JP2007141752A - 昇圧トランス、放電灯点灯回路、放電灯装置および放電灯点灯方法 - Google Patents

昇圧トランス、放電灯点灯回路、放電灯装置および放電灯点灯方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高耐圧部品を必要とせず、フィードバックへの絶縁距離が省スペースでよく、トランスサイズも大きくならないようにし、低コスト・省スペースを実現する。
【解決手段】昇圧トランスT1は、二次側巻線S1を、高圧出力を得る高圧巻線S1Hと低圧出力を得る検出巻線S1Lとに分割し、この検出巻線S1Lに発生する低圧電圧により異常検出用低圧出力を得る。放電灯点灯回路は、発振回路1からの発振出力を昇圧トランスT1の一次側巻線P1に入力し、この昇圧トランスの二次側巻線S1の高圧巻線S1Hから高圧出力を出力し、昇圧トランスT1の高圧出力により放電灯Z1を点灯させる際に、制御回路2は、昇圧トランスT1の二次側巻線S1の検出巻線S1Lからの異常検出用低圧出力により発振回路1を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、高圧トランス、放電灯点灯回路、放電灯装置および放電灯点灯方法に関し、特に放電灯の異常動作を防止する高圧トランス、放電灯点灯回路、放電灯装置および放電灯点灯方法に関する。
一般に、放電灯は、放電灯点灯回路から供給される高圧電圧により点灯される。ここでは、放電灯を放電灯点灯回路に接続したものを、放電灯装置という。希ガスを封入した放電灯は、放電ランプの種類やランプ長等が異なる事により、ランプ点灯電圧および放電開始電圧が異なっている。従って、放電灯点灯回路の出力電圧は、放電ランプによって異なる。
例えば、液晶バックライト等に使用される冷陰極ランプでは、小型モニター用ランプのランプ電圧が約500V、その点灯開始電圧が約800Vである。また、大型テレビ用ランプのランプ電圧が約1500V、その点灯開始電圧が約2000Vとなっている。
一般的な放電灯点灯回路は、数十KHzから数百KHzの発振周波数の出力を、昇圧トランスにより昇圧して放電灯に供給して放電灯を点灯している。この放電灯点灯回路の異常または点灯回路高圧部の異常等の検出方法を、図3、図4に示す従来例1の回路図により説明する。図3において、この放電灯点灯回路は、発振回路1、制御回路2および昇圧トランスT1aから構成されている。発振回路1への入力電圧Vinは入力コネクタ3から供給され、出力電圧は出力コネクタ4から放電灯Z1に供給される。
この発振回路1としては、自励式回路や他励式回路がある。また、その他ランプや点灯効率によりパルス回路等も考えられる。また、制御回路2としては、異常波形を検出した時、その検出電圧をトリガーして、発振回路1を止めたり、間欠発振させて保護動作する回路である。
発振回路1に入力電圧Vinが供給されると、発振回路1が発振し、発振回路1の発振出力は昇圧トランスT1aの一次側巻き線に供給される。昇圧トランスT1aの二次側巻き線からは、その巻き線比に従って昇圧された昇圧出力が得られる。この昇圧出力は、出力コネクタ12から放電灯Z1に供給され、放電灯Z1を点灯する。
この場合、高圧部の異常等の検出は、図3に示すように、昇圧トランスT1aの二次巻き線に直列接続したコンデンサC1、C2の分圧回路により検出している。昇圧トランスT1aの高圧電圧は、コンデンサC1、C2の容量比により分圧され、この分圧出力は放電制御回路2にフィードバックされる。この分圧出力で放電制御回路2が異常を検知すると、発振回路1を制御し、放電の停止、放電電圧の低下、間欠動作等の保護回路を動作させる。このコンデンサC1、C2は、高圧回路に用いられるので、高耐圧コンデンサである必要がある。
また、図4に示す回路では、図3と殆ど同様であるが、高圧部の異常等の検出を、昇圧トランスT1aの二次側巻き線に直列接続した抵抗R1、R2の分圧回路により検出する点が相違している。この回路も、抵抗R1、R2により分圧した分圧電圧を放電制御回路2にフィードバックして異常を検知し、放電の停止もしくは放電電圧の低下、間欠動作等の保護回路を動作させる。この抵抗R1、R2も、高圧回路に用いられるので、高耐圧抵抗である必要がある。
一般に、放電灯点灯回路は、特に照明、液晶バックライト、スキャナ等のOA機器の光源点灯回路として用いられる。このような用途では、機器の安全が求められ保護回路も多種多様に必要になっている。特に、高電圧が発生することもあり、放電灯の異常や昇圧トランス以降の高圧部の異常、点灯回路と放電灯を接続するコネクタ・ハーネスに異常がある場合、感電等の危険性があるため、ほとんどの機器にて高電圧に対する保護回路を搭載している。従来の保護回路に使用している高耐圧部品はコストが高く、また高電圧であることから絶縁距離の確保が困難であるといった問題があった。
また、従来の他の放電灯点灯装置として、特許文献1に記載された回路(従来例2)がある。この放電灯点灯装置の回路を図5のブロック図に示す。この放電灯点灯装置においては、商用電源ACが整流回路11に接続され、整流回路11の整流出力は直流電源回路12によって、任意の直流出力に変換される。インバータ回路13は、インバータ制御回路14からの信号によって任意の周波数で発振動作を行い、直流電源回路12の直流出力を交流に変換して負荷回路15に出力する。
負荷回路15は、インダクタンスL1とコンデンサC11との直列共振回路、コンデンサC11に並列に接続された昇圧トランスT2の1次巻線N1とコンデンサC12との直列回路、昇圧トランスT2の2次巻線N2と放電灯Z2との並列回路、および昇圧トランスT2の3次巻線N3から構成される。インバータ回路13の交流出力を供給された負荷回路15は、インダクタンスL1とコンデンサC11との共振作用でコンデンサC11の両端に高電圧が発生する。これによって、昇圧トランスT2の1次巻線N1から2次巻線N2に誘起された高電圧が放電灯Z2に印加されて、放電灯Z2は点灯始動する。
放電灯Z2が点灯した後、インバータ制御回路14がインバ−タ回路13の発振動作を所定の発振周波数に制御することによって、任意の放電灯出力を得ることができる。
コンデンサC12は、放電灯Z2が点灯中の直流カット用コンデンサであり、昇圧トランスT2の3次巻線N3は、放電灯Z2の出力異常の判定動作を行うために検出した放電灯Z2のランプ電圧を検出信号Vlaとして放電灯の異常検出回路16に出力する。
この異常検出回路16は、検出信号Vlaによって放電灯Z2の正常異常判定を行い、その判定結果をインバータ制御回路14に出力し、インバータ制御回路14はその判定結果に基づいてインバータ回路13の発振動作を制御する。
放電灯Z2が正常に点灯した場合、インバータ制御回路14は、放電灯出力が所定値となるようにインバータ回路13の発振周波数を制御する。
放電灯Z2の寿命末期時には、フィラメントに塗布されたエミッタが消耗し、放電灯Z2は片方向のみに電流が流れる整流作用を行う異常放電となる。以下、この現象をエミレスと呼ぶ。このとき共振系は崩れ、放電灯Z2のランプ電圧は正常放電時に比べて異常上昇する。また、放電灯Z2が点灯動作しているときに、放電灯Z2の内封ガス抜け(スローリーク)等の異常が生じて、放電灯Z2が立ち消えした場合にも、同様に無負荷時の共振カーブに急変し異常上昇する。
次に、異常検出回路16は、昇圧トランスT2の3次巻線N3から得られる検出信号Vlaは平滑化されて、直流の検出電圧Vaとしてコンパレータに入力される。コンパレータは、直流電圧源が出力するしきい値電圧Vr1と検出電圧Vaとを比較する。そして、しきい値電圧Vr1のほうが大きい場合にはLレベル信号をインバータ制御回路14に出力し、検出電圧Vaのほうが大きい場合にはHレベル信号をインバータ制御回路14に出力する。
ここで、放電灯Z2が正常に点灯している場合には、異常時に比べてランプ電圧は低く、検出信号Vlaの電圧レベルも低い。その結果、検出電圧Vaも低く、検出電圧Vaがしきい値電圧Vr1より低くなり、コンパレータはLレベルの信号をインバータ制御回路14に出力する。そして、インバータ制御回路1は、Lレベルの信号を入力されている間、任意の放電灯出力を得るようにインバ−タ回路13の発振動作を所定の発振周波数に制御する。
放電灯異常によって放電灯Z2のランプ電圧が上昇すると、それに比して検出信号Vlaの電圧レベルも上昇する。その結果、検出電圧Vaも上昇し、検出電圧Vaがしきい値電圧Vr1より大きくなった場合、コンパレータはHレベルの信号をインバータ制御回路14に出力する。そして、インバータ制御回路14は、Hレベルの信号を入力されると放電灯異常と判定し、インバータ回路13の発振動作を保護動作に移行させる。なお、ここで保護動作とは、発振動作を停止させる、発振動作を間欠的に行う、発振周波数をかなり高くして微弱共振作用を行うなどのうち、いずれかの動作である。
そして、従来例2においては、放電灯Z2のランプ電圧が、放電灯異常時しきい値電圧以上になると、インバータ制御回路14が放電灯異常と判定するように、直流電圧源E1のしきい値電圧Vr1の値、および異常検出回路16の各部品の定数を設定することによって、放電灯Z2の正常異常判定を行う構成となっていた。昇圧トランスT2の3次巻線N3は、放電灯Z2の出力異常の判定動作を行うために検出した放電灯Z2のランプ電圧を検出信号Vlaとして異常検出回路16に出力する。
特開2002−299084号公報(図1)
しかし、上述した従来例1の放電灯点灯回路では、その保護回路に使用している高耐圧部品のコストが高く、また高電圧であることから絶縁距離の確保が困難であるといった問題があった。
また、従来例2の放電灯点灯回路では、昇圧トランスT2の2次巻線数が第2の巻線と第3の巻線との2巻線となっている点が問題である。すなわち、この昇圧トランスT2は、異常検出のために第3の巻線を、第2の巻線と別に設け、この第3の巻線に誘導される電圧から異常を検出している。この場合には、第3の巻線での異常検出となるが、第3の巻線を異常検出に使用するには、第3の巻線と第2の巻線との結合を強くしなければ検出できない。この第3の巻線と第2の巻線との結合を強くすると、第2の巻線と第3の巻線の絶縁をとるための対策が必要となる。例えば、その対策として、絶縁シートや絶縁距離をとることになり、昇圧トランスの大型化に繋がるデメリットとなる。
本発明の目的は、異常検出を簡単化し、高耐圧部品を必要とせず、フィードバックへの絶縁距離を省スペースとし、トランスサイズも変わらないため、低コスト・省スペースの高圧トランス、放電灯点灯回路、放電灯装置および放電灯点灯方法を提供することにある。
本発明の構成は、二次側巻線に高圧出力を得る高圧巻線を有する昇圧トランスにおいて、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うようにしたことを特徴とする。
本発明の他の構成は、所定周波数の発振電圧を一次側巻線に入力し出力側の二次側巻線から高圧出力を得る高圧巻線を有する昇圧トランスにおいて、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うことを特徴とする。
本発明において、前記二次側巻線の検出巻線数を、前記二次側巻線の高圧巻線数の数十分の一〜数百分の一とすることができ、また、前記二次側巻線の高圧巻線の出力を数百Vから数千Vとし、前記検出巻線の出力を数十V以下とすることができる。
本発明のまた他の構成は、発振回路の発振出力を一次側巻線に入力しその二次側巻線の高圧巻線から高圧出力を出力する昇圧トランスを備え、前記昇圧トランスの二次側巻線の高圧出力により放電灯を点灯させると共に、制御回路により高圧回路の異常を抑制するように前記発振回路を制御する放電灯点灯回路において、前記昇圧トランスが、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うと共に、前記制御回路が、前記検出巻線の異常検出用低圧出力により前記発振回路を制御することを特徴とする。
本発明において、前記制御回路は、前記発振回路の発振動作を停止させる、その発振動作を間欠的に行う、その発振動作レベルを低下させる、または前記発振周波数を高くして微弱共振作用を行うように制御することができ、また、前記高圧回路を、前記昇圧トランス、放電灯、または出力コネクタ、ハーネスを含むトランス二次側部品による回路とすることができる。
本発明の放電灯装置の構成は、上述した放電灯点灯回路における昇圧トランスの高圧出力に放電灯を接続してこの放電灯を点灯させるようにしたことを特徴とする。
本発明のさらに他の構成は、発振回路の所定発振出力を昇圧トランスの一次側巻線に入力し、この昇圧トランスの二次側巻線の高圧巻線から高圧出力により放電灯を点灯させると共に、制御回路により高圧回路の異常を抑制するよう前記発振回路を制御する放電灯点灯方法において、前記昇圧トランスは、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線から異常検出用出力を得ると共に、前記制御回路は、前記検出巻線からの異常検出低圧出力により前記発振回路を制御することを特徴とする。
本発明において、前記制御回路は、前記発振回路の発振動作を停止させる、その発振動作を間欠的に行う、その発振動作レベルを低下させる、または前記発振周波数を高くして微弱共振作用を行うように制御することができる。
以上説明したように、本発明によれば、異常時検出回路が簡素化され、高耐圧部品を不要となるという効果がある。さらに、低コスト、省スペース化が図られるという効果も期待できる。
次に図面により本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態の放電灯点灯回路を説明するブロック図、図2は図1に用いた昇圧トランスを説明する配線図である。
本実施形態においては、図2に示すように、昇圧トランスT1は、入力側一次側巻線P1に対して二次側巻線S1を有し、また、この二次巻線S1全体を分割して、高圧出力を得る高圧巻線S1Hと、低圧出力を得る検出巻線S1Lとを有している。そして、この検出巻線S1Lに発生する低圧出力電圧により異常検出を行うことを特徴とする。
また、本実施形態の放電灯点灯回路は、この昇圧トランスT1の高圧出力を用いて放電灯Z1を点灯させるための回路である。本実施形態の放電灯装置は、この放電灯点灯回路の高圧出力に放電灯Z1を接続して放電灯Z1を点灯させることを特徴とする。
この放電灯点灯回路は、昇圧トランスT1と、この昇圧トランスT1の高圧出力に所定周波数の発振出力を出力する発振回路1と、高圧回路の異常を検出し発振回路1を制御する制御回路2とを備える。この放電灯点灯回路は、昇圧トランスT1の高圧出力により放電灯Z1を点灯させる。また、制御回路2は、昇圧トランスT1の検出巻線S1Lの検出出力端子からの低圧出力により異常を検出し発振回路1を制御する。なお、発振回路1は入力コネクタ3から電源が供給される。また、昇圧トランスT1の高圧出力は出力コネクタ4から放電灯Z1に供給され、放電灯Z1を点灯させる。
なお、高圧回路とは、昇圧トランスT1、放電灯Z1、または出力コネクタ4、ハーネスを含むトランス二次側部品による回路であり、これら回路の異常電圧が検出巻線S1Lである検出出力端子から検出される。
放電灯点灯回路は、図1に示すように、昇圧トランスT1の二次巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線S1Lに発生する電圧を、制御回路2にフィードバックする。制御回路2は、高圧回路の異常を検知し、発振回路1を制御する。この制御回路2は、発振回路1の発振動作を停止させる、その発振動作を間欠的に行う、その発振動作レベルを低下させる、または発振周波数を高くして微弱共振作用を行うことにより制御する。この制御により、放電灯Z1の放電の停止もしくは放電電圧の低下、間欠動作等の保護回路動作が可能となる。
このように本実施形態によれば、従来例2のように、誘導電圧を検出する2次巻線を不要とし(2次巻線を2個不要)、放電灯負荷に直接繋がっている2次巻線を分割して検出出力を得ているので、昇圧トランスの空きピンに2次巻線S1Lを繋げるだけの簡単な構成で、異常検出が可能である。従って、昇圧トランスのサイズは変わらない。
また、本実施形態によれば、1)異常時検出回路が簡素化され、2)高耐圧部品を不要となり、3)制御回路へのフィードバックが高圧でないことにより絶縁耐圧距離(空間・沿面距離)の省スペース化(基板サイズの縮小)されるという効果がある。
本発明の実施例1は図1、図2の構成と同様である。図1に示すように、放電灯点灯回路は、発振回路1、制御回路2、昇圧トランスT1および放電灯Z1により構成される。本実施例1において、放電灯Z1の異常、昇圧トランスT1以降の高圧部の異常、点灯回路と放電灯を接続するコネクタ・ハーネスに異常がある場合、昇圧トランスT1の二次電圧が正常動作時の二次電圧と異なるため、昇圧トランスT1の二次電圧により異常検知することができる。
本実施例では、検出巻線S1Lが昇圧トランスT1の二次巻線の高圧出力を分割出力しているので、この検出巻線S1Lに生じる電圧が異常時と正常動作時と異なることを利用して異常検知を行うものである。この検出巻線S1Lに発生する電圧は、制御回路2にフィードバックされる。このため、図2における昇圧トランスT1の二次巻線の高圧巻線S1Hと検出巻線S1Lの巻き数比は数百:1〜数十:1の比率にて分割巻きとしている。このような巻線比とすることで、二次巻線の高圧巻線S1Hの放電電圧数百V〜数千Vの高圧を、検出巻線S1Lの数十V以下の低電圧の検出電圧に低下させることが出来る。従って、検出巻線S1Lの回路には、高圧に耐えうる高耐圧部品を使用する必要がなくなる。
この放電灯点灯回路の動作は、次の通りである。放電灯点灯回路の発振回路1にコネクタ3から定常電力を入力すると、発振回路1から昇圧トランスT1に発振信号が出力される。昇圧トランスT1は、その一次巻線と二次巻線の巻き数比に比例した電圧を二次巻線側に出力する。この放電灯点灯回路では、図2に示すように、二次巻線を分割しているため、放電灯Z1の点灯に必要な放電電圧は二次巻線の高圧巻線S1H側に発生させている。
また、放電灯Z1の異常および昇圧トランス以降の高圧部の異常、点灯回路と放電灯を接続するコネクタ・ハーネスに異常がある場合、昇圧トランスT1の二次電圧が定常時の二次電圧と異なることになる。従って、二次巻線の検出巻線S1Lに発生する電圧を制御回路2にフィードバックさせることにより、昇圧トランスT1が定常の二次電圧であるか否かの識別を行うことができる。
この際、検出巻線S1Lの巻き数を高圧巻線S1Hの巻き線の巻き数に対し数十分の一〜数百分の一にしている。従って、制御回路2のフィードバック段に高耐圧部品を使用する必要がなくなり、コストメリットを出すことができる。
なお、発振回路1としては、自励式回路(例えばロイヤー回路)や他励式回路(例えばハーフブリッジ回路)を用いることができる。また、その他ランプや点灯効率によりパルス回路等も考えられる。また、制御回路2としては、異常波形(例えば正弦波やパルス電圧)を検出した時、その検出電圧をトリガーして、発振回路1を止めたり、間欠発振させて、異常を抑制して保護動作する回路である。例えば、昇圧トランスT1の検出電圧をコンパレータ等で比較して、異常電圧である場合に発振回路1の電圧をシャットアウトして、発振を停止させる回路がある。
本発明の他の実施例として、昇圧トランスT1の二次巻線の分割は2分割でなくてもよい。たとえば、昇圧トランスT1の昇圧比やそのトランスピン数の兼ね合いで3分割、4分割にすることもできる。これら分割巻線のうちから、必要な高圧出力と、異常検出レベルとして最適なレベルの低圧出力を得る巻線を用いればよい。
本発明の第1の実施形態の高圧トランスを含む放電灯点灯回路を説明するブロック図である。 図1の高圧トランス部分の配線図である。 従来例の放電灯点灯回路を説明するブロック図である。 従来例の他の放電灯点灯回路を説明するブロック図である。 他の従来例の高圧トランス、放電灯点灯回路を説明するブロック図である。
符号の説明
1 発振回路
2 制御回路
3 入力コネクタ
4 出力コネクタ
11 整流回路
12 直流電源回路
13 インバータ回路
14 インバータ制御回路
15 負荷回路
16 異常検出回路
C1,C2,C11,C12 コンデンサ
L1 インダクタンス
R1,R2 抵抗
T1,T1a,T2 昇圧トランス
Z1,Z2 放電灯

Claims (10)

  1. 二次側巻線に高圧出力を得る高圧巻線を有する昇圧トランスにおいて、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うようにしたことを特徴とする昇圧トランス。
  2. 所定周波数の発振電圧を一次側巻線に入力し出力側の二次側巻線をから高圧出力を得る高圧巻線を有する昇圧トランスにおいて、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うことを特徴とする昇圧トランス。
  3. 前記二次側巻線の検出巻線数が、前記二次側巻線の高圧巻線数の数十分の一〜数百分の一とする請求項1または2記載の昇圧トランス。
  4. 前記二次側巻線の高圧巻線の出力が数百Vから数千Vであり、前記検出巻線の出力が数十V以下である請求項3記載の高圧トランス。
  5. 発振回路の発振出力を一次側巻線に入力しその二次側巻線の高圧巻線から高圧出力を出力する昇圧トランスを備え、前記昇圧トランスの二次側巻線の高圧出力により放電灯を点灯させると共に、制御回路により高圧回路の異常を抑制するように前記発振回路を制御する放電灯点灯回路において、
    前記昇圧トランスが、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線を有し、この検出巻線の低圧出力により異常検出を行うと共に、前記制御回路が、前記検出巻線の低圧出力により前記発振回路を制御することを特徴とする放電灯点灯回路。
  6. 前記制御回路は、前記発振回路の発振動作を停止させる、その発振動作を間欠的に行う、その発振動作レベルを低下させる、または前記発振周波数を高くして微弱共振作用を行うように制御する請求項5記載の放電灯点灯回路。
  7. 前記高圧回路が、前記昇圧トランス、放電灯、または出力コネクタ、ハーネスを含むトランス二次側部品による回路である請求項5または6記載の放電灯点灯回路。
  8. 請求項5,6または7記載の放電灯点灯回路における昇圧トランスの高圧巻線出力に放電灯を接続して前記放電灯を点灯させるようにしたことを特徴とする放電灯装置。
  9. 発振回路の所定発振出力を昇圧トランスの一次側巻線に入力し、この昇圧トランスの二次側巻線の高圧巻線から高圧出力により放電灯を点灯させると共に、制御回路により高圧回路の異常を抑制するよう前記発振回路を制御する放電灯点灯方法において、
    前記昇圧トランスは、前記二次側巻線を分割して低圧出力を得る検出巻線から異常検出用出力を得ると共に、前記制御回路は、前記検出巻線の低圧出力により前記発振回路を制御することを特徴とする放電灯点灯方法。
  10. 前記制御回路は、前記発振回路の発振動作を停止させる、その発振動作を間欠的に行う、その発振動作レベルを低下させる、または前記発振周波数を高くして微弱共振作用を行うように制御する請求項9記載の放電灯点灯方法。
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