧VQ1,VQ2は小さくなるが、電流IQ1,IQ2
が三角波状になり、第1図の(b)に示すような電流I
Q1,IQ2にはならない。
第6図回路の動作に準ずるものとしては、特開昭57−20
6278号に示される回路の動作があり、この従来回路は、
電源と直列にインダクタンスLdを接続し、分圧コンデン
サC1,C2の代わりにスイッチング素子たるトランジスタQ
1,Q2を接続したものである。
さて上記の第6図回路では同図(b)の(イ)で示され
るものの場合はトランジスタQ1,Q2に印加される電圧
VQ1,VQ2は小さいが流れる電流IQ1,IQ2は、略三角波状に
なり、そのためスイッチング損失が大きく、また利用率
が悪いという問題がある。また同図(b)の(ロ)で示
されるものの場合は上記(イ)の場合に比べて印加され
る電圧VQ1,VQ2が大きく、流れる電流IQ1,IQ2も略三角波
状のため、スイッチング損失も大きいという問題があ
る。
第7図は特開昭51−11683号に示される回路であるが、
この回路は従来よく知られているハーフブリッジインバ
ータ回路であり、動作波形は、第6図(b)の(イ)の
場合と同様な欠点がある。
第8図は特開昭58−69472号に示される回路であるが、
この回路ではコンデンサCとインダクタンスLで直列共
振回路を構成するとともに、スイッチング素子としてサ
イリスタQ1′,Q2′を使用し、インダクタンスLは転流
用の誘導コイルとしても動作する。サイリスタQ1′,
Q2′に流れる共振電流IQ1,IQ2は第8図の(b)に示す
ように正弦波状となり、電流が零まで流れる。従って、
サイリスタQ1′,Q2′に印加される電圧VQ1,VQ2及び流
れる電流IQ1,IQ2は、第6図、第7図の回路と近似す
る。
そこで、第1図の特徴であるトランジスタQ1,Q2からな
るスイッチング素子に印加される電圧を正弦波状として
電圧の小さいところで、スイッチングしているところを
生かし、第6図〜第8図の特徴であるスイッチング素子
に印加される電圧が小さい点を生かした回路として第9
図に示す回路がある。
第9図の(a)に示す回路は、図示するように分圧コン
デンサC1(又はC2)と並列に、インダクタンス、コンデ
ンサ、トランジスタQ1(又はQ2)スイッチング素子から
なる一石インバータを各々並列に接続したものである。
この回路は第1図回路に比べて、第9図の(b)に示す
ように電圧VQ1,VQ2は小さくなるが、電流IQ1,IQ2が正弦
波状になって、ピーク値の高い電流となり、トランジス
タQ1,Q2の利用率は悪くなる(トランジスタQ1,Q2に流れ
る電流に休止期間が生じる。)という問題がある。
第10図の(a)に示す回路は第9図に示す回路の欠点で
あるトランジスタQ1,Q2に流れる電流IQ1,IQ2を第10図の
(b)に示すように略一定とする定電流用のトランスT1
を接続したものである。しかし、第10図回路の場合、出
力トランスT2の1次巻線n1とコンデンサC3,別の1次巻
線n2とコンデンサC4とで並列共振回路を構成している。
従って、第10図においては、2つの1次巻線とコンデン
サが必要となるため、トランスT2の構成が複雑となる欠
点がある。
〔発明の目的〕
本発明は上述の各従来例の欠点を解決し、分圧コンデン
サC1,C2の中間点と、2つのトランジスタQ1,Q2の中間点
の間にトランスT1の1次巻線とコンデンサC3の並列共振
回路を接続し、各々のトランジスタQ1,Q2と直列にトラ
ンジスタQ1,Q2に流れる電流を平坦とするトランスT2
接続したものである。従って、各トランジスタQ1,Q2
動作波形は第11図の(b)に示すように、第10図の回路
と同様になり、第10図回路の効果を得ることができ、し
かも第10図回路の出力トランス構成が簡単なものを得る
ことができるのである。
つまり、本発明は、プッシュプル型とハーフブリッジ型
とを合わせた新しい型のインバータ回路を用いて、スイ
ッチング素子に印加される電圧を低減し、且つスイッチ
ング素子を低減し、更に出力トランスの構成を簡単とし
た放電灯点灯装置を提供するにある。
〔発明の開示〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第12
図において、Eは交流電源、Bはダイオードからなる全
波整流用の整流装置、Aは1対のトランジスタQ1,Q2
らなるインバータである。C1,C2は分圧素子たるコンデ
ンサで、2個直列に接続したコンデンサC1,C2が分圧回
路を構成する。このコンデンサC1,C2の直列回路と、発
振用のスイッチング素子たるトランジスタQ1とトランス
T2の一方の巻線n1との直列回路及び、トランジスタQ2
トランスT2の他方の巻線n2の直列回路とを直列に接続し
た回路を整流装置Bの出力端に並列に夫々接続してあ
る。
T1は出力トランスで、出力トランスT1の1次巻線n1をコ
ンデンサC1,C2の中間接続部とトランジスタQ1,Q2の中間
接続部との間に接続しており、出力トランスT1の2次巻
線n2には放電灯Rが接続してある。出力トランスT1の一
方の帰還巻線n3は、トランジスタQ1のベースエミッタ間
へ、他方の帰還巻線n4はトランジスタQ2のベースエミッ
タ間へ図示のような極性で夫々接続してある。抵抗R1,R
2は、トランジスタQ1,Q2を起動するバイアス抵抗であ
る。
出力トランスT1の1次巻線n1に並列接続されたコンデン
サC3は、出力トランスT1に関連的に設けられた共振用コ
ンデンサであり、出力トランスT1の1次巻線n1、放電灯
Rのインダクタンス分で共振するものである。
また、トランジスタQ1,Q2のコレクタに接続している結
合トランスであるトランスT2の巻線n1,n2が有するイン
ダクタンスが定電流化する機能を有しているものであ
る。
第13図は第12図の動作波形図であり、第1図(a)は出
力トランスT1の出力電圧V2、同図(b)はインバータA
側に流れる電流IS、同図(c)はトランジスタQ1に流れ
る電流IC1と印加される電圧VC1である。同図(d)はト
ランジスタQ2に流れる電流IC2と印加される電圧VC2、同
図(e)はトランジスタQ1のベースエミッタ間電圧
VBE1、同図(f)はトランジスタQ2のベースエミッタ電
圧である。
以下、動作について説明する。整流装置Bの出力電圧を
コンデンサC1,C2で分圧し、初めにトランジスタQ1がオ
ンすると、この分圧電圧によってトランジスタQ1に電流
が流れる。このトランジスタQ1に流れるコレクタ電流I
C1は、第13図(c)に示すように、トランスT2の巻線n1
のインダクタンスにより定電流化されて、ほぼフラット
な直流電源となる。トランスT2の巻線n1には、トランジ
スタQ1がオンすることによって電磁エネルギーが蓄積さ
れる。トランジスタQ1がオンすることにより、交流電源
E、整流装置B、トランスT2の巻線n1、トランジスタ
Q1、出力トランスT1の1次巻線n1、コンデンサC2、整流
装置B、交流電源Eの閉回路に電流が流れることにな
る。
次に、出力トランスT1の1次巻線n1とコンデンサC3の共
振電圧によって、トランジスタQ1がオフ、トランジスタ
Q2がオンすると、コンデンサC1,C2の分圧電圧によっ
て、トランジスタQ2に電流が流れる。このように、トラ
ンジスタQ2がオンすると、交流電源E、整流装置B、コ
ンデンサC1、出力トランスT1の1次巻線n1、トランスT2
の巻線n2、トランジスタQ2、整流装置B、交流電源Eの
閉回路に電流が流れる。
この場合も、トランジスタQ2に流れるコレクタ電流IC2
はトランジスタQ1がオンした場合と同様に、トランスT2
の巻線n2のインダクタンスにより、定電流化されてほぼ
フラットな直流電流となる。トランジスタQ1がオンした
時に、トランスT2の巻線n1に蓄積された電磁エネルギー
が、トランジスタQ2がオンすることによって、分圧電圧
と重畳してコンデンサC2、出力トランスT1の1次巻線n1
とコンデンサC3、トランスT2の巻線n2、トランジスタQ2
の閉回路に放出すると同時に蓄積される。
次に、上述の如く、トランジスタQ1が再びオンすると、
トランジスタQ2がオンした時に、トランスT2の巻線n2
蓄積された電磁エネルギーが、コンデンサC1、トランス
T2の巻線n1、トランジスタQ1、出力トランスT1の1次巻
線n1とコンデンサC3との閉回路を介して放出すると同時
に蓄積される。本実施例においては、交流電源Eからの
入力電流ISは第13図(b)に示すように、ほぼ一定のフ
ラットな電流となる。整流装置Bの出力を平滑しない程
度にコンデンサC1,C2の値を小さく選ぶと、入力電流は
高周波リップルのないフラットな電流となり、入力波
形、力率が第4図と同様な効果を得ることができる。ま
た、トランジスタQ1,Q2に流れるコレクタ電流IC1,IC2
トランスT2の巻線n1,n2のインダクタンスにより定電流
化されてほぼフラットな直流電流となるので、スイッチ
ング損失が小さくなる。また、トランジスタQ1,Q2に印
加される電圧が低い時にスイッチングされることもスイ
ッチング損失の低減に寄与している。トランジスタQ1,Q
2の印加電圧VC1,VC2のピーク値は分圧回路のコンデンサ
C1,C2によって、第4図の回路と比べ半減することがで
きるので、耐圧の低いトランジスタを使用することがで
きる。従って、入力電圧が高い電源の場合でも耐圧の低
いトランジスタを使用できるので、コストが安くなり、
高周波特性のよい素子が使用できる。更に、出力トラン
スT1の1次巻線n1に中間タップを設けなくても良いの
で、出力トランスT1の構成が簡単になる。
(実施例2) 第14図は実施例2を示すものであり、第12図と異なると
ころは、トランジスタQ1に流れる電流を定電流化するト
ランスT2の一方の巻線n1を、トランジスタQ1のエミッタ
側に接続したものである。尚、分圧用コンデンサC1、ト
ランジスタQ1、出力トランスT1の1次巻線n1とコンデン
サC3との共振回路で、閉回路を構成し、分圧用コンデン
サC2、トランジスタQ2、出力トランスT1の1次巻線n1
コンデンサC3の共振回路で閉回路を構成し、両閉回路中
に他のトランスT2の各々の別巻線を接続し、この各々の
巻線が電磁的に結合したような構成でもよい。
(実施例3) 第15図は実施例3を示し、トランジスタQ1,Q2の駆動方
法として、制御回路Bによって制御するようにした他励
式の場合である。また、交流電源Eの代わりに電池のよ
うな直流電源Vを用いている。制御回路Bは第16図に示
すように、無安定マルチバイブレータで構成され、端子
a−bにて電源を受け、端子c−c′、d−d′より交
互にパルスが出力され、トランジスタQ1,Q2を交互に駆
動して放電灯Rを点灯するようにしている。本実施例に
おいても、前述の実施例と同様な効果を得ることができ
る。
(実施例4) 第17図は実施例4を示すものであり、分圧用コンデンサ
C1,C2を平滑用として兼ね、トランジスタQ1のエミッタ
をコンデンサC1の負端子に、トランジスタQ2のエミッタ
をコンデンサC2の負端子に夫々接続して構成したもので
ある。コンデンサC1、トランスT2の巻線n1、出力トラン
スT1の1次巻線n1とコンデンサC3との共振回路、トラン
ジスタQ1で第1の閉回路を構成し、コンデンサC2、出力
トランスT1の1次巻線n1とコンデンサC3の共振回路、ト
ランスT2の巻線n2、トランジスタQ2で第2の閉回路を構
成するようにしたものであり、これら閉回路内で、トラ
ンスT2の各巻線n1,n2に蓄積された電磁エネルギーを放
出すると同時に蓄積するようにしている。ダイオードD1
はコンデンサC2の電荷を第2の閉回路に供給するように
したものである。本実施例においても、前述の実施例と
同様な効果を得ることができる。
ここで、各実施例と第4図に示す従来例(特公昭57−58
035号公報)と比較して以下のような特徴を有する。す
なわち、トランスT2の巻線n1,n2を有することにより、
入力電流がほぼフラットな高周波の振動分のない電流が
流れるので、電源を閉回路する必要がないことや、力率
が向上できるという従来の特徴をそのまま生かしてい
る。また、コンデンサC1,C2は脈流電圧を分圧するため
のものである。更に、スイッチング損失などの電力損失
の低減や、雑音障害の軽減といった従来の特徴もそそま
ま生かせるものである。これは、第13図に示すように、
トランジスタQ1,Q2に流れる電流は、ほぼフラットな電
流で、しかも、印加される電圧が正弦波状になっている
ことから、上記特徴を達成できる。そして、電源におい
ても、交流電圧を整流し平滑しない脈流電圧に限定され
るものではなく、交流電圧を整流平滑した電源(第17図
に示す分圧回路を平滑用コンデンサC1,C2としたも
の)、あるいは、第15図に示す直流電源V(電池など)
を使用することができる。
〔発明の効果〕
本発明は上述のように、直流電源と、この直流電源の両
端に直列接続される第1,第2のコンデンサと、上記直流
電源の両端に接続される第1の巻線及び第1のスイッチ
ング素子との第1の直列回路と第2の巻線及び第2のス
イッチング素子の第2の直列回路とを直列に接続した回
路と、上記第1の直列回路と第2の直列回路との接続点
と第1,第2のコンデンサの接続点との間に接続される発
振用の出力トランスの1次巻線に少なくとも共振用コン
デンサを並列接続した振動回路とを備え、上記両スイッ
チング素子を交互にオンオフすることにより出力トラン
スの2次巻線に接続された負荷に高周波電源を供給する
ようにした放電灯点灯装置において、上記第1の巻線と
第2の巻線とを磁気結合した結合トランスを設け、該結
合トランスのそれぞれの巻線をインダクタンス要素とし
て作用させ、一方のスイッチング素子がオン時に上記結
合トランスの一方の巻線に蓄積された磁気エネルギー
が、電磁結合された他方の巻線を介して他方のスイッチ
ング素子のオン時に放出されるように結合トランスの第
1の巻線と第2の巻線との極性を構成したものであるか
ら、スイッチング素子に流れる電流はインダクタンスに
より定電流化されてほぼフラットな直流電源となり、そ
のため、スイッチング損失を小さくできる上に、スイッ
チング素子への印加電圧のピーク値は、分圧回路によっ
て従来と比べて半減することができ、そのため、耐圧の
低いスイッチング素子を使用することができ、従って、
入力電圧が高い電源の場合でも、耐圧の低いスイッチン
グ素子が使用できるので、コストが安くなり、高周波特
性のよいスイッチング素子を使用することができる効果
を奏し、また、従来のように出力トランスの1次巻線に
中間タップを設ける必要がなく、出力トランスの構成が
簡単になる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は従来の基本的インバータ回路の説明
図、第4図は従来の放電灯点灯装置の具体回路図、第5
図は同上の動作波形図、第6図〜第11図は他の従来の基
本的インバータ回路の動作説明図、第12図は本発明の一
実施例の具体回路図、第13図は同上の動作波形図、第14
図は同上の実施例2の具体回路図、第15図は同上の実施
例3の具体回路図、第16図は同上の制御回路の具体回路
図、第17図は同上の実施例4の具体回路図である。 Aはインバータ、C1,C2はコンデンサ、Q1,Q2はトランジ
スタ、T1は出力トランス、n1は1次巻線、n2は2次巻
線、Rは放電灯、C3は共振用コンデンサ、T2はトラン
ス、T2のn1は第1の巻線、T2のn2は第2の巻線である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源と、この直流電源の両端に直列接
    続される第1,第2のコンデンサと、上記直流電源の両端
    に接続される第1の巻線及び第1のスイッチング素子と
    の第1の直列回路と第2の巻線及び第2のスイッチング
    素子の第2の直列回路とを直列に接続した回路と、上記
    第1の直列回路と第2の直列回路との接続点と第1,第2
    のコンデンサの接続点との間に接続される発振用の出力
    トランスの1次巻線に少なくとも共振用コンデンサを並
    列接続した振動回路とを備え、上記両スイッチング素子
    を交互にオンオフすることにより出力トランスの2次巻
    線に接続された負荷に高周波電源を供給するようにした
    放電灯点灯装置において、上記第1の巻線と第2の巻線
    とを磁気結合した結合トランスを設け、該結合トランス
    のそれぞれの巻線をインダクタンス要素として作用さ
    せ、一方のスイッチング素子がオン時に上記結合トラン
    スの一方の巻線に蓄積された磁気エネルギーが、電磁結
    合された他方の巻線を介して他方のスイッチング素子の
    オン時に放出されるように結合トランスの第1の巻線と
    第2の巻線との極性を構成したことを特徴とする放電灯
    点灯装置。
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