CN1373066A - 自行车用充电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在点亮自行车用灯的同时向电动单元供给稳定的电力。该自行车充电用控制电路从发电机1中取得电力,进行对灯4的点亮控制和对充电装置的充电控制,包括:设在发电机1和灯4之间的第1开关装置5;利用发电机1充电的充电电池C3;设在发电机1和充电电池C3之间的整流电路2;检测充电电池C3的充电电压的充电电压检测装置;与由充电电压检测装置检测出的充电电压值对应控制第1开关装置5的通断并向灯间歇地供给电力的控制装置。

Description

自行车用充电控制电路

技术领域

本发明涉及自行车用充电控制电路，特别涉及从自行车用发电机中取得电力，进行对灯的点亮控制和对充电装置的充电控制的自行车用充电控制电路。

背景技术

在自行车中，为了点亮前灯等灯而装有发电机，发电机发出的电力供给灯。对于该灯的点亮控制，提供有象特开平5-238447号公报和特开2000-62523号公报所示那样的装置。

在特开平5-238447号公报所示的装置中，通过检测电池两端的电压并与该检测结果对应控制发电机的励磁电流，可以减轻骑车人的身体疲劳，同时可以使灯的照度稳定。此外，在特开2000-62523号公报所示的装置中，设置充电用电容器，当发电机的发电量少时，从充电用电容器向灯供给电力。

在最近的自行车中，作为由发电机驱动的设备，除了灯之外，还有用来使电动变速器变速的调节器和用来调整电动悬浮的阻尼力的调节器，或者还有自行车计算机(cycle computer)的指示器的背光灯等(将这些设备记作电动单元)。在这些电动单元中，当驱动电压在规定电压以下时，工作不稳定。例如，以作为调节器的电机为例，当驱动电压便低时，会发生转速变慢、不能以正常速度工作、或电动变速器在变速途中停止工作、电动悬浮的调节器中途不工作等故障。此外，当电动单元使用微机时，有时还会产生误动作。进而，若是指示器背光灯，则会因照度不足而引起可见度降低。

这里，当发电机的转数相同时，因亮灯时与灭灯时比较，其电压降低，故特别在设有前述那样的电动单元的自行车中，得到稳定的充电电压很重要。但是，在前述那样的先有的装置中，即使向灯供给稳定的电力，在电动单元一侧也不能得到稳定的电力供给。

这里，为了在持续点亮灯的同时向电动单元一侧供给稳定的电力，有必要设置升压器或升压电路，存在装置成本高的问题。

发明内容

本发明的课题是在点亮灯的同时向电动单元供给稳定的电力。

本发明第1方面的自行车充电用控制电路从自行车用发电机中取得电力，进行对灯的点亮控制和对充电装置的充电控制，其特征在于，包括：设在发电机和灯之间的第1开关装置；利用发电机充电的充电电池；设在发电机和充电电池之间的整流电路；检测充电电池的充电电压的充电电压检测装置；与由充电电压检测装置检测出的充电电压值对应控制上述第1开关装置的通断并向灯间歇地供给电力的控制装置。

在该电路中，发电机的输出经整流电路整流后供给充电电池。另一方面，发电机的输出供给灯使灯点亮。这时，当充电电池的充电电压在规定值之上时，发电机的输出直接供给灯。但是，当充电电池的电压低于规定值时，控制设在发电机和灯之间的第1开关，间歇地产生使因灯的负载引起的发电机内部的电压降为0的状态，从发电机的低转速区得到充电所必要的电压，而不需要特别的升压电路。

在此，因优先利用发电机的低转速区向充电电池充电，故可以抑制电动单元工作的不稳定。此外，因间歇地向灯供给电力，所以，虽然灯要发生闪烁，但通过提高闪烁频率，可以使人的眼睛感觉不到。

本发明第2方面的自行车用充电控制电路的特征是，在第1方面的电路中，控制装置控制在发电机的输出电压的每半周期内接通或断开向灯的电力供给。

在此，因在发电机的输出的每半周期内进行控制，故用于控制的电路结构变得简单。

本发明第3方面的自行车用充电控制电路的特征是，在第1或第2方面的电路中，进而具有设在整流电路和充电电池之间的第2开关装置和用来控制第2开关装置通断的第2开关控制装置。

在此，当充电电池达到最高电压时，使第2开关装置断开，可以防止因电压继续上升而使充电电池损坏和引起电动单元工作不稳定或损坏。

本发明第4方面的自行车用充电控制电路的特征是，在第3方面的电路中，第2开关装置是由加在其栅极上的电压来控制其通断的晶体管元件。此外，第2开关控制装置包括利用发电机输出的正半周期的电流充电的第1电容器和利用负半周期的电流及从第1电容器来的电流充电的第2电容器，该第2电容器同时对晶体管的栅极施加充电电压。

在该电路中，第1电容器利用发电机的正半周期电流充电，第2电容器利用负半周期的电流及从第1电容器来的电流充电。因此，及时在低速区，第2电容器的充电电压也很高，可以使构成第2开关装置的晶体管工作稳定，可以充电电池的充电动作稳定。

本发明第5方面的自行车用充电控制电路的特征是，在第1至第4任何一方面的电路中，充电电池是电容元件。这时，其耐久性较高，电动单元的寿命大约可长达10年之久。

本发明第6方面的自行车用充电控制电路的特征是，在第1至第5任何一方面的电路中，第1开关装置是利用加在其栅极上的电压控制其通断的晶体管元件。此外，控制装置利用充电电池的充电电压控制加在晶体管元件的栅极上的电压。

这时，因开关装置由晶体管元件构成，故体积小，重量轻且具有耐久性，开关速度也快。

附图说明：

图1是本发明一实施形态采用的系统的原理图。

图2是上述系统的具体电路图。

图3是发电机和灯的电压波形图。

发明的具体实施方式

图1示出本发明一实施形态采用的系统的原理图。

该系统具有发电机1、整流电路2、作为电动单元的电源的蓄电装置3、灯4和设在发电机1及灯4之间的开关5。

发电机1是内置于例如自行车的前轮毂中的轮毂发电机。整流电路2是用来对发电机1的输出交流电压进行整流的电路，是包含二极管等的电路。此外，蓄电装置3是包含电容器和晶体管等的装置，利用充电电压进行开关5的通断控制。

图2示出将图1所示的原理图具体化后的电路图。

象图2所示的电路图那样，在发电机1(GE)上连接有第1电容器C1、第2电容器C2、第1二极管D1和第2二极管D2。

在这样的的电路中，利用第1及第2电容器C1、C2和第1及第2二极管D1、D2构成倍压整流电路。因此，在发电机1输出的正半周期对第1电容器C1充电，在接下来的负半周期，利用第1电容器C1的充电电压和发电机1的发电电压之和的电压对第2电容器C2充电。因此，第2电容器C2可以在低速状态下得到高的充电电压。因此，第2电容器C2起后述的第1及第3场效应晶体管FET1、FET3的驱动用电源的作用。

此外，在发电机1上还连接有作为整流电路的第3二极管D3，在该第3二极管D3的后级上，经第1场效应晶体管(以下单记作晶体管)FET1与作为充电电池的电容器C3连接。第1晶体管FET1的栅极经第1电阻R1与第2电容器C2连接。

在这样的电路中，因二极管D3的作用，只有发电机1输出中的负半周期的输出经第1晶体管FET1对第3电容器C3充电。这时，为了对第3电容器C3进行充电，第1晶体管FET1必须导通，但第1晶体管FET1只有栅极比源极高出规定的电位(例如2V)才会导通。这里，因第1晶体管FET1的栅极施加第2电容器C2的电压，故如前所述，即使在低速状态下也可以得到足够高的电压，第1晶体管FET1处于稳定的导通状态，第3电容器C3的充电动作稳定。

此外，在发电机1上串联连接第2晶体管FET2、第3晶体管FET3(相当图1的开关5)和灯4。再有，与第2晶体管FET2并联示出的二极管D5及与第3晶体管FET3并联示出的二极管D4分别是各晶体管FET2、FET3的寄生二极管。而且，第2晶体管FET2的栅极经第2电阻R2与第2电容器C2连接，第3晶体管FET3的栅极与控制电路10连接。此外，第3晶体管FET3的栅极与第3电阻R3并联连接。这里，控制电路10是用来控制第2及第3晶体管FET2、FET3的栅极电位的电路。

在这样的电路构成中，可以利用控制电路10控制第1晶体管FET1的栅极电位，从而控制对第3电容器C3的充电，进而，与第3电容器C3的充电电压对应控制第3晶体管FET3的栅极电位，从而控制第3晶体管FET3的导通截止。

此外，可以通过使第2晶体管FET2和第3晶体管FET3同时截止来使灯4完全熄灭。

其次，说明动作。

这里，说明从所有的电容器都未充电的状态开始的动作。

首先，在发电机1输出的正半周期内，

①在发电机→D1→C1→发电机回路①中流过电流，使第1电容器充电。因此，第1电容器C1两端的电压为(发电机输出的峰值电压-0.6V)V左右。

在接下来的负半周期内，

②在发电机→C1→D2→C2→D5→发电机回路②中流过电流，使第2电容器充电。这里，供给第2电容器C2的电流是来自发电机1的电流加上第1电容器C1的充电电流。因此，即使在低速状态下也可以对第2电容器C2进行充分的充电。而且，当第2电容器C2两端的电压变成{(C3两端的电压)+(可使FET1导通的栅极电压)}时，第1晶体管FET1导通。此外，第2晶体管FET2也导通。因此，

③在发电机→D3→FET1→C3→FET2→发电机回路③中流过电流，开始对第3电容器充电。

这里，只有在发电机输出的负半周期内才可以以较高的稳定的电压对第3电容器C3充电。而且，可以利用第2电容器C2使施加在第1晶体管FET1的栅极上的电压稳定，所以，可以稳定地使第1晶体管FET1处于导通状态。

在象以上那样的状态下，要想稳定地驱动其它电动单元，第3电容器C3两端的电压还不够。因此，利用控制电路10控制施加在第3晶体管FET3的栅极上的电压，使第3晶体管FET3仍然截止。

在这样的状态下，在正半周期内，如前所述，通过

①在发电机→D1→C1→发电机回路①中流过电流，使第1电容器充电，同时，通过

④在发电机→FET2→D4→灯→发电机回路④中流过电流，来点亮灯4。

而且，在负半周期内，

②’在发电机→C1→D2→C2→FET2→发电机回路②’中流过电流，同时，

③在发电机→D3→FET1→C3→FET2→发电机回路③中流过电流，使第2电容器C2和第3电容器C3充电。

反复执行以上那样的在发电机输出的正半周期内使电流流过回路①和④的动作以及在负半周期内使电流流过回路②’和③的动作。

在图3中，示出这时发电机输出的波形(图3(b))和施加在灯4上的电压波形(图3(a))。由这些图可知，在发电机输出的正半周期点亮灯4，在负半周期对作为充电电池的第3电容器C3充电。再有，在图3(b)中，正的峰值电压V1比负的峰值电压V2低是因为由于灯的负载而使发电机具有内部电压降的缘故。

当象以上那样，对第3电容器C3反复充电，第3电容器C3两端的电压变成能足够驱动其它设备的电压时，控制电路10使第3晶体管FET3导通。因此，

⑤在发电机→灯→FET3→FET2→发电机回路⑤中流过电流，点亮灯。在这样的状态下，灯4不是间歇地被点亮，而是在发电机输出的正负半周期都被点亮。

再有，通过使第2晶体管FET2和第3晶体管FET3同时截止，可以使灯4完全熄灭。

在这样的实施形态中，因3个晶体管FET1、2、3和第2、第3电容器C2、C3及控制电路10的GND电平是统一的地电平，故不需要特别的电路来统一这些元件的地电平，可以容易地对3个晶体管进行开关动作。

此外，因从第3电容器C3得到控制电路10的工作电力，故可以防止从发电机1来的高电压加到控制电路10上，不需要用来保护控制电路10的电路。

象以上那样，在本发明中，当充电电池的充电电压低时，间歇地向灯供给电力，所以，可以一边使灯点亮，一边对充电电池进行充分的充电。

Claims (6)

1.一种自行车充电用控制电路，从自行车用发电机中取得电力，进行对灯的点亮控制和对充电装置的充电控制，其特征在于，包括：

设在上述发电机和灯之间的第1开关装置；

利用上述发电机充电的充电电池；

设在上述发电机和充电电池之间的整流电路；

检测上述充电电池的充电电压的充电电压检测装置；

与由上述充电电压检测装置检测出的充电电压值对应控制上述第1开关装置的通断并向上述灯间歇地供给电力的控制装置。

2.权利要求1记载的自行车用充电控制电路，其特征在于：上述控制装置控制在上述发电机的输出电压的每半周期内接通或断开向上述灯的电力供给。

3.权利要求1或2记载的自行车用充电控制电路，其特征在于：进而具有设在上述整流电路和充电电池之间的第2开关装置和用来控制上述第2开关装置通断的第2开关控制装置。

4.权利要求3记载的自行车用充电控制电路，其特征在于：上述第2开关装置是由加在其栅极上的电压来控制其通断的晶体管元件，

上述第2开关控制装置包括利用上述发电机输出的正半周期的电流充电的第1电容器和利用负半周期的电流及从上述第1电容器来的电流充电的第2电容器，该第2电容器同时对上述晶体管的栅极施加充电电压。

5.权利要求1到4中任何一项记载的自行车用充电控制电路，其特征在于：上述充电电池是电容元件。

6.权利要求1到5中任何一项记载的自行车用充电控制电路，其特征在于：上述第1开关装置是利用加在其栅极上的电压控制其通断的晶体管元件，

上述控制装置利用上述充电电池的充电电压控制加在上述晶体管元件的栅极上的电压。

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