JPH10228885A - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

無電極放電灯点灯装置

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JPH10228885A
JPH10228885A JP3077397A JP3077397A JPH10228885A JP H10228885 A JPH10228885 A JP H10228885A JP 3077397 A JP3077397 A JP 3077397A JP 3077397 A JP3077397 A JP 3077397A JP H10228885 A JPH10228885 A JP H10228885A
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JP
Japan
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voltage
discharge lamp
electrodeless discharge
induction coil
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Application number
JP3077397A
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English (en)
Inventor
Futoshi Okamoto
太志 岡本
Hiroshi Kido
大志 城戸
Yuji Kumagai
祐二 熊谷
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回路の損失、ストレス、容量等を低減する。 【解決手段】制御回路8により、パルス電圧のレベルが
所定値Vigを越えていない期間T0 で、誘導コイル2の
両端電圧V2 を低くするように、また、パルス電圧のレ
ベルが所定値Vigを越えている期間T1 では、誘導コイ
ル2の両端電圧V 2 が無電極放電灯1の始動に充分なレ
ベルとなるようにそれぞれ発振器7の発振周波数を切り
換える。すなわち、始動電圧のピーク値とほぼ同期して
誘導コイル2の電圧V2 を高くし、それ以外の期間T0
では電圧V2 を低くすることにより、回路電流が小さく
なって回路の損失やストレスを低減するができるととも
に、回路の電気容量も小さくすることができる。しか
も、始動電圧のピーク値近傍では充分な電圧を誘導コイ
ル2に印加しているから始動性能を低下させることがな
いものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電灯点灯
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】無電極放電灯に高周波電磁界を印加して
発光させる従来のこの種の無電極放電灯点灯装置を図6
に示す。この従来装置は、透光性のガラスバルブまたは
内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガ
ス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯1
と、無電極放電灯1の近傍に配置された誘導コイル2
と、誘導コイル2に高周波電力を供給する高周波電源回
路3と、誘導コイル2と高周波電源回路3のインピーダ
ンスを整合して無電極放電灯1に効率良く高周波電力を
伝達する整合回路4と、無電極放電灯1に設けられた始
動用細管11に近接配置される始動プローブ10と、始
動プローブ10により無電極放電灯1に始動電圧を印加
する始動回路6とを備えている。そして、高周波電源回
路3から誘導コイル2に数MHzから数百MHzの高周
波電流を流すことによって誘導コイル2に高周波電磁界
を発生させ、無電極放電灯1に高周波電力を供給し、そ
の内部に高周波プラズマ電流を生じさせて紫外線もしく
は可視光を発生させるようになっている。なお、高周波
電源回路3の発生する高周波電力の周波数は、他の通信
機器等に電波障害を与えないように、例えばISMバン
ドの13.56MHzとすることが望ましい。
【0003】高周波電源回路3は、直流電源Eの両端に
直列接続された一対のスイッチング素子Q1 ,Q2 、低
電位側のスイッチング素子Q2 の両端に接続された共振
用のインダクタL1 及びコンデンサC1 の直列回路から
成る増幅回路5と、各スイッチング素子Q1 ,Q2 のゲ
ートにそれぞれ2次巻線n21,n22が接続されたトラン
スTと、トランスTの1次巻線n1 に接続された発振器
7とを備え、発振器7の出力がトランスTの1次側に印
加されることにより、スイッチング素子Q1 ,Q2 が交
互に高周波でオン・オフされ、発振器7の出力が増幅回
路5で増幅された高周波電力が整合回路4を介して誘導
コイル2に供給されるのである。なお、整合回路4は誘
導コイル2に直列接続されるコンデンサC2 及び誘導コ
イル2に並列接続されるコンデンサC3 で構成されてい
る。
【0004】一方、始動回路6は直流電源Eの両端に接
続され、パルストランスPTの2次側に発生させた高電
圧を始動プローブ10により始動用細管11に印加する
ことで、無電極放電灯1にプラズマ放電を生じさせるも
のである。但し、始動用細管11を設ける代わりに無電
極放電灯1のガラスバルブに始動プローブ10を近接配
置して直接に始動電圧を印加するようにしてもよい。
【0005】ここで、始動回路6の動作をさらに詳しく
説明する。直流電源Eからの電源供給が開始されると始
動回路6のコンデンサC4 ,C5 が充電され、コンデン
サC 4 ,C5 の両端電圧が徐々に上昇する。コンデンサ
5 の両端電圧がスイッチング素子Zのブレークオーバ
電圧を越えると、スイッチング素子Zをターンオンさせ
てコンデンサC5 の充電電荷がスイッチング素子Z及び
抵抗R5 を介してサイリスタThのゲートに印加され、
サイリスタThがターンオンする。これにより、コンデ
ンサC4 の充電電荷が放電されるので、パルストランス
PTの1次側に瞬間的に大きな電流が流れ、パルストラ
ンスPTの2次側に高電圧が発生する(図7参照)。そ
して、コンデンサC4 の電荷が放電してしまうと、サイ
リスタThに流れる電流が保持電流以下となってサイリ
スタThがターンオフし、コンデンサC4 が再び充電さ
れ、上記動作を繰り返す。これにより、図7(c)に示
すようにパルストランスPTの2次側に間欠的に高い始
動電圧が発生する。
【0006】上述のように、始動回路6の働きで無電極
放電灯1にプラズマ放電が生じると、誘導コイル2から
供給される高周波電力と相伴ってリングプラズマを誘起
し、無電極放電灯1が点灯状態に移行する。なお、無電
極放電灯1が点灯すれば、制御回路8’によってスイッ
チング素子Q3 がオンされることにより、サイリスタT
hのゲートにトリガ信号が印加されなくなり、始動回路
6の動作が停止する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、始動回路6
から無電極放電灯1に印加される電圧V1 と、誘導コイ
ル2に生じる高周波電圧V2 とは図8に示すような関係
にあり、電圧V1 の周波数は誘導コイル2に生じる高周
波電圧V2 の周波数よりも低くなるように選定される。
無電極放電灯1内の上記プラズマ放電は、電圧V1 が所
定値Vigよりも大きくなったときに生じ、この間に誘導
コイル2の高周波電圧V2 が無電極放電灯1に印加され
ることで、点灯状態へと移行する。したがって、無電極
放電灯1を始動から安定な点灯状態へとスムーズに移行
させるためには、始動回路6からの電圧V1 の印加によ
ってプラズマ放電を誘起し、誘導コイル2から印加する
高周波電圧V2 でアーク放電に移行させればよく、この
ためには始動回路6から所定値Vig以上の電圧V1 と同
時に誘導コイル2から高周波電圧V2 を印加すればよ
い。つまり、図8(b)に示すように所定値Vig以上の
電圧V1 が印加される期間T1 において、誘導コイル2
の高周波電圧V2 が始動性に最も有効であることが判
る。反対に、電圧V1 が殆ど印加されていない間の高周
波電圧V2 は、相対的に始動性に対する効果が低いこと
になる。
【0008】しかしながら、無電極放電灯1を始動する
ためには、誘導コイル2の高周波電圧V2 を高くするよ
うに設計しなければならず、回路電流を大きくする必要
がある。よって、回路の損失やストレスが大きくなり、
回路の容量も大きくなるように設計しなければならな
い。上述のように、始動回路6からの電圧V1 の印加
と、誘導コイル2の高周波電圧V2 の印加を同時に行な
って無電極放電灯1を始動する場合、始動性能の割りに
は回路の損失やストレスが大きく、また、回路の容量を
大きくしなければならず、大型化してしまうという問題
があった。
【0009】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、回路の損失、ストレス、容量等を低減するこ
とができる無電極放電灯点灯装置を提供しようとするも
のである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、無電極放電灯と、無電極放電灯
の近傍に配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波
電力を供給する高周波電源回路と、誘導コイルと高周波
電源回路との間に設けられるインピーダンス整合用の整
合回路と、無電極放電灯に近接配置される始動プローブ
と、始動プローブに始動電圧を発生させる始動回路と、
誘導コイルに印加される電圧を少なくとも無電極放電灯
の始動に充分なレベルと始動に充分でないレベルに切り
換える切換手段とを備え、始動プローブの始動電圧が発
生していない期間が、誘導コイルに印加される電圧が無
電極放電灯の始動に充分でないレベルとなる期間を含む
ことを特徴とし、始動プローブの始動電圧が発生してい
る期間に、切換手段によって誘導コイルに印加される電
圧を無電極放電灯の始動に充分なレベルに切り換えるこ
とで無電極放電灯を始動させ、その他の始動プローブの
始動電圧が発生していない期間では、切換手段によって
誘導コイルに印加される電圧を無電極放電灯の始動に充
分でない低いレベルに切り換えることで誘導コイルに印
加される電圧を抑制し、回路の損失、ストレス、容量等
を低減することができる。
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、誘導コイルに印加される電圧の無電極放電灯の始動
に充分でないレベルを略ゼロとし、高周波電源回路から
誘導コイルに間欠的に電圧を印加して成ることを特徴と
し、回路の損失、ストレス、容量等をさらに低減するこ
とができる。請求項3の発明は、請求項1又は2の発明
において、誘導コイルに印加される電圧の無電極放電灯
の始動に充分でないレベルとなる期間を可変する手段を
備えたことを特徴とし、回路の損失、ストレス、容量等
を低減することができる。
【0012】請求項4の発明は、請求項1又は2の発明
において、始動プローブの始動電圧が発生していない期
間の長さと、誘導コイルに印加される電圧の無電極放電
灯の始動に充分でないレベルとなる期間の長さとを略同
一として成ることを特徴とし、回路の損失、ストレス、
容量等を低減することができる。請求項5の発明は、請
求項1〜4の何れかの発明において、切換手段が、高周
波電源回路の高周波出力の周波数を可変して成ることを
特徴とする。
【0013】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、切換手段が、高周波電源回路の高周波出力の周波数
を徐々に可変して成ることを特徴とし、高周波出力の周
波数を急激に変化させる場合に生じる無電極放電灯のち
らつきや点灯状態が不安定になるというような不具合の
発生を抑えることができる。請求項7の発明は、請求項
1〜4の何れかの発明において、切換手段が、高周波電
源回路に供給される直流入力電圧を可変して成ることを
特徴とし、回路構成の簡素が図れる。
【0014】請求項8の発明は、請求項1〜7の何れか
の発明において、無電極放電灯の点灯周波数を数MHz
から数百MHzとしたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)図1は本発明の実施形態1を示す概略回
路図である。なお、図1に示すように本実施形態の基本
的な構成は従来装置と共通であるので、共通する部分に
ついては同一の符号を付して説明は省略する。
【0016】本実施形態では、制御回路8によって、始
動回路6のパルストランスPTに設けた3次巻線n3
らパルストランスPTの2次側に発生するパルス電圧
(始動電圧)のレベルやそのパルス幅を検出し、検出し
たパルス電圧やパルス幅が所定値を越えた場合に高周波
電源回路3が具備する発振器7の発振周波数を切り換え
て、高周波出力の周波数を切り換えている。
【0017】例えば、高周波電源回路3と誘導コイル2
のインピーダンスが整合回路4による整合状態から外れ
る程度の周波数まで発振器7の発振周波数が切り換わる
と、誘導コイル2に供給される高周波電力が減少して誘
導コイル2の両端電圧V2 も低下する。あるいは、整合
回路4によってインピーダンスが整合される範囲内で、
定常点灯時の発振周波数よりも高い周波数に切り換える
ことで誘導コイル2の両端電圧V2 を高くしたり、反対
に低い周波数に切り換えることで両端電圧V2を低くす
ることができる。
【0018】すなわち、本実施形態においては、発振器
7の発振周波数を切り換える制御回路8にて、誘導コイ
ル2に印加される電圧V2 を少なくとも無電極放電灯1
の始動に充分なレベルと始動に充分でないレベルに切り
換える切換手段を構成している。制御回路8は、無電極
放電灯1の始動時において、図2に示すようにパルスト
ランスPTの2次側に発生するパルス電圧(始動電圧)
1 のレベルが所定値V igを越えていない期間T0 で、
誘導コイル2の両端電圧V2 を低くするように発振器7
の発振周波数を切り換えるとともに、パルス電圧V1
レベルが所定値V igを越えている期間T1 では、誘導コ
イル2の両端電圧V2 が無電極放電灯1の始動に充分な
レベルとなるように発振器7の発振周波数を切り換え
る。
【0019】而して、パルス電圧V1 のレベルが所定値
igを越えている期間T1 に、誘導コイル2の両端電圧
2 を無電極放電灯1の始動に充分なレベルにまで上げ
てやれば、始動回路6からの始動電圧V1 の印加によっ
てプラズマ放電を誘起し、誘導コイル2から充分な高周
波電力を供給することでアーク放電に移行させ、スムー
ズに無電極放電灯1を始動させることができる。なお、
無電極放電灯1の始動後は、制御回路8が発振器7の発
振周波数を定常点灯時の発振周波数(例えば、整合回路
4によってインピーダンス整合が取れるように設定され
た周波数)で発振させる。また、点灯判別回路9が誘導
コイル2に直列接続された検出抵抗R0によって無電極
放電灯1の始動を検出し、トランジスタQ3 をオンする
ことで始動回路6を停止させる。但し、検出抵抗R0
用いる代わりに、光電変換素子等を用いて無電極放電灯
1の光を検出することで始動の判別を行うようにしても
よい。
【0020】上述のように、始動電圧のピーク値とほぼ
同期して(始動回路6の始動電圧が所定値Vigを越えて
いる期間T1 だけ)誘導コイル2の電圧V2 を高くし、
それ以外の期間T0 では電圧V2 を低くすることによ
り、誘導コイル2の電圧V2 が間欠的に高いレベルと低
いレベルに切り換えられるため、回路電流が小さくなっ
て回路の損失やストレスを低減するができるとともに、
回路の電気容量も小さくすることができる。しかも、始
動電圧のピーク値近傍では充分な電圧を誘導コイル2に
印加しているから始動性能を低下させることがなく、特
に高輝度型の無電極放電灯(無電極HIDランプ)に有
効である。
【0021】なお、図3に示すように期間T0 における
誘導コイル2の電圧V2 を略ゼロとして、高周波電源回
路3から誘導コイル2に間欠的に電圧を印加するように
すれば、上記のように誘導コイル2に常時電圧を印加す
る場合に比較してさらに回路のストレスや損失、回路容
量の低減効果が大きくなる。また、誘導コイル2に電圧
2 を印加する期間の長さは、同図(b)に示すような
始動電圧V1 のレベルが所定値Vigを越えている期間T
1 、同図(c)に示すような始動電圧V1 のパルス幅に
略等しい期間T2 、あるいは同図(d)に示すような始
動電圧V1 のパルス幅よりも広い期間T3 としてもよ
い。この場合、始動性能の点では電圧V2の印加期間T
1 〜T3 が長い程に有利となるが、逆に回路のストレス
や損失、回路容量が大きくなる。そこで、始動性能と回
路損失等を相対的に評価して、誘導コイル2への電圧V
2 の印加期間を決定する必要がある。何れにしても、始
動電圧V1 が発生していない期間T0 が、誘導コイル2
に印加される電圧V2 が無電極放電灯1の始動に充分で
ないレベルとなる期間を含むようにすれば、従来例と同
等の始動性能を確保しながら、回路のストレスや損失あ
るいは回路容量の低減が図れるのである。なお、始動電
圧V1 のレベルを検出する方法として、パルストランス
PTの3次巻線n3 で検出する代わりに、例えばサイリ
スタThの電圧や電流を検出する等の他の方法を用いて
もよい。
【0022】ところで、上述のように誘導コイル2に印
加される高周波電圧の周波数を切り換えて電圧V2 を可
変する場合、発振器7の発振周波数を切り換える時に高
周波電源回路3の高周波出力の周波数が急峻に変化する
ため、無電極放電灯1がちらついたり、不安定になると
いった不具合が生じるおそれがある。そこで、制御回路
8によって発振器7の発振周波数fを切り換える際に、
図4(c)に示すように発振周波数fを徐々に上昇ある
いは下降させれば、誘導コイル2に印加される電圧V2
も徐々に変化することになるから(同図(b)参照)、
上記のような不具合の発生を防いで安定な動作を実現す
ることができる。なお、このように発振器7の発振周波
数fを徐々に変化させる手段は、従来周知の技術を用い
て実現可能であるから説明は省略する。
【0023】(実施形態2)実施形態1においては、高
周波電源回路3の発振器7における発振周波数を切り換
えることによって誘導コイル2の印加電圧V2 を可変し
ているが、本実施形態では、高周波電源回路3の動作電
源となる直流電源Eの電源電圧VE を可変することで誘
導コイル2の印加電圧V2 を可変するようにしている。
そのために本実施形態においては、図5に示すような昇
圧チョッパ回路(アクティブフィルタ回路)12を備え
ている。なお、他の構成については実施形態1と共通で
あるから、共通する部分についての図示並びに説明は省
略する。
【0024】昇圧チョッパ回路12は、交流電源ACを
整流するダイオードブリッジDB、インダクタL0 、ダ
イオードD1 、スイッチング素子Q4 並びに平滑コンデ
ンサC0 を具備し、チョッパ制御回路13によってスイ
ッチング素子Q4 がオンオフされ、且つそのデューティ
比が可変されることで直流出力電圧(平滑コンデンサC
0 の両端電圧)VE を可変するものである。
【0025】而して、実施形態1と同様に始動電圧V1
のピーク値近傍に同期して、昇圧チョッパ回路12の直
流出力電圧VE を高くするようにすれば、誘導コイル2
に印加される電圧V2 も高くすることができる。この場
合、高周波電源回路3の発振器7の発振周波数は一定で
よいから、MHz帯の発振周波数で動作する高周波電源
回路3の回路構成を簡略化することができるという利点
がある。
【0026】
【発明の効果】請求項1の発明は、無電極放電灯と、無
電極放電灯の近傍に配置される誘導コイルと、誘導コイ
ルに高周波電力を供給する高周波電源回路と、誘導コイ
ルと高周波電源回路との間に設けられるインピーダンス
整合用の整合回路と、無電極放電灯に近接配置される始
動プローブと、始動プローブに始動電圧を発生させる始
動回路と、誘導コイルに印加される電圧を少なくとも無
電極放電灯の始動に充分なレベルと始動に充分でないレ
ベルに切り換える切換手段とを備え、始動プローブの始
動電圧が発生していない期間が、誘導コイルに印加され
る電圧が無電極放電灯の始動に充分でないレベルとなる
期間を含むので、始動プローブの始動電圧が発生してい
る期間に、切換手段によって誘導コイルに印加される電
圧を無電極放電灯の始動に充分なレベルに切り換えるこ
とで無電極放電灯を始動させ、その他の始動プローブの
始動電圧が発生していない期間では、切換手段によって
誘導コイルに印加される電圧を無電極放電灯の始動に充
分でない低いレベルに切り換えることで誘導コイルに印
加される電圧を抑制し、回路の損失、ストレス、容量等
を低減することができるという効果がある。
【0027】請求項2の発明は、誘導コイルに印加され
る電圧の無電極放電灯の始動に充分でないレベルを略ゼ
ロとし、高周波電源回路から誘導コイルに間欠的に電圧
を印加して成るので、回路の損失、ストレス、容量等を
さらに低減することができるという効果がある。請求項
3の発明は、誘導コイルに印加される電圧の無電極放電
灯の始動に充分でないレベルとなる期間を可変する手段
を備えたので、回路の損失、ストレス、容量等を低減す
ることができるという効果がある。
【0028】請求項4の発明は、始動プローブの始動電
圧が発生していない期間の長さと、誘導コイルに印加さ
れる電圧の無電極放電灯の始動に充分でないレベルとな
る期間の長さとを略同一として成るので、回路の損失、
ストレス、容量等を低減することができるという効果が
ある。請求項6の発明は、切換手段が、高周波電源回路
の高周波出力の周波数を徐々に可変して成るので、高周
波出力の周波数を急激に変化させる場合に生じる無電極
放電灯のちらつきや点灯状態が不安定になるというよう
な不具合の発生を抑えることができるという効果があ
る。
【0029】請求項7の発明は、切換手段が、高周波電
源回路に供給される直流入力電圧を可変して成るので、
回路構成の簡素が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1を示す概略回路図である。
【図2】同上の動作を説明するための波形図である。
【図3】同上の動作を説明するための波形図である。
【図4】同上の動作を説明するための波形図である。
【図5】実施形態2における要部の概略回路図である。
【図6】従来例を示す概略回路図である。
【図7】同上における始動回路の動作を説明するための
波形図である。
【図8】同上の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1 無電極放電灯 2 誘導コイル 3 高周波電源回路 4 整合回路 6 始動回路 8 制御回路 10 始動プローブ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無電極放電灯と、無電極放電灯の近傍に
    配置される誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供
    給する高周波電源回路と、誘導コイルと高周波電源回路
    との間に設けられるインピーダンス整合用の整合回路
    と、無電極放電灯に近接配置される始動プローブと、始
    動プローブに始動電圧を発生させる始動回路と、誘導コ
    イルに印加される電圧を少なくとも無電極放電灯の始動
    に充分なレベルと始動に充分でないレベルに切り換える
    切換手段とを備え、始動プローブの始動電圧が発生して
    いない期間が、誘導コイルに印加される電圧が無電極放
    電灯の始動に充分でないレベルとなる期間を含むことを
    特徴とする無電極放電灯点灯装置。
  2. 【請求項2】 誘導コイルに印加される電圧の無電極放
    電灯の始動に充分でないレベルを略ゼロとし、高周波電
    源回路から誘導コイルに間欠的に電圧を印加して成るこ
    とを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯点灯装置。
  3. 【請求項3】 誘導コイルに印加される電圧の無電極放
    電灯の始動に充分でないレベルとなる期間を可変する手
    段を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の無電
    極放電灯点灯装置。
  4. 【請求項4】 始動プローブの始動電圧が発生していな
    い期間の長さと、誘導コイルに印加される電圧の無電極
    放電灯の始動に充分でないレベルとなる期間の長さとを
    略同一として成ることを特徴とする請求項1又は2記載
    の無電極放電灯点灯装置。
  5. 【請求項5】 切換手段は、高周波電源回路の高周波出
    力の周波数を可変して成ることを特徴とする請求項1〜
    4の何れかに記載の無電極放電灯点灯装置。
  6. 【請求項6】 切換手段は、高周波電源回路の高周波出
    力の周波数を徐々に可変して成ることを特徴とする請求
    項5記載の無電極放電灯点灯装置。
  7. 【請求項7】 切換手段は、高周波電源回路に供給され
    る直流入力電圧を可変して成ることを特徴とする請求項
    1〜4の何れかに記載の無電極放電灯点灯装置。
  8. 【請求項8】 無電極放電灯の点灯周波数を数MHzか
    ら数百MHzとしたことを特徴とする請求項1〜7の何
    れかに記載の無電極放電灯点灯装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007200793A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 高圧放電灯点灯装置
JP2013534037A (ja) * 2010-07-13 2013-08-29 セラビジョン・リミテッド マグネトロンを動力源とするランプ

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JP2007200793A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 高圧放電灯点灯装置
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