JP2001284086A - 放電灯点灯装置 - Google Patents
放電灯点灯装置Info
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Abstract
にくく、しかも小型かつ低価格の放電灯点灯装置を提供
する。 【解決手段】交流電源ACを整流回路5で整流し、整流
回路5の出力電圧をチョッパ回路1により電圧変換す
る。また、チョッパ回路1の出力をチョッパ回路2の電
源とし、チョッパ回路2を通してランプLaに電力を供
給する。チョッパ回路1は制御回路3により出力電圧が
可変であり、チョッパ回路2は制御回路3によりランプ
Laへの供給電力が可変になっている。制御回路3は、
ランプLaの光出力を所望値まで低下させるように調光
する際に、チョッパ回路1の出力電圧をまず低下させる
が、チョッパ回路1において入力力率が所定の水準に維
持できなくなるときには、チョッパ回路2からランプL
aへの供給電力を低下させる。
Description
ンプやメタルハライドランプのような高圧放電灯を点灯
させる放電灯点灯装置に関するものである。
により商用電源からの電源供給が停止して消灯すると危
険である。そこで、とくに高速道路などの大型のトンネ
ルでは、トンネル毎に非常電源を設け、商用電源の停電
時には照明用の電源を非常電源に切り替えて、照明を再
点灯させる構成が採用されている。
が得られることからナトリウムランプが光源として広く
用いられており、とくに低圧ナトリウムランプが主とし
て用いられてきた。一方、近年では、トンネル内をTV
カメラで監視するなどの理由から、低圧ナトリウムラン
プよりも演色性のよい高圧ナトリウムランプを照明用の
光源に採用する傾向がある。
放電灯点灯装置では、チョークコイルを安定器として用
いる回路構成が一般的である。この種の銅鉄型と呼ばれ
ている安定器を用いた放電灯点灯装置において、夜間な
どに節電のために調光点灯させる場合には、安定器と高
圧ナトリウムランプとの間に安定器とは別のチョークコ
イルを挿入しランプ電流を減少させることによって、光
出力を低減する構成が一般に採用されている。このよう
に銅鉄型の安定器を用いた放電灯点灯装置では、光出力
を2段階ないし3段階で段階的に調光することしかでき
ないから、運転者側からの視認性などを考慮して調光の
深さを最適なレベルに調節するのが難しいという問題が
ある。
では高圧ナトリウムランプの点灯装置にインバータ回路
を用いることが考えられており、連続的な調光を可能と
する放電灯点灯装置も開発されてきている。
ータ回路を用いた放電灯点灯装置では、調光のレベルが
深くなるほど入力力率が低下するという問題があり、全
点灯状態(一般には定格点灯状態)では高力率になるよ
うに設計されていても、調光のレベルが深くなるに従っ
て入力力率が低下することになる。とくに非常電源は電
源容量が限られているから、入力力率が低下して照明装
置としての効率が低下すると、非常電源で照明の点灯状
態を維持できる時間が短くなるという問題が生じる。
あり、その目的は、高圧ナトリウムランプのような高圧
放電灯の光出力を連続的に調光可能としながらも、調光
時の入力力率の低下を抑制することができる放電灯点灯
装置を提供することにある。
電源を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を電圧
変換するとともに入力力率を改善する機能を有しかつ出
力電圧が可変である第1のコンバータと、第1のコンバ
ータの出力を電源とし放電灯への供給電力が可変である
第2のコンバータと、第1のコンバータの出力電圧およ
び第2のコンバータから放電灯への供給電力を制御する
制御回路とからなり、制御回路では、第1のコンバータ
の出力電圧の下限を入力力率が規定の水準以上に維持で
きる電圧とし、第1のコンバータの出力電圧が前記下限
以上である間は第1のコンバータの出力電圧で調光し、
第1のコンバータの出力電圧が前記下限になる状態より
も深く調光するときは第2のコンバータから放電灯への
供給電力を低下させるものである。
て、前記第1のコンバータおよび前記第2のコンバータ
がそれぞれチョッパ回路であることを特徴とする。
て、前記第1のチョッパ回路が昇圧チョッパ回路であ
り、前記第2のチョッパ回路が降圧チョッパ回路である
ことを特徴とする。
て、前記第1のチョッパ回路が昇圧チョッパ回路であ
り、前記第2のチョッパ回路が昇降圧チョッパ回路であ
ることを特徴とする。
て、前記第1のチョッパ回路が昇降圧チョッパ回路であ
り、前記第2のチョッパ回路が降圧チョッパであること
を特徴とする。
5の発明において、前記第2のコンバータと前記放電灯
との間に、前記第2のコンバータの出力を交番電圧に変
換する極性反転回路を設けたものである。
6の発明において、前記放電灯を始動させるための高電
圧を発生するイグナイタを付加したものである。
7の発明において、前記放電灯が高圧放電灯であること
を特徴とする。
8の発明において、前記交流電源の電圧が200V系で
あることを特徴とする。
8の発明において、前記交流電源の電圧が400V系で
あることを特徴とする。
項9の発明において、前記放電灯をトンネル照明の光源
として用いるものである。
施形態の全体構成をブロック図として示す。本実施形態
の放電灯点灯装置は、2個のチョッパ回路1,2を順次
接続した、いわゆるアクティブツーコンバータ方式の回
路構成であって、高圧ナトリウムランプのような高圧放
電灯であるランプLaを直流点灯させるように構成して
ある。ただし、本実施形態では高圧放電灯を始動させる
際に高圧を発生させる回路については要旨ではないから
説明を省略してある。
0V系、200V系、400V系など)のような交流電
源ACに端子TM1,TM2を介して整流回路5を接続
し、整流回路5から出力される脈流電圧をチョッパ回路
1に入力して直流−直流変換する。また、チョッパ回路
2はチョッパ回路1の出力を電源とし、チョッパ回路2
から高圧放電灯としてのランプLaへ電力が供給され
る。チョッパ回路2はランプLaに流す電流を制御する
限流回路として機能するものであり、ランプLaにはチ
ョッパ回路1の出力電圧に相当する電圧が印加され、チ
ョッパ回路2によりランプLaへの供給電力(供給電
流)が制御される。両チョッパ回路1,2は制御回路3
により出力が制御される。この制御回路3には、端子T
M3,TM4を通して外部から入力される調光信号(た
とえば、パルス列)を制御回路3で受付可能な形式に変
換する変換回路4が接続される。チョッパ回路1は入力
力率を高力率に維持する機能を有し、チョッパ回路2は
ランプLaを安定に点灯させるようにランプLaに供給
する電力を制御する。後述するように、チョッパ回路
1,2にはスイッチング素子が設けられ、これらのスイ
ッチング素子は交流電源ACの電源周波数よりも十分に
高い周波数でオンオフされるから、スイッチング素子の
オンオフで生じる高周波が電源ラインに漏洩しないよう
に、交流電源ACと整流回路5との間には図示していな
い高周波阻止用のフィルタ回路を設ける。
例を示す。本実施形態では、図2のように、チョッパ回
路1として昇圧チョッパ回路を採用し、チョッパ回路2
として降圧チョッパ回路を採用している。整流回路5は
ダイオードブリッジからなる全波整流回路であって、チ
ョッパ回路1は、インダクタL1とスイッチング素子Q
1との直列回路を整流回路5の直流出力端間に接続し、
ダイオードD1と平滑コンデンサC1との直列回路をス
イッチング素子Q1の両端間に接続して構成してある。
スイッチング素子Q1はドライブ回路6を介して制御回
路3によりオンオフされる。ドライブ回路6は制御回路
3からの制御信号をMOSFETからなるスイッチング
素子Q1の制御に適した電圧信号に変換するものであ
る。ダイオードD1は整流回路5からインダクタL1を
通して平滑コンデンサC1を充電可能な極性に接続され
ている。つまり、整流回路5の出力に対して順方向に接
続されている。
子Q2とインダクタL2とコンデンサC3との直列回路
を平滑コンデンサC1の両端間に接続し、インダクタL
2とコンデンサC3との直列回路にダイオードD2を並
列接続し、さらにコンデンサC3とともにフィルタ回路
Fを構成するインダクタL3を設けた構成を有する。ダ
イオードD2は平滑コンデンサC1とスイッチング素子
Q2とダイオードD2とからなる閉ループにおいて平滑
コンデンサC1の放電電流を阻止する極性に接続されて
いる。また、フィルタ回路Fを構成するインダクタL3
はランプLaとの直列回路がコンデンサC3の両端間に
接続される形になっている。つまり、フィルタ回路Fは
ローパスフィルタであって、チョッパ回路2からランプ
Laへの高周波を阻止するように設けられている。スイ
ッチング素子Q2はMOSFETからなり、ドライブ回
路7を介して制御回路3により制御される。ドライブ回
路7は制御回路3からの制御信号をスイッチング素子Q
2の制御に適した電圧信号に変換するものである。
通してスイッチング素子Q1をオンオフさせる第1制御
部3aと、ドライブ回路7を通してスイッチング素子Q
2をオンオフさせる第2制御部3bとが設けられてい
る。各制御部3a,3bはPWM(パルス幅変調)信号
を出力するものであり、各スイッチング素子Q1,Q2
のオン期間とオフ期間との割合を調節することによっ
て、各チョッパ回路1,2の出力電圧を制御する。
ング素子Q1をオンオフさせると、スイッチング素子Q
1のオン時にインダクタL1に蓄積されたエネルギが、
スイッチング素子Q1のオフ時にダイオードD1を介し
て放出され、整流回路5の出力にインダクタL1から放
出されるエネルギが重畳される形で平滑コンデンサC1
が充電され、平滑コンデンサC1の両端電圧を整流回路
5の出力電圧よりも昇圧することができるのである。ま
た、チョッパ回路2では、スイッチング素子Q2をオン
オフさせると、スイッチング素子Q2のオン時にインダ
クタL2およびフィルタ回路Fを通してランプLaに電
力を供給し、スイッチング素子Q2のオフ時にはインダ
クタL2およびフィルタ回路Fに蓄積されたエネルギを
ダイオードD2を通してランプLaに放出させるように
構成されている。つまり、スイッチング素子Q2のオン
オフによりランプLaへの供給電流を制御することがで
きる。なお、スイッチング素子Q1,Q2は、交流電源
ACの電源周波数よりも十分に高い周波数でオンオフさ
れる。この種の昇圧チョッパ回路および降圧チョッパ回
路の構成および動作は従来より知られているからここで
は詳述しない。
を順次接続(カスケード接続)している場合には、初段
のチョッパ回路1の出力電圧を必要な電圧を確保しなが
らもできるだけ低く設定しているほうが回路損失を低減
することができる。すなわち、チョッパ回路2において
取り扱う電圧が高くなるとスイッチング損失などが増加
するから、チョッパ回路1の出力電圧は低いほうが望ま
しい。
1,2を以下のように制御されるように制御回路3を構
成してある。いま、図3に示すように、時刻t1までは
ランプLaを全点灯状態で点灯させており、時刻t1に
おいて全点灯状態での光出力に対して50%に調光する
ように調光信号が外部から入力されたとする。調光信号
は変換回路4を通して制御回路3に入力され、制御回路
3ではランプLaへの供給電力を全点灯状態から50%
に低減するように(つまり、光出力が全点灯状態の50
%になるように)制御を開始する。ここでは、調光信号
が入力された時刻t1の時点で、図3(a)のようにチ
ョッパ回路1の出力電圧を時間経過とともに低下させ、
光出力を全点灯状態の50%に到達させる。本実施形態
において50%の調光ではチョッパ回路2の出力は全点
灯状態から変化させないようにしてある。
に、一般的に言えば、チョッパ回路(昇圧チョッパ回
路)1が入力力率を改善する効果は、交流電源ACの電
圧(チョッパ回路1の入力電圧)とチョッパ回路1の出
力電圧との比率に依存する部分があり、チョッパ回路1
の入力電圧と出力電圧との比が小さくなると(つまり、
昇圧チョッパ回路の出力電圧が低くなると)、力率改善
の効果が低下することが知られている。また、チョッパ
回路1の出力電圧が低いほどチョッパ回路2での回路損
失が少なくなることが知られている。そこで、チョッパ
回路1の出力電圧を低下させても入力力率が所定の水準
以上(この種の照明器具として規格などによって要求さ
れている水準以上)に保たれ、かつチョッパ回路1の出
力電圧がランプLaの点灯維持電圧を確保できる間はチ
ョッパ回路1の出力電圧を制御することによってランプ
Laの光出力を制御する。つまり、本実施形態において
は、チョッパ回路1によって50%まで調光しても入力
力率が所定の水準以上に保たれているものとして、チョ
ッパ回路1の出力電圧のみを変化させ、チョッパ回路2
については出力電圧を変化させないようにしてある。
えば全点灯状態の25%まで調光する場合には、チョッ
パ回路1の出力電圧を引き下げるだけであるとチョッパ
回路1による入力力率の改善効果が上述した所定水準を
維持できなくなる。そこで、この場合にはチョッパ回路
2の出力を低下させることによって調光のレベルを引き
下げるようにする。いま、図3における時刻t2におい
て25%に低減する調光信号が変換回路4に入力された
ものとする。時刻t2より前には50%に調光され、チ
ョッパ回路1の出力電圧が全点灯状態から低下している
が、チョッパ回路2の出力は全点灯状態と同電圧に保た
れている。本実施形態では、チョッパ回路1により入力
力率を所定の水準以上に保つことができるのは50%の
調光状態までとしてあり、50%の調光状態におけるチ
ョッパ回路1の出力電圧が入力力率を所定の水準以上に
保つことができる電圧の下限値になっている。したがっ
て、時刻t2において25%に調光するように指示され
たときには、チョッパ回路1の出力電圧を引き下げるこ
とでランプLaの光出力を低減することはできないか
ら、チョッパ回路2の出力を引き下げることによってラ
ンプLaの光出力を低下させるのである。
力電圧を低下させても入力力率を所定水準に維持できる
範囲ではチョッパ回路1の出力電圧を低下させることに
よって調光する。また、入力力率を所定水準に維持でき
る限界までチョッパ回路1の出力電圧を低下させても調
光信号により指示された深さまで調光できない場合に
は、チョッパ回路1の出力電圧を下限まで引き下げると
ともに、チョッパ回路2の出力も低下させて所望の深さ
まで調光する。
を抑制し、かつチョッパ回路2での損失を抑制して回路
損失を少なくしながらも、調光のレベルを深くすること
が可能になる。しかも、チョッパ回路1の出力電圧をで
きるだけ引き下げるようにしているから、チョッパ回路
2での損失が比較的少なく回路効率が高くなる。
はチョッパ回路2として降圧チョッパ回路を用いていた
のに対して、本実施形態では図4に示すようにチョッパ
回路2として昇降圧チョッパ回路を用いている。図示す
る昇降圧チョッパ回路は、前段に降圧部を有し後段に昇
圧部を有するものであって、降圧部と昇圧部とでインダ
クタL2を兼用している。つまり、第1の実施の形態の
チョッパ回路2におけるインダクタL2とフィルタ回路
FのインダクタL3との間にダイオードD3を挿入し、
このダイオードD3とフィルタ回路FのコンデンサC3
との直列回路に対してMOSFETからなるスイッチン
グ素子Q3を並列接続した構成を有している。スイッチ
ング素子Q3はドライブ回路8を介して制御回路3の第
2制御部3bから出力される制御信号で制御されてお
り、スイッチング素子Q2に同期してオンオフされるこ
とになる。
クタL2が第1の実施の形態と同様に降圧用に用いられ
るとともに、チョッパ回路1と同様の昇圧用にも兼用さ
れている。
実施の形態と同様であり、チョッパ回路1が入力力率を
所定の水準以上に維持できる範囲ではチョッパ回路1の
出力電圧によってランプLaの光出力を調節し、チョッ
パ回路1の出力電圧が入力力率により要求される下限に
達した状態よりも調光のレベルが深いときには、チョッ
パ回路2の出力を調節することによってランプLaの光
出力を制御するのである。
はチョッパ回路1として昇圧チョッパ回路を用いていた
のに対して、本実施形態では図5に示すようにチョッパ
回路1として昇降圧チョッパ回路を用いている。図示す
る昇降圧チョッパ回路は、第2の実施の形態におけるチ
ョッパ回路2と同様に、前段に降圧部を有し後段に昇圧
部を有するものであって、降圧部と昇圧部とでインダク
タL1を兼用している。つまり、第1の実施の形態のチ
ョッパ回路1における整流回路5とインダクタL1との
間にMOSFETからなるスイッチング素子Q4を挿入
し、このスイッチング素子Q4とダイオードD4との直
列回路を整流回路5の直流出力端間に接続したものであ
る。ダイオードD4の極性は整流回路5とスイッチング
素子Q4とダイオードD4とにより形成されるループ内
で整流回路5からスイッチング素子Q4を通してダイオ
ードD4に電流が流れるのを阻止する向きに設定され
る。また、スイッチング素子Q4はドライブ回路9を介
して制御回路3の第1制御部3aから出力される制御信
号で制御されており、スイッチング素子Q1に同期して
オンオフされることになる。
クタL1が第1の実施の形態と同様に昇圧用に用いられ
るとともに、チョッパ回路2と同様の降圧用にも兼用さ
れ、チョッパ回路1では入力電圧に対して昇圧だけでは
なく降圧も可能になっている。
実施の形態と同様であるが、昇降圧チョッパ回路をチョ
ッパ回路1として用いると、入力力率を所定の水準に維
持しつつも出力電圧の下限を昇圧チョッパ回路よりも引
き下げることが可能になる。つまり、昇降圧チョッパ回
路では、入力力率が交流電源ACの電圧とチョッパ回路
1の出力電圧との比に依存しないことが知られており、
チョッパ回路1の出力電圧としてランプLaの点灯維持
電圧さえ確保できれば、出力電圧を昇圧チョッパ回路よ
りも引き下げることができるのである。また、電源電圧
に対する昇圧比が少なくてよいから、回路損失を第1の
実施の形態よりも低減することが可能になる。
回路1の出力電圧のみでは全点灯状態に対して50%の
調光が可能であったのに対して、本実施形態ではたとえ
ば40%の調光が可能になる。したがって、チョッパ回
路2が入力に対して出力を50%にする能力を有してい
るとすれば、第1の実施の形態では25%の調光が可能
になるのに対して、本実施形態では20%の調光が可能
になる。このような動作例を図6に示す。他の構成およ
び動作は第1の実施の形態と同様である。すなわち、チ
ョッパ回路1が入力力率を所定の水準以上に維持できる
範囲ではチョッパ回路1の出力電圧によってランプLa
の光出力を調節し、チョッパ回路1の出力電圧が入力力
率により要求される下限に達した状態よりも調光のレベ
ルが深いときには、チョッパ回路2の出力を調節するこ
とによってランプLaの光出力を制御するのである。
では、ランプLaを直流点灯させるものであったが、本
実施形態では交流点灯させる例を示す。すなわち、図7
に示すように、第1の実施の形態と同様の回路構成にお
いてフィルタ回路FとランプLaとの間に極性反転回路
10を挿入してある。極性反転回路10は4個のスイッ
チング素子Q11〜Q14をブリッジ接続したものであ
って、ブリッジ回路の各アームを構成する2個ずつのス
イッチング素子Q11,Q12およびQ13,Q14が
それぞれ直列接続されている。ブリッジ回路の各アーム
はフィルタ回路Fの出力端間にそれぞれ接続され、各ア
ームを構成するスイッチング素子Q11,Q12および
Q13,Q14の各接続点間にランプLaが接続され
る。ここにおいて、スイッチング素子Q11〜Q14
は、ランプLaを介して直列接続された各2個ずつが同
時にオンになる期間を有するように図示しない制御回路
によってオンオフされる。つまり、スイッチング素子Q
11,Q14が同時にオンになる期間と、スイッチング
素子Q12,Q13が同時にオンになる期間とを持つよ
うに制御され、かつ各アームを構成するスイッチング素
子Q11,Q12およびQ13,Q14は同時にオンに
ならないように制御される。
Q14を制御することによって、スイッチング素子Q1
1,Q14がオンの期間とスイッチング素子Q12,Q
13がオンの期間とではランプLaに印加する電圧極性
を逆転させることができ、結果的にランプLaに交番電
圧を印加することができる。他の構成および動作は第1
の実施の形態と同様である。
に示すように、第4の実施の形態において、ランプLa
を始動させるためのイグナイタ11を付加したものであ
り、始動時や再始動時においてランプLaに高電圧を印
加し、ランプLaを始動させるようになっている。他の
構成および動作は第4の実施の形態と同様である。
回路1,2を用いているが、チョッパ回路1,2に代え
てフライバック型などのDC−DCコンバータを用いる
ことも可能である。
整流回路と、整流回路の出力電圧を電圧変換するととも
に入力力率を改善する機能を有しかつ出力電圧が可変で
ある第1のコンバータと、第1のコンバータの出力を電
源とし放電灯への供給電力が可変である第2のコンバー
タと、第1のコンバータの出力電圧および第2のコンバ
ータから放電灯への供給電力を制御する制御回路とから
なり、制御回路では、第1のコンバータの出力電圧の下
限を入力力率が規定の水準以上に維持できる電圧とし、
第1のコンバータの出力電圧が前記下限以上である間は
第1のコンバータの出力電圧で調光し、第1のコンバー
タの出力電圧が前記下限になる状態よりも深く調光する
ときは第2のコンバータから放電灯への供給電力を低下
させるものであり、調光時においても第1のコンバータ
により入力力率を所定の水準以上に保つとともに、第1
のコンバータの出力電圧を引き下げることによって回路
損失を比較的小さくすることができるという利点を有す
る。また、深く調光する場合には、第1のコンバータに
より点灯維持電圧を確保しつつ第2のコンバータでラン
プへの供給電力を低減して深い調光状態を得ることが可
能になるという利点がある。
ある。
る。
る。
る。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 交流電源を整流する整流回路と、整流回
路の出力電圧を電圧変換するとともに入力力率を改善す
る機能を有しかつ出力電圧が可変である第1のコンバー
タと、第1のコンバータの出力を電源とし放電灯への供
給電力が可変である第2のコンバータと、第1のコンバ
ータの出力電圧および第2のコンバータから放電灯への
供給電力を制御する制御回路とからなり、制御回路で
は、第1のコンバータの出力電圧の下限を入力力率が規
定の水準以上に維持できる電圧とし、第1のコンバータ
の出力電圧が前記下限以上である間は第1のコンバータ
の出力電圧で調光し、第1のコンバータの出力電圧が前
記下限になる状態よりも深く調光するときは第2のコン
バータから放電灯への供給電力を低下させることを特徴
とする放電灯点灯装置。 - 【請求項2】 前記第1のコンバータおよび前記第2の
コンバータがそれぞれチョッパ回路であることを特徴と
する請求項1記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項3】 前記第1のチョッパ回路が昇圧チョッパ
回路であり、前記第2のチョッパ回路が降圧チョッパ回
路であることを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装
置。 - 【請求項4】 前記第1のチョッパ回路が昇圧チョッパ
回路であり、前記第2のチョッパ回路が昇降圧チョッパ
回路であることを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯
装置。 - 【請求項5】 前記第1のチョッパ回路が昇降圧チョッ
パ回路であり、前記第2のチョッパ回路が降圧チョッパ
であることを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装
置。 - 【請求項6】 前記第2のコンバータと前記放電灯との
間に、前記第2のコンバータの出力を交番電圧に変換す
る極性反転回路を設けたことを特徴とする請求項1ない
し請求項5のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項7】 前記放電灯を始動させるための高電圧を
発生するイグナイタを付加したことを特徴とする請求項
1ないし請求項6のいずれか1項に記載の放電灯点灯装
置。 - 【請求項8】 前記放電灯は高圧放電灯であることを特
徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載
の放電灯点灯装置。 - 【請求項9】 前記交流電源の電圧は200V系である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1
項に記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項10】 前記交流電源の電圧は400V系であ
ることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか
1項に記載の放電灯点灯装置。 - 【請求項11】 前記放電灯はトンネル照明の光源であ
ることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれ
か1項に記載の放電灯点灯装置。
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JP2000099343A JP4258948B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 放電灯点灯装置 |
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