WO2010134397A1 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

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pressure discharge
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high pressure
voltage
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Inventor
小林　正幸
義男 西沢
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岩崎電気株式会社
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
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    • H05B41/2882—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter
    • H05B41/2883—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter the controlled element being a DC/AC converter in the final stage, e.g. by harmonic mode starting
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J61/54—Igniting arrangements, e.g. promoting ionisation for starting
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to a high pressure discharge lamp lighting device for lighting a high pressure discharge lamp.
  • a light source for starting that assists the starting of a high-pressure discharge lamp is known (for example, Patent Document 1).
  • a high-pressure discharge lamp is composed of an arc tube that serves as a main light source and an auxiliary starting light source.
  • a starting light source is described.
  • the electrodes are capacitively coupled. When a high voltage is applied, dielectric breakdown occurs, glow discharge starts, and ultraviolet rays are generated. The ultraviolet light excites the starting gas inside the arc tube, and the high-pressure discharge lamp is easily started.
  • FIG. 7 shows a conventional high pressure discharge lamp lighting device.
  • the high-pressure discharge lamp 50 comprises an arc tube 51 and a starting light source 52.
  • the apparatus includes a step-down chopper circuit 20, a full bridge circuit 30, and a resonance circuit 80.
  • the current flowing through the arc tube 51 is controlled by the step-down chopper circuit 20 and the current is AC inverted by the full bridge circuit 30 so that the AC current has a relatively low frequency (eg, about 50 to 400 Hz). Is supplied to the arc tube 51.
  • the full bridge circuit 30 When starting the arc tube 51, the full bridge circuit 30 is driven at a resonance frequency of the resonance circuit 80 or a frequency close to an odd number of the resonance frequency, and a high voltage of several kV is generated in the resonance circuit 80.
  • the starting light source 52 emits light by this high voltage, and the arc tube 51 is started by the ultraviolet irradiation and the high voltage.
  • FIG. 8 shows voltage waveforms applied to the starting light source 52 in the above example.
  • the figure shows the waveform when the drive frequency of the full bridge circuit 30 is 1/3 of the resonance frequency of the inductor 81 and the capacitor 82.
  • the resonance frequency of the resonance circuit 80 also varies greatly.
  • the conventional example for example, Patent Document 2
  • the voltage generated in the resonance circuit 80 is detected while finely changing the operating frequency of the full bridge circuit 30, and the result is detected by the control circuit ( The operation frequency of the full bridge circuit 30 is tuned so that the voltage generated in the resonance circuit 80 is optimized.
  • the resonant circuit 80 including the inductor 81 and the capacitor 82 is operated in a substantially resonant state, so that a high voltage is applied to the inductor 81 and the capacitor 82 and a large current flows. Therefore, a large core size is required so that the inductor 81 does not saturate, and a plurality of capacitors are connected in series because the capacitor 82 needs to have a high breakdown voltage. Since the high voltage generated by the resonance circuit 80 has a large energy, the creepage distance and the spatial distance must be designed to be large in order to prevent dielectric breakdown in the high pressure discharge lamp lighting device and to prevent a fire accident. There wasn't. As a result, there is a problem that the apparatus becomes large.
  • an object of the present invention is to provide a small and simple device in a high pressure discharge lamp lighting device for lighting a high pressure discharge lamp using a starting light source.
  • a high pressure discharge lamp lighting device including a lighting circuit for supplying AC power to the high pressure discharge lamp (50) is provided.
  • the high-pressure discharge lamp comprises the arc tube (51) and a starting light source (52) that is installed in the vicinity thereof to assist the starting of the arc tube, and the starting light source has a pair of electrodes.
  • the electrodes are capacitively coupled, and the lighting circuit includes a bridge unit (30, 70) for performing an inversion operation of the lamp current, a current limiting unit (20, 75) for limiting the lamp current, and an igniter for generating a starting voltage.
  • the unit (40) is configured to apply a voltage including a frequency component higher than a lighting frequency at the time of steady lighting of the arc tube to the starting light source.
  • the starting light source is connected in parallel to the arc tube
  • the igniter section includes a transformer (41) and a capacitor (42), the transformer is connected in series to the high pressure discharge lamp, and the capacitor is connected to the series circuit of the transformer and the high pressure discharge lamp. It was set as the structure connected with respect to parallel.
  • the bridge portion is composed of a full bridge circuit (30) and includes an inductor (60) connected between the bridge portion and the igniter portion.
  • a high voltage discharge lamp 50 that is, the arc tube 51 and the light source 52 for starting
  • a high voltage discharge lamp 50 is applied with a high voltage to ensure the starting operation.
  • the amount of ultraviolet light generated from the starting light source 52 depends on the current flowing therethrough, it is important not to increase the applied voltage but to increase the flowing current.
  • the starting light source 52 is capacitive, the current can be increased by increasing the frequency of the applied voltage (current to be applied).
  • the high-pressure discharge lamp lighting device generally includes a bridge unit that performs a reversal operation of the lamp current, a current limiting unit that limits the lamp current, and an igniter unit that generates a starting voltage.
  • the above-described units are configured so that a voltage including a frequency component higher than the lighting frequency is applied to the starting light source 52.
  • FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of a high pressure discharge lamp lighting device according to a first embodiment.
  • the apparatus shown in the figure includes a step-down chopper circuit 20 as a current limiting unit, a full bridge circuit 30 as a bridge unit, and an igniter 40.
  • the full bridge circuit 30 is driven by a driver (not shown) at a frequency of several tens to several hundreds of Hz during normal lighting, and is driven at several hundreds of Hz to several tens of kHz during startup. That is, the voltage applied to the starting light source 52 has the waveform shown in FIG.
  • the starting light source 52 breaks down with the output voltage of the igniter 40. Thereafter, the glow discharge of the starting light source 52 is sustained by the voltage supplied from the bridge circuit 30. Once the pair of electrodes of the starting light source 52 are dielectrically broken, they are capacitively coupled. Accordingly, the higher the frequency component of the voltage supplied from the bridge circuit 30, the easier the current flows to the starting light source 52, and the ultraviolet rays are efficiently generated. The larger the amount of ultraviolet light generated from the starting light source 52, the more starting gas inside the arc tube 51 is excited, and the arc tube 51 can be started even at a relatively low starting voltage.
  • the output voltage generated by the igniter circuit 40 is the starting voltage generated by the conventional resonance circuit (for example, the resonance circuit 80 in FIG. 8). Compared to, it requires less energy. That is, the igniter circuit can be reduced in size, which is advantageous.
  • FIG. 3 shows a circuit configuration diagram of the second embodiment.
  • the high pressure discharge lamp lighting device shown in FIG. 1 includes a step-down chopper 20 as a current limiting unit, a full bridge circuit 30 as a bridge unit, an inductor 60, and an igniter 40.
  • the full bridge circuit 30 is driven in the vicinity of an even fraction of the resonance frequency of the inductor 60 and the capacitor 42 by a driver (not shown).
  • FIG. 4 shows the voltage applied to the start light source 52 at the start. The figure shows a waveform when the drive frequency of the full bridge circuit 30 is set to 1 ⁇ 4 of the resonance frequency of the inductor 60 and the capacitor 42.
  • the voltage generated and the current flowing through the inductor 60 and the capacitor 42 are small, so that these parts can be small and inexpensive. Even if the value of the inductor 60 varies, the driving frequency of the full bridge circuit 30 is far from the resonance frequency of the inductor 60 and the capacitor 42, so that the generated voltage variation is small. Therefore, it is not necessary to finely tune the operating frequency of the full bridge circuit 30, and the control configuration can be simplified, which is advantageous.
  • FIG. 5 shows a circuit configuration diagram of the third embodiment.
  • the high pressure discharge lamp lighting device shown in the figure includes a half bridge circuit 70 as a bridge portion, an inductor 75 as a current control portion, and an igniter circuit 40.
  • a current flows from the arc tube 51 toward the winding 41 b of the transformer 41.
  • the switch element 72 is turned on and off at a high frequency with the switch element 71 turned off, a current flows from the winding 41 b toward the arc tube 51.
  • the arc tube 51 is AC-lit at a frequency at which the switch elements 71 and 72 are operated alternately.
  • the switch elements 71 and 72 are driven in the vicinity of an odd number of the resonance frequency of the inductor 75 and the capacitor 42 by a driver (not shown). Inductor 75 and capacitor 42 immediately after the switch element 71 is switched from the ON state to the switch element 72 is switched to the ON state or immediately after the switch element 72 is switched from the ON state to the switch element 71 is switched to the ON state. An oscillating voltage is generated.
  • the frequency at which the switch elements 71 and 72 operate alternately at the time of starting the arc tube 51 is made higher than that at the time of steady lighting, a high frequency component can be further applied to the starting light source 52, and the starting operation can be further promoted. .
  • Example 4 The circuit configuration of the present embodiment is the same as that of FIG. 5 of the third embodiment, but the operations of the switch elements 71 and 72 are different.
  • the switch elements 71 and 72 are driven by an unillustrated driver in the vicinity of an even fraction of the resonance frequency of the inductor 75 and the capacitor 42, and are alternately turned on and off.
  • the voltage applied to the starting light source 52 is the same as that in FIG.
  • a high-frequency oscillating voltage is generated by the inductor 75 and the capacitor 42, but the voltage is small, and both parts may be small, which is advantageous.
  • the high pressure discharge lamp lighting device can be configured with a simple circuit and control, and using small and inexpensive components.
  • DC power supply 20 Step-down chopper circuit 30. Full bridge circuit 40. Igniter circuit 50. High pressure discharge lamp 51. Arc tube 52. Starting light source 60. Inductor 70. Half-bridge circuit 75. Inductor

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Abstract

始動用光源を用いる高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において小型で簡素な構成の装置を提供する。高圧放電灯に交流電力を供給する点灯回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯が発光管及びその近傍に設置されて発光管の始動を補助する始動用光源からなり、始動用光源は一対の電極を有し、電極間が容量結合され、点灯回路が、ランプ電流の反転動作を行なうブリッジ部、ランプ電流を制限する電流制限部、及び始動電圧を発生するイグナイタ部からなり、始動時に、発光管の定常点灯時の点灯周波数よりも高い周波数成分を含む電圧を始動用光源に印加するように構成した。

Description

高圧放電灯点灯装置
　本発明は高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置に関する。
　従来から高圧放電灯の始動を補助する始動用光源が知られている（例えば、特許文献１）。同文献には、高圧放電灯が主光源となる発光管と補助的な始動用光源からなり、始動用光源が一対の電極を備え、一対の電極のうち一方が内部電極、他方が外部電極となる始動用光源が記載されている。電極間は容量結合しており、高い電圧をかけると絶縁破壊してグロー放電を開始し、紫外線を発生する。その紫外線が発光管内部の始動用ガスを励起し、高圧放電灯が始動しやすくなる。
　図７に従来の高圧放電灯点灯装置を示す。同図において、高圧放電灯５０は発光管５１及び始動用光源５２からなる。装置は降圧チョッパー回路２０、フルブリッジ回路３０、及び共振回路８０で構成される。
　発光管５１の定常点灯時には、降圧チョッパー回路２０によって発光管５１に流れる電流が制御され、フルブリッジ回路３０によってその電流が交流反転されて比較的低周波数（例えば、５０～４００Ｈｚ程度）の交流電流が発光管５１に供給される。
　発光管５１の始動時には、フルブリッジ回路３０が共振回路８０の共振周波数又は共振周波数の奇数分の１に近い周波数で駆動され、共振回路８０に数ｋＶの高電圧が発生する。この高電圧によって始動用光源５２が発光し、その紫外線照射と高電圧によって発光管５１の始動が行なわれる。
　図８は上記の例において始動用光源５２にかかる電圧波形である。同図はフルブリッジ回路３０の駆動周波数をインダクタ８１とコンデンサ８２の共振周波数の１／３とした場合の波形である。
　ここで、共振回路８０に使用しているインダクタ８１は、他の回路素子に比べて誤差（インダクタンスばらつき）が大きいために共振回路８０の共振周波数も大きく変動する。図９に示すように、始動時においては、フルブリッジ回路３０の動作周波数が同じでも共振回路８０で発生する電圧は、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２のように大きく変動する。そのために、従来例（例えば、特許文献２）では、発光管５１の始動時に、フルブリッジ回路３０の動作周波数を細かく変動させながら共振回路８０に発生する電圧を検出し、その結果を制御回路（不図示）にフィードバックして、共振回路８０に発生する電圧が最適になるようにフルブリッジ回路３０の動作周波数をチューニングしていた。
特開平１－１３４８４８号公報 特表２００５－５２０２９４号公報
　従来例の高圧放電灯点灯装置（図７）では、インダクタ８１とコンデンサ８２からなる共振回路８０をほぼ共振状態で動作させるため、インダクタ８１とコンデンサ８２に高電圧が加わり、また大電流が流れる。そのためにインダクタ８１が飽和しないようにコアサイズの大きなものが必要となり、また、コンデンサ８２を高耐圧化する必要があるために複数のコンデンサを直列に接続するなどしていた。
　そして共振回路８０の発生する高電圧はエネルギーが大きいために、高圧放電灯点灯装置内での絶縁破壊を防止し、発火事故を防止するために、沿面距離・空間距離を大きく設計しなければならなかった。これにより装置が大型化するという問題があった。
　また、上述したように、従来例ではフルブリッジ回路３０の動作周波数をチューニングするためにフィードバック回路等を設ける必要があり、装置構成が複雑かつ高コストになるという問題があった。
　そこで、始動用光源を用いる高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において小型で簡素な構成の装置を提供することを目的とする。
　本発明によって、高圧放電灯（５０）に交流電力を供給する点灯回路を備えた高圧放電灯点灯装置が提供される。本発明の高圧放電灯点灯装置では、高圧放電灯が発光管（５１）及びその近傍に設置されて発光管の始動を補助する始動用光源（５２）からなり、始動用光源は一対の電極を有し、電極間が容量結合され、点灯回路が、ランプ電流の反転動作を行なうブリッジ部（３０、７０）、ランプ電流を制限する電流制限部（２０、７５）、及び始動電圧を発生するイグナイタ部（４０）からなり、始動時に、発光管の定常点灯時の点灯周波数よりも高い周波数成分を含む電圧を始動用光源に印加するように構成される。
　ここで、始動用光源が発光管に並列接続され、イグナイタ部がトランス（４１）及びコンデンサ（４２）を備え、トランスが高圧放電灯に直列接続され、コンデンサがトランスと高圧放電灯の直列回路に対して並列接続される構成とした。
　さらに、ブリッジ部がフルブリッジ回路（３０）からなり、ブリッジ部とイグナイタ部の間に接続されたインダクタ（６０）を備える構成とした。
本発明第１の実施例の高圧放電灯点灯装置を示す図である。 本発明第１の実施例を説明する図である。 本発明第２の実施例の高圧放電灯点灯装置を示す図である。 本発明第２の実施例を説明する図である。 本発明第３及び第４の実施例の高圧放電灯点灯装置を示す図である。 本発明第３の実施例を説明する図である。 従来の高圧放電灯点灯装置を示す図である。 従来例を説明する図である。 従来例を説明する図である。
　ところで、従来技術においては、高圧放電灯５０（即ち、発光管５１及び始動用光源５２）に高電圧をかけて始動動作を確保していた。しかし、始動用光源５２から発生する紫外線の量はそこに流れる電流に依存するので、印加する電圧を高くするのではなく、流す電流を大きくすることが重要である。具体的には、始動用光源５２は容量性であるので、印加する電圧（流す電流）の周波数を高くすることによってその電流を増加させることができる。
　高圧放電灯点灯装置は、概略として、ランプ電流の反転動作を行なうブリッジ部、ランプ電流を制限する電流制限部、及び始動電圧を発生するイグナイタ部からなり、始動時に、発光管５１の定常点灯時の点灯周波数よりも高い周波数成分を含む電圧を始動用光源５２に印加するように上記各部が構成されている。
実施例１．
　図１に第１の実施例による高圧放電灯点灯装置の回路構成図を示す。同図の装置は、電流制限部として降圧チョッパー回路２０、ブリッジ部としてフルブリッジ回路３０、及びイグナイタ４０を備える。
　フルブリッジ回路３０はドライバ（不図示）によって通常点灯時は数十Ｈｚから数百Ｈｚで駆動され、始動時は数百Ｈｚから数十ｋＨｚで駆動される。即ち、始動用光源５２にかかる電圧は図２に示す波形となる。
　始動時に、イグナイタ４０の出力電圧で始動用光源５２が絶縁破壊する。その後はブリッジ回路３０から供給される電圧で始動用光源５２のグロー放電が持続する。始動用光源５２の一対の電極は一度絶縁破壊すると容量結合状態となる。従って、ブリッジ回路３０から供給される電圧の周波数成分が高いほど、始動用光源５２に電流が流れやすくなり、効率的に紫外線が発生する。始動用光源５２から発生する紫外線量が大きいほど、発光管５１の内部の始動用ガスが多く励起され、比較的低い始動電圧でも発光管５１が始動し得る状態となる。
　効率的な紫外線の照射により発光管５１が始動し易い状態となるので、イグナイタ回路４０が発生する出力電圧については、従来例の共振回路（例えば図８の共振回路８０）で発生する始動用電圧に比べてエネルギーが小さくて済む。即ち、イグナイタ回路を小型化でき、有利である。
実施例２．
　図３に第２の実施例の回路構成図を示す。同図の高圧放電灯点灯装置は、電流制限部として降圧チョッパー２０、ブリッジ部としてフルブリッジ回路３０、インダクタ６０、及びイグナイタ４０を備える。
　始動時に、フルブリッジ回路３０はドライバ（不図示）によってインダクタ６０とコンデンサ４２の共振周波数の偶数分の１近傍で駆動される。図４に始動時に始動用光源５２に印加される電圧を示す。同図はフルブリッジ回路３０の駆動周波数をインダクタ６０とコンデンサ４２の共振周波数の１／４とした場合の波形である。
　インダクタ６０とコンデンサ４２が共振周波数で振動するので、フルブリッジ回路３０の動作周波数よりも高い周波数成分の電圧が始動用光源５２に印加され、これにより容量結合状態の始動用光源５２には電流が多く流れ、効率のよい紫外線発光が得られる。
　本実施例では、インダクタ６０とコンデンサ４２に発生する電圧及び流れる電流は小さいため、これらの部品には小型で安価なものが使用できる。
　そして、インダクタ６０の値がばらついても、フルブリッジ回路３０の駆動周波数がインダクタ６０とコンデンサ４２の共振周波数から離れているため、発生する電圧のばらつきは少ない。従って、フルブリッジ回路３０の動作周波数を細かくチューニングする必要がなく、制御構成を簡素化でき、有利である。
実施例３．
　図５に第３の実施例の回路構成図を示す。同図の高圧放電灯点灯装置は、ブリッジ部としてハーフブリッジ回路７０、電流制御部としてインダクタ７５、及びイグナイタ回路４０を備える。
　発光管５１の通常点灯時について、スイッチ素子７２をＯＦＦした状態でスイッチ素子７１を高周波でＯＮ－ＯＦＦすると、発光管５１からトランス４１の巻線４１ｂの方向へ電流が流れる。逆にスイッチ素子７１をＯＦＦした状態で、スイッチ素子７２を高周波でＯＮ－ＯＦＦすると、巻線４１ｂから発光管５１の方向へ電流が流れる。スイッチ素子７１と７２を交互に動作させる周波数で、発光管５１は交流点灯する。
　発光管５１の始動時について、スイッチ素子７１及び７２はドライバ（不図示）によってインダクタ７５とコンデンサ４２の共振周波数の奇数分の１近傍で駆動される。スイッチ素子７１がＯＮの状態からスイッチ素子７２がＯＮの状態への動作切り替わった直後、又はスイッチ素子７２がＯＮの状態からスイッチ素子７１がＯＮの状態への動作切り替わった直後にインダクタ７５とコンデンサ４２で振動電圧が発生する。
　その結果、図６に示すように、始動用光源５２には高周波成分が重畳された矩形波電圧が印加され、その高周波成分によって容量性の始動用光源に電流が多く流れ、効率的な紫外線発光が得られる。
　スイッチ素子７１と７２の間の動作切り替わり時に、インダクタ７５とコンデンサ４２で発生する振動電圧は、従来例の共振回路とは異なり、高電圧とならないため、インダクタ７５及びコンデンサ４２はともに小型の部品で済む。
　さらに発光管５１の始動時に、スイッチ素子７１と７２が交互に動作する周波数を定常点灯時よりも高くすれば、さらに始動用光源５２に高周波成分を印加することができ、始動動作をより促進できる。
実施例４．
　本実施例の回路構成は実施例３の図５と同様であるが、スイッチ素子７１及び７２の動作が異なる。
　発光管５１の始動時に、スイッチ素子７１及び７２は図示しないドライバによって、インダクタ７５とコンデンサ４２の共振周波数の偶数分の１近傍で駆動され、交互にＯＮ－ＯＦＦされる。始動用光源５２にかかる電圧は実施例２の図４と同様である。
　実施例２と同様に、インダクタ７５とコンデンサ４２で高周波の振動電圧が発生するが、その電圧は小さく、両部品は小型なものでよく、有利である。
　上記構成により、簡素な回路及び制御で、かつ、小型で安価な部品を使用して高圧放電灯点灯装置を構成することができる。
１０．直流電源
２０．降圧チョッパー回路
３０．フルブリッジ回路
４０．イグナイタ回路
５０．高圧放電灯
５１．発光管
５２．始動用光源
６０．インダクタ
７０．ハーフブリッジ回路
７５．インダクタ

Claims (3)

  1. 　高圧放電灯（５０）に交流電力を供給する点灯回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、該高圧放電灯が発光管（５１）及びその近傍に設置されて該発光管の始動を補助する始動用光源（５２）からなり、該始動用光源は一対の電極を有し、該電極間が容量結合され、
    　前記点灯回路が、ランプ電流の反転動作を行なうブリッジ部（３０、７０）、該ランプ電流を制限する電流制限部（２０、７５）、及び始動電圧を発生するイグナイタ部（４０）からなり、始動時に、前記発光管の定常点灯時の点灯周波数よりも高い周波数成分を含む電圧を前記始動用光源に印加するように構成された高圧放電灯点灯装置。
  2. 　請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、
    　前記始動用光源が前記発光管に並列接続され、
    　前記イグナイタ部がトランス（４１）及びコンデンサ（４２）を備え、該トランスが前記高圧放電灯に直列接続され、該コンデンサが該トランスと該高圧放電灯の直列回路に対して並列接続される高圧放電灯点灯装置。
  3. 　請求項２の高圧放電灯点灯装置において、前記ブリッジ部がフルブリッジ回路（３０）からなり、該ブリッジ部と前記イグナイタ部の間に接続されたインダクタ（６０）を備えた高圧放電灯点灯装置。
PCT/JP2010/056437 2009-05-21 2010-04-09 高圧放電灯点灯装置 WO2010134397A1 (ja)

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