JPS61135094A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JPS61135094A
JPS61135094A JP59257788A JP25778884A JPS61135094A JP S61135094 A JPS61135094 A JP S61135094A JP 59257788 A JP59257788 A JP 59257788A JP 25778884 A JP25778884 A JP 25778884A JP S61135094 A JPS61135094 A JP S61135094A
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discharge lamp
circuit
inverter
voltage
frequency
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勝己 佐藤
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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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】 〔技術分野〕 この発明は、インバータと共振回路とにより、放電灯に
高周波電力を供給して始動点灯させる放電灯点灯装置に
関するものである。
〔背景技術〕
第8図ないし第10図に従来例を示す。
第8図において、Vsは交流電源、DBはダイオードブ
リフジ、CIは平涜用コンデンサ、inは他動式でハー
フブリフジ型のインバータ、Tは発振トランス、Reは
直列共振回路、Laは放電灯である。
インバータInは、2石のスイッチングトランジスタ7
r1.Tr2と、逆流防止用のダイオードDI、D2と
、発振用のコンデンサc2.c3と、前記トランノ・ス
タTr1.Tr2を交互にオン・オフ制御する制御回路
Con1とから構成されている。
共振回路Reは、放電灯Laに直列接続されたインダク
タンス素子りと放電灯Laに並列接続されたコンデンサ
C4とから構成されている。そして、共振回路Reおよ
び放電灯Laが放電灯回路Diを構成している。
この放電灯点灯装置は、放電灯しaの始動点灯 “時に
、インダクタンス素子りとコンデンサC4からなる直列
共振回路Reにより共振昇圧させ、コンデンサC4に高
電圧を印加して放電灯Laを点灯させるものである。
この従来例では、インバータInの発振周波数rを、イ
ンダクタンス素子りのインダクタンスLとコンデンサC
4の静電容量C4で決定される共振周波数fo(−1/
2πCr三7)よりも低く設定している。その理由とし
ては、次の事柄が挙げられる。
第9図は、放電灯Laが不点灯時(接続されていない時
)のインバータInの発振周波数「とコンデンサC4の
両端電圧VC4との関係を示す。
この図から明らかなように、インバータInの発振周波
数rが、インダクタンス素子りとコンデンサC4の共振
周波数fo付近においては、j<「0領域の方が、コン
デンサC4の両端電圧VC4の変化がゆるやかであり、
回路定数のばらつきを考慮すると、f>(oV1域に比
べ、r<fo領領域方がはるかに始動性能が良いことが
わかる。
すなわち、「〉「0頌域で発振周波数を設定すると、回
路定数のわずかなばらつきによって始動不能になる確率
が非常に高い。このような理由から、従来例においては
、放電灯始動時の発1辰周波数をf<foの領域で設定
していた。
ところが、このように発振周波数を設定した場合には、
次のような問題点がある。
f<f o領域における各部の電圧lt流の波形を示す
第1O図かられかるように、(<tow4域においては
、発振トランスTの2次誘起電圧に対し負荷電流の位相
が進んだいわゆる進相モードになる。したがって、発振
トランスTの1次II+に流れる電流11も進相モード
となる。
この電流1.は、ある瞬間においてトランジスタTry
、Tr2.ダイオードD、、D2のいずtか1つに流れ
るが、電流i1がどの半導体に流れているかを示したも
のが第1O図中の■〜■である。ここで、■・・・Tr
l 、■・・・DI、■・・・T r 2、■・・・D
2のように対応している。
例えば、ダイオードD、に流れた後、トランジスタTr
2に電流+lが流れることになる。つまり、ダイオード
D1がONした後、トランジスタTr2がONするため
トランジスタT r 2がONした直後、ダイオードD
、の逆回復時間の間、ダイオードD1のカソード−Dl
のアノード−トランジスタ7r2のコレクターT r 
2のエミッタを通して、電源短絡による突入電流が流れ
る。トランジスタTr1がONした直後も同様に、ダイ
オードD2の逆回復時間の間、トランジスタTr1−ダ
イオードD2を通して突入電流が流れる。
したがって、例えば放電灯Laが接続されていない輿負
荷状態において、この状態が1!続されると、トランジ
スタ等の半導体素子の発熱増大に伴う動作不安定、さら
には破壊に至ることがあったこのため、従来例において
、例えば突入電流防止用回路を挿入するとか、インバー
タInの発振周波数を間欠的に進相モード(第9図にお
いて「<fo領領域と遅相モード(f>to領領域で揺
らす手段が用いられることがあるが、突入電流を完全に
防止することは不可能であり、また損失も増大するとい
う問題があった。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、インバータを構成する半導体素子に
対する突入電流を防止して半導体累r−の劣化、破壊が
抑制されるとともに、始動点灯の安定性が高い放電灯点
灯装置を提供することである。
〔発明の開示〕
この発明の放電灯点灯装置は、直流または整流電圧を高
周波電圧に変換するインバータと、このインバータの出
力側に接続した放電灯回路と、この放電灯回路において
放電灯に直列接続したインダクタンス素子および前記放
電灯に並列接続したコンデンサからなる共振回路と、前
記インバータの発振周波数を前記共振回路の共振周波数
よりも高い状態に維持する制御回路とを備えたものであ
る。
この発明の構成の概略を第り図および第2図に示す。す
なわち、インバータInの発振周波数rを一制御回路C
onによって、放電灯無負待状態においてインダクタン
ス素子りとコンデンサC4の共振周波数ro(−1/2
πβ璽)より高い領域に維持することによってコンデン
サC4の両端電圧Vc4を放電灯laの始動電圧VSt
よりも高くして放電灯Laを点灯させるものである。
このようにインバータInの発振周波数rを遅相モード
に維持するように構成したので、インバータInを構成
するトランジスタやダイオードなどの半導体素子に突入
電流が流れることが防止される。
したがって、半導体素子の劣化、破壊が抑制されるとと
もに、突入電流による昇温も防止して放電灯の始動点灯
が安定性のあるものとなる。
実施例 この発明の第1の実施例を第3図および第4図に基づい
て説明する。まず、第3図に示す回路について説明する
VSは交流電源、DBはダイオードブリツノ、C,は平
滑用コンデンサ、Inはインバータである。インバータ
Inの基本部分は従来例と同様であり、2石のトランジ
スタTr1.Tr2と、ダイオードD1.D2と、コン
デンサc、、c2とから構成されている。
Diは放電灯回路であり、従来例と同様に、インダクタ
ンス素子りおよびコンデンサC3からなる共振回路Re
と、放電灯Laを有するほか、放電灯Laのフィラメン
トを予熱するための予熱トランスCT、、cT2と予熱
用スイッチStの直列回路が放電灯Laに並列接続され
ている。
Conは、インパークinの2つのトランジスタTrl
 、Tr2を交互にオン・オフ制御するとともに、イン
パークInの発塩周波数「を共振回路Reの共振周波数
「0よりも高い状態に維持するための制御回路であるに
の制御回路Conは、直流1r*Eと、制御信号入力源
として放電灯回路D+に挿入したカレントトランスCT
3を有している。
カレントトランスCTIには整流用ダイオードD3と平
滑用コンデンサC9とが接続され、さらにトランジスタ
Trりのベース・エミッタ間に接続されている。トラン
ジスタT r 3のコレクタは、抵抗R11,R1を介
して直流電源Eに接続され、抵抗R11,RIの接続点
がコンデンサC5を介し、また抵抗RIOを介して接地
されているとともに、コンパレータIC2の正入力端子
に接続されている。抵抗値について、Ru  ((RI
、Rhoである。
IC,は、汎用タイマ用IC“555°を利用して構成
した無安定マルチバイブレータであり、この無安定マル
チバイブレークIC,は、抵抗R2、R3およびコンデ
ンサC6の時定数で発振周期が定められるとともに、制
御入力端子5ピンに入力される直流電圧により出力端子
3ビンからの出力パルスのデユーティ比および周波数を
変化させるものである。すなわち、入力直流電圧が高く
なるに従って、出力パルスのデユーティ比が小さくなり
、周波数が低くなる。なお、周波数のみを変化させるよ
うに構成してもよい。
出力端子3ピンはトランジスタTr4のベースに接続さ
れ、そのコレクタはPNP形トランジスタT r 5の
ベースに接続され、トランジスタT r 5のコレクタ
はT−フリップフロップIC,のT人力に接続されてい
る。このT−フリップフロップIC3は、無安定マルチ
バイブレークIC,(+)出力パルス波形を1/2分周
して、Q出力およびQ出力を交互に出力するものである
。すなわち、無安定マルチバイブレーク■C1の出力パ
ルスが“H”レベルになるごとに出力Q、  Qが反転
する。
Q出力に接続された抵抗R8とコンデンサC8とが遅延
回路を構成しており、同様にd出力に接続された抵抗R
9とコンデンサC7とがi!!延回延金路成している。
これらの遅延回路は個別にンユミソト回路IC4,IC
5に接続されている。
これらの遅延回路はンエミ7ト回路IC4゜IC5とと
もに、舞安定マルチバイブレータIG。
のQ、 Q出力からの出力波形が同時的に“H”レベル
となる区間が生じるのを防止するためのいわゆるデッド
・タイムをつくるものである。
シュミット回路1 c4.I asの出力端は、各々ト
ランジスタTr6.Tr7のベースに接続され、そのコ
レクタは発1辰トランスT、、T2の1次巻線を介して
直流電源已に接続されている0発振トランスT、、T2
の2次巻線は、それぞれインバータInのトランジスタ
Try、Tr2のベース・エミッタ間に接続されている
つぎに動作を第4図に基づいて説明する。
(、N  予熱状態 ■ 電源を投入すると、予熱用スイッチS1がONとな
っているので、予熱トランスc”r、。
C70によって放電灯Laが予熱される。
この状態では、カレントトランスCT 3に電圧が誘起
され、制御回路ConのトランジスタT r 3がON
となる。コンデンサC5の両端電圧は、R10羽R11
から、はぼR11・E/ (R+ +Ru)となり、無
安定マルチバイブレータIC,の制御入力端子5ピンの
入力電圧も同し値となっている。この入力電圧はゼロレ
ベルに近い値である(第4図(B))。
■ l制御入力端子5ビンの入力電圧が低いfコめに、
無安定マルチハイブレークIC,の出力端子3ピンの出
力パルスは、デユーティ比が大きくかつ周波数「も高い
(第4図(C))。この状態での発振周波数fは、第2
図における共振周波数r。
よりも十分高くなるように設定しておく。
無安定マルチバイブレータICIの出力パルスが1H”
レベルにあるとき、トランジスタTr4がONL、トラ
ンジスタT r 5もONするため、T−フリップフロ
ップIC3のT入力は°)(”レベルとなる。無安定マ
ルチバイブレークIC,の出力パルスが1L”レベルに
なると、トランジスタT r 4 、 Tr5が0FF
L、T−フリップフロ7プIC,のT人力は1L6レヘ
ルとなる。したがって、T−フリップフロップIC3の
Q、 Q出力は交互に反転する(第4図(D)、  (
E))。
■ Q出力が遅延回路(Ra、Cq)を介してシュミッ
ト回路[C4に人力され(第4図(F))Q出力が遅延
回路(R9,C?)を介してシュミット回路1csに入
力される(第4図(G))。
各シュミット回路IC,,Icsは、入力電圧がスレ7
シヨルド電圧Vref4.Vref5を超えた状態で出
力する(第4図(H)、  (I))。
前記の遅延回路とシュミット回路[C,、I C。
の動作により、シュミット回路IC4とシュミット回路
IC5の出力パルスが同時には生じない。
すなわち、両者の出力パルス間にはデッド・タイムが存
在する(第4図(H)、  (,1)”I 。
■ シュミット回路■C4の出力パルスはトランジスタ
T r 6をON・0FFL、発振トランスTIを発振
させてインバータInのトランジスタT r (をON
・OFF制御する。シュミット回路ICらの出力パルス
はトランジスタ7r7をON・0FVL、発振トランス
T2を発振させてインバータlnのトランジスタTr2
をON・OFF制御する。
これによって、インバータInが動作し、発振トランス
Tに高周波1次電圧■1が生しるとともに、1m流+ 
1 カaレル(1411(L) ) 、 コの1大型t
LIIは1大電圧V、に対して遅相モードとなっている
■ 発振トランスTの発振により、その2次例に出力電
圧vTが生じるとともに、出力電流I Tが流れる(第
4図(J))。この出力電流ITも遅相モードである。
出力電流ITによって、共振回路ReのコンデンサC4
の両端に電圧VC4が生しる(第4図(K))。このコ
ンデンサC4の両端電圧Vc4は第2図の始動電圧VI
iTよりも低いため、放電灯1. aは点灯するに至ら
ない。
■ 第4図(M)は、インバータlnにおける2つのト
ランジスタTr1.Tr2および2つのダイオードD1
.D2に電流が流れる区間を■〜■で示したものである
。■はトランジスタT r 1に流れる区間、■はダイ
オードD2に流れる区間、■はトランジスタTr2に流
れる区間、■はダイオードDIに流れる区間である。電
流は■−■−■−■の順、すなわち、トランジスタTr
1−ダイオードD2−トランジスタTr2−ダイオード
D1の順に流れる。そして、トランジスタTr。
がOFFした後においてダイオードD2がONとなり、
トランジスタT r 2が0FFL、た後においてダイ
オードD、がONとなる。つまり、従来例のようにダイ
オードD1.D2の逆回(夏期間中にトランジスタTr
2.TrlがONとなって突入電流が流れるといった区
間がない。
(11)  始動状態 ■ 予熱用スイッチS1がOFFした直後にカレントト
ランスCT3に誘起電圧が発生しなくなり、トランジス
タT r 3が0FFI大態となる。したがって、コン
デンサC5には、抵抗R1を通して充電電流が流れ始め
、無安定マルチバイブレークIC,の制御入力端子5ビ
ンの電圧が徐々に上昇し始める(図(B))、これによ
って、無安定マルチバイブレークIC,の出力端子3ビ
ンからの出力パルスのデエーティ比および周波数が徐々
に低下していく。したがってインバータInの発振周波
数が低下して、インダクタンス素子1.とコンデンサC
4の共振周波数foに連続的に近づいていくため、放電
灯Laにかかる印加電圧つまりコンデンサC4の両!1
ilW圧Vc4が徐々に上昇していき(図(K)) 、
始動電圧VS丁に至ったところで放電を開始する。
■ この始動状態においても、インバータInのトラン
ジスタT r 1 、 T r 2 、ダイオードD1
゜D2について、電流が流れる順序は不変であり、かつ
、ある時刻においてはいずれか1つのみの半導体素子に
しか流れないため、突入電流は生じない。
(I[I)  点灯状態 ■ 点灯後は、カレントトランスCT、の誘起電圧によ
りトランジスタ7r3がON伏状態なり、予熱時と同じ
発振周波数において点灯を維持する。
以上説明してきたように、この発明の放電灯点灯装置は
、インバータInの発振周波数fがインダクタンス素子
りとコンデンサc4の共振周波数foより高い領域にお
いて放電灯Laを始動点灯させることができるため、従
来例にみられた突入電流の問題を回避できる。なお、点
灯時の発振周波数を予熱時の発振周波数と等しくする必
要はない。また、xti回路Conは、rがVC4≧V
STに該当する[0の近いところに設定したままのもの
でもよいが、fを次第に近づけて始動し、点灯後にfo
から遠ざけるようにすると、VC4が始動時より低下す
るため、fを固定する場合に比べて電力ロスが少なくな
る。
第2の実施例を第5図ないし第7図に基づいて説明する
これらの図において、第1の実施例に係る第3図および
第4図で用いたのと同一符号は、その符号が指す部品2
部分、要素等と同様のものを指す。
この実施例は、第1の実施例の作用に加えて、放電灯の
ランプ電圧を検出し、制御回路にフィードバンクするこ
とによって、放電灯の不点灯状態(放電灯が接続されて
いない、いわゆる無負荷状態)を検出し、2次電圧を一
定レベル以上にしないようにしたものである。
放電灯回路Diにおいて、放電灯Laに、抵抗R12,
R13の直列回路が並列接続され、抵抗R13の両端に
ダイオードD5とコンデンサCIOの直列回路が接続さ
れている。コンデンサCIQに抵抗R14が並列接続さ
れ、ダイオードD5のカソードと抵抗RI4の接続点が
コンパレータIC6の非反転入力端子に接続されている
0反転入力端子は抵抗R1’l。
RIGの接続点に接続され、抵抗RI5は直流NRVc
cに接続されている。
コンパレータlC6の出力端子に抵抗R1?、RI8の
直列回路が接続され、抵抗RI[]に発光ダイオードD
4が並列接続され、この発光ダイオードD4と7オトカ
プラPCをつくるフォトトランジスタT r gがトラ
ンジスタT r 3のコレクタに接続されている。
その他は第1の実施例と同様であるので、説明を省略す
る。
つぎに動作を説明する。
抵抗R1,コンデンサC5によって決まる時定数をもっ
て、無安定マルチバイブレークIC,の制御入力端子5
ピンの電圧が徐々に上昇することによって、出力端子3
ピンの出力パルスのデユーティ比および周波数が低下し
ていく、インバータInの発振周波数1がインダクタン
ス素子りとコンデンサC4の共振周波数foに、f>t
oを保ちつつ近づいていくに従い、コンデンサC4の両
端電圧が上昇していく。これに伴い、ランプ電圧検出用
抵抗R13の両端電圧も上昇していくが、放電灯Laが
無負荷状態の場合、D−D ’間型圧がある一定値以上
になると、コンパレータIC6の非反転入力端子の電圧
が反転入力端子の電圧(基準電圧)より高くなり、コン
パレータIC6の出力が′Hルベルになる。
したがって、発光ダイオードD4に順方向電流が流れ、
フォトトランジスタT「8がON状態となる。
すると、これまでR1,C5の時定数により充電してい
たコンデンサC5の両端電圧がほぼゼロレベルになり(
実際はフォトトランジスタTrgのON電圧値)、これ
に伴って無安定マルチバイブレークIC,の制御入力端
子5ピンの入力電圧がほぼゼロレベルになる。よって、
インバータ1nの発振周波数が高くなり、コンデンサC
4の両端電圧が低下する。
すると、D−D ’間の電圧が低下し、それによって、
コンパレータlc6の出力は“し”レベルとなって、フ
ォトトランジスタTrQが0FF1.。
て再びコンデンサC5が充電を開始する。
以下、これらの動作を繰り返して放電灯Laの始動電圧
がある一定値以上にならないように制御を行う。
放電灯Laが接続されている状態では、放電灯Laが点
灯すると、カレントトランスCT3を通してランプ電流
が流れるため、トランジスタT r 3がON状態とな
り、無安定マルチバイブレークIC。
の端子5ピンの入力電圧がほぼゼロレベル時における発
振周波数によって点灯維持を行う。
以上のように、無負荷2次電圧を制御することにより、
放電灯Laが接続されていない無負荷状態において、不
必要な高電圧を発生し続ける状態を防止することができ
る。
以上の説明を簡単に図で示すと第6図、第7図のように
なる。
すなわち、コンデンサC5の充電電圧の変動に伴い、イ
ンバータ!nの発振周波数「がP点とQ点の間をfo<
fを保ちながら往復する、いわゆる間欠発振動作を行う
 (但し、放電灯Laの無負荷状態)。
〔発明の効果〕
この発明によれば、インバータの発振周波数を遅相モー
ドに維持する制御回路を備えているため、インバータを
構成するトランジスタやダイオードなどの半導体素子に
突入電流が流れるのを防止できる。したがって、半導体
素子の劣化や破壊を抑制できるとともに、突入電流によ
る昇温も防止して放電灯の始動点灯の安定性を向上する
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の概略を示すブロック回路図、第2図
は周波数−電圧特性図、第3図はこの発明の第1の実施
例の回路図、第4図はその各部の波形図、第5図は第2
の実施例の回路図、第6図は周波数と電圧との対応を示
すダイアグラム、第7図は周波数−電圧特性図、第8図
は従来例の回路図、第9図は周波数−電圧特性図、第1
0図は各部の波形図である。 In・・・インバータ、Di・・・放電灯回路、La・
・・放電灯、L・・・インダクタンス素子、C4・・・
コンデンサ、Re・・・共振回路、Con・・・制御回
路□時間 第6図 □周′tL′4q。 第7図 第9図 手続・補正書(吟 昭和60年10月30日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直流または整流電圧を高周波電圧に変換するイン
    バータと、このインバータの出力側に接続した放電灯回
    路と、この放電灯回路において放電灯に直列接続したイ
    ンダクタンス素子および前記放電灯に並列接続したコン
    デンサからなる共振回路と、前記インバータの発振周波
    数を前記共振回路の共振周波数よりも高い状態に維持す
    る制御回路とを備えた放電灯点灯装置。
  2. (2)前記制御回路が、前記放電灯の始動状態において
    前記インバータの発振周波数を前記共振回路の共振周波
    数との差が次第に減少するように制御するとともに、点
    灯状態において、前記インバータの発振周波数を前記共
    振回路の共振周波数との差が増加するように制御するも
    のである特許請求の範囲第(1)項記載の放電灯点灯装
    置。
  3. (3)前記制御回路が、前記放電灯の不点灯状態におい
    て前記インバータの発振周波数を間欠的に高低変化させ
    るものである特許請求の範囲第(1)項記載の放電灯点
    灯装置。
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