JPS5818236Y2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JPS5818236Y2
JPS5818236Y2 JP1976085268U JP8526876U JPS5818236Y2 JP S5818236 Y2 JPS5818236 Y2 JP S5818236Y2 JP 1976085268 U JP1976085268 U JP 1976085268U JP 8526876 U JP8526876 U JP 8526876U JP S5818236 Y2 JPS5818236 Y2 JP S5818236Y2
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村瀬孝夫
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日本電気ホームエレクトロニクス株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は放電灯点灯装置に関するものであり、特に放
電空間にガラス繊維などのような再結合面を増大させる
部材が混入された特殊な放電灯を点灯するのに適した毎
半サイクルスタート点灯方式の放電灯点灯装置に関する
成る種の特殊な放電灯として、再結合面を増加し得る固
体を電極間の空間に設けられた低圧ガス放電灯が提案さ
れている。
特に、最近開発されたこの種の低圧ガス放電灯では、放
電灯を流れる電流の強度を同じとした場合に放電灯の管
電圧を著しく増大させることができる。
加えて、この低圧ガス放電灯は、従来の放電灯において
放電灯電流の増大による放電灯電力の増大によって生じ
る種種の欠点(たとえば放電灯に供給される電気エネル
ギを有効な放射線に変換する効率の低下)を減少するこ
とができる。
このような低圧ガス放電灯についてより詳細に説明しよ
う。
先ず、再結合面を増加し得る固体は、少くとも、放電空
間の軸線に沿って測った電極間の距離りの/2の長さt
(>/)の区域に亘って放電空間に疎に分布される。
そして、前記固体の体積υと前記固体の分布して(・る
区域の長さtとの商(/l)をfミクロンで表わし、前
記電極間の距離りと放電空間断り 面の直径dとの商(1)をλで表わし、前記λを5とし
た場合に、前記固体の体積υと前記放電υ
−71 空間の体積Vとの商(/V)を3X10 /と32
f XIO/、 との間の範囲に設定される。
前記固体は、好ましくはグラスウール、たとえば石英グ
ラスウールまたは金属ウール、たとえばタングステンウ
ールのようなフィラメントウールを以って構成すること
ができるが、絶縁材にて単に棒状に構成して放電空間の
軸線方向に位置させることもできる。
他方、従来から市場に出回っている放電灯は、たとえば
電源電圧100ボルトに対して管電圧が55ボルトにな
るように設計されている。
それに対して上述した低圧ガス放電灯は管電圧を非常に
増大させることができる。
例えば、75体積係のアルゴンと25体積係のネオンと
の混合気体および水銀を2−5Torr充填した40W
低圧水銀蒸気放電灯において、放電空間に太さが36μ
のグラスウールを1401rIIj充填した改良放電灯
と、この放電灯と同じ構造でグラスウールを充填しない
在来放電灯とを比較すると次のように、効率および管電
圧が向上している。
しかし、このような管電圧を非常に増大たとえば電源電
圧近くまで増大させ得る放電灯を点灯するのに最適な放
電灯点灯装置が望まれよう。
それゆえに、この考案の主たる目的は上述の要求を満足
し得る放電灯点灯装置を提供することである。
この考案のその他の目的および特徴は図面を参照して行
なう以下の詳細な説明からより一層明らかとなろう。
この考案は、概説すれば、毎半サイクルスタート点灯方
式を用いた放電灯点灯装置により上述した特殊な放電灯
を効率よ(点灯するものである。
この考案の中心となる毎半サイクルスタート点灯方式の
特徴をより明確に理解するために、先ず従来点灯方式の
機構について説明しよう。
すなわち、げい光ランプ用放電灯点灯装置として従来は
例えば第1図に示すような回路構成のものが使用されて
いる。
この構成は交流電源AGに限流装置としての限流チョー
クCHを介して放電灯FLを接続し、一方散電灯FLに
振動回路R′を並列接続したものである。
この構成によれば電源ACを接続すると同時に振動回路
Kが発振動作を開始して、その発振電流によって放電灯
FLのフイラメン)f、f’を加熱すると共にその端子
間に始動所要電圧E 8 t、よりも高い発振出力電圧
を印加する。
そして放電灯FLのフィラメントf、f’が十分加熱さ
れ、放電灯GLの始動所要電圧がEstに低下し?iに
、前記発振出力によって始動され遅相点灯する。
一旦点灯すると放電灯FLの端子電圧が管電圧VTに低
下する為、振動回路R′は発振を維持することができな
くなり動作を停止し、放電灯FLは電源ACから限流チ
ョークCHを介して供給される電圧によって点灯維持さ
れる。
点灯中における管電圧VT及び管電流iTの波形を観測
すると第2図A、Hのような波形である。
この管電圧VT 、管電流iT及び電源電圧eの波形か
ら各瞬時における限流チョークCHのエネルギー変化を
求めると同図Cに示す波形になる。
この波形から理解できるように電源電圧eが管電圧VT
より高い期間(tl〜t2)は(s 1 =J”、 (
e −VT )iTdt)なるエネルギーが一方的に増
加して限流チョークCHに蓄積される。
電源電圧eが管電圧VTより低下すると、蓄積エネルギ
ーは放出状態に転する。
エネルギーを放出する期間は電源電圧eが管電圧vTよ
り低い期間(t2〜t3)であって、3 この期間(t2〜t3)に(s2=J′t(e−vT)
1Tdt)なるエネルギーが放出されることになる。
限流チョークCHの大きさは蓄積エネルギーの最大値に
基づいて定まる。
すなわち限流チョークCHは蓄積エネルギーs1の最大
振幅に耐えるようにその容量を選定しなげればなら、な
い。
この場合蓄積エネルギー(s1〜s2)がOになる時点
は後続の半サイクルの管電流iTが立上り時点よりも遅
れる。
したがって再点弧時に残留エネルギーが放出されて放電
灯FLの点灯維持に寄与することも期待できる。
しかしながら基本的には放電灯FLの再点弧電圧ERs
tは再点弧時において電源電圧eを下廻らなければなら
ない。
このことは電源電圧eと比較して管電圧vTのピーク値
vTPを高くできないことを意味する。
実際在来の放電灯の場合管電圧VTの実効値vTは電源
電圧eの実効値Eの乃程度に設定さへしたがって限流チ
ョークCHの端子電圧VCHの実効値VCHは電源電圧
eの実効値Eの恥以上に設定される。
前述した限流装置の欠点は更に第3図に示す放電灯FL
の垂下特性曲線aと限流チョークCHのインピーダンス
負荷線b(この場合簡単のためにインピーダンスを抵抗
と仮定した抵抗負荷線として示す。
)によって説明することができる。即ち点灯中における
放電灯FLの管電圧vTと管電流ITは垂下特性曲線a
に添って矢印で示すように右方向に移動し、負荷線すと
の交点イで安定するものであって、この交点イの位置を
決定する負荷線すの傾き(限流チョークCHのインピー
ダンス)は極めて重要である。
例えば限流チョークCHを小型化する為にインピーダン
スを低くシ、負荷線を破線Cのように緩傾斜にすると、
その交点口は大幅に右方へ移動し、管電流ITが過大に
なって限流チョークCHは却って大型になる。
従ってこの点からも上記構成においては限流チョークC
f(の小型化は実現できない。
そのため、前記欠点を解消する毎半サイクルスタート点
灯方式が提案された。
前述したように本考案はこの毎半サイクルスタート点灯
方式を利用した放電灯点灯装置を提供しようとするもの
であるから、以下にこの考案の毎半サイクルスタート点
灯方式の動作並びに特徴を説明する。
第4図はこの毎半サイクルスタート点灯方式に基づいて
構成された低圧放電灯用放電灯点灯装置の一実施例の一
回路構成を示す。
同図において、ACは交流電源であって限流装置の一例
としての限流チョークCHと放電灯FLの直列回路が接
続されている。
この放電灯FLは前述したガラスウール等を含む特殊な
低圧放電灯である。
前記限流チョークCHには2次巻線W20が巻かれてい
て、この2次巻線W20の一端が放電灯FLのフィラメ
ントfの一端イに結ばれ、他端が昇圧回路Rに接続され
ている。
前記昇圧回路RはサイリスタSおよびはねかえり昇圧イ
ンダクタLの直列回路とコンデンサCを並列接続して構
成された振動回路R′に間欠発振用コンデンサC1を直
列接続した回路であって、この昇圧回路Rの一端は前述
した2次巻線W20の一端に接続され、他端は放電灯F
Lのフィラメントf′の一端口に接続されている。
PRHは前記昇圧回路Rの発振出力によって導通駆動さ
れて放電灯FLのフィラメン)f、f’を予熱する電子
式フィラメント予熱回路であって、サイリスタSPと前
記発振出力をブロックする高周波ブロック用インダクタ
NLとの直列回路から成り、放電灯FLの両フィラメン
トf、f’の間に直列に接続されている。
なお、前記昇圧回路Rは間欠的に発振動作する限りにお
いては、トライアック等のゲート付サイリスタを用いる
もの、更にはインバータ若しくはパルス発生器を用いた
高圧発生回路に置換することもできる。
次に上記構成の動作について説明する。
まず電源ACを接続すると、限流チョークCHを介して
放電灯FLに電源電圧eが印加されると共に、限流チョ
ークCHの2次巻線W20を介して昇圧回路Rにも電源
電圧eが印加される。
昇圧回路Rにおいては、電源電圧e)−間欠発振用コン
デンサC1を介してサイリスタSに印加され、このサイ
リスタSをブレークオーバさせる為に振動回路「が発振
動作を開始する。
この発振動作は間欠発振用コンデンサC1がなげれば継
続するものであるが、間欠発振用コンデンサC1がある
為に電源電圧eの立上り部分において各半サイクル毎に
間欠的に発振するものとなる。
今、電源電Eeの半サイクルについて考えると、上述の
ようにして振動回路R′が発振動作を開始すると、間欠
発振用コンデンサC1が電源電圧eを相殺する方向の極
性に充電される。
したがってその端子電圧vc1が上昇してゆき、電源電
圧eとの差の電圧がサイリスタSのブレークオーバ電圧
VBOに満たなくなると、サイリスタSがオフ状態のま
まとなって、振動回路R′は発振を停止させられる。
それゆえこの半サイクルにおける以後の期間は間欠発医
用コンデンサC1の端子電圧vc1が一定値に保たれた
ままで、振動回路R′は発振停止している。
しかし電源電圧eが次の半サイクルに転じると、電源電
圧eが前の半サイクルの電圧とは逆極性の電圧になる為
、この電圧と間欠発振用コンデンサC1に前の半サイク
ルで充電された端子電圧vc1との和の電圧が振動回路
R′に加わり、この和電圧によってサイリスタSがブレ
ークオーバして発振を開始する。
しかし発振と同時に間欠発振用コンデンサC1の端子電
圧vc1が極性を急速に反転して再び電源電圧eを相殺
する方向に充電され、やがて振動回路R′の発振を停止
させる。
従って間欠発振用コンデンサC1の急速反転期間のみ振
動回路R′が発振を行ない、その期間のみ電源ACから
間欠発振用コンデンサC1を通じて振動回路R′に電流
が流れる。
この動作は以後の各半サイクルにおいても同様に行なわ
れる。
第5図Aはこの状態を示す各部の電圧電流波形図であっ
て、eは電源電圧、vclは間欠発振用コンデンサC1
の端子電圧を示したものであって、この電圧の急速反(
転)時のみ間欠発振用コンデンサC1に図示のように発
振電流iclが流れ、またこの期間だげ昇圧回路Rの両
端に高周波高電圧の発振出力VRを生じる。
前記発振出力VRは限流チョークCHの1次巻線W10
と2次巻線W20で分圧され、さらに2次巻線W20の
分圧電圧が2次巻線W20から1次巻線W10に電磁誘
導され、電源電圧eに逆極性に重畳されて放電灯FLと
フィラメント予熱回路PRHとに印加される。
するとフィラメント予熱回路PRHにおいては、高周波
ブロック用インダクタNLを介してサイルスタSPに前
記電圧が印加され、サイリスタSpは電圧の急変効果(
即ちv /dt効果)によって導通駆動される。
従って間欠発振位相の後端において電源ACからの電流
がフィラメントf1サイリスタSP% インダクタNL
フィラメントf′を通じて流れ、フィラメントf、f’
が予熱され始める。
前記サイリスタSpは昇圧回路Rの発振出力VRが予熱
回路PRHに印加される度毎に導通駆動され、サイリス
クSPが導通されている期間f、f’に電源ACから電
流が流れて予熱が行なわれる。
かくしてフイラメン)f、f’が充分予熱され、放電灯
FLの始動所要電圧がEBtに低下すると、昇圧回路R
からの発振出力vHにトリガされて放電灯FLが始動さ
れる。
放電灯FLが点灯されると、間欠発振勢力は殆んどが導
通化された放電灯FL中に流れ、また残余の勢力は高周
波ブロック用インダクタNLにて吸収され、更にサイリ
スタSPのブレークオーバ電圧VBOを管電圧のピーク
値vTPより充分高く設定することにより、サイリスタ
Spは導通しなくなる。
なおサイリスタSPのブレークオーバ電圧が非常に高げ
れば場合によっては高周波ブロック用インダクタNLを
省略することもできる。
しかしながらそのようなサイリスタは、現時点において
は一般的で無くまた高価である。
従って点灯後はフイラメン)f、f’の予熱が停止した
状態で放電灯FLが電源ACの各半サイクル毎に発振出
力VRによって始動され乍ら電源電圧eによって点灯維
持される(第5図B参照)。
尚、第4図において予熱回路PRHはフィラメントトラ
ンスによる電極予熱同格と置き換えても良いことは勿論
である。
点灯中において、管電圧vTは第6図Aに示すように間
欠発振期間による休止期間を持った矩形波となる。
そのために管電圧VTの実効値vTは、在来点灯方式の
90〜95係程度の値を示す。
放電灯FLは各半サイクルの立上り部分において発振出
力VRにより強制的に再点弧される。
すなわち各再点弧時において放tTF″Lには電圧発振
出力VRが印加されることによりイオンの消滅が防止さ
れると共に、昇圧回路Rに流れる間欠的な電流1clが
2次巻線W20を流れることにより、これに対応する2
次巻線W20の端子電圧は1次巻線W10との結合を介
して急激に高まる低周波電圧を放電灯FLに印加する。
管電流iTの立上り位相は電源電圧eの変動にかかわら
ず一定位相を保ち、そのために毎サイクルスタート点灯
方式における管電流の変動率は安定インピーダンスの減
少にかかわらず良好である。
この場合放電灯FLはグロー放電による再点弧電圧ER
stを伴わず、再点弧すると直ちにアーク放電に移行す
る。
−力先に述べた従来の点灯方式においては、放電灯FL
は電源電圧eによって再点弧する為に、再点弧電圧ER
atに伴ってグロー放電を生じ、その後アーク放電に移
行する。
従って管電圧VTは第2図Aに示すように立上がり時大
きなスパイク電圧VTPを生じ、以後漸減する波形を呈
す。
次に電源ACから放電灯FLに流入する管電流iTは第
6図Bに示すように発振期間以外の期間(t2〜t4)
に流れている。
発振期間(t1〜t2)。(t4〜t5)は電源ACか
ら昇圧回路Rに電流iclが流れている。
同図Cはこの電流ic1の2倍の電流波形を示している
2倍にする理由&六前記電流i。
1が限流チョークCHO増磁性に結合された1次巻線W
10と2次巻線W20の双方に流れかつ一般に1次巻線
W10と2次巻線W2O0巻数が等しい結果、恰も1次
巻線W10に2倍の電流が流れたのと同一の効果を生じ
ることによる。
前記管電圧VTIs管電流iT、昇圧回路Rへの電流i
1並びに電源電圧eの波形から限流チョークCHのエネ
ルギー変化を算出すると同図り、Eに示す波形となる。
図りは発振出力VRによって限流チョークCHに蓄積さ
れるエネルギーを示す。
このエネルギーの総計81は tst−只τ(e−vR)2i cl ・dt )で与
えられる。
図Eは電源電圧eによって点灯が維持されている期間に
限流チョークCHに蓄積及び限流チョークCHから放出
するエネルギーを示す。
電源電圧eが管電圧vTまり高(・期間(t、 2〜t
3)はエネルギーが蓄積され、その総エネルギーS2は
、(s2=J’ (e−vT)iTdt、)で与えら
レル。
逆2 に管電EVTのほうが電源電圧eより、高い期間(t3
〜t、i)は前記蓄積エネルギーを放出し、その総放出
エネルギーS3は、 了t3 (S3= t4(e−vT)iTdt)で与えられる。
ただし、これは第6図に示す波形の場合についてである
すなわち一般的に云えばSlはエネルギーを蓄積するも
のであるから、S2.S3共に放出側に廻ったとしても
放電が維持される。
そのような場合管電圧VTは明らかに電源電圧eを上達
る。
ともあれ、第6図に示す波形の場合には、S1+52=
S3なる関係が成立する。
例数なら本構成においては各半サイクル毎に発振出力V
Rによって強制的に再点弧させられるから、先に述べた
従来の点灯方式のように前のサイクルで蓄積されたエネ
ルギーを次のサイクルに持ち越すことが点灯維持の為の
必須条件とはならないからである。
次に第6図に示す波形に基づいて毎半サイクルスタート
点灯方式における小型化の理由を説明すれば次の通りで
ある。
但し簡単のために、管電流iTの時刻t2における初期
値を零と仮定し、かつ間欠発振用コンデンサC1による
エネルギーの蓄積部分を無視する。
そのような場合、管電流iTは次のように算出できる。
但し、L&劃側流チョークCHのインダクタンス、電源
電圧e=Emsinθ、θ=ωt、蓄電EVTの振幅は
vTmとし、管電流iTの出現する期間をψ1=sin
−1vTm/Emからθ=π+ψ2の期間とする。
/2の場合について計算すれば第7図のようになる。
第7図からvTrnとEmが小さくなるとiTが激減す
ることが知れる。
例えばVT m、/E m−h/ 2の場合はvT”/
Em= 、12の場合に比較して電流0.l ITか乃に減少する。
したがって、同一の電流iTを得るのに必要な限流チョ
ークCHのインダクタンスLはl/7となるわけである
このことは限流チョークCHの端子電圧VCHを激減で
きることを意味し、それだけ限流チョークCHのインピ
ーダンスを減少でき、それだけ小型化することができる
またインピーダンスを小さくし得ることはインピーダン
ス負荷線(第3図参照)の傾斜を緩やかにしてもさしつ
かえないことを意味し、このことは放電灯FLの垂下特
性曲線との交点が第3図に示す程大きく右に移動しなI
7′r−ことを意味する。
即ち、毎半ザイクルスタート点灯方式の場合は放電灯F
Lの垂下特性曲線が略水平或いは正傾斜しており、且つ
略直線であることを意味する。
この点灯方式の最大の利点は上記のように限流チョーク
CHの端子電圧VCHすなわち蓄積エネルギーを在来放
電灯を在来点灯方式で点灯する場合の名○程度、改良放
電灯を在来点灯方式で点灯する場合のA程度にも減少せ
しめ得ることになる。
これによって電力損失もそれぞれ/i 0− /4程度
迄に減少することが期待出来、回路系の総合効率もそれ
ぞれ約25%、15%の向上を期待することができる。
また、限流チョークCHに2次巻線W20を設けて、こ
の2次巻線W20を昇圧回路Rと直列接続したので、2
次巻線W20の誘導性インピーダンスを利用して昇圧回
路Rの入力インピーダンスを低下せしめて、入力電流i
clを増大して昇圧回路Rの高周波出力エネルギを増大
できるので、再点弧エネルギが不足して再点弧動作が不
能ないし不確実になったり、間欠発振用コンデンサC1
の容量を増大して昇圧回路Rの入力電流1clを増大す
る場合のように、放電灯FLの発光期間が減少して発光
効率が低下することもないという顕著な効果がある。
更にこのような点灯方式によれば電源電圧eと管電流i
Tの位相差が従来点灯方式よりも小さいので、力率改善
コンデンサは不要となり或いは極端に小容量とすること
が可能である。
また第1図の従来装置のように電源電圧によって放電灯
FLを再点弧するものに比し、昇圧回路Rの高圧発振出
力で強制的に放電灯FLを再点弧するので、比較的電源
電圧の変動による光束変動が小さく・。
以上の詳細な説明から、毎半サイクルスタート点灯方式
は従来点灯方式に比べてきわめて優れていることが理解
されよう。
加えて、この考案の最も重要な特徴および効果は、放電
空間に再結合面を増加させ5る例えばガラスウール等の
固体を分布させて管電圧を非常に高くした特殊な放電灯
に対して毎半サイクルスタート点灯方式の放電灯点灯装
置が相当な高効率で有効に用いられるということである
なお、毎半サイクルスタート点灯方式の放電灯点灯回路
の一例として第4図に示したが、勿論この回路に限定さ
れるものでないのはいうまでもない○
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の放電灯点灯装置の一例を示す電気回路図
である。 第2図は第1図に示す装置の各部の電圧、電流ならびに
エネルギー波形図である。 第3図は第1図に示す装置における放電灯の垂下特性図
である。 第4図はこの考案の毎サイクルスタート点灯方式の放電
灯点灯装置の一実施例を示す電気回路図である。 第5図は第4図に示す装置の各部の電圧および電流波形
図を示す。 第6図は第4図に示す装置における要部の電圧、電流お
よびエネルギー波形図である。 第7図kN電流の流れる期間と管電流との関係を示す。 図において、ACは低周波交流電源、CHは限流装置、
W2Oは2次線輪、FLは放電灯、Rは高圧発生手段(
昇圧回路)、C1は間欠発振用コンデンサ、Cはコンデ
ンサ、s、spはサイリスタ、Lははねかえり昇圧イン
ダクタである。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 低周波交流電源と、 1次巻線および2次巻線を有する限流装置と、前記限流
    装置の1次巻線を介して前記低周波交流電源電圧が与え
    られる放電灯と、 前記限流装置の1次巻線および2次巻線を介して前記低
    周波交流電源によって付勢されて、前記低周波交流電源
    電圧の各半サイクル毎に間欠的に高周波高圧出力を発生
    する、コンデンサに対してサイリスタおよびはねかえり
    昇圧インダクタの直列回路を並列接続しかつ少な(とも
    前記サイリスタに対して間欠発振用コンデンサを直列接
    続して構成された高周波出力発生手段とを備え、前記放
    電灯は、ガス放電における再結合面を増加し得る固体を
    電極間の空間に有し、それによって管電圧を前記低周波
    交流電源電圧に近づけられたものであることを特徴とす
    る放電灯点灯装置。
JP1976085268U 1976-06-28 1976-06-28 放電灯点灯装置 Expired JPS5818236Y2 (ja)

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JPS4928176A (ja) * 1972-07-12 1974-03-13
JPS5131082A (ja) * 1974-07-11 1976-03-16 Philips Nv

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JPS533479U (ja) 1978-01-13

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