JPH076890A - けい光ランプ点灯装置 - Google Patents

けい光ランプ点灯装置

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JPH076890A
JPH076890A JP6095340A JP9534094A JPH076890A JP H076890 A JPH076890 A JP H076890A JP 6095340 A JP6095340 A JP 6095340A JP 9534094 A JP9534094 A JP 9534094A JP H076890 A JPH076890 A JP H076890A
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fluorescent lamp
voltage
frequency
high frequency
khz
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JP6095340A
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Inventor
Kenichi Inui
健一 乾
Hisao Kobayashi
久夫 小林
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】けい光ランプを低電圧で始動させることがで
き、効率を大幅に向上して省電力化を図れ、実用的なけ
い光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。 【構成】電源投入後の計時時間を計時するタイマ手段30
を設けると共に、ランプの始動時には50KHz以上の
高周波電圧を印加して、ランプを低電圧で始動させ、タ
イマ手段が所定期間を計時した後は、100KHz未満
でかつ始動時よりも低い周波数の高周波電圧で付勢して
点灯を持続させる制御手段13とを有する。 【効果】低圧始動して無負荷電圧とランプ電圧との差を
小さくして省電力を実現できる。また、コンデンサバラ
スト形の点灯装置において誘発される異常高電圧の発生
も防止できると共に、装置の小形化、絶縁グレードの低
下等を図れ、さらに、電力線を介して伝達されるラジオ
ノイズ、けい光ランプから輻射される電波雑音障害の問
題を軽減できるけい光ランプ点灯装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はけい光ランプを高周波電
力で始動、点灯するけい光ランプ点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、けい光ランプ等の放電灯を高周波
点灯するものは多数提案されている(例えば特開昭47
−44978、特開昭47−44978号公報、特開昭
51−1257585号公報、特開昭52−44978
号公報)。
【0003】これらは、放電灯を数KHz〜数100K
Hzあるいはそれ以上の高周波電圧で放電灯を付勢する
ものである。しかし、高周波電圧を得るためのスイッチ
ング素子として一般的に用いられるトランジスタ、サイ
リスタを数10KHz以上の周波数で作動させること
は、スイッチングに伴う電力損失を増大させたり、場合
によっては格別なスイッチング制御装置を必要とする。
また数10KHz以上の高周波点灯装置を用いると電力
線を介して伝達するラジオノイズの問題が生じたり、放
電灯から輻射される高周波雑音による電波障害の問題も
生じる。したがって、実際には放電灯を50KHz以下
の20〜30KHz程度の高周波電圧で放電灯を付勢す
るものが実用範囲であり、このようなものについて研究
が行われている。
【0004】しかし、上記のように50KHz以下の高
周波電圧で放電灯を付勢するものにおいてもつぎのよう
な問題がある。すなわち、放電灯は数KHz〜数10K
Hzの高周波電圧で付勢された場合には、始動電圧が商
用周波数の場合に比較して高くなることが知られている
が、このため、高い無負荷電圧が必要となり、この結
果、無負荷電圧とランプ電圧の差が大きくなる。しか
し、この差は単にバラストに分担されるのみで発光には
何等寄与しないのであるから、効率が低く抑えられてし
まうものであった。すなわち、省電力効果には限界があ
った。また、高い無負荷電圧を得るためには大形の昇圧
トランスを用いなければならないとともに、バラストも
前記電圧差を分担するためには大形のものを用いる必要
があるから、高周波点灯の重要な利点の一である装置の
小形化に対し、自ら制限を加えるものであった。さらに
無負荷電圧が高くなることによる問題は、電気絶縁を強
化しなければならなかったり、接地の必要性を生じた
り、高価な部品を使用しなければならなくなったりする
ことである。
【0005】また、けい光ランプの点灯前の発振周波数
が150KHzであり、ランプが始動すると、コンデン
サバラストの共振作用に伴い、発振周波数が40KHz
に推移する点灯装置が米国特許第3611021号明細
書に示されている。
【0006】しかしながら、このものは、ランプ始動後
に二次側共振回路の共振回路定数を一定に維持して、高
電圧を発生させつつ、効率よくランプを点灯させること
を目的とするものであり、高周波点灯においてけい光ラ
ンプの始動電圧が高くなることを解決することについて
は何等知見がない。
【0007】さらには、けい光ランプの寿命末期に半波
放電が生じると、発振周波数推移を生じさせるバラスト
としてのコンデンサが原因となって、異常な高電圧の発
生を誘発し易いという支障があり、そのため、一般照明
用の点灯装置として実用的なものではなかった。
【0008】すなわちこのものは、ランプの寿命末期等
に発生する半波放電時の直流電流成分が、バラスト作用
を行うコンデンサに充電されることによって、スイッチ
ング素子にサージ電流が流れ、その結果、そのスイッチ
ング素子を破壊する虞があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上述
の種々の問題を解決するためになされたもので、けい光
ランプを低い電圧で始動させることができ、もって効率
を大幅に向上して省電力化を図れ、さらには、実用的な
けい光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、放電灯の始
動電圧と付勢電圧の周波数との関係について徹底的に研
究した結果、付勢電圧の周波数を数KHzから高くして
いくに従い始動電圧は商用周波数のときよりいったん高
くなるが、さらに周波数を高めていくと、始動電圧が低
下していき、付勢電圧の周波数を50KHz以上にする
と始動電圧は低下傾向を示し、さらに100KHz以上
であれば、その始動電圧を商用周波数の場合よりも極め
て低くするできることをつきとめた。すなわち、本発明
者は、高周波領域のけい光ランプの始動性が付勢電圧の
周波数に依存すること、および、50KHzを堺として
けい光ランプの始動特性が大きく変化することを初めて
見出したものである。図1〜図4は上記結果の一例を示
すもので、図1はけい光ランプFLR110Hw/Aの
場合、図2はFLR110Hw/A/102の場合、図
3はFLR40Sw/Mの場合、図4はFLR40Sw
/M/37の場合である。
【0011】図1〜図4はいずれも横軸が付勢電圧の周
波数(f)、縦軸が始動電圧(Vs)であり、各図にお
いて(イ)は周囲温度が摂氏25度、(ロ)は15度、
(ハ)は5度の場合を示す。図1および図2のものは1
0KHzから周波数を高くしていくにしたがって始動電
圧が低下し、図3および図4のものは略50KHzをピ
ークとして50KHz以上では始動電圧が低下し始めて
いる。このように図1〜図4からも付勢電圧の周波数が
50KHz以上であれば、始動電圧がピーク値よりも低
下し、好ましくは100KHz以上とすることにより一
層低下することが明らかである。なお、このように、5
0KHz以上とすることにより始動電圧がピーク値より
も低くなる結果は、他のけい光ランプに関しても同様で
あった。
【0012】本発明は上記結果に基づきなされたもの
で、高周波電源への電源投入からけい光ランプの始動に
必要な所定期間経過後に信号を出力するタイマ手段を設
けると共に、けい光ランプの始動時に少なくとも50K
Hz以上の高周波電圧とし、タイマ手段の信号に応じて
100KHz未満でかつ始動時よりも低い周波数の高周
波電圧となるように上記高周波電源の出力周波数を変化
させる制御手段とを具備したことを特徴とする。さらに
は、その周波数の推移を異常高電圧を誘発するコンデン
サバラストを使用することなく行わせることを構成上の
特徴とするものである。
【0013】なお、始動時の周波数を50KHz以上の
どの程度にするかは、けい光ランプの種類等に応じて選
択すればよい。また、始動後の周波数を100KHz未
満のどの程度にするかも、高周波雑音、スイッチングに
よる電力損失等を考慮して選択すればよいものである。
【0014】
【作用】本発明は、けい光ランプの始動時は、50KH
z以上の高周波電圧を印加して低い電圧でけい光ランプ
を始動し、けい光ランプの始動に必要な所定期間経過後
は100KHz未満でかつ始動時よりも低い周波数の高
周波電圧を印加することにより、けい光ランプの点灯を
維持する。
【0015】始動時の周波数が50KHz未満である
と、図1〜図4からも明らかなように、すべてのけい光
ランプの始動電圧を低下させることが困難である。ま
た、始動後(点灯中)の周波数が始動時の周波数よりも
高く、さらに、100KHz以上であると、上述のよう
に高周波発生装置に一般的に用いられるトランジスタ、
サイリスタ等のスイッチングロスが増大するとともに、
ラジオノイズおよび電波障害等高周波雑音による悪影響
が顕著となるものである。
【0016】したがって、けい光ランプの始動時は50
KHz以上(好ましくは始動電圧が著しく低下する10
0KHz以上)であり、始動後は始動時の周波数よりも
低く、かつ100KHz未満(好ましくは可聴周波数領
域を避けることができる16.5KHz以上)であるこ
とが必要である。
【0017】なお、けい光ランプの始動電圧が、50K
Hz以上の場合に低下することの理由は必ずしも明らか
ではないが、本発明者の種々の実験によれば、始動電圧
が低下することが確認されたものである。
【0018】また、周波数の推移をコンデンサバラスト
用いることなく行っているため、けい光ランプの寿命末
期等に生ずる半波放電に伴う異常高電圧の発生を防止で
き、実用的なけい光ランプ点灯装置が提供できるもので
ある。
【0019】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図5および図6を
参照して説明する。(1)は50KHz以上の高周波電
圧および50KHz未満の高周波電圧を出力可能な高周
波電源であり、(2)はこの高周波電源(1)の出力に
より付勢されるけい光ランプである。本実施例において
は前記高周波電源(1)は、周波数が50KHz以上た
とえば100KHz以上の高周波電圧を出力する第1の
高周波発生装置(3)と、周波数が100KHz未満
(30KHz程度)の高周波電圧を出力する第2の高周
波発生装置(4)とを有し、これら第1および第2の高
周波発生装置(3)、(4)を切換え可能に構成されて
いるものである。すなわち、前記第1および第2の高周
波発生装置(3),(4)の入力端を切換え装置(5)
を介して電源(6)に接続し、この電源(6)を前記け
い光ランプ(2)の始動に際しては第1の高周波発生装
置(3)に接続し、けい光ランプ(2)の始動後(点灯
中)に相当する電源投入から所定期間後は、第2の高周
波発生装置(4)に接続するものである。(7)は前記
切換え装置(5)を制御する制御装置で、図示しない電
源スイッチに連動するタイマの出力により、前記切換え
装置(5)を前記けい光ランプ(2)の始動に応じて制
御するものである。前記けい光ランプ(2)はたとえば
図2に始動特性を示したFLR110Hw/A/102
である。
【0020】つぎに本実施例の作用を説明する。まず、
けい光ランプ(2)の始動時は、制御装置(7)が切換
え装置(5)を制御して第1の高周波発生装置(3)に
電源(6)を接続する。したがって、このとき第1の高
周波発生装置(3)のみが作動し、第2の高周波発生装
置(4)は作動しないから、けい光ランプ(2)には5
0KHz以上たとえば100KHz以上の高周波電圧が
印加される(図6(ニ)期間)。前記けい光ランプ
(2)は図2に示されるように印加電圧の周波数が50
KHz以上であれば、低温時を考慮しても電圧が360
Vで十分始動可能であり、同じく100KHzであれば
320V、200KHzであれば280Vで十分始動可
能である。したがって、第1の高周波発生装置(3)
は、10KHz以上50KHz未満の高周波電圧で始動
させようとする場合に比し、低い電圧を出力するもので
よい。この場合、第1の高周波発生装置(3)のコンデ
ンサ(8)はけい光ランプ(2)が始動した際の限流要
素として作用する。けい光ランプが始動し、電源が投入
されてからの所定期間を後述のタイマ手段が計時する
と、制御装置(7)が切換え装置(5)を制御して電源
(6)を第1の高周波発生装置(3)から第2の高周波
発生装置(4)に切り替える。したがって、第1の高周
波発生装置(4)は不作動になるとともに、第2の高周
波発生装置(4)が作動して50KHz未満の高周波電
圧をけい光ランプ(2)に供給する(図6(ホ))。こ
のとき、けい光ランプ(2)はすでに始動しているか
ら、第2の高周波発生装置(4)の出力電圧は、けい光
ランプ(2)のランプ電圧に接近した低い電圧でよい。
また、このときは、第2の高周波発生装置(4)のイン
ダクタ(9)が限流要素として作用する。
【0021】以上のように、けい光ランプ(2)を低い
電圧で始動できることにより、無負荷電圧とランプ電圧
との差を小さくして省電力化を実現できる。また、第1
の高周波発生装置(3)には大形の昇圧トランスを用い
る必要がなく、限流要素としてのコンデンサ(8)も小
形化できる。また、第2の高周波発生装置(4)の出力
電圧はランプ電圧に近い低い電圧でよいから、限流要素
としてのインダクタ(9)も小形化でき、さらに、第2
の高周波発生装置(4)の基本周波数は始動時の周波数
よりも低く、また100KHz未満であるから、スイッ
チング素子による電力損失、高周波成分によるラジオノ
イズおよび電波障害の問題も著しく軽減できる。また、
上記実施例において、第1の高周波発生装置(3)のコ
ンデンサ(8)は始動時の僅かな所定期間のみ限流作用
を行うものであり、けい光ランプの点灯中は、コンデン
サバラスト用いることなく上述の誘導性バラストである
インダクタ(9)が限流作用を行うため、けい光ランプ
の寿命末期等における点灯中に半波放電が生起されて
も、過度の異常電圧が発生することがない。すなわち、
コンデンサバラスト用いて、ランプ点灯前後の共振作用
の変化に伴い周波数が遷移するものにあっては、ランプ
寿命末期に半波放電に伴う異常電圧が発生する不具合が
あったが、上記実施例によれば、コンデンサバラストを
用いることなしに周波数の遷移が可能であるため、けい
光ランプ点灯中の半波放電に伴う異常電圧の発生をも防
止できる。なお、本実施例において、第1および第2の
高周波発生装置(3),(4)を同時に作動させてお
き、これらの出力を切換えてけい光ランプ(2)に供給
するようにしてもよい。
【0022】図7は本発明の他の実施例を示すものであ
る。図5と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。本実施例において、高周波電源(10)は、出力周
波数が50KHz以上たとえば100KHz以上の第1
の高周波発生装置(11)、同100KHz未満の第2
の高周波発生装置(12)を有してなるものであるが、
第1の高周波発生装置(11)は第2の高周波発生装置
(12)の出力の一部を入力電力の一部とするもので、
けい光ランプ(2)の始動時は第1の高周波発生装置
(11)の出力と第2の高周波発生装置(12)の出力
とを同時にけい光ランプ(2)に印加するものである。
【0023】けい光ランプ(2)の始動に要する期間経
過後は、基本的に図5の制御装置(7)と同様な制御装
置(13)により、第1の高周波発生装置(11)は作
動を停止するものである。本実施例における第1および
第2の高周波発生装置(11),(12)の出力周波
数、出力電圧値は図5に示した実施例と同様であるので
説明を省略する。
【0024】図8は本発明のさらに他の実施例を示すも
のである。本実施例において、高周波電源(20)は出
力周波数を変化可能なたとえばインバータ(21)を有
するものである。そして、本実施例も、図5および図7
に示した実施例と同様に、タイマ手段がけい光ランプ
(2)の点灯に要する所定期間を計時した後、制御装置
(22)により、前記高周波電源(20)からの出力電
圧の周波数を変化させるものである。本実施例の作用
は、上記図5および図7に示した実施例の説明および上
記構成の説明から容易に理解されるので説明を省略す
る。
【0025】図9は本発明の具体的な一実施例を示すも
ので、前記図5の実施例に対応するものである。したが
って、図5と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略
する。 本実施例において第1の高周波発生装置(3)
および第2の高周波発生装置(4)はともに類似構成の
トランジスタインバータ(In1)、(In2)を有し
てなるものであるが、インバータ(In1)は発振周波
数が100KHz以上、インバータ(In2)は発振周
波数が50KHz未満たとえば30KHzに設定されて
いる。上記インバータ(In1)、(In2)はよく知
られているので、詳細な説明は省略するが、インバータ
(In1)においては出力トランス(T1)と共振用コ
ンデンサ(C1)との基本共振周波数を100KHz以
上に設定してあり、インバータ(In2)においてはイ
ンダクタ(L)と共振用コンデンサ(C2)との基本共
振周波数を50KHz未満に設定してある。制御装置
(7)はたとえばタイマ回路(30)とリレーの励磁コ
イル(31)とからなり、電源(6)の投入後、上記タ
イマ回路(30)の時定数に応じて励磁コイル(31)
が付勢され、切換え装置(5)としての接点を切換える
ものである。すなわち、切換装置(5)は、常時は第1
の高周波発生装置(3)側に接しており、励磁コイル
(31)に制御されて第2の高周波発生装置(4)側に
切換えるようになされているものである。したがって、
上述したように、始動時においてはけい光ランプ(2)
に100KHz以上の高周波電圧を印加し、電源が投入
されてから所定期間後は50KHz未満の高周波電圧を
印加できるものである。ここで、タイマ手段における所
定期間は、けい光ランプが始動し得るよう十分な時間、
例えば一般的なけい光ランプにおいては1〜2秒程度に
設定されるようにそれら抵抗やコンデンサの定数を定め
ておけばよい。なお、本実施例において、第2の高周波
発生装置(4)のインダクタ(9)は限流作用ととも
に、上述のように共振回路の一部としても作用するもの
である。第1の高周波発生装置(3)のコンデンサ
(8)も、けい光ランプ(2)が始動した際には限流作
用と共振作用とを兼ねる。なお、ここで第1の高周波発
生装置(3)のコンデンサ(8)は主として相対的に低
周波成分の電流を除去するフィルタとして実質的に作用
するものであり、また、始動時の僅かな所定期間にのみ
限流作用を伴うものである。したがって、けい光ランプ
の点灯中は、上述の誘導性バラストであるインダクタ
(9)が限流作用を行うため、けい光ランプの寿命末期
等に半波放電が生起されても、過度の異常電圧が発生す
ることがなく、スイッチング素子の破壊等を低減できる
ものである。また、電源(6)はたとえば交流電源の整
流化脈流電源であるが、整流平滑化電源あるいはバッテ
リ等でもよい。
【0026】図10は本発明のさらに他の具体的実施例
を示すもので、図8の実施例に対応するものである。し
たがって、図8と同じ部分には同じ符号を付して説明を
省略する。本実施例の高周波電源(20)も図9に示し
たインバータと類似のインバータ(In3)を有してな
るものである。本実施例においては、上記インバータ
(In3)の発振周波数をけい光ランプ(2)の始動前
は50KHz以上に、所定期間後は50KHz未満に切
換えるもので、たとえば共振回路の定数を変化すること
によって上記周波数の切換えを行うものである。すなわ
ち、図10においては、インバータトランス(T3)と
共振回路を形成する共振用コンデンサ(C3)に対して
コンデンサ(50)およびスイッチ(51)の直列回路
を並列接続し、前記スイッチ(51)をけい光ランプ
(2)の始動前においてはOFFしておき、電源投入か
ら所定期間経過後はONすることによって、基本共振周
波数すなわち出力電圧の周波数を切換えるものである。
共振周波数を切換える手段としては、図11のように共
振コンデンサ(C4)に対してインダクタ(60)およ
びスイッチ(61)の直列回路を並列接続し、けい光ラ
ンプ(2)の始動前においては、前記スイッチ(54)
をONし、所定期間経過後はOFFするようにしてもよ
い。また、図12に示すように発振信号の周波数を変化
可能な発振器(70)を有する他励式インバータ(In
5)であってもよい。ただし、図12に示す実施例にあ
っては矩形波出力となる。
【0027】前記スイッチ(51)、(61)および発
振器(70)の制御装置(52),(62),(71)
としては図9に示したような制御装置(7)やタイマ手
段(30)を用いればよい。
【0028】なお、本発明は以上の実施例に限られず種
々の変形を可とするものである。例えば高周波電源とし
てはトランジスタインバータに限られずサイリスタイン
バータ、チョッパ等を有するものでもよく、トランジス
タインバータあっても上記実施例のプッシュプル方式の
ものの他、たとえば一石式、ハーフブリッジ方式および
フルブリッジ方式のもの等、周知のものを用いることが
できる。また、電源投入からの所定時間を計時するタイ
マ手段にあってもCRの時定数回路によるものの他、た
とえば機械的なタイマや電子式のタイマ等、周知のもの
を用いることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、けい光ラ
ンプの始動電圧が50KHz以上の高周波電圧を印加さ
れることにより相対的に低下する特性に着目し、けい光
ランプの始動時は50KHz以上、電源投入から所定期
間経過後は100KHz未満でかつ始動時よりも低い周
波数の高周波電圧となるように上記高周波電源の出力周
波数を変化させることによって、低圧始動して無負荷電
圧とランプ電圧との差を小さくして省電力を実現でき
る。また、けい光ランプ点灯前後の共振作用の変化に伴
い周波数が遷移するコンデンサバラスト形の点灯装置に
おいて誘発される異常高電圧の発生も防止できると共
に、装置全体の小形化、従来装置に比し絶縁グレードの
低下等を図れ、さらに、電力線を介して伝達されるラジ
オノイズ、けい光ランプから輻射される電波雑音障害の
問題を軽減できるけい光ランプ点灯装置を提供できるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】けい光ランプの始動特性を示す波形図。
【図2】けい光ランプの始動特性を示す波形図。
【図3】けい光ランプの始動特性を示す波形図。
【図4】けい光ランプの始動特性を示す波形図。
【図5】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図6】本発明の一実施例の作用を示す図。
【図7】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【図8】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【図9】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。
【図10】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。
【図11】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。
【図12】本発明の具体的な一実施例を示す回路図。
【符号の説明】
(1),(10),(20)・・・高周波電源 (2)・・・けい光ランプ (3),(4),(11),(12),(21)・・・
高周波発生装置 (7),(13)・・・制御装置 (9),(15)・・・誘導性バラスト (30)・・・タイマ手段 (In1)〜(In5)・・・インバータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力する高周波電圧の周波数が変化可能な
    高周波電源と;この高周波電源の出力により付勢される
    けい光ランプと;このけい光ランプが点灯中に、このラ
    ンプと直列的に接続される誘導性の限流要素と;高周波
    電源への電源投入からけい光ランプの始動に必要な所定
    期間経過後に信号を出力するタイマ手段と;上記けい光
    ランプの始動時に少なくとも50KHz以上の高周波電
    圧とし、上記タイマ手段の信号に応じて100KHz未
    満でかつ始動時よりも低い周波数の高周波電圧となるよ
    うに上記高周波電源の出力周波数を変化させる制御手段
    と;を具備したことを特徴とするけい光ランプ点灯装
    置。
  2. 【請求項2】制御手段は、タイマ手段が信号を出力した
    後に50KHz未満の高周波電圧となるように高周波電
    源の出力周波数を変化させることを特徴とする請求項1
    記載のけい光ランプ点灯装置。
  3. 【請求項3】制御手段は、タイマ手段が信号を出力した
    後に16.5KHz以上50KHz未満の高周波電圧と
    なるように高周波電源の出力周波数を変化させることを
    特徴とする請求項1記載のけい光ランプ点灯装置。
  4. 【請求項4】制御手段は、自励形インバータの共振回路
    定数を変化することによって高周波電源の出力周波数を
    変化可能にするように構成されたことを特徴とする請求
    項1〜3いずれか一記載のけい光ランプ点灯装置。
  5. 【請求項5】高周波電源は、他励式インバータを有する
    ことを特徴とする請求項1〜3いずれか一記載のけい光
    ランプ点灯装置。
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