-
Die
Erfindung betrifft eine b-A-Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrrad,
die ein oder mehrere Beleuchtungselemente, einen Dynamo, eine DC-Spannungsquelle
sowie Mittel umfasst, welche zum Versorgen mindestens eines Beleuchtungselementes mit
Leistung von der DC-Spannungsquelle für den Fall vorgesehen sind,
in welchem der Strom und/oder die Spannung, welche vom Dynamo zugeführt werden,
ausfallen.
-
Im
Folgenden wird der Ausdruck Beleuchtungselement verwendet, um sowohl
weißglühende Lampen
als auch Licht emittierende Dioden oder andere Elemente, welche
Licht emittieren, wenn eine elektrische Spannung daran angeschlossen
wird, anzuzeigen.
-
Eine
Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 34 44 178 bekannt. Die Beleuchtungseinrichtung
für ein
Fahrrad, die darin offenbart ist, umfasst einen Dynamo, welcher
direkt mit einer Lampe verbunden ist, und welcher über einen Gleichrichter
auch mit einer Batterie verbunden ist, wobei die Batterie über einen
FET mit einer Anzahl von Licht emittierenden Dioden verbunden ist.
-
Ein
praktisch identischer Schaltkreis ist ebenfalls aus der deutschen
Patentanmeldung
DE 42 22 994 bekannt,
welche jedoch einen Kondensator anstelle einer Batterie umfasst,
welcher Kondensator durch den Dynamo über einen Gleichrichter geladen
wird und sich durch eine Licht emittierende Diode über einen
FET entlädt,
wenn das Fahrrad und damit der Dynamo anhält.
-
Ein
Nachteil der bekannten Einrichtungen ist die Tatsache, dass sie
nur für
eine begrenzte Zeit in der Lage sind, Beleuchtungselemente, die
einen geringen Leistungsverbrauch aufweisen, mit Strom zu versorgen.
Die weißglühende Lampe
des Vorderlichtes des Fahrrads gemäß der deutschen Patentanmeldung
ist daher nicht mit der Batterie oder dem Kondensator verbunden,
sondern nur direkt mit dem Dynamo. Als eine Konsequenz wird sich
das Vorderlicht jedes Mal abschalten, wenn das Fahrrad und damit
auch der Dynamo anhalten.
-
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
ist, eine Einrichtung mit Mitteln bereitzustellen, durch welche
es möglich
ist, ohne mechanische Schalter oder Relais zu verwenden, nicht nur
Licht emittierende Dioden zu betreiben, welche wenig Energie verbrauchen
und welche auch wenig Licht erzeugen, wenn der Dynamo angehalten
ist, sondern auch in dem Falle, dass das Fahrrad und damit der Dynamo
angehalten sind, dem Vorderlicht Strom zuzuführen.
-
Ferner
sollte eine erfindungsgemäße Einrichtung
die Anforderung erfüllen,
dass sowohl eine AC-Spannung als auch eine DC-Spannung geschaltet
werden können.
Eine zusätzliche
Anforderung ist, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
für ein
Fahrrad keinen Spannungsverlust von mehr als einigen Prozent der
AC-Spannung des Dynamos über
das Mittel aufweist, welches dazu bereitgestellt ist, ein Schalten
zwischen dem Dynamo und dem Gleichrichter zu ermöglichen. In dem Falle eines gewöhnlichen
Dynamos, welcher beispielsweise eine AC-Spannung von 6 Volt und
einen Spannungsverlust von 3 % bereitstellt, bedeutet dies, dass
der Spannungsabfall nicht 0,18 Volt überschreiten darf.
-
Daher
ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
für ein
Fahrrad dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel wenigstens 3 FET's aufweist, die in
einem offenen leitfähigen
Zustand betrieben werden können,
worin eine Spannung hindurchgeführt
wird, und einen geschlossenen, nichtleitenden Zustand, worin eine
Spannung nicht hindurch gelassen wird, sowie eine Steuerungseinrichtung,
die wirkungsgemäß mit wenigstens
den 3 FET's, dem Dynamo
und der Batterie verbunden ist, worin der erste und ein zweiter
FET in Reihe und entgegengesetzt und zwischen dem Dynamo und dem
einen oder mehreren Lichtelementen verbunden sind, und dass der
dritte FET in Reihe zwischen der DC-Spannungsquelle und dem einen
oder mehreren Beleuchtungselementen verbunden ist, und worin eine
Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die ersten und zweiten
FET's in ihren offenen
leitfähigen
Zustand zu bringen, wenn eine Spannung durch den Dynamo zur Steuerungseinrichtung
zugeführt
wird, und worin die Steuerungseinrichtung dazu angeordnet ist, den
dritten FET bei der Abwesenheit einer Spannung, die durch den Dynamo
zur Steuerungseinrichtung zugeführt
wird, in seinen offenen leitfähigen
Zustand zu bringen.
-
Als
ein Ergebnis werden der erste und der zweite FET all den Beleuchtungselementen
am Fahrrad die gesamte AC-Spannung
vom Dynamo bereitstellen, mit der Ausnahme eines kleinen Spannungsabfalls über den
ersten und zweiten FET. Wenn durch den Dynamo keine Spannung zugeführt wird,
wird die Steuerungseinrichtung einen dritten FET öffnen, so dass
alle Beleuchtungselemente des Fahrrads durch eine Batterie mit Versorgungsspannung
versorgt werden. Das Schalten von der Batterie zum Dynamo und vom
Dynamo zur Batterie durch die Steuerungseinrichtung findet vollständig automatisch
statt, ohne dass mechanische Schalter oder Relais verwendet werden.
-
Eine
bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
der Beleuchtungseinrichtung für
ein Fahrrad ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung
dazu ausgebildet ist, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Spannung,
die vom Dynamo bereitgestellt wird, zu erfassen, dass Signale, die eine
AC-Spannungskomponente umfassen auf einem ersten und einem zweiten
Ausgang der Steuerungseinrichtung vorliegen, wenn eine Spannung durch
den Dynamo zugeführt
wird, wobei die AC-Spannungskomponenten eine gleiche Frequenz und
entgegengesetzten Phasen aufweisen, dass die ersten und zweiten
FET's über ihre
Quelle verbunden sind, dass die Drain des ersten FET mit dem Dynamo verbunden
ist und, dass die Drain des zweiten FET mit einem oder mehreren
der Beleuchtungselemente verbunden ist, darin, dass der erste und
zweite Ausgang der Steuerungseinrichtung mit einer Spannungsvervielfältigungsschaltung
verbunden sind, und darin, dass ein dritter und ein vierter Ausgang
der Spannungsvervielfältigungsschaltung
mit den Gate-Anschlüssen
bzw. den Quellen-Anschlüssen des
ersten und zweiten FET verbunden sind.
-
Als
ein Ergebnis werden der erste und der zweite FET auf eine vollelektronische
und einfache Weise durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, um
praktisch die gesamte AC-Spannung
vom Dynamo zu dem Beleuchtungselement des Fahrrads zu übertragen.
-
Eine
andere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Beleuchtungseinrichtung für ein
Fahrrad ist dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Spannungsquelle
eine Batterie ist und dass ein Schaltkreis, welcher eine Versorgungsspannung
erzeugt, zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für die Steuerungseinrichtung
bereitgestellt ist, wobei der Schaltkreis zum Erzeugen der Versorgungsspannung
mit der Batterie verbunden ist, dass der Schaltkreis zur Erzeugung
der Versorgungsspannung ausgelöst
werden kann, und dass ein Auslöser-Mittel zum
Aktivieren des Schaltkreises zur Erzeugung der Versorgungsspannung
vorhanden ist.
-
Als
ein Ergebnis wird der Schaltkreis nur aktiviert, wenn die Versorgungsspannung
vorliegt, und solch eine Versorgungsspannung wird nur bei Aktivierung
des Schaltkreises zur Erzeugung von Versorgungsspannung durch das
Auslösemittel
anwesend sein. Als ein Ergebnis hiervon kann es erreicht werden,
dass in dem Falle eines verlängerten
Stillstands eines Fahrrads, das mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
versehen ist, keine leistungsverbrauchenden Elemente vorhanden sind,
die unabhängig
von ihrem geringen Leistungsverbrauch die Batterie nach einiger
Zeit vollständig
entleeren.
-
Eine
andere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Beleuchtungseinrichtung für ein
Fahrrad ist dadurch gekennzeichnet, dass Zeitschaltmittel vorhanden
sind, und dass die Zeitschaltmittel anhalten werden, nachdem eine
vorbestimmte Zeit verstrichen ist, um die Versorgungsspannung zur Steuerungseinrichtung
bei der Abwesenheit eines Auslöser-Signals
und einer Spannung, die durch den Dynamo und/oder eine Ladungseinrichtung
zugeführt
wird, zu unterbrechen.
-
Als
ein Ergebnis wird die Steuerungseinrichtung vollständig deaktiviert
und keines der Beleuchtungselemente wird Leistung von der Batterie
während
eines Stillstands des Fahrrads verbrauchen. Dies ermöglicht ein
Stehenlassen des Fahrrads für eine
sehr lange Zeit, ohne die Batterie zu entleeren, weil ein Element
in der Steuerungseinrichtung immer noch mit Strom und/oder Spannung
versorgt werden muss. Aus diesem Grunde ist die Zuverlässigkeit
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
für ein Fahrrad,
durch welche alle Beleuchtungselemente des Fahrrads mit Spannung
während
eines Stillstands versorgt werden können, sehr groß.
-
Die
Erfindung wird nun ausführlicher
mittels einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt, wie sie
in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, worin:
-
1 eine
Darstellung einer Fahrradkopflampe ist, in welcher ein erfindungsgemäßer Schaltkreis
eingebaut ist; und
-
2 eine
teilweise Schnittansicht eines Schaltkreises ist, welcher in einer
erfindungsgemäßen Einrichtung
verwendet werden kann.
-
1 zeigt
ein Fahrradvorderlicht, das ein Gehäuse 1 umfasst, dessen
Inneres mittels einer Abdeckung (nicht gezeigt) geschlossen werden
kann. Im Vorderlicht befindet sich eine Lichtquelle, beispielsweise
eine weißglühende Lampe 5.
Ein Träger in
der Form einer sogenannten Leiterplatte 6 ist im Gehäuse 1 angebracht.
Auf der Leiterplatte 6 sind zwei Anschlusskontakte in der
Form von Kontaktfedern 7 und 8 angeordnet, welche
auf eine herkömmliche
Weise mit einem Ende der weißglühenden Lampe 5 verbunden
sind.
-
Das
Gehäuse 1 des
Vorderlichtes kann in abnehmbarer Weise mit einer Halterung 9 verbunden werden,
die aus einer im Wesentlichen U-förmigen Klammer gebildet ist,
die aus einem röhrenförmigen Material
gebildet ist.
-
In
den Enden der röhrenförmigen Halterung 9 sind
Dichtungskappen (nicht gezeigt) eingefügt, welche Kontaktpunkte an
ihren freien Enden tragen, an welche Enden von elektrischen Drähten (nicht
gezeigt) verbunden sind. Diese elektrischen Drähte können nach außen geführt werden,
beispielsweise zum Anschluss an eine Energiequelle, wie beispielsweise
einen Dynamo, und/oder zum Anschluss an ein Rücklicht des Fahrzeugs, im allgemeinen
ein Fahrrad, an welchem das Vorderlicht angebracht wird.
-
Das
Gehäuse 1 des
Vorderlichtes ist ferner mit durchgangsförmigen Aufnehmungen (duct-shaped
recesses) verbunden, die durch Wandbereiche begrenzt sind, in welche
die Beine der Halterung 9, welche sich parallel zueinander
erstrecken, eingefügt
werden können.
Ein Verriegelungsjoch 19, das im Gehäuse angeordnet ist, wird zur
Befestigung der eingefügten
Halterung 9 an das Gehäuse 1 verwendet.
-
Ferner
sind im Verriegelungsjoch 19 Löcher gebildet, durch welche
Löcher
die Abdeckung (nicht gezeigt) am Gehäuse befestigt wird.
-
Ferner
ist gezeigt, dass sich im Gehäuse 1 Batterien 30 befinden,
welche mit einem Kontaktpunkt am Träger oder der Leiterplatte 6 verbunden sind.
Ferner befindet sich auf dem Träger
oder der Leiterplatte 6 ein Anschlusselement, welches über eine Öffnung,
die im Gehäuse 1 gebildet
ist, zugänglich
ist, um einen Adapter anzuschließen, durch welchen die Batterien
geladen werden können.
Ferner befindet sich auf dem Träger
oder der Leiterplatte 6 ein Druckschalter, um die Lampe
an und aus zu schalten. Dieser Schalter kann durch einen niederdrückbaren
Bereich der Abdeckung betrieben werden. Zusätzlich befinden sich auf der
Leiterplatte Leuchtdioden, welche durch transparente Bereiche der
Abdeckung sichtbar sind, so dass der Benutzer des Fahrzeugs den
Betrieb der Lampe überprüfen kann.
-
Die
Halterung 9 kann am Rahmen eines Fahrrads oder eines ähnlichen
Fahrzeugs mittels einer gewöhnlichen
Klammer oder ähnlichen
Elementes befestigt werden und kann in die gewünschte Position gesetzt werden.
-
Eine
ausführlichere
Beschreibung der Lampe, die in 1 gezeigt
ist, kann in der holländischen Patentanmeldung
Nr. 10 16 189 der Anmelderin gefunden werden.
-
Im
folgenden wird eine Beschreibung des elektronischen Schaltkreises
gegeben, der sich auf der Leiterplatte 6 befindet, wobei
der Schaltkreis in 2 gezeigt ist. An der ersten
Stelle zeigt 2 einen Dynamo 40,
welcher mit einer Elektrode mit Masse verbunden ist und mit der
anderen Elektrode mit einer Drain des FET 41 verbunden
ist. Die Quelle von FET 41 ist mit einer Quelle eines FET 42 verbunden. Die
Drain des FET 42 ist mit einem ersten Anschluss von einem
oder mehreren der Beleuchtungselemente des Fahrrades verbunden,
von denen zwei durch die Bezugszeichen 43 und 44 angezeigt
sind. Die Gates der FET's 41 und 42 sind
miteinander verbunden. Ein Widerstand 45 ist zwischen den
Gates und den Quellen der FET's 41 und 42 angebracht.
Drei Dioden 46, 47 und 48 sind parallel
zum Widerstand 45 verbunden. Ein Kondensator 49 und
ein Widerstand 50 sind in Reihe am Verbindungspunkt der
Dioden 46 und 47 verbunden und mit einem ersten Ausgang 51 einer
Steuerungseinrichtung 52 verbunden. In gleicher Weise sind
ein Kondensator 54 und ein Widerstand 55 in Reihe
zwischen dem Verbindungspunkt der Dioden 46 und 47 und
einem zweiten Ausgang 53 der Steuerungseinrichtung 52 verbunden.
-
Die
Dioden 46, 47 und 48 und die Kondensatoren 49 und 54 bilden
eine Spannungsvervielfachungsschaltung. Wenn Signale, die AC-Spannungskomponenten
umfassen, in entgegengesetzter Phase über die Widerstände 50 und 55 zugeführt werden,
wird eine DC-Spannung entlang dem Widerstand 45 erzeugt,
welcher die Gate-Source-Spannung der FET's 41 und 42 hinreichend
hoch macht, um zu bewirken, dass die FET's leiten. Als ein Ergebnis dieser Verbindung
in Gegenstellung wird einer der FET's zu allen Zeiten in der Anwesenheit
einer AC-Spannung vom Dynamo und in der Abwesenheit der Signale,
die eine AC-Spannungskomponente umfassen, nicht leitend sein.
-
Der
Verbindungspunkt des Dynamos 40 mit der Drain des FET 41 ist
auch mit einem Eingang eines Schaltkreises 56 verbunden,
welcher den Ladestrom begrenzt, und über Widerstände 57 und 58 mit der
Verbindung zwischen einem Widerstand 59 und der Basis eines
Transistors 60. Der Widerstand 59 ist mit der
anderen Verbindung mit Masse verbunden, genau wie der Emitter des
Transistors 60. Ein weiterer Eingang des Schaltkreises 56,
welcher den Ladestrom begrenzt, ist mit einem Ausgang einer Ladeeinrichtung 61 verbunden.
Der Ausgang der Ladeeinrichtung 61 ist auch über einen
Widerstand 62 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 57 und 58 verbunden.
Der Verbindungspunkt der Widerstände 57 und 58 und 62 ist
auch über
einen Widerstand 63 mit einem Eingang 64 des Steuerungsschaltkreises 52 verbunden.
Ein weiterer Eingang 65 des ladestrombegrenzenden Schaltkreises 56 ist
mit einem Ausgang 66 der Steuerungsschaltung 52 verbunden. Ein
Ausgang 67 des ladestrombegrenzenden Schaltkreises 56 ist
mit einem Stromausgang einer Batterie 68 verbunden. Ein
Masseausgang der Batterie 68 ist mit Masse verbunden. Der
Stromausgang, im Folgenden Ausgang genannt, der Batterie 68 ist
auch mit einem ersten Anschluss eines Schalters 69 verbunden,
von welchem ein zweiter Anschluss über einen Widerstand 70 mit
dem Verbindungspunkt der Widerstände 58 und 59 verbunden
ist. Der zweite Anschluss des Schalters 69 ist auch über einen
Widerstand 71 mit einem Eingang der Steuerungsschaltung 52 verbunden.
Der Ausgang der Batterie 68 ist auch mit einem Widerstand 73,
mit einem Verbindungspunkt zwischen einem Widerstand 74 und
einem Emitter ei nes Transistors 75 und einer Quelle eines
FET 76 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 73 ist
sowohl mit der Gate von FET 76 und dem Kollektor des Transistors 77 verbunden.
Die Basis des Transistors 77 ist über einen Widerstand 78 mit
einem Ausgang 79 der Steuerungsschaltung 52 verbunden.
Der Emitter des Transistors 77 ist mit Masse verbunden.
Die Drain voon FET 76 ist mit der Drain von FET 72 und
daher auch mit einem Anschluss der Beleuchtungselemente 43 und 44,
usw. verbunden. Der Widerstand 74 ist sowohl mit der Basis
des Transistors 75 als auch mit einer Seite eines Widerstands 80 verbunden,
wobei die andere Seite des Widerstands 80 mit dem Kollektor
von Transistor 60 verbunden ist. Der Kollektor von Transistor 75 ist mit
dem Emitter eines Transistors 81 sowie mit einem Widerstand 82,
einem Widerstand 73 und einer Diode 84 verbunden.
Ein Kondensator 85 ist zwischen einer Kathode der Diode 84 und
Masse verbunden, wobei der Verbindungspunkt der Diode 84 und
dem Kondensator 85 mit einem Versorgungsspannungseingang
eines Operationsverstärkers 86 verbunden ist.
Ein Ausgang des Operationsverstärkers 86 ist über einen
Widerstand 87 mit einem Eingang 88 der Steuerungseinrichtung 52 verbunden.
Ein Ausgang 89 der Steuerungseinrichtung 52 ist über einen
Widerstand 90 mit einer Basis eines Transistors 91 verbunden,
wobei der Emitter des Transistors mit Masse verbunden ist und der
Kollektor des Transistors über einen
Kondensator 93 mit dem zweiten Anschluss des Widerstands 83 sowie
mit Masse verbunden ist und mit einem Eingang des Operationsverstärkers 86 verbunden
ist. Der zweite Anschluss des Widerstands 82 ist sowohl
mit der Basis des Transistors 81 als auch einem Widerstand 93 verbunden,
dessen anderer Anschluss mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 94 verbunden
ist. Der Kollektor des Transistors 81 ist mit einem ersten
Anschluss eines Kondensators 95 verbunden, wobei dessen
zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist. Ferner ist der Kollektor
des Transistors 81 über
einen Widerstandsteil, der die Widerstände 97 und 98 umfasst,
mit einem Versorgungsspannungseingang 96 des Steuerungsschaltkreises 52 wie
auch mit Masse verbunden und auch über einen Widerstand 99 und
eine Diode 100 mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt
der Widerstände 97 und 98 ist
mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers 94 verbunden, während der
zweite Eingang des Operationsverstärkers 94 mit einem
Ausgang eines Operationsverstärkers 101 verbunden
ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 101 ist auch
mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 101 verbunden. Der
Ausgang des Operationsverstärkers 101 ist
ferner mit einem Eingang des Operationsverstärkers 86 verbunden.
Ein Ausgang 102 der Steuerungseinrichtung 52 ist über Leiter 103 mit
vier Licht emittierenden Dioden 104, 105, 106 und 107 verbunden,
deren anderen Anschlüsse
mit Masse verbunden sind. Die Steuerungseinrichtung 52 ist
auch über
einen Anschluss 108 mit Masse verbunden. Ein Ausgang 109 der
Steuerungsschaltung 52 ist über einen Widerstand 110 mit
dem Verbindungspunkt der Widerstände 70, 58 und 59 und
der Basis des Transistors 60 verbunden.
-
Der
Betrieb der Schaltung, die beispielhaft in 2 gezeigt
ist, wird nun erläutert.
Bei der Erläuterung
des Betriebs der Schaltung gemäß 2 wird zunächst angenommen,
dass der Dynamo 40 keine Spannung zuführt und dass die Ladeeinrichtung 61 auch
keine Spannung zuführt.
Nur die Batterie 68 führt
dem Verbindungspunkt des Widerstands 73, Transistors 75 und
FET's 76 Spannung
zu. Es sollte betrachtet werden, dass der Transistor 60 daher
nicht leitet, mit dem Ergebnis, dass der Transistor 75 nicht leitet
und die Spannung Vcc am Verbindungspunkt des Kollektors vom Transistor 81 und
dem Kondensator 95 und dem Widerstand 97 Null
ist. Dies bedeutet, dass die Steuerungseinrichtung 52 ohne
Spannung und daher ohne Strom ist.
-
Der
Schaltkreis wird wie folgt gestartet. Der Transistor 60 empfängt ein
Signal an der Basis, welches Signal entweder von dem Druckschalter 69 über den
Widerstand 70 oder von dem Dynamo 40 über den
Widerstand 57 und Widerstand 58 oder vom Ladungsgerät 61 über den
Widerstand 62 und Widerstand 58 empfangen wird.
Das Signal, welches auch an der Basis über den Widerstand 110 empfangen werden
kann, rührt
von der Steuerungs-einrichtung 52 her, welche zu dem Zeitpunkt
noch „schläft". Daher liegt das
Signal nicht vor. Eine bevorzugte Steuerungseinrichtung 52 ist
der Mikrochip-Prozessor PIC16R54. Im Folgenden wird die Steuerungseinrichtung 52 als
Mikroprozessor 52 bezeichnet. Wenn der Transistor 60 geöffnet ist,
wird der Transistor 75 ebenfalls geöffnet sein. Als ein Ergebnis
davon, dass der Transistor 75 geöffnet ist, wird der Emitter
von Transistor 81 mit dem Verbindungspunkt des Widerstands 73,
der Transistoren 75, 76 und dem positiven Anschluss
der Batterie und daher mit der Batteriespannung verbunden sein.
Ferner wird der Operationsverstärker 86 über die
Diode 84 mit Spannung versorgt. Der Transistor 81 wird
mittels des Kondensators 95, Widerstands 82, Widerstands 93,
Operationsverstärkers 94,
Widerstands 97 und Widerstands 98 geöffnet, mit
dem Ergebnis, dass der Kondensator 95 geladen wird. Während dieses
Ladungsvorgangs wird sich die Spannung am Widerstand 99 und
der LED 100 auch erhöhen,
mit dem Ergebnis, dass die Referenzspannung Vref erzeugt wird, welche
Referenzspannung aus der Spannung an der LED 100 besteht
und etwa 1,7 Volt beträgt
(viz). Indem ein sehr kleiner Wert für den Widerstand 99 ausgewählt ist, beispielsweise
100 k, ist der Strom durch die LED 5 sehr klein. Die Referenzspannung
Vref von 1,7 Volt ist mittels des Operationsverstärkers 101 nieder-ohmig
gemacht.
-
Die
Referenzspannung Vref wird auch dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 94 zugeführt und
sorgt dafür,
dass die Spannung Vcc am Kondensator 95 bei 4,5 Volt stabilisiert
wird. Solange Vcc kleiner ist als 4,5 Volt, insbesondere wenn Vcc
in der Größenordnung
von 0 Volt ist, wird auch die Referenzspannung Vref etwa 0 Volt
betragen, welche Spannung durch den Operationsverstärker 94 zur
maximalen Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 94 invertiert
wird, mit dem Ergebnis, dass der Transistor 81 so weit
wie möglich
geöffnet wird,
um so den Kondensator 95 so schnell wie möglich zu
laden. Sobald Vcc einen Wert von etwa 2 Volt erreicht hat, welche
Spannung dem Mikroprozessor über
den Eingang 96 zugeführt
wird, wird der Mikroprozessor 52 „aufwachen", da er bereits bei einer Versorgungsspannung
von 2 Volt in der Lage ist, zu arbeiten.
-
Der
Mikroprozessor 52 ist so programmiert, dass er sofort nach
dem Aufwachen zuerst überprüft, ob dies
das Ergebnis eines Schalters 69 ist, der betätigt wurde.
Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal, das als ein Ergebnis davon,
dass der Schalter 69 betätigt wurde, erzeugt wurde,
auf den Eingang 72 des Mikroprozessors 52 über den
Widerstand 71 gekoppelt. Wenn der Mikroprozessor entdeckt,
dass seine Spannung (die gesamte so weit beschriebene Prozedur findet
in der Periode statt, in welcher der Schalter gedrückt wird)
als ein Ergebnis davon, dass der Schalter 69 betätigt wurde,
vorliegt, wird der Mikroprozessor 52 daher wissen, dass
die Ladeeinrichtung 61 nicht aktiviert und daher der Dynamo 40 ebenfalls
nicht aktiviert ist. Entsprechend wird der Mikroprozessor 52 ein
Signal auf den Ausgang 79 liefern, und so den Transistor 77 betreiben,
welcher eine Spannungsdifferenz zwischen der Quelle und der Gate
des FET 76 bereitstellt. Dies ermöglicht es der Batterie, den
Lampen 43 und 44 über den FET 76 Strom
zuzuführen.
-
Der
Mikroprozessor 52 hält
sich selber in Betrieb, indem er sicherstellt, dass, sobald er einmal aufgewacht
ist, die Versorgungsspannung Vcc am Eingang 96 bleiben
wird. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Signal am Ausgang 109 des
Mikroprozessors 52 erzeugt wird, welches bewirkt, dass
der Transistor geöffnet
wird oder geöffnet
bleibt. Als ein Ergebnis wird der Transistor 75 geöffnet. Die
Elemente Widerstand 83, Kondensator 92, Transistor 91,
Kondensator 85, Operationsverstärker 86 und Widerstand 90 bilden
zusammen einen einfachen Analog-Digital-Konverter. Die Zeit, welche
der Kondensator 92 benötigt,
um die Spannung Vref zu erreichen, ist ein Umfang der Batteriespannung,
die über
den Transistor 75 am Verbindungspunkt der Diode 84 und dem
Widerstand 83 vorliegt, auf welcher Grundlage der Mikroprozessor
entscheidet, ob der gesamte Schaltkreis ausgeschaltet werden muss,
weil die Batteriespannung zu gering ist oder, dass alles wie von der
das Gerät
betreibenden Person gewünscht,
weitergehen kann. Die Zeit wird auch verwendet, um eine der zwei
LED's 104 und 105 mit
Energie zu versorgen. Wenn die Batteriespannung hoch genug ist, wird
beispielsweise die LED 104 grün leuchten, während beispielsweise
die LED 105 rot leuchtet, wenn die Batteriespannung geringer
ist als gewünscht.
-
Im
Vorangehenden wurde die Reaktion des Mikroprozessors 52 auf
die Erzeugung eines „Weck"-Signals mittels
eines Schalters 69 beschrieben. Es gibt zwei weitere Verfahren,
den Mikroprozessor von seinem schlafenden Zustand aufzuwecken.
-
Das
erste Verfahren arbeitet mittels des Dynamos 40. Der Dynamo 40 erzeugt
ein AC-Spannungssignal, welches über
den Widerstand 57 und den Widerstand 58 dem Transistor 60 zugeführt wird. Das
AC-Spannungssignal wird bewirken, dass der Transistor 60 an-
und ausschaltet. Wenn der Transistor anschaltet, wird bei jeglicher
Rate, wenn er dies das erste Mal macht, der gesamte Schaltkreis,
wie oben beschrieben, aktiviert, und als ein Ergebnis wird der Mikroprozessor 52 aktiviert.
Die AC-Spannung, die an der Basis von Transistor 60 vorliegt,
liegt auch am Verbindungspunkt vom Widerstand 57 und Widerstand 58 vor.
Die in Frage kommende AC-Spannung geht über den Widerstand 63 zum
Eingang 64 des Mikroprozessors 52. Der Mikroprozessor 52 wird die
Anwesenheit des AC-Spannungssignals
am Eingang 64 als eine Folge von alternierenden Einsen und
Nullen erkennen. Der Mikroprozessor weiß daher, dass das „Weck"-Signal vom Dynamo
kommt Das zweite Verfahren funktioniert mittels des Ladungsgerätes 61.
Das Ladungsgerät 61,
welches in der Lage ist, die Batterie 68 über den
ladestrombegrenzenden Schaltkreis 56 zu laden, ist auch über den
Widerstand 62 mit dem Verbindungspunkt vom Widerstand 57 und
Widerstand 58 verbunden. Wenn die Ladeeinrichtung 61 anstelle
des Dynamos 40 wie oben beschrieben verbunden ist, wird
diese Verbindung wiederum bewirken, dass der Transistor 60 über den
Widerstand 58 geöffnet
wird, mit der Konsequenz, dass der Mikroprozessor 52 von
seinem schlafenden Zustand aufgeweckt wird. Der Mikroprozessor 52 kann,
in ähnlicher
Weise wie über
den Eingang 64, erkennen, dass es die Ladeeinrichtung 61 ist,
welches bewirkt hat, dass er von seinem schlafenden Zustand aufgeweckt
wurde, weil die Ladeeinrichtung 61 ein DC-Spannungssignal
erzeugt, welches durch einen kleinen Ripple-Betrag darauf kontaminiert
sein kann. Das DC-Spannungssignal wird dem Eingang 64 des
Mikroprozessors 52 über
den Widerstand 62 und den Widerstand 63 zugeführt. Der Mikroprozessor 52 wird
den Zustand der Konstanz der Spannung am Eingang 64 als
eine Abfolge von Einsen erkennen und davon schließen, dass
es die Ladeeinrichtung 61 ist, das ihn von seinem „schlafenden
Zustand" „aufgeweckt" hat.
-
Da
der Mikroprozessor den Grund, warum er von seinem „schlafenden
Zustand" „aufgeweckt
wurde" kennt, wird
er auch wissen, ob Signale, die AC-Spannungskomponenten umfassen,
welche von entgegengesetzter Phase sind, auf die Ausgänge 51 und 53 zu
geben sind. Vorzugsweise sind die AC-Spannungskomponenten Rechteckwellenspannungen.
Der Mikroprozessor 52 wird daher wissen, ob Rechteckwellenspannungen
von entgegengesetzter Phase auf die Ausgänge 51 und 53 zu
geben sind (wenn der Dynamo 40 den Mikroprozessor 52 „aufgeweckt" hat), oder dass
der Transistor 77 über ein
Signal am Ausgang 79 zu betreiben ist, um den FET 76 zu öffnen (wenn
der Schalter 69 betätigt
wurde) oder, dass weder das Eine noch das Andere zu tun ist, weil
die Ladeeinrichtung 61 verbunden ist und die Ladeeinrichtung
zum Laden der Batterie 68 zu verwenden ist.
-
Es
ist möglich,
zu bewirken, dass der FET 76 leitet, sogar wenn die Ladeeinrichtung 61 verbunden ist
und der FET 76 nicht in seinem leitenden Zustand ist, indem
nämlich
der Schalter 69 betätigt
wird. Dies beeinflusst nicht den Betrieb des Transistors 60,
um sicher zu sein, weil der Transistor 60 bereits von der Ladeeinrichtung 61 über den
Widerstand 62 und Widerstand 58 betrieben wurde.
Jedoch wird der Betrieb des Schalters 69 bewirken, dass über den
Widerstand 71 am Eingang 72 des Mikroprozessors 52 eine
Spannung auftritt. Sobald dieses Signal erscheint, wird der Mikroprozessor
wissen, dass beabsichtigt ist, dass die Lampen 43, 44 Licht
produzieren und der Transistor 77 wird über den Ausgang 79 und den
Widerstand 73 betrieben, um eine Spannungsdifferenz zwischen
der Quelle und der Gate von FET 76 anzulegen.
-
Der
Mikroprozessor 52 ist dazu entworfen, einen sogenannten
weichen Start zu bewirken. Es ist eine wohl bekannte Tatsache, dass
Fahrradlampen keine gute Widerstandsfähigkeit dagegen aufweisen, mit
einem Schalter direkt auf eine Batterieversorgungsquelle geschaltet
zu werden. Die Lampen sind kalt bevor sie eingeschaltet werden und
der Widerstand des weißglühenden Drahtes
ist zu dem Zeitpunkt gering. Als ein Ergebnis ist der Strom durch den
Draht anfänglich
sehr hoch, wenn der Schalter geschlossen wird und die volle Batteriespannung
auf den Draht gegeben wird, wobei diese Situation andauert, bis
die Temperatur des Drahtes hinreichend hoch angestiegen ist, um
den Strom auf einen akzeptablen Wert einzuschränken. Wenn der Draht einer Fahrradlampe
häufig
der vollen Batteriespannung ausgesetzt wird, führt dies zu einer signifikanten
Reduktion der Lebensdauer der Lampe. Dieses Phänomen tritt nicht in dem Fall
einer Dynamoversorgung auf, weil immer eine Startphase auftritt,
wenn ein Dynamo verwendet wird, während welcher Phase der Dynamo
eine Spannung liefert, die von Null bis zum vollen Wert ansteigt,
was hinreichend langsam stattfindet, so dass der Strom durch den
Draht auf einen akzeptablen Wert eingeschränkt ist, insbesondere wenn
er noch kalt ist. Der Mikroprozessor 52 beinhaltet daher
einen sogenannten weichen Start, welcher in diesem Falle beinhaltet,
dass, wenn der Mikroprozessor 52 erkennt, das die Batterieversorgung
für die Lampe
anzuschalten ist, das Signal am Ausgang 79, welches die
Gate-Spannung von FET 76 über den Widerstand 73 und
Transistor 77 steuert, den FET 76 nicht mit einem
schaltenden Schritt öffnet.
Im Gegenteil wird eine Rechteckwellenspannung am Ausgang 79 aufgebracht,
mit dem Ergebnis, dass das Puls-Pausen-Verhältnis des Ausgangssignals am Ausgang 79 von
Null auf sehr groß innerhalb
einiger Hundert Millisekunden hochläuft. Als ein Ergebnis wird
die Spannung, die an der Drain von FET 76 erzeugt wird,
für die
ersten wenigen Hundert Millisekunden gepulst sein, wobei während der
ersten wenigen Hundert Millisekunden die Pulse anfänglich sehr kurz
sind und nach und nach von ihrer Länge her zunehmen, wobei dies
derart geschieht, dass der FET 76 nach einigen wenigen
Hundert Millisekunden kontinuierlich offen sein wird.
-
Ein
anderer Aspekt ist das Laden der Batterie 68. Über den
Analog-Digital-Konverter, der aus dem Widerstand 90, Transistor 91,
Kondensator 92, Widerstand 83, Operationsverstärker 86 und
Widerstand 87 gebildet wird, weiß der Mikroprozessor 52, in
welchem Umfang die Batterie 68 geladen ist. Die Batterie
wird eine Metallhydrid- oder NiCd-Batterie sein, welche mit einem
kontinuierlichen Ladestrom nicht überladen werden darf, aber
welche durch Float-Charging (Erhaltungsladen) kontinuierlich neu aufgeladen
werden darf. Am Ausgang 66 des Mikroprozessors 52 liegt
ein Signal vor, welches dem ladestrombegrenzenden Schaltkreis 56 zugeführt wird, und
welches dafür
sorgt, dass der Ladungsstrom von der Ladeeinrichtung 61 von
kontinuierlichem Laden zu Float-Charging geschaltet wird, sobald
die Batteriespannung der Batterie 68 hinreichend hoch ist. Wie
oben beschrieben, weiß der
Mikroprozessor 52 über
den Analog-Digital-Konverter, der durch die Elemente 83, 92, 91, 85, 86 und 90 gebildet
ist, in welchem Umfang die Batterie 68 geladen ist.
-
Der
Mikroprozessor 52 beinhaltet ferner Software, welche in
der Lage ist, Signale an die LED 104, LED 105,
LED 106 und LED 107 zu übertragen. Wenn der Schalter 69 einmal
gedrückt
wird, wird der Schaltkreis zu einem sogenannten Batteriemodus wechseln,
in welchem, wie oben beschrieben, die Lampen über den oben beschriebenen
weichen Start auf Batterieversorgung gesetzt werden. Zur selben Zeit
wird die LED 104 voll aufleuchten, um anzuzeigen, dass
der Batteriemodus an ist. Wenn der Schalter 69 zweimal
gedrückt
wird, wird die LED 104 ausgehen und die LED 105 wird
angehen. Dies zeigt an, dass es der Dynamo ist, der dem System die
Spannung zuführt,
und die Rechteckwelle wird auf den Ausgängen 51 und 53 des
Mikroprozessors 52 laufen. Wenn das Fahrrad jedoch ortsfest
sein sollte, wird der Dynamo selbstverständlich keine Spannung zuführen, und
die Batterieversorgung wird für
eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert bleiben (in Deutschland ist
eine Zeitdauer von 4 Minuten gesetzlich vorgeschrieben). Wenn der
Schalter 69 dreimal gedrückt wird, wird der gesamte
Schaltkreis ausgeschaltet.
-
Der
ladestrombegrenzende Schaltkreis ist derart entworfen, dass bei
vollständiger
Entleerung der Batterie, wovon eine Konsequenz ist, dass der Mikroprozessor
nicht in der Lage ist, zu arbeiten, die Batterie trotzdem geladen
wird. Als ein Ergebnis wird der Mikroprozessor nicht wieder beginnen
zu arbeiten, bis die Batterie zu solch einem Umfang wieder aufgeladen
ist, bis die Spannung Vcc von 4,5 Volt mittels des Transistors 81 erzeugt
werden kann.
-
Metallhydrid-
und NiCd-Batterien sind in der Lage, große Versorgungsströme zuzuführen. Dies bedeutet,
dass es notwendig sein wird, einen Schutz gegen Kurzschluss bereitzustellen
(was bei Fahrradeinrichtungen häufig
geschieht), weil ein Kurzschluss bewirken kann, dass Kupferleiterbahnen
auf der Leiterplatte schmelzen. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand 111 von
0,2 Ohm zwischen der Batterie und dem Rest der Schaltung verbunden.
In dem Falle eines Kurzschlusses wird der Strom durch den Widerstand 111 derart
sein, dass die Spannung, die am Emitter des Transistors 75 vorliegt,
signifikant verringert ist. Als ein Ergebnis wird der Analog/Digital-Konverter,
der aus dem Widerstand 83 und Kondensator 92 gebildet
ist, zusammen mit dem Transistor 91 und dem Operationsverstärker 96,
dem Eingang 88 des Mikroprozessors 52 über den
Widerstand 87 anzeigen, dass die Spannung, die an der Quelle
des FET 76 vorliegt, zu gering ist. Dies wird dazu führen, dass der
Mikroprozessor 52 alle Elemente ausschaltet. Die Folge
hiervon ist, unter anderem, dass keine Spannungsdifferenz mehr zwischen
der Quelle und dem Gate von FET 76 vorliegen wird, was
bewirken wird, dass der FET 76 schließt und der Kurzschluss von
der Batterie abgehalten wird.
-
Mehrere
andere erfindungsgemäße Ausführungsformen
werden dem Fachmann, der das Obige gelesen hat, offensichtlich werden.
Es wird erwogen, dass alle solche Ausführungsformen in den Bereich der
Erfindung wie durch die angefügten
Ansprüche definiert
ist, fallen.