CIRCUITOS MEJORADOS PARA DISPOSITIVOS DE ILUMINACIÓN PORTÁTILES Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS RECARGABLES PORTÁTILES
CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la presente invención se refiere a dispositivos electrónicos portátiles, incluyendo dispositivos de iluminación portátiles manuales, tales como linternas, y a sus circuitos. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen en la técnica varios dispositivos de iluminación manuales o portátiles, incluyendo diseños de linternas. Las linternas típicamente incluyen una o más baterías de celdas secas que tienen electrodos positivos y negativos. En ciertos diseños, las baterías están dispuestas en serie en un compartimiento de baterías de un barril o alojamiento que puede usarse para contener la linterna. Un circuito eléctrico se establece frecuentemente desde un electrodo de la batería que están acoplados eléctricamente con un electrodo de bulbo de lámpara. Luego de pasar a través del bulbo de lámpara, el circuito eléctrico continúa a través de un segundo electrodo del bulbo de lámpara en contacto eléctrico con medios conductores, los cuales a su vez están en contacto eléctrico con el otro electrodo de una batería. Los bulbos de lámpara incandescentes incluyen un filamento de bulbo. Típicamente, el circuito incluye un interruptor para abrir y cerrar el circuito. El REF.: 182279
accionamiento del interruptor para cerrar el circuito eléctrico hace posible que pase corriente a través del bulbo de lámpara y a través del filamento, en caso de un bulbo de lámpara incandescente, generando así luz. Las linternas tradicionales usan un interruptor mecánico para "encender" la linterna. Esto se logra al conectar mecánicamente dos contactos y permitiendo que la corriente fluya desde la terminal positiva de las baterías, a través de la lámpara, y de regreso a la terminal negativa de las baterías. Una de las desventajas de un interruptor mecánico es que son propensas al desgaste y desprendimiento así como a la oxidación de los elementos que físicamente hacen y rompen el circuito. Los interruptores mecánicos tampoco permiten modos automatizados o regulados de activación y desactivación de una linterna. Otra desventaja de las linternas tradicionales es que cuando son encendidas instantáneamente permiten que grandes cantidades de corriente fluyan desde las baterías a través del filamento de lámpara, tensando de esta manera el filamento. Esta subida repentina de corriente ocurre debido a que la resistencia de los filamentos de la lámpara es muy baja cuando el filamento está frío. Esencialmente un filamento de lámpara es una pieza de alambre que actúa inicialmente como un circuito corto. La resistencia del filamento se construye al calentarse el
filamento hasta el punto en que la luz es emitida. En consecuencia, cuando la linterna es inicialmente encendida, una cantidad significativamente mayor de corriente de la que el bulbo está diseñada para manejar fluye a través de la lámpara. Aunque la subida repentina de corriente durante esta etapa transitoria excede los límites de diseño del bulbo, la duración de la etapa transitoria es lo suficientemente corta como para que los bulbos generalmente sobrevivan a esta subida repentina de corriente. Con el tiempo, no obstante, este golpe de corriente ocasiona daño a la lámpara al tensar el filamento y finalmente la falla del filamento de lámpara. De hecho, es generalmente durante esta etapa transitoria que un filamento de lámpara finalmente fallará . Otra desventaja más de las linternas tradicionales es que son generalmente energizadas con baterías alcalinas o de celdas secas. Las baterías alcalinas o de celdas secas, cuando se agotan, son descargadas y los usuarios tienen que ocupar nuevas para reemplazar las agotadas. El reemplazo de las baterías es una inconveniencia y un gasto adicional para un usuario de una linterna. Además, las baterías alcalinas o de celdas secas son pesadas, de esta manera añadiéndose al peso total de la linterna. Las baterías de plomo-ácido recargables fueron desarrolladas para reemplazar las baterías alcalinas y secas.
Estos tipos de baterías tienen las ventajas de ser recargables y descargables para uso repetido. Sin embargo, son relativamente grandes y deben ser rellenadas con electrolito líquido luego de haber sido usadas durante un periodo de tiempo. Debido a su tamaño y peso voluminosos, incluso más pesadas que las baterías alcalinas/celdas secas, las baterías de plomo-ácido recargables normalmente se usan con instalaciones de iluminación de seguridad montadas en paredes, motocicletas y automóviles, pero generalmente no se consideran adecuadas para usarse con dispositivos de iluminación portátiles, tales como linternas. Las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidruro de metal han sido usadas para reemplazar las baterías convencionales en linternas. Las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidruro de metal tienen las ventajas de ser de peso liviano, convenientes de usar y repetidamente recargables y descargables. Sin embargo, estas baterías tienen la desventaja de causar contaminación con metales pesados. Más aún, las baterías de níquel-cadmio y de níquel-hidruro de metal tienen el llamado efecto de memoria de batería. Así, para evitar acortar la vida de las baterías, es necesario descargar cualquier energía no usada de estos tipos de baterías antes de que puedan ser recargadas. Una fuente de energía recargable mejorada para
dispositivos electrónicos portátiles es la batería de iones de litio. Las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía más alta y una velocidad de auto-descarga más baja que las baterías de níquel-cadmio y níquel-hidruro de metal. Las baterías de iones de litio tienen también una relación energía a peso más alta que las baterías de níquel-cadmio y níquel-hidruro de metal. Sin embargo, una batería de iones de litio puede explotar si es cargada más allá de sus límites seguros, o si sus terminales son acortan juntas. Además, una sobre-descarga de una batería de iones de litio puede dañar permanentemente las celdas de iones de litio. En consecuencia, la mayoría de las baterías de iones de litio se hacen disponibles en un empaque de baterías que incluye un circuito de protección integrado que tiene capacidades de protección contra sobrecargas, sobre-descargas y cortos circuitos. Este circuito de protección para paquetes de baterías bloquea internamente el flujo de corriente del paquete de baterías de iones de litio cuando se detecta un corto. De esta manera, si existe un corto a través de los contactos de recarga para el dispositivo, el circuito de protección del paquete de baterías se desconecta y el dispositivo electrónico dejará de funcionar. Para evitar estas interrupciones inadvertidas, los contactos de recarga de dispositivos electrónicos portátiles que son energizados por un paquete de baterías de iones de
litio recargable tienen los contactos en lugares difíciles de alcanzar u ocultos. Desafortunadamente, esta configuración requiere el uso de enchufes, insertos especiales, lengüetas de alineación o una canastilla compleja para recargar las baterías. Obstruir el acceso a los contactos de recarga no es, sin embargo, una solución viable en el caso de linternas u otros dispositivos recargables cuando los requerimientos de diseño dictan que los contactos de carga o anillos sean expuestos . Si se usaran baterías de iones de litio recargables en una linterna con anillos de carga expuestos y el usuario creara accidentalmente un corto a través de los contactos de carga expuestos con un objeto metálico tal como las llaves de su auto, la lámpara se apagaría hasta que el objeto de metal que creara el corto circuito fuera retirado. Estas interrupciones accidentales pueden ser peligrosas cuando un usuario esté trabajando en un área no iluminada, especialmente para personal de aplicación de la ley y de respuesta a emergencias. Y, aunque un diodo simple puede ser colocado en el circuito de recarga para evitar que se creen cortos circuitos accidentales a través de los anillos de carga o contactos para otras composiciones químicas de baterías recargables, tales como níquel-cadmio y níquel-hidruro de metal, esta solución no es viable para paquetes de baterías de iones de litio. Un diodo simple no puede usarse
en estas circunstancias toda vez que la carga de voltaje hacia adelante de un diodo varía ampliamente mientras que cargar baterías de iones de litio requiere de un control muy estrecho sobre el voltaje de terminación. En vista de lo anterior, la tecnología de baterías de iones de litio recargables no ha sido adoptada para usarse a dispositivos electrónicos portátiles con contactos de carga expuestos, tales como linternas recargables. Existe por lo tanto la necesidad de un medio para proporcionar protección mejorada contra cortos circuitos en dispositivos recargables, tales como linternas, que tienen contactos de carga expuestos. También existe una necesidad separada por una linterna con circuitos mejorados que reduzca uno o más de los problemas descritos arriba. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención es resolver o por lo menos reducir uno o más de los problemas asociados con las linternas y/o dispositivos recargables indicados arriba. En consecuencia, en un primer aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo electrónico recargable, tal como una linterna, con contactos de carga externos y un circuito de protección contra cortos. El circuito de protección contra cortos desacopla eléctricamente uno de los contactos de carga expuestos de la fuente de energía recargable para el dispositivo cuando los contactos
de carga se ponen en corto circuito. El contacto de carga es desacoplado sin abrir el circuito de energía para el dispositivo; así, el dispositivo puede continuar funcionando mientras los contactos de carga son acortados. El suministro de energía para el dispositivo puede ser un paquete de baterías de iones de litio recargable. De acuerdo con una modalidad, el dispositivo electrónico recargable comprende un circuito de energía principal que incluye una fuente de energía de CD y una carga de consumo de energía, un primer contacto de carga acoplado eléctricamente a un primer electrodo de la fuente de energía por medio de una primera trayectoria eléctrica, un segundo contacto de carga acoplado eléctricamente a un segundo electrodo de la fuente de energía por medio de una segunda trayectoria eléctrica, y un circuito de protección contra cortos configurado para abrir la primera trayectoria eléctrica en una ubicación que no esté dentro del circuito de energía principal si el primer contacto de carga y el segundo contacto de carga se ponen en corto circuito. El circuito de protección contra cortos incluye de preferencia un interruptor interpuesto en la primera trayectoria eléctrica entre el primer contacto de carga y el primer electrodo en una ubicación que no está dentro del circuito de energía principal. El circuito de protección contra cortos puede configurarse para abrir el interruptor si
el primero y segundo contactos de carga se ponen en corto circuito. El interruptor puede, por ejemplo, ser un transistor, incluyendo ya sea un transistor de efecto de campo o un transistor bipolar. De preferencia el interruptor es un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) de p canales. El circuito de protección contra cortos circuitos también puede incluir un dispositivo de comparación adaptado para comparar un voltaje de una primera señal de entrada con un voltaje de una segunda señal de entrada y abrir o cerrar el interruptor con base en la comparación. El voltaje de la primera señal puede ser proporcional a la diferencia de voltaje entre el primer contacto de carga y tierra, y el voltaje de la segunda señal puede ser proporcional al voltaje de la fuente de energía. El dispositivo de comparación puede, por ejemplo, comprender un comparador, un amplificador operativo, un ASIC o un procesador. Cuando la caída de voltaje entre el primer contacto de carga y tierra es aproximadamente igual a o mayor que el voltaje de la batería, el interruptor es comandado para estar en la posición "encendido" por el dispositivo de comparación. Como resultado, cuando el dispositivo está en su cargador la energía puede fluir del contacto de energía a la fuente de energía. Cuando la caída de voltaje entre el primer contacto de carga y tierra es cero, el interruptor es comandado para
estar en la posición "apagado". Así, si ocurre un corto entre los contactos de carga, el interruptor será "apagado" o abierto. Como resultado, la fuente de energía evita cualquier corto a través de los contactos de carga y puede continuar suministrando energía a la carga de consumo de energía . El dispositivo recargable puede comprender una linterna, y la fuente de energía de CD puede comprender un paquete de baterías de iones de litio recargables. En caso de un corto a través de los contactos de carga, el circuito de protección contra cortos puede configurarse para detectar y eliminar el corto más rápido que la protección contra cortos circuitos integrada del paquete de baterías de iones de litio. Así, el circuito de protección contra cortos asegura que el funcionamiento del dispositivo no sea interrumpida si ocurre un corto en los contactos de carga externos. Esto es particularmente adecuado si el dispositivo recargable comprende una linterna. En una modalidad más, se proporciona una linterna recargable que comprende una fuente de energía, una lámpara acoplada eléctricamente a la fuente de energía a través de un circuito de energía principal, un primer contacto de carga acoplado eléctricamente a un primer electrodo de la fuente de energía a través de una trayectoria eléctrica, un segundo contacto de carga acoplado eléctricamente a un segundo
electrodo de la fuente de energía a través de una segunda trayectoria eléctrica, y un circuito lógico que controla un interruptor interpuesto en la primera trayectoria eléctrica en una ubicación que no está dentro del circuito de energía principal. El circuito lógico está configurado para señalizar al interruptor a abrirse si el primero y segundo contactos de carga se ponen en corto circuito. De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo de iluminación portátil que incluye un circuito para regular el flujo de corriente a través de la lámpara del dispositivo. El circuito reduce de preferencia la inicial subida repentina de corriente que es enviada a través de la lámpara cuando la lámpara es encendida. En el caso de dispositivos de iluminación que emplean bulbos de lámpara incandescente, este circuito puede usarse para reducir las tensiones puestas en el bulbo de lámpara cuando el dispositivo de iluminación sea encendido, extendiendo de esta manera la expectativa de vida del bulbo de lámpara. De acuerdo con una modalidad, el dispositivo de iluminación comprende un circuito de energía principal que incluye una fuente de energía, una fuente de luz y un interruptor de energía electrónico, y un circuito de control de energía. El circuito de control de energía está acoplado eléctricamente al interruptor de energía electrónico y está
adaptado para regular el flujo de corriente a través del interruptor de energía electrónico en respuesta a una señal de control. El circuito de control de energía puede regular la energía al interruptor de energía electrónico cuando el dispositivo de iluminación sea encendido para limitar la corriente pico que fluya a través del circuito de energía principal antes de que el circuito de energía principal alcance un estado fijo. El interruptor de energía electrónico puede comprender un transistor, y la fuente de luz puede comprender un filamento. De preferencia, el interruptor de energía electrónico comprende un MOSFET de n canales y el circuito de control de energía aplica la señal de control modificada a la puerta del MOSFET. El dispositivo de iluminación puede comprender una linterna. En una modalidad preferida, el dispositivo de iluminación comprende además un microprocesador y un interruptor mecánico para abrir y cerrar una trayectoria eléctrica entre la fuente de energía y el microprocesador. El microprocesador proporciona la señal de control al circuito de control de energía en respuesta a una señal de activación recibida desde el interruptor mecánico, y el circuito de control de energía modifica la señal de control y aplica la señal de control modificada al interruptor de energía electrónico. El voltaje de la señal de control puede variar de acuerdo con una función escalonada cuando el
dispositivo de iluminación sea encendido, mientras que la señal de control modificada puede tener un voltaje que se incremente con el tiempo luego de que el dispositivo de iluminación sea encendido. De preferencia el voltaje de la señal de control modificada se incrementa exponencialmente después de que la linterna es encendida. De acuerdo con otra modalidad, el dispositivo de iluminación comprende una linterna que tiene un circuito de energía principal que incluye una fuente de energía, una lámpara y un interruptor de energía electrónico, y un circuito de control de energía acoplado eléctricamente al interruptor de energía electrónico y adaptado para proporcionar una señal al interruptor de energía electrónico mientras la linterna esté encendida. En la presente modalidad, la cantidad de corriente que es capaz de conducir el interruptor de energía electrónico en el circuito de energía principal depende del voltaje de la señal aplicada al interruptor de energía electrónico, y el circuito de control de energía está configurado para variar el voltaje de la señal de una manera que incremente la cantidad de corriente que pueda fluir a través del interruptor de energía durante un periodo predeterminado cuando la linterna sea encendida. De preferencia el periodo predeterminado se ajusta para ser mayor que el tiempo requerido para que el circuito de energía principal alcance un estado fijo luego de que la
linterna sea encendida. Si la lámpara incluye un filamento, el periodo predeterminado es de preferencia mayor que la constante de tiempo térmico del filamento. Típicamente, el periodo predeterminado será de 10 milisegundos o más; y muy preferiblemente el periodo predeterminado será de 40 milisegundos o más. En una implementación, el circuito de control de energía varía el voltaje de la señal de acuerdo con una función exponencial, de preferencia una función exponencial cada vez más alta. De preferencia la constante de tiempo de la función exponencial se determina por los valores de un resistor y un capacitor incluidos en el circuito de control de energía. El interruptor de energía electrónico puede comprender un transistor, tal como un transistor de efecto de campo o un transistor bipolar. De preferencia, el interruptor de energía electrónico comprende un MOSFET. Si el interruptor de energía electrónico comprende un transistor de efecto de campo, la señal se aplica a la puerta del transistor. La linterna puede comprender además un microprocesador y un interruptor mecánico para abrir y cerrar una trayectoria eléctrica entre la fuente de energía y el microprocesador. El microprocesador proporciona una señal de control al circuito de control de energía en respuesta a una
señal de activación recibida del interruptor mecánico, y el circuito de control de energía modifica la señal de control para producir la señal aplicada al interruptor de energía electrónico. El voltaje de la señal de control varía de preferencia de acuerdo con una función escalonada cuando la linterna es encendida, mientras que la señal aplicada al interruptor de energía electrónico se incrementa de preferencia con el tiempo de acuerdo con una función exponencial . En otro aspecto separado de la presente invención se contempla que pueden combinarse los elementos de los aspectos de la presente invención mencionados arriba. Aspectos, objetivos, características deseables y ventajas adicionales de la invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción considerada en relación con las figuras anexas en las cuales varias modalidades de la invención descrita se ilustran a manera de ejemplo. Sin embargo, se debe entender expresamente que las figuras tienen el propósito de ilustración únicamente y no están destinadas como una definición de los límites de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en perspectiva de una linterna de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 2 es una vista transversal de la linterna
de la figura 1 tomada a través del plano indicada por 2-2. La figura 3 es una vista transversal ampliada de la sección hacia adelante de la linterna de la figura 1, tomada a través del plano indicado por 2-2. La figura 4 es una vista en perspectiva de la vista transversal mostrada en la figura 3. La figura 5 es un diagrama de circuito para la linterna de la figura 1, que ilustra la relación de los circuitos electrónicos de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 6 es un diagrama de un circuito de una modalidad de un circuito anti-rebotes para un monitor momentáneo que puede aplicarse en una linterna de acuerdo con la presente invención. La figura 7 es un diagrama de circuito de una modalidad de un microcontrolador que puede emplearse en una linterna de acuerdo con la presente invención. La figura 8 es un diagrama de circuito de una modalidad de un circuito de control de energía que puede emplearse en una linterna de acuerdo con la presente invención . La figura 9A es un diagrama de circuito de una modalidad de un circuito de prevención de cortos de acuerdo con la presente invención. La figura 9B es un diagrama de circuito de un
ejemplo de un circuito de suministro de energía para un dispositivo de comparación empleado en el circuito de prevención de cortos de la figura 9A. La figura 10A muestra tres trazas de osciloscopio que reflejan (1) cómo el voltaje de una señal de control proveniente del microcontrolador de la linterna mostrada en la figura 1 puede variar con el tiempo cuando la linterna es inicialmente encendida, (2) cómo el voltaje de una señal proveniente del circuito de control de energía varía en respuesta a la señal de control del microcontrolador y (3) cómo la corriente suministrada a la lámpara de la linterna varía en respuesta a la señal proveniente del circuito de control de energía. La figura 10B muestra tres trazas de osciloscopio para una linterna sin un circuito de control de energía de acuerdo con la presente invención, pero que de otra manera era la misma que la linterna usada para obtener las trazas de osciloscopio mostradas en la figura 10A. Las tres trazas mostradas en la figura 10B reflejan (1) cómo el voltaje de una señal de control proveniente de un microcontrolador de una linterna sin un circuito de control de energía puede variar con el tiempo cuando la linterna es inicialmente encendida, (2) cómo el voltaje con puerta a fuente del interruptor de energía electrónico variará en respuesta al voltaje de la señal de control y (3) cómo la corriente
suministrada a la lámpara de la linterna varía en respuesta al voltaje aplicado al interruptor de energía electrónico. La figura HA es una traza de osciloscopio que muestra el flujo de corriente con el tiempo en el circuito de energía principal de una linterna equipada con el circuito de control de energía de acuerdo con la presente invención cuando la linterna es inicialmente encendida. La figura 11B es una traza de osciloscopio que muestra el flujo de corriente con el tiempo en el circuito de energía principal de una linterna sin un circuito de control de energía de acuerdo con la presente invención cuando la linterna es inicialmente encendida. La figura 12 muestra tres trazas de osciloscopio para una linterna de acuerdo con la presente invención que fue operada en un modo de estrobo. Las tres trazas reflejan:
(1) el voltaje de la señal de control proveniente del microprocesador, (2) el voltaje de la señal de control modificada generada por el circuito de control de energía y
(3) el flujo de corriente a través del interruptor de energía electrónico. La figura 13 muestra tres trazas de osciloscopio para una linterna de acuerdo con la presente invención que fue operada en un modo de reducción de energía. Las tres trazas reflejan: (1) el voltaje de la señal de control proveniente del microprocesador, (2) el voltaje de la señal
de control modificada generada por el circuito de control de energía y (3) el flujo de corriente a través del interruptor de energía electrónico. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para facilitar la descripción de la invención, cualquier número de referencia que represente un elemento en una figura representará el mismo elemento en cualquier otra figura. Una linterna 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención se ilustra en perspectiva en la figura 1. La linterna 10 incorpora un número de aspectos distintos de la presente invención. Aunque estos aspectos distintos han sido incorporados todos en la linterna 10, se debe entender expresamente que la presente invención no está restringida a la linterna 10 descrita en la presente. En su lugar, la presente invención está dirigida a cada una de las características inventivas de la linterna descrita abajo individualmente así como colectivamente. Además, como se hará aparente para aquellos expertos en la técnica después de revisar la presente invención, uno o más aspectos de la presente invención también se pueden incorporar en otros dispositivos electrónicos, incluyendo teléfonos celulares, radios portátiles, juguetes, así como otros dispositivos de iluminación no portátiles. En referencia a las figuras 1-4, la linterna 10
incluye un barril 21 encerrado en un extremo hacia atrás por una tapa de cola 22 y en un extremo hacia adelante por un ensamble de cabeza e interruptor 23. El barril 21 está hecho de preferencia de aluminio. Como se conoce en la técnica, el barril 21 puede ser provisto con una superficie texturizada 27 a lo largo de su lado axial, de preferencia en forma de un rulo maquinado. En la presente modalidad, el barril 21 está configurado para encerrar un paquete de baterías de iones de litio recargables 60. El paquete de baterías 60 puede comprender una o más celdas de baterías de iones de litio. De preferencia el paquete de baterías 60 comprende al menos celdas de iones de litio dispuestas físicamente en serie o en una disposición de extremo a extremo, mientras que estén conectadas eléctricamente en paralelo. En otras modalidades, puede ser deseable conectar eléctricamente las dos celdas en serie. Además, el barril 21 también puede configurarse para incluir un paquete de baterías 60 que comprenda dos o más baterías o celdas de iones de litio dispuestas físicamente en una disposición paralela o colateral, mientras están conectadas eléctricamente en serie o en paralelo dependiendo de los requerimientos de diseño de la linterna. Además, aunque un paquete de baterías de iones de litio se seleccionan se usan como una fuente de energía para la modalidad ilustrada de la linterna 10, en otras modalidades
de la presente invención, se pueden emplear otras fuentes de energía de CD, incluyendo, por ejemplo, baterías de celdas secas así como otros tipos de baterías recargables. El paquete de baterías de iones de litio recargables 60 incluye de preferencia circuitos de protección contra cortos circuitos integrados 86, como mejor se observa en la figura 5. Los paquetes de baterías de este tipo están fácilmente disponibles en el mercado de proveedores tales como BYD Company Limited e interrumpirán el flujo de corriente proveniente del paquete de baterías si los electrodos del paquete de baterías se ponen en corto circuito . La tapa de cola 22 también está hecha de preferencia de aluminio y está configurada para acoplar roscas de acoplamiento provistas sobre el interior del barril 21 como es convencional en la técnica. Sin embargo, también se pueden emplear otros medios adecuados para fijar la tapa de cola 22 al barril 21. Como mejor se ve en la figura 2, una válvula unidireccional 68, tal como un sello de labio, puede ser provisto en la interfaz entre la tapa de cola 22 y el barril 21 para proporcionar un sello hermético a agua. Sin embargo, como aquellos expertos en la técnica apreciarán, otras formas de elementos de sellado, tales como una junta tórica, se pueden usar en lugar de la válvula unidireccional 68 para formar un sello hermético a agua. La válvula
unidireccional 68 es retenida en un canal circunferencial 70 formado en la tapa de cola 22. Además, la válvula unidireccional 68 está orientada para evitar flujo del exterior al interior de la linterna 10, mientras que simultáneamente permite que la sobrepresión dentro de la linterna se escape o ventile a la atmósfera. El diseño y uso de válvulas unidireccionales de linternas se describen más completamente en la patente de E.U.A. No. 5,113,326 a Anthony Maglica, la cual se incorpora en la presente a manera de referencia. Si está hecha de aluminio, las superficies del barril 21 y la tapa de cola 22 son de preferencia anodizadas con excepción de aquellas superficies usadas para hacer contacto eléctrico con otra superficie metálica para los propósitos de formar el circuito eléctrico de la linterna. En la presente modalidad, se forma una trayectoria eléctrica entre el barril 21 y el electrodo de cubierta 61 del paquete de baterías de iones de litio 60 por el elemento conductor 72 y el resorte 74. además de formar parte de la trayectoria eléctrica entre el barril y el electrodo de cubierta, el resorte 74 también impulsa el paquete de baterías 60 hacia adelante de tal manera que el electrodo central 63 del paquete de baterías 60 sea impulsado hacia un extremo del conductor impulsado por resortes 76, el cual se mantiene por y se extiende a través de un perno de retención 57.
El ensamble de cabeza e interruptor 23 de la presente modalidad incluye una estructura de soporte 28 a la cual un número de otros componentes pueden ser montados, incluyendo, por ejemplo, la cabeza 24, tapa frontal 25, contacto de carga 44, tablero de circuitos impresos 46, manguito 50, interruptor 52 y ensamble de lámpara móvil 100. Para facilidad de fabricación, la estructura de soporte 28 está hecha de preferencia de plástico moldeado por inyección. La cabeza 24, tapa frontal 25 y manguito 50, por otro lado, se hacen de preferencia de aluminio anodizado. En la presente modalidad, la estructura de soporte 28 es una estructura de soporte hueca que comprende una sección frontal 31, una sección media 33 y una sección posterior 35. La sección frontal 31 comprende un área de recepción generalmente en forma de copa 37. La sección media 33, la cual se extiende hacia atrás desde la sección frontal 31, incluye una superficie interior generalmente cilindrica 39. Y, la sección posterior 35, la cual se extiende hacia atrás de la sección media 33, incluye dos dedos roscados arqueados opuestos 55 (sólo uno de los cuales es visible en los cortes transversales de las figuras 2-4). La tapa frontal 25 retiene un lente 26 y reflector 30 en relación a la estructura de soporte 28. En la presente modalidad la tapa frontal 25 está configurada para enroscarse sobre roscas externas 29 provistas sobre la sección frontal
31 de la estructura de soporte 28. Sin embargo, en otras implementaciones, se pueden adoptar otras formas de fijación. Como se ilustra, el reflector 30 está colocado dentro del área de recepción en forma de copa 37 de la sección frontal 31 de la estructura de soporte 31. Características de alineación 32, 34 correspondientes pueden ser provistas sobre la superficie exterior del reflector 30 y la superficie de acoplamiento interna de la estructura de soporte 28, respectivamente, para asegurar una alineación adecuada entre el reflector 30 y la estructura de soporte 28. La cabeza 24 tiene un diámetro mayo que aquél del barril 21 y manguito 50. La cabeza 24 también está adaptada para pasar externamente sobre el exterior del barril 21 y manguito 50. La superficie interna 36 de la cabeza 24 está configurada para acoplarse con la superficie exterior 38 déla estructura de soporte 28 en ubicaciones seleccionadas para colocar adecuadamente la cabeza 24 en relación a la tapa frontal 25 y estructura de soporte 28. Un' anillo de retención comprimible 40, tal como una junta tórica de hule, puede ser asentado en un canal 41 que se extiende alrededor de la superficie exterior 38 de la estructura de soporte 28 para crear un ajuste de interferencia entre la estructura de soporte 28 y una característica provista sobre la superficie interna 36 de la cabeza 24, tal como -un reborde circunferencial 42. El anillo de retención comprimible 40
evita también que la humedad y suciedad ingresen en el ensamble de cabeza entre la estructura de soporte 28 y extremo hacia adelante de la cabeza 24. Contactos de carga externos 44 y 48 están provistos en la sección hacia adelante de la linterna 10. Mientras que los contactos de carga 44 y 48 están provistos en la presente modalidad en forma de anillos de carga para simplificar el procedimiento de recarga, en otras modalidades los contactos 44 y 48 pueden tener otras formas. En la presente modalidad, el tablero de circuitos impresos 46 está interpuesto entre los contactos de carga 44 y 48. El tablero de circuitos impresos 46 está configurado para estar en comunicación eléctrica con contactos de carga 44 y 48, aislando simultáneamente los contactos de carga 44 y 48 de comunicación eléctrica directa unos con otros a través de un corto circuito. La comunicación eléctrica entre el tablero de circuitos impresos 46 y los contactos de carga 44, 48 puede establecerse al proporcionar una traza conductora en la interfaz formada entre el tablero de circuitos impresos 46 y cada uno de los contactos de carga. El contacto de carga externo 44 es de preferencia un anillo de aluminio dispuesto sobre la superficie externa 38 de la estructura de soporte 28, de preferencia hacia el extremo trasero de la sección media 33. Si el barril 21 está hecho de aluminio anodizado, el contacto de carga externo 48
puede formarse integralmente en el barril 21 al maquinar una porción del barril para remover cualquier anodización proveniente de la ubicación del contacto de carga 48 o al enmascarar la ubicación del contacto de carga 48 antes de anodizar el barril 21. En la presente modalidad, el contacto de carga 48 se ubica en el extremo frontal del barril 21. Como se indicó arriba, el ensamble de cabeza e interruptor 23 también incluye de preferencia un manguito 50. El manguito 50 está dispuesto sobre la superficie externa 38 y la estructura de soporte 28 de tal manera que se extienda hacia adelante desde el contacto de carga 44 hasta una posición que esté debajo del borde trasero 53 de la cabeza 24. El manguito 50 está hecho de preferencia de aluminio anodizado, pero también puede estar hecho de otros metales o plásticos. Como resultado de la construcción anterior, con excepción de la superficie externa formada por el tablero de circuitos impresos 48 e interruptor 52, todas las superficies externas de la linterna 10 de acuerdo con la presente modalidad pueden hacerse de metal, y muy preferiblemente de aluminio. El manguito 50 está provisto con un orificio 51 a través del cual se extiende la cubierta de interruptor 54 del interruptor 52. La superficie exterior del manguito 50 que rodea la cubierta de interruptor 54 puede ser biselada para facilitar el funcionamiento táctil de la linterna 10. El
manguito 50 también puede estar provisto con una ranura 56 alrededor de su circunferencia en una ubicación hacia adelante del borde trasero 53 de la cabeza 24 para colocar un elemento de sellado 58, tal como una junta tórica, para formar un sello hermético a agua entre la cabeza 24 y el manguito 50. En forma similar, la cubierta de interruptor 54 está hecha de preferencia de hule o látex moldeado. Como mejor se ilustra en las figuras 3 y 4, la cubierta de interruptor 54 está configurada de preferencia para evitar que humedad y suciedad ingrese en el ensamble de cabeza e interruptor 23 a través del orificio 51. En la presente modalidad, la lámpara 59 está montada de manera removible dentro del ensamble de cabeza e interruptor 23 para extenderse así al interior del reflector 30 a través de un orificio central provisto en el mismo. En particular, la lámpara 59 está montada sobre el ensamble de lámpara móvil 100, el cual a su vez está montado eh forma deslizable dentro de la sección media 33 de la estructura de soporte 28. Aunque la lámpara 59 puede ser cualquier dispositivo adecuado que genere luz, en la presente modalidad la lámpara 59 es de preferencia un bulbo de lámpara incandescente, y muy preferiblemente un bulbo de lámpara incandescente de dos terminales. En otras implementaciones de la invención, sin embargo, la lámpara 59 puede comprender,
por ejemplo, una lámpara LED o una lámpara de arco. En la presente modalidad, el ensamble de lámpara móvil 100 incluye un alojamiento de bola ajustable 102, un retenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104, una tapa extrema 106, un retenedor 108, anillo de retención 110, un conductor impulsado por resorte 112, resorte 114, poste conductor 116 y ensamble seguidor de leva 117. Como se observa en las figuras 3 y 4, la lámpara 59 es mantenida por el sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. El sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104 está a su vez montado de manera ajustable dentro del alojamiento de bola ajustable 102. A este respecto, el alojamiento de bola ajustable 102 está parcialmente encerrado en su extremo hacia adelante por la pared 103. La pared 103 incluye una superficie de acoplamiento cóncava 118 contra la cual el sostenedor de bulbo en forma de bola 104 se retiene de manera ajustable. El retenedor 108, el cual está adaptado para deslizarse dentro del alojamiento de bola ajustable 102, incluye una superficie cóncava 120 diseñada para acoplarse de manera deslizable con el lado opuesto del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. La tapa extrema 106 encierra el extremo trasero del alojamiento de bola ajustable 102 y está montada en relación fija al mismo. El anillo de retención 104 está interpuesto entre la tapa extrema fija 106 y el retenedor deslizable 108, de esta manera impulsando al
retenedor 108 hacia el extremo hacia adelante de la linterna hasta que la superficie cóncava 120 acople el sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. Como resultado, el sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104 es mantenido ajustablemente entre la superficie cóncava 118 de la pared 103 y la superficie cóncava 120 del retenedor 108. El sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104 incluye una porción de metal 102, un primer sostenedor de contacto 124 y un segundo sostenedor de contacto 126. En la presente modalidad, la porción metálica 122 comprende una zona de una esfera con un orificio de paso. Primero el sostenedor de contacto 124 y el segundo sostenedor de contacto 126 están hechos de un material no conductor, tal como plástico, y están configurados para crear un ajuste de interferencia dentro del orifico de paso de la porción de metal 122. El segundo sostenedor de contacto 126 incluye una porción de cabeza configurada como un sector de una esfera de tal manera que en combinación con la porción de metal 122 el sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104 sea provisto con una superficie exterior sustancialmente esférica . Los electrodos de lámpara 59 se extienden dentro del primer sostenedor de contacto 122 en donde de preferencia se acoplan en forma friccional con contactos de electrodo positivos y negativos, respectivamente (no mostrados) . Uno
de los contactos de electrodo, el negativo en la presente modalidad, está configurado para extenderse entre las superficies de acoplamiento del primero y segundo sostenedores de contacto 124, 126 y hacer una conexión eléctrica con la porción de metal 122 del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. En otro contacto de electrodo, el positivo en la presente modalidad, se extiende a través de tanto el primero como el segundo contenedores de contacto 124, 126 e incluye una superficie para acoplarse con el conductor impulsado por resortes 112. La construcción del ensamble de lámpara móvil 100 se describe en detalle en relación con las figuras 6-18 de la solicitud de patente de E.U.A. pendiente No. de serie 10/802,265, presentada el 16 de marzo del 2004, la cual se incorpora en la presente a manera de referencia. La porción de metal 122 del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104 está en comunicación eléctrica con el alojamiento de bola ajustable 102, el cual está también hecho de preferencia de metal. El alojamiento de bola ajustable 102 está a su vez en comunicación eléctrica con el conductor de resorte de hoja 128, una porción del cual está en contacto deslizable con el exterior del alojamiento de bola ajustable 102. El conductor de resorte de hoja 128 también está en comunicación eléctrica con el tablero de circuitos impresos 46 en la almohadilla de contacto 62 sobre
el tablero de circuitos impresos 46. El poste de contacto 116 se extiende a través de la tapa extrema 106 y alojamiento de interruptor 80. El poste de contacto 116 es sostenido por fricción por el alojamiento de interruptor 80 de tal manera que su extremo posterior esté en comunicación eléctrica con el tablero de circuitos impresos 46 en la vía 64. La vía 64 se extiende a través del centro del tablero de circuitos impresos 46 en la presente modalidad. En este extremo delantero, el poste de contacto 116 es soportado en forma deslizable dentro del orificio de paso provisto en la tapa extrema 106. Una porción en forma de copa 130 provista sobre el extremo delantero del poste de contacto 116 está configurada para sostener un extremo de resorte 114 mientras el otro extremo de resorte 114 fuerza al conductor impulsado por resortes 112 a establecer contacto con una porción expuesta del contacto de electrodo que se extiende a través del segundo sostenedor de contacto 126 del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. El conductor impulsado por resorte 112 también tiene forma de copa en la presente modalidad y tiene un diámetro ligeramente mayor que aquél de la porción en forma de copa 130 de tal manera que pueda ajustarse en forma deslizable sobre la superficie exterior de la porción en forma de copa 130 y mantener al resorte 114 entre la misma. El ensamble de cabeza e interruptor 23 está unido
al barril 21 por medio de dos dedos roscados arqueados 55 que forman la sección posterior 35 de la estructura de soporte 28. Los dos dedos roscados" arqueados 55 se extienden a través del tablero de circuitos impresos 46. Los dedos roscados arqueados 55 están provistos con roscas tanto externas como internas. Las roscas externas se acoplan con roscas internas correspondientes provistas dentro del extremo delantero del barril 21. Una vez que el ensamble de cabeza e interruptor 23 es enroscado en el barril 21, el perno de retención 57 es enroscado en las roscas internas de los dedos roscados arqueados 55. De preferencia el perno de retención 57 incluye una flecha usada 59 configurada para esparcir los dedos roscados arqueados 55, trabando de esta manera el ensamble de cabeza e interruptor 23 al barril. El conductor impulsado por resortes 76 es mantenido comprimiblemente dentro de la cavidad central 66 del perno de retención 57 entre el tablero de circuitos impresos 46 y la pared extrema 67. El conductor impulsado por resorte 76 también se acopla eléctricamente por la vía 64 sobre el tablero de circuitos impresos 46 al electrodo central 63 de el paquete de baterías de iones de litio recargable 60. La figura 5 es un diagrama de circuito para la linterna 10 y representa esquemáticamente una modalidad preferida de los circuitos electrónicos de acuerdo con la presente invención. Como se muestra en la figura 5, la
linterna 10 incluye un circuito de energía principal 400, un interruptor 52, un circuito anti-rebotes 500, un circuito de control de microprocesador 600, un circuito de control de energía 700, contactos de carga 44, 48 y un circuito de protección contra cortos 800. En la presente modalidad, el circuito anti-rebotes 500, circuito de control de microprocesador 600, circuito de control de energía 700 y circuito de protección contra cortos 800 se forman todos sobre el tablero de circuitos impresos 46. Sin embargo, en otras implementaciones son posibles otras disposiciones. El circuito de energía principal 400 de la presente modalidad comprende, el paquete de baterías de iones de litio recargables 60, trayectoria eléctrica 402, lámpara 59, trayectoria eléctrica 404 e interruptor de energía electrónico 702. Como mejor se ve en la figura 5, el paquete de baterías de iones de litio recargables 60 incluye circuitos de protección contra cortos circuitos integrado 86. Los circuitos de protección contra cortos circuitos integrados 86 están dispuestos en serie con la celda de iones de litio 88 dentro del paquete de baterías de iones de litio 60. En la modalidad ilustrada, el circuito de protección contra cortos circuitos está dispuesto entre el electrodo negativo de la celda de iones de litio 88 y el electrodo negativo del paquete de baterías 60. Circuitos de protección contra
cortos circuitos integrados 86 podrían, sin embargo, proporcionarse también entre el electrodo positivo de la celda de iones de litio 88 y el electrodo positivo del paquete de baterías 60. La trayectoria eléctrica 402 conecta el electrodo central 63 del paquete de baterías de iones de litio recargable 60 al electrodo positivo de la lámpara 59. En la linterna ilustrada en las figuras 1-4, la trayectoria eléctrica 402 comprende los siguientes elementos: conductor impulsado por resortes 76, vía 64, poste conductor 116, resorte 114, conductor impulsado por resorte 112 y el contacto de electrodo positivo dispuesto dentro del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104. La trayectoria eléctrica 402 conecta el electrodo negativo de la lámpara 59 al electrodo de cubierta 61 del paquete de baterías de iones de litio recargables. Además, la trayectoria eléctrica 402 es abierta y cerrada para completar y romper el circuito de energía principal 400 por el interruptor de energía electrónico 702, el cual se describe en mayor detalle abajo. En la linterna ilustrada en las figuras 1-4, la trayectoria eléctrica 404 comprende: el contacto de electrodo negativo dispuesto dentro del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104, la porción de metal 122 del sostenedor de bulbo ajustable en forma de bola 104, alojamiento de bola ajustable 102,
conductor de resorte de hoja 128, almohadilla de contacto 62, traza conductor 406, interruptor de energía electrónico 702, traza conductora 408, barril 21, elemento conductor 72 en tapa de cola 22 y resorte 74. Aunque el interruptor de energía electrónico 702 se localiza sobre el tablero de circuitos impresos 46 en la presente modalidad, el interruptor de energía electrónico 702 también puede ubicarse en otros lugares dentro de la linterna 10. El interruptor de energía electrónico 702 está acoplado eléctricamente a la almohadilla de contacto 62 por medio de la traza conductora 406, la cual también está provista sobre el tablero de circuitos impresos 46. El interruptor de energía electrónico 702 también está acoplado eléctricamente al barril 21 por medio de la traza conductora 408, la cual se extiende sobre el tablero de circuitos impresos 46 desde el interruptor de energía electrónico 702 hasta la interfaz entre el tablero de circuitos impresos 46 y el barril 21. Se hace notar que a diferencia del interruptor de energía electrónico 702, los elementos constituyentes de las trayectorias eléctricas 402, 404 no son .críticos para el funcionamiento del circuito de energía 400 de acuerdo con el presente aspecto de la invención, y puede emplearse cualquier combinación de elementos que sea adecuada para formar las
trayectorias eléctricas de un circuito de energía para un diseño de linterna particular. El interruptor de energía electrónico 702 selectivamente abre y cierra la trayectoria eléctrica 404 entre la lámpara 59 y el electrodo de cubierta 61 del paquete de baterías de iones de litio recargables 60. Cuando el interruptor de energía electrónico 702 es cerrado, se permite que la corriente fluya a través del circuito de energía principal 400. La apertura y cierre del interruptor de energía electrónico 702 es controlada, en la presente modalidad, por el interruptor 52, circuito microcontrolador 600 y circuito de control de energía 700. La manipulación del interruptor 52 genera una señal que determina si el interruptor de energía electrónico 702 se abre o cierra, o repetidamente se abre y cierra de una manera descrita más adelante en la presente. En la presente modalidad, el interruptor 52 es un interruptor momentáneo. Cuando el interruptor 52 es oprimido, el émbolo 69 del interruptor 52 empuja un domo de ajuste 84 del conductor 82 para que establezca comunicación eléctrica con el poste conductor 116. Una señal proveniente del paquete de baterías 60 es después transmitida al tablero de circuitos impresos 46 a través de la almohadilla de contacto 65. Cuando esta señal es transmitida al tablero de
circuitos impresos 46, el interruptor de energía electrónico 702 puede ser señalizado a abrir o cerrar la trayectoria eléctrica 404 permitiendo de esta manera que la linterna 10 sea encendida o apagada en consecuencia. A diferencia de los interruptores mecánicos conocidos en la técnica, el interruptor 52 no conduce corriente a la lámpara 59. En su lugar, el interruptor 52 simplemente proporciona una señal de activación o desactivación. En la presente modalidad, esta señal de activación o desactivación es enviada al circuito microcontrolador 600, el cual a su vez señaliza al interruptor de energía electrónica 702 a través del circuito de control de energía 700 a abrirse o cerrarse en consecuencia. El circuito de energía principal 400 en la presente modalidad es entonces indirectamente activado o desactivado por la manipulación del interruptor 52 por un usuario . Debido a que la corriente proveniente del paquete de baterías de iones de litio recargables 60 a la lámpara 59 pasa a través del interruptor de energía electrónico 702, y no el interruptor 52, el interruptor 52 puede diseñarse para operar bajo corriente muy baja. La modalidad mostrada en la figura 5, el interruptor 52, circuito anti-rebotes 500, circuito microcontrolador 600, circuito de control de energía 700 e
interruptor de energía electrónico 702 están todos en comunicación eléctrica. Cuando el interruptor 52 es deprimido inicialmente, se envía una señal al circuito microcontrolador 600 a través del circuito anti-rebotes 500. El circuito microcontrolador 600 en respuesta envía una señal a través del circuito de control de energía 700 al interruptor de energía electrónico 702. En respuesta, el interruptor de energía electrónico 702 permite que la corriente fluya a la lámpara 59 desde el paquete de batería de iones de litio 60 a una velocidad cada vez más alta controlada durante un periodo predeterminado. Una descripción más detallada del circuito anti-rebotes 500, circuito microcontrolador 600, circuito microcontrolador de energía 700 e interruptor de energía electrónico 702 se da abajo en relación con las figuras 6, 7 y 8. La figura 6 es un esquema detallado de una modalidad de un circuito anti-rebotes 500 que puede emplearse en la presente invención. El circuito anti-rebotes 500 puede usarse para reducir el ruido, correr el voltaje de la señal enviada desde el interruptor 52 hasta el circuito microcontrolador 600. Una señal para encender o apagar la lámpara 59 entra en el circuito anti-rebotes 500 a través de la almohadilla de contacto 65 cuando un usuario manipula el interruptor 52 de una manera tal que ocasione que el émbolo
69 fuerce al domo de chasquido 84 a hacer contacto con el poste conductor 116. Como resultado de esta manipulación, una señal es enviada por medio de la almohadilla de contacto 65 a través del circuito anti-rebotes 500. La salida del circuito anti-rebotes 500 es provista en la salida 507, la cual está en comunicación eléctrica con el circuito microcontrolador 600 ilustrado en la figura 7. En una modalidad del circuito anti-rebotes 500, capacitores 502, 504, 505 y un resistor 503 son acoplados en paralelo a la almohadilla de contacto 65 y salida 507, mientras que el resistor 506 es interpuesto en serie entre la almohadilla de contacto 65 y al salida 57, de preferencia corriente abajo de las ramas paralelas para el capacitor 502 y resistor 503. Aquellos expertos en la técnica co ocerán cómo diseñar un circuito anti-rebotes 500 para lograr un nivel de señal adecuado al circuito microcontrolador 600. En el diseño ilustrado en la figura 6, sin embargo, se ha encontrado que el resistor 506 puede tener una resistencia de 10 KO, el resistor 503 puede tener una resistencia de 1 KO y los capacitores 502, 504 y 505 pueden tener cada uno una capacitancia de 0.1 µF. La figura 7 es un diagrama esquemático del circuito microcontrolador 600. En la presente modalidad, el circuito microcontrolador 600 incluye un microcontrolador 601 que
tiene una entrada 602 y dos salidas 604, 606. Además, la terminal GND del microcontrolador 601 está conectada directamente a tierra, y la terminal Vcc del microcontrolador 601 está conectada eléctricamente al paquete de baterías 60 por medio de la traza conductora 608 y a tierra a través del capacitor 610 por medio de la traza conductora 612. La señal provista a la traza 608 también puede ser una señal de batería que haya sido filtrada por un diodo, aunque esta filtración es innecesaria. Si se lleva a cabo esta filtración, puede llevarse a cabo en el circuito de protección contra cortos 800 como el descrito abajo. Una señal proveniente de la salida 507 del circuito anti-rebotes 500 entra en el microcontrolador 601 a través de la terminal de entrada 602. El microcontrolador 601 puede programarse para proporcionar diferentes funciones seleccionables por usuario, la selección de las cuales puede controlarse por la naturaleza de la señal de entrada recibida en la terminal de entrada 602. Así, por ejemplo, si la linterna 10 está en el estado apagado y el interruptor 52 es oprimido y liberado, el microcontrolador 601 puede ser programado para proporcionar una señal en la terminal de salida 606 que encenderá la linterna 10. El microcontrolador 601 también puede programarse de tal manera que la linterna 10 permanezca encendida con una segunda depresión del interruptor 52 hasta la segunda liberación del interruptor
52. Otras funciones también pueden programarse en el microcontrolador 601. Por ejemplo, el microcontrolador 601 puede programarse de tal manera que un usuario pueda seleccionar un modo de reducción de energía al oprimir el interruptor 52 y mantenerlo oprimido durante dos segundos o un modo de estrobo al oprimir el interruptor 52 y mantenerlo durante 4 segundos. Si la linterna 10 está en el estado apagado, el microcontrolador 601 enviará una señal de control a través de la terminal de salida 606 en respuesta a una señal recibida a través de la terminal de entrada 602. La señal de control proveniente de la terminal de salida 606 es provista a la entrada 707 del circuito de control de energía 700 cuando es modificado de una manera deseada antes de ser suministrada sobre la traza 708 al interruptor de energía electrónico 702 de tal forma que el interruptor de energía electrónico 702 sea cerrado gradualmente en respuesta a la señal de control, limitando así el estallido inicial de corriente a través de la lámpara 59. En relación con otros modos operacionales programados en el microcontrolador 601, podría ser deseable modificar la señal de control producida por el microcontrolador 601 de una manera alternativa. En consecuencia, en la modalidad ilustrada, el microcontrolador 601 también incluye una segunda salida 604 para proporcionar
una segunda señal de control al circuito de control de energía 700. Una señal de control proveniente de la terminal de salida 604 es provista a la entrada 709 del circuito de control de energía 700. La señal de control proveniente de la terminal de salida 604 es modificada dentro del circuito de control de energía 700 antes de ser provista sobre la traza 708 al interruptor de energía electrónico 702 de tal manera que el interruptor de energía 702 sea cerrado a una velocidad diferente en respuesta a una señal de control provista en la terminal de salida 604 del microcontrolador 601. La figura 7 es un diagrama esquemático de un circuito de control de energía 700, el cual es acoplado al interruptor de energía electrónico 702 por medio de la traza conductora 708. Se selecciona un interruptor de energía electrónico 702 que permite que diferentes niveles de corriente fluyan a través del circuito de energía principal 400 en respuesta a diferentes niveles de señal provistos en la traza 708. En la presente modalidad, el interruptor de energía electrónico 702 comprende un MOSFET de n canales 705.
La puerta del MOSFET está conectada eléctricamente a la traza
708, el drenaje al electrodo central 63 del paquete de baterías 60 a través de la entrada 703 y la fuente a tierra
(por ejemplo, el electrodo de cubierta 61 del paquete de baterías 60) . Un MOSFET de n canales funciona bien en la
presente invención gracias a sus características de transferencia, en particular que la corriente de drenaje es cero (es decir, el interruptor de energía electrónico 702 está abierto) cuando el voltaje con puerta o fuente está debajo de aproximadamente 0.75 voltios. Aunque la presente modalidad emplea un MOSFET de n canales 705, será aparente para aquellos expertos en la técnica de la presente invención que otros tipos de energía electrónicos también se pueden emplear en la presente invención. Por ejemplo, se puede usar un MOSFET de p canales en lugar del MOSFET de n canales si el interruptor de energía electrónico 702 fuera provisto sobre el lado alto del circuito de energía principal 400 (es decir, antes de la lámpara 59) . Similarmente, otros tipos de transistores también pueden emplearse para el interruptor de energía electrónico 702, incluyendo otros transistores de efecto de campo, tales como JFETs y DE MOSFETs, y transistores de unión bipolar . Como se indicó arriba, el circuito de control de energía 700 modifica las señales de control recibidas de las terminales de salida 604, 606 del microcontrolador 601. En particular, el circuito de control de energía 700 está diseñado para modificar las señales de control de tal manera que varíen con el tiempo con base en las características de transferencia del interruptor de energía electrónico 702
empleado y la velocidad a la cual el interruptor de energía electrónico 702 vaya a ser cerrado. De preferencia, el circuito de energía 700 modifica al menos una de las señales de control recibidas del microcontrolador 601 de tal manera que cuando la señal de control alcance el interruptor de energía electrónico 702, el interruptor de energía electrónico 702 sea gradualmente cerrado con el tiempo, a diferencia de ser cerrado instantáneamente. Cuando la linterna 10 está en el estado apagado, las señales en las entradas 707 y 709 son ambas señales de alta impedancia por lo que efectivamente no son parte del circuito de control de energía 700. Además, el valor del resistor 703 se selecciona de tal manera que cuando la linterna 10 esté en el estado apagado, el resistor 703 jale el voltaje de puerta del MOSFET 705 a cero voltios (a través del resistor 701) de tal forma que el interruptor de energía electrónico 702 sea abierto. El grado al cual el interruptor de energía electrónico 702 es cerrado y por consiguiente la cantidad de corriente que se permite fluir en el circuito de energía principal 400 es controlado finalmente en la modalidad ilustrada por el voltaje a través del capacitor 710, el cual corresponde también al voltaje puerta a fuente del MOSFET 705. Cuando se proporciona una señal de control en las entradas 707 ó 709, el voltaje a través del capacitor 710 se
incrementará exponencialmente de acuerdo con la ecuación Vc = E(l-e~t t) hasta que se logre el voltaje máximo de la señal de control. En la ecuación anterior, E es el voltaje en la señal de control aplicada 707 ó 709 y T es la constante del tiempo para el circuito y se determina por la ecuación T = RC. Además, aunque toma un periodo de aproximadamente 5t antes de que el capacitor sea cargado completamente, durante un periodo de lt el voltaje a través del capacitor 710 alcanzará aproximadamente 63% del voltaje de la señal de control aplicada del microcontrolador 601. Así, al seleccionar adecuadamente R y C para cada una de las trayectorias de circuito que corresponden a entradas 707 y 709, la velocidad a la cual el voltaje puerta a fuente se incrementa, y por consiguiente se puede controlar qué tan rápidamente el interruptor de energía electrónico 702 es cerrado, después de que una señal de control sea provista desde el microcontrolador 601. Como se indicó arriba, cuando la linterna 10 es inicialmente encendida, se proporciona una señal de control desde la terminal de salida 606 del microcontrolador 601 a la entrada 707 del circuito de control de energía 700. como resultado, la señal en la entrada 707 va de alta impedancia a, por ejemplo, una señal de 3 voltios instantáneamente. El voltaje a través del capacitor 710, y por consiguiente el voltaje puerta a fuente sin embargo, se incrementará
exponencialmente a 3 voltios de acuerdo con la fórmula dada arriba. A incrementar gradualmente el voltaje de la señal de control para alcanzar el interruptor de energía electrónico 702 sobre la traza 708 de la manera anterior, la corriente que se permite fluir a la lámpara 59 puede ser incrementada a una velocidad controlada. A su vez, al incrementar la cantidad de corriente enviada a la lámpara 59 a una velocidad controlada, la lámpara 59 se le puede permitir lograr su resistencia al estado fijo a una velocidad controlada y reducida, protegiendo así a la lámpara 59 de la gran subida repentina inicial normal de corriente proveniente del paquete de baterías 60 cuando la linterna es encendida. En una modalidad preferida el resistor 701 tiene una resistencia de 470 KO, el resistor 703 tiene una resistencia de 1 KO y el capacitor 710 tiene una capacitancia de 0.1 µF. Esta combinación de resistor 701 y capacitor 703 forma un filtro de paso bajo con una constancia de tiempo de 47 ms (470,000 x 0.000001 = 0.047 segundos o 47 milisegundos). Durante este periodo el capacitor 710 será cargado hasta aproximadamente 63% del voltaje de la señal de control provista en la entrada 707 (o 0.63 * 5 Voltios = 3.15 Voltios). Esto significa que tomará aproximadamente 47 ms para que el voltaje puerta a fuente del MOSFET 705 pase de la región apagada, a través de la región limitada en corriente, a la región lineal del transistor. Durante este tiempo, el
filamento de la lámpara 59 es calentado mientras se limita el golpe de corriente a un nivel más deseado. Como se indicó arriba, una señal de control provista en la salida 604 del microcontrolador 601 puede ser provista en la entrada 709 para propósitos de cerrar un interruptor de energía electrónico 702 a una velocidad diferente que la lograda por una señal de control provista en la entrada 707. Por ejemplo, el resistor 704 puede ponerse a 1.0 KO mientras que el capacitor 710 aún se ponga a una capacitancia de 0.1 µF. Esta combinación da como resultado un circuito de filtro de paso bajo con una constante de tiempo de 0.0001 segundos (0.1 ms). Así, bajo esta configuración, el capacitor 710 será cargado hasta aproximadamente 63% del voltaje de la señal de control provista en la entrada 709 (o 3.15 voltios en la presente modalidad) en 0.1 ms . En consecuencia, una señal de control provista en la entrada 709 del circuito de control de energía 700 se puede usar para cerrar y abrir el interruptor de energía electrónico 702 a una frecuencia mucho más alta que una señal de control provista en la entrada 707. Esta característica puede ser deseable para ciertas funciones seleccionables por el usuario, tales como un modo de reducción de energía. Por ejemplo, si un usuario selecciona un modo de interrupción de energía al oprimir el interruptor 52 durante una duración
adecuada, el microcontrolador 601 puede enviar una señal de control inicial desde la terminal de salida 606 hasta la entrada 707 para energizar la lámpara 59 relativamente más lento que como se describió arriba. Después de que la lámpara 59 ya ha sido encendida y el filamento ha sido calentado de tal forma que esté en o cerca de su resistencia de estado fijo, el microcontrolador 601 puede enviar una señal de control modulada por impulsos de onda cuadrada tal como aquella mostrada en la figura 13, de la terminal de salida 604 a la entrada 709 del circuito de control de energía 700 y dejar de enviar una señal de control en la salida 606. Con base en una constante de tiempo de 0.1 ms, la señal modulada por impulsos enviada desde la terminal de salida 604 del microcontrolador 601 puede ser modulada a una velocidad entre alrededor de 5 kHz y 100 Hz, y aún estar a una frecuencia que sea mucho más alta que la velocidad fluctuante visible de 60 Hz. Además, gracias al corto tiempo de ciclo entre cada impulso, el filamento de lámpara 59 no se enfriará lo suficiente entre ciclos como para dar como resultado una tensión indebida por la alta frecuencia de los ciclos encendido, apagado. Como resultado, la linterna 10 puede ser operada de una manera que permita que la lámpara 59, por ejemplo, opere a la mitad de energía y de esta manera consuma la mitad de la energía que normalmente consumiría
durante un periodo de tiempo dado. Aunque el circuito de control de energía de la presente modalidad ha sido descrito como empleando un circuito RC para modificar la señal de control provista al interruptor de energía electrónico 702, otras formas de circuitos con constantes de tiempo, tales como circuitos LR y LRC, pueden ser empleadas en el circuito de control de energía 700 también. Además, circuitos que produzcan formas de onda lineales, sinusoidales, en zigzag o triangulares también pueden usarse para energizar el circuito de control de energía 700. Además, los beneficios del circuito de control de energía 700 pueden lograrse en una .linterna en la cual la señal de control suministrada al circuito de control de energía provenga inmediatamente de un interruptor mecánico a diferencia de un microcontrolador o en la cual cualquier forma de fuente de energía de CD sustituya al paquete de baterías 60. La figura 10A demuestra gráficamente los efectos de amortiguación benéficos que el circuito de control de energía 700 puede proporcionar a la lámpara 59 cuando la linterna 10 es inicialmente encendida. En contraste, la figura 10B demuestra gráficamente que la velocidad de carga de flujo de corriente y el flujo de corriente pico a través del interruptor de energía electrónico 702 es mucho mayor cuando un circuito de control de energía 700 de acuerdo con la
presente invención no está controlando la señal para el interruptor de energía electrónico 702. La figura 10A muestra tres trazas de osciloscopio 1002, 1004, 1006. Las trazas de osciloscopio de la figura 10A fueron obtenidas de una linterna que tenía un circuito 700 como el descrito arriba en relación con la figura 8 para excitar un interruptor de energía electrónico 702 que comprende un MOSFET 705. Además, el resistor 701 tiene un valor de 470 KO y el capacitor 710 tiene un valor de 0.1 µF. La constante de tiempo para el circuito de control de energía era entonces de 47 ms . Las trazas de osciloscopio de la figura 10B se obtuvieron en un momento cuando la linterna pasó del estado apagado al estado encendido y reflejan respectivamente (1) cómo la señal de control proveniente del microcontrolador 601t de la linterna varió con el tiempo cuando la linterna fue inicialmente encendida, (2) cómo el voltaje de la señal proveniente del circuito de control de energía 700, y por consiguiente el voltaje puerta a fuente del MOSFET 705, varió en respuesta a la señal de control del microcontrolador y (3) cómo la corriente que viajó a través del MOSFET 705, y por consiguiente suministrada a la lámpara 59 de la linterna, varió en respuesta a la señal proveniente del circuito de control de energía. El eje x de la figura 10A representa tiempo en
milisegundos, y la distancia entre cada una de las líneas de rejilla verticales que cruzan el eje x representa 40 milisegundos. El eje y de la figura 10A, por otro lado, representa diferentes unidades o valores dependiendo de qué señal o curva se esté indicando. En la figura 10A, la traza 1002 es una traza de osciloscopio del montaje de la señal de control enviada desde el microcontrolador 601 cuando la linterna 10 fue inicialmente encendida. La separación entre cada una de las líneas de la rejilla que cruza el eje y para la traza 1002 representa los voltios. Como se ilustra en la gráfica, el voltaje de la señal de control 1002 correspondía básicamente a una onda escalonada. Por consiguiente, el voltaje de la señal de control pasó de una condición baja de cero voltios a una condición alta de 3 voltios cuando la linterna 10 fue encendida. La traza 1004 es una traza de osciloscopio del voltaje de la señal de control enviada del microcontrolador 601 después de que pasó a través del circuito 700 por medio de la entrada 707. Así, corresponde al voltaje de puerta a origen del MOSFET 705. Al igual que con la separación 1002, la señal entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y representa 2 voltios para la traza 1004. El voltaje de esta señal de control exhibe una función de crecimiento exponencial como se describió arriba. Este incremento
exponencial en el voltaje de la señal enviada al interruptor de energía electrónico 702 cerró el interruptor de energía 702 a una velocidad controlada. Por consiguiente, la velocidad de cambio del flujo de corriente y el flujo de corriente pico a través del MOSFET 705 y lámparas 59 fue reducido. Esto se puede ver al comparar la traza 1006 con la traza 1012 correspondiente mostrada en la figura 10B, ambas de las cuales se describen abajo. La traza 1006 de la figura 10A es una traza de osciloscopio del flujo de corriente a través del MOSFET 705 y por consiguiente en la lámpara 59, que resultó del voltaje de puerta a origen que se controló de la manera ilustrada por la traza 1004. La separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y representa 2 amperes para la traza 1006. La figura HA muestra la traza 1006, pero en una escala de tiempo incrementada. La escala de tiempo usada en la figura HA es 10 veces más grande que aquella usada en la figura 10A; así, el espacio entre una de las líneas de rejilla verticales de la figura HA representa 4 milisegundos. La escala de corriente en el eje y para la figura HA, por otro lado, es la misma que aquella para la traza 1006 en la figura 10A. La corriente pico que se permitió fluir a través de la lámpara 59 cuando la linterna 10 fue encendida se determinó como de 375 amperes en este ejemplo de la presente
invención. La corriente pico puede determinarse a través de la curva 606 ilustrada en las figuras 10A y HA al medir la altura del pico de corriente en la curva 1006 en relación a su línea base. Debido a que la figura HA muestra el flujo de corriente a través de MOSFET 705 a una escala de tiempo más grande que la mostrada en la figura 10A, sin embargo, una medición más precisa de la corriente que puede hacerse a partir de la Figura HA. La figura 10B muestra tres trazas de osciloscopio 1008, 1010, 1012. La linterna usada para obtener las trazas de la figura 10B fue la misma que la linterna usada para obtener las trazas de osciloscopio mostradas en la figura 10A, excepto que se modificaron para que la señal de control proveniente del microprocesador 601 fuera alimentada directamente a la puerta del MOSFET 705, derivando así el circuito de control de energía de acuerdo con la presente invención. Al igual que con la figura 10A, las trazas de osciloscopio mostradas en la figura 10B se tomaron en un tiempo en el que la linterna fue del estado apagado al estado encendido y reflejan respectivamente (1) cómo el voltaje de señal de control proveniente del microcontrolador de la linterna varió con el tiempo cuando la linterna fue inicialmente encendida y la señal de control fue alimentada directamente a la puerta del MOSFET 705, derivando así el circuito de control de energía 700, (2) cómo el voltaje
puerta a fuente de MOSFET 705 varió en respuesta al voltaje de la señal de control bajo estas circunstancias y (3) cómo la corriente que fluyó a través del interruptor de energía electrónico, y por consiguiente suministrar a la lámpara de la linterna, varió en respuesta al voltaje aplicado a la puerta del interruptor de energía electrónico. El eje x de la figura 10B representa tiempo en milisegundos, y la distancia entre cada una de las líneas de rejilla verticales que cruza el eje x representa 40 milisegundos. El eje x, por lo tanto, emplea la misma escala que la usada en la figura 10A. El eje y de la figura 10B, al igual que el eje y de la figura 10A, representa diferentes unidades o valores dependiendo de qué señal o curva se esté indicando . En la figura 10B, la traza 1008 es una traza de osciloscopio de voltaje de la señal de control enviada desde el microcontrolador 601 cuando la linterna fue inicialmente encendida. Las separaciones de cada una de las líneas de rejilla que cruza el eje y para la traza 1002 representa dos voltios al igual que la figura 10A. Como se demuestra en la gráfica, el voltaje de la señal de control 1002 corresponde básicamente a una onda escalonada. Por consiguiente, el voltaje de la señal de control fue de una condición baja de 0 voltios a una condición alta de 3 voltios cuando la linterna 10 fue encendida. Sin embargo, en forma notable, el borde
delantero de la señal de control 1008 está ligeramente redondeado. Esto es el resultado del gran golpe de corriente que ocurrió a través de la lámpara 59 del ejemplo comparativo en el instante en que la linterna fue encendida. Este golpe inicial de corriente redujo efectivamente el voltaje del paquete de baterías momentáneamente. Una caída similar en el voltaje de la señal de control se observó en la curva 1002. Sin embargo, en la curva 1002, la caída es desplazada del borde delantero de la señal de control y no es tan grande. Esto se debe a que el flujo de corriente pico a través de la lámpara 59 es retrasado y reducido en la linterna que emplea un circuito de control de energía 700 de acuerdo con la presente invención. La traza 1010 es una traza de osciloscopio del voltaje puerta a fuente del MOSFET 705. Al igual que con la señal 1008, la separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y representa dos voltios. En el presente ejemplo comparativo, el voltaje puerta a fuente es el mismo que el voltaje de la señal de control 1008 provisto por el microcontrolador porque el circuito de control de energía para la linterna fue derivado. Como resultado de que no hay circuito de control de energía 700 interpuesto entre el microcontrolador 601 y el interruptor de energía electrónico 702, el interruptor de energía 702 fue instantáneamente excitado de un estado de no conducción a una
ubicación en la curva de características de transferencia del MOSFET 705 que podría permitir significativamente que más corriente fluyera a través del MOSFET 705 de la que realmente fluye a través de la energía principal 700. En otras palabras, la velocidad de cambio de flujo de corriente y el flujo de corriente pico a través del flujo de energía principal 400 no fue limitado por el interruptor de energía 702 mientras cambiaba la linterna del estado apagado al estado encendido. Esto a su vez dio como resultado el gran golpe de corriente a la lámpara 59 y el gran pico de corriente observado en la traza 1012 de la figura 10B. La traza 1012 de la figura 10B es una traza de osciloscopio del flujo de corriente a través del MOSFET 705, y por consiguiente lámpara 59, contra el tiempo cuando el voltaje puerta a fuente no es controlado por un circuito de control de energía. La separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruza el eje y representa dos amperes para la taza 1012. La figura 11B muestra la traza 1012, pero a una escala de tiempo incrementada. La escala de tiempo usada en la figura 11B es diez veces más grande que aquella usada en la figura 10B; así, el espacio entre cada una de las líneas de rejilla verticales de la figura 11B representa 4 milisegundos y la figura 11B está sobre la misma escala de tiempo que la figura HA. La escala de corriente sobre el eje y para la figura 11B, por otro lado, es la misma que la
de la traza 1012 en la figura 10B así como aquella para la traza 1006 en la figura HA. El flujo de corriente pico a través del MOSFET 705 y la lámpara 59 para este ejemplo de comparación fue de aproximadamente 7.8 Amperes. Una comparación de la curva 1006 en las figuras 10A y HA con la curva 1012 de las figuras 10B y 11B muestra entonces que la corriente pico suministrada a la lámpara 59 se redujo en aproximadamente 4.05 Amperes, o ligeramente más de 50%, cuando el circuito de control de energía 700 de acuerdo con el ejemplo descrito arriba de la invención se empleó para controlar la velocidad a la cual el interruptor de energía electrónico 702 fue cerrado. Una comparación de las curvas 1006 y 1012 también muestra que el pico de corriente en la curva 1006 es mucho más amplio y más suave que el pico de corriente en la curva 1012. Esto resulta del hecho de que la velocidad de cambio del flujo de corriente a través del interruptor de energía electrónico 702 puede reducirse aleatoriamente en linternas que empleen circuito de control 700 de acuerdo con la presente invención. Se debe reconocer que la curva de corriente 1006 mostrada en las figuras 10A y HA es simplemente un ejemplo de cómo la corriente de lámpara 59 puede ser controlada. De hecho, si se emplea un circuito de control de energía 700 con diferentes constantes de tiempo o características, un
interruptor de energía electrónico 702 con diferentes características de transferencia o una lámpara que tenga diferentes características, una curva diferente puede ser el resultado, afectando así la cantidad del efecto de amortiguación logrado. Las trazas de osciloscopio de la figura 12 se obtuvieron de la misma linterna que la usada para obtener la figura 10A. Sin embargo, la linterna estaba siendo operada en el modo de estorbo cuando las trazas de osciloscopio 1002, 1004 y 1006 de la figura 12 fueron registradas. El modo de estrobo se seleccionó al mantener el interruptor 52 oprimido durante aproximadamente 4 segundos, proporcionando así al microprocesador 601 una señal de activación para el modo de estrobo . Al igual que con la figura 10A, las trazas 1002,
1004 y 1006 de la figura 12 corresponde, respectivamente, al voltaje de la señal de control proveniente de la terminal de salida 606 del microprocesador 601, el voltaje de la señal de control modificada generada por el circuito de control de energía 700, y la corriente a través del MOSFET 705. La escala del eje y para cada una de las curvas 1002, 1004 y 1006 corresponde a la escala del eje y APRA las curvas correspondientes de la figura 10A. Sin embargo, la escala del eje x de la figura 12 es un décimo de la escala que se usó en la figura 10A; así, la separación entre cada una de
las líneas de rejilla verticales de la figura 12 corresponde a 400 milisegundos. Se usó una escala reducida de tal forma que pudiera observarse una serie de ciclos de estrobo. Como se muestra en la figura 12, el voltaje de la señal de control 1002 fue modulado de acuerdo con una onda cuadrada durante el funcionamiento en modo de estrobo. Cada ciclo de la onda cuadrada equivalía aproximadamente 1.6 segundos. Durante una mitad del ciclo, el voltaje de la señal de control fue de aproximadamente 3.6 voltios, mientras que durante la otra mitad del ciclo del voltaje de la señal de control fue de 0 voltios. Los 800 milisegundos entre cada ciclo de encendido, fueron mucho mayores que el tiempo requerido para que el filamento de lámpara 59 se enfriara, y de nuevo actuara como un corto circuito cuando fuera energizado inicialmente. La taza 1004 es una traza de osciloscopio del voltaje de la señal de control enviada desde el microcontrolador 601 después de que hubo pasado a través del circuito de control de energía 700 por medio de la entrada 707, y corresponde así al voltaje de puerta origen del MOSFET 705. El voltaje de esta señal de control modificada exhibe una función de crecimiento exponencial en el borde delantero de cada impulso y una función de decaimiento exponencial en el borde posterior de cada impulso. La función de crecimiento exponencial se debe a la constante de tiempo de
47 ms del circuito RC formado por la combinación del resistor 701 y el capacitor 710. La función de decaimiento exponencial también tendrá una constante de tiempo de aproximadamente 47 ms, debido a que el resistor 703 sólo tiene 1 KO. Debido a que el voltaje de la señal 1004 provista al interruptor de energía electrónico 702 se incrementó exponencialmente en el borde delantero de cada impulso de la misma manera que la señal 1004 en la figura 10A se incrementó, el interruptor de energía 702 fue cerrado a la misma velocidad controlada descrita arriba en la figura 10A. De hecho, si la escala de tiempo de la figura 12 fuera a ser incrementada a aquella usada en la figura 10A u HA, el borde delantero de cada impulso de corriente mostrada en la traza 1006 de la figura 12 se vería igual que el borde delantero de los impulsos de corriente en las trazas 1006 de las figuras. La velocidad de cambio de flujo de corriente y el flujo de corriente pico a través del MOSFET 705 y lámpara 59 fueron, por lo tanto, reducidas cada vez que la lámpara fue activada durante el modo de estrobo, de esta manera reduciendo las tensiones puestas en el filamento de la lámpara 59 cada vez que la lámpara era encendida durante un ciclo. Esto fue también incluso a pesar de que el filamento se enfriara durante la porción "apagada" de cada ciclo hasta una temperatura que de nuevo hiciera que el filamento se
comportara como un corto circuito. Debido a que las tensiones puestas en el filamento de lámpara se reducen cada vez que la lámpara es energizada en una linterna que tiene un circuito de control de energía de acuerdo con la presente invención, la lámpara tendrá una expectativa de vida incrementada. Esto es particularmente benéfico cuando la linterna es operada en un modo de estrobo en el que las tensiones puestas en el filamento de la lámpara rápidamente se acumulan con cada impulso de la lámpara. Se puede ver en la figura 12 que la corriente continúa fluyendo a través de la lámpara 59 incluso después de que la señal de control 1002 ha cambiado de un estado alto a un estado bajo. Esto se debe a que el borde delantero de cada impulso en la taza 1004 exhibe una función de decaimiento exponencial. Así, el interruptor de energía electrónico 702 continuará conduciendo corriente hasta que el voltaje de la señal de control modificada caiga debajo de un nivel suficiente para permitir que el MOSFET 705 la conduzca. Ya que la constante de tiempo de la trayectoria de decaimiento para el circuito de energía 700 fue de aproximadamente 47 ms en el presente ejemplo, el MOSFET 705 continuó conduciendo corriente durante aproximadamente 40 a 50 ms después de cada vez que la señal de control 1002 fue del estado alto al estado bajo. La figura 13 ilustra el funcionamiento de la
linterna 10 de la modalidad ilustrada en un modo de reducción de energía. El modo de reducción de energía se seleccionó al mantener el interruptor 52 oprimido durante aproximadamente 2 segundos. La figura 13 muestra tres trazas de osciloscopio 1014, 1016, 1018. Las trazas de osciloscopio en la figura 13 se obtuvieron de una linterna que tiene un circuito de control de energía 700 como el descrito arriba en relación con la figura 8 para excitar un interruptor de energía electrónico 702 que comprende un MOSFET 705. El resistor 701 tenía un valor de 470 KO, los resistores 703 y 704 tenían un valor de 1 KO y el capacitor 710 tenía un valor de 0.1 µF. Así, la constante de tiempo que corresponde a la entrada 707 del circuito de control de energía 700 fue de 47 ms mientras que la constante de tiempo para la entrada 709 fue de 0.1 ms . Las trazas de osciloscopio en la figura 13 se obtuvieron en un momento en el que la linterna cambió del estado encendido normal a un modo de reducción de energía y reflejan respectivamente (1) cómo el voltaje de una señal de control del microcontrolador 601 de la linterna mostrada en la figura 1 puede variar con el tiempo cuando la linterna es operada en el modo de reducción de energía, (2) cómo el voltaje de la señal proveniente del circuito de control de energía 700, y por consiguiente el voltaje puerta a fuente del MOSFET 705, varía en respuesta a la señal de control del microcontrolador, y (3) cómo la corriente que viajó a través
del MOSFET 705, y por consiguiente suministrar a la lámpara 59 de la linterna, varió en respuesta a la señal de corriente del circuito controlador de energía. El eje x de la figura 13 representa tiempo en milisegundos, y la distancia entre cada una de las líneas de rejilla verticales que usan el eje x representan 40 milisegundos. El eje y de la figura 13, sin embargo, representa diferentes unidades o valores dependiendo de qué señal o curva se esté indicando. La traza 1014 es una traza de osciloscopio del voltaje de la señal de control que fue enviada de la terminal de salida 604 del microcontrolador 601 al cambiar la linterna 10 de un modo "encendido" normal a un modo de reducción de energía. La linterna fue inicialmente encendida al enviar una señal de control desde la terminal de salida 606 hasta la entrada 707 del circuito de control de energía 700 para energizar la lámpara 59 en forma relativamente más lenta que la descrita arriba. Una vez que la lámpara alcanzó un estado fijo, sin embargo, el microcontrolador dejó de enviar la señal de control en la terminal de salida 606 y empezó a enviar la señal de control de la terminal de salida 604 a la entrada 709 del circuito de control de energía 700. El periodo de tiempo reflejado en las trazas de osciloscopio de la figura 13 es después de que esta transición había ocurrido.
La separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y para la traza 1014 representa dos voltios. Así, como se ve de la figura 13, antes de cambiar al modo de reducción de energía, el voltaje de la señal de control 1014 estuvo en un estado fijo de aproximadamente 3 voltios. Después de que la linterna cambiara al modo de reducción de energía, el voltaje de la señal de control 1014 correspondió a una onda cuadrada. Cada ciclo de la onda cuadrada equivalió a aproximadamente 8 milisegundos. Durante una mitad del ciclo, el voltaje de la señal de control fue de aproximadamente 3.6 voltios, mientras que durante la otra mitad del ciclo el voltaje de la señal de control fue de 0 voltios . La traza 1016 es una traza de osciloscopio del voltaje de la señal de control después de pasar a través del circuito de control de energía 700 por medio de la entrada 709. La traza 1016 también corresponde al voltaje puerta a fuente del MOSFET 705. Al igual que con la señal 1014, la separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y representa dos voltios para la traza 1016. Debido a que la señal de control 1014 pasó a través de una porción del circuito de control de energía 700 que tenía una constante de tiempo muy pequeña de 0.1 ms, el voltaje de la señal de control modificada mostrado por la curva 1018 rastrea muy
cercanamente al de la señal de control. La traza 1018 de la figura 13 es una traza de osciloscopio del flujo de corriente a través del MOSFET 705, y por consiguiente lámpara 59, que resultó del voltaje puerta a fuente al ser controlado de la manera ilustrada por la traza 16. La separación entre cada una de las líneas de rejilla que cruzan el eje y representa 2 Amperes para la taza 1016. De la curva 1018, se observa que durante la porción "encendida" de cada ciclo, no se observa pico de corriente. Más bien, la corriente a través del MOSFET 705 y lámpara 59 regresa al nivel de estado fijo durante aproximadamente 1 Ampere cada vez que la señal 1016 pasa a la condición alta. Esto se debe a que el filamento no es energizado sólo aproximadamente 4 ms fuera de cada ciclo. Esto es insuficiente para que el filamento de lámpara 59 se enfríe hasta el punto en el que nuevamente actúe como un corto circuito. Ya que la lámpara es excitada a una velocidad aproximadamente 125 Hz, el observador humano no percibirá ninguna fluctuación en la lámpara 59, aunque la lámpara 59 parecerá más tenue. La lámpara 59 parecerá más tenue porque la lámpara 59 está siendo operada a la mitad de su energía de estado fijo normal. La energía pico de la linterna durante el modo de reducción de energía es la misma que aquella cuando la
linterna es operada en el modo normal. Sin embargo, debido a que la lámpara sólo es energizada durante la mitad de cada ciclo en el modo de reducción de energía, su energía promedio será la mitad de su energía pico. Además, la lámpara sólo consumirá la mitad de la energía que consume durante el funcionamiento normal. De manera notable, el borde delantero de cada impulso en la traza 1016 no exhibe una función de decaimiento exponencial que corresponde a una constante de tiempo de 47 ms como se observa con los impulsos 1004 de la figura 12. Esto es debido, a que el capacitor 710 no es drenado a través del resistor 703 cuando la linterna es operada en el modo de reducción de energía. En lugar de ello, cuando la linterna es operada en el modo de reducción de energía, otra trayectoria a tierra es provista a través del microcontrolador 601, manteniendo así la constante función de decaimiento para la entrada 709 a aproximadamente 0.1 ms . Esta trayectoria alternativa a tierra es necesaria si se desea excitar la lámpara 59 a una velocidad de más de aproximadamente 10 Hz, lo cual es aproximadamente el límite de la trayectoria de decaimiento a través de los resistores 701, 703 con base en los valores de resistencia usados en el presente ejemplo y significativamente más baja que 125 Hz a los cuales la lámpara 59 fue en realidad excitada en el ejemplo ilustrado.
Otro aspecto diferente de la presente invención se refiere a proporcionar un circuito mejorado de protección contra cortos para contactos de carga expuestos. Como mejor se ve en las figuras 1 y 5, los contactos de carga 44 y 48 sirven como la interfaz entre una unidad de recarga y un paquete de baterías de iones de litio recargables 60 de la linterna 10. Aunque no se ilustre aquí, será apreciado que en la canastilla de la unidad de recarga debe ser diseñada de tal manera que haga contacto eléctrico con los contactos de carga externos 44 y 48 y mantengan a la linterna 10 en su lugar mientras tiene lugar la carga. Debido a que los contactos de carga 44 y 48 se extienden alrededor de la circunferencia externa completa de la linterna 10, sin embargo, una unidad de recarga que tenga un diseño de rejilla simple puede usarse. Por ejemplo, un diseño de canastilla que permita que la linterna 10 sea puesta en la unidad de recarga en cualquier orientación radial en relación a su eje longitudinal y aún sea capaz de hacer contacto con los contactos de carga de la unidad de recarga puede usarse. De esta manera, la linterna 10 no tiene que ser presionada en la unidad de carga por lo que enchufes o lengüetas ocultos pueden ser insertados en la linterna para hacer contacto con los contactos de carga de la unidad de recarga. Debido a que los contactos de carga 44 y 46 están
externamente expuestos, sin embargo, existe el potencial de que entren en corto por un objeto metálico en las manos del usuario durante el funcionamiento. Para evitar una desconexión el circuito de protección contra cortos circuitos 86 provisto en el paquete de baterías de iones de litio 60 en tales circunstancias, un circuito de protección contra cortos 800 está de preferencia interpuesto eléctricamente entre al menos uno de los contactos de carga 44, 48 y el paquete de baterías de iones de litio recargables 60. En la modalidad ilustrada en la figura 5, el contacto de carga 44 está conectado eléctricamente al circuito de protección contra cortos 800, el cual a su vez está conectado a la trayectoria eléctrica 402 y electrodo central 66 del paquete de baterías 60 por medio del conductor 821 y vía 64. El contacto de carga 48 también está acoplado al circuito de protección contra cortos 800. Además, está conectado por medio del barril 21, elemento conductor 72 y resorte 74 al electrodo de cubierta 61 del paquete de baterías 60. Aunque en la presente modalidad el circuito de protección contra cortos 800 se localiza sobre el tablero de circuitos impresos 46, el circuito de protección contra cortos 800 también puede ubicarse físicamente en cualquier ubicación adecuada dentro de la linterna 10. El circuito de protección contra cortos 800
funciona para crear un circuito abierto entre el paquete de baterías 60 y por lo menos uno de los contactos de carga 44, 48 si se detecta un corto entre los contactos de carga 44 y 48. Así, la linterna 10 puede operarse en forma segura sin temor de que un corto accidental a través de los contactos de carga 44, 48 interrumpa el flujo de corriente del paquete de baterías 60 a la lámpara 59 durante el funcionamiento de la linterna. Una _ descripción detallada de una modalidad de un circuito de protección contra cortos 800 se describe en relación con las figuras 9A y 9B a continuación. El circuito de protección contra cortos 800 mostrado en la figura 9A funciona, esencialmente, como un interruptor automático entre el contacto de carga externo 44 y el paquete de baterías 60. El circuito 800 comprende un interruptor 816 que es controlado por un dispositivo de comparación 812. En la presente modalidad, el interruptor 816 está interpuesto en una trayectoria eléctrica entre el contacto de carga 44 y el electrodo positivo 63 del paquete de baterías 60. En particular, conductores 820 y 823 conectan un lado del interruptor 816 al contacto de carga 44 y conductores 821 y 824 conectan el otro lado del interruptor 816 al electrodo central del paquete de baterías 60. El interruptor 816 en la modalidad ilustrada es un
MOSFET de p canales, pero también se pueden emplear otros dispositivos de interrupción electrónicos. Por ejemplo, otros tipos de transistores pueden emplearse para el interruptor 816, incluyendo transistores de unión bipolar y otros transistores de efecto de campo, tales como JFETs y DE MOSFETs. El dispositivo de comparación 812 en la presente modalidad comprende un comparador de voltaje. Sin embargo, un amplificador operativo, microprocesador o Circuito Integrado Específico de Aplicación (ASIC) también se puede usar para el dispositivo de comparación 812. Un ejemplo de un circuito de suministro de energía para el dispositivo de comparación 812 se muestra en la figura 9B. Como se muestra en la figura 9B, la terminal Vcc del dispositivo de comparación 812, está conectada a la terminal positiva del paquete de baterías 60 y la terminal GND del dispositivo de comparación 812 está conectada a tierra. Aunque es innecesaria, la terminal Vcc está de preferencia conectada a la terminal positiva del paquete de baterías 60 a través de un diodo Schottky 830 para proporcionar filtración básica a la señal proveniente de la batería. Un capacitor 832, de preferencia de 0.1 µF, está provisto en paralelo con las terminales Vcc y GND del dispositivo de comparación. La señal de batería filtrada por el diodo Schottky 830 puede ser provista por medio de la
traza 608 a la terminal Vcc del microcontrolador 601 para activar el microcontrolador. El dispositivo de comparación 812 compara el voltaje de la señal proporciona en la entrada 802 con el voltaje de la señal provista en la entrada 804. Con base en la comparación hecha, y las características de transferencia del dispositivo de comparación, se proporciona una señal de salida en la salida 817 para controlar el interruptor 816. Sin embargo, debido a que el interruptor 816 es un MOSFET de p canales en la modalidad ilustrada, un voltaje puerta a fuente negativo se requiere para activar el interruptor 816 para conducir corriente. En la presente modalidad, si el voltaje de la señal en la entrada 804 es mayor que el voltaje en la entrada 802, entonces el dispositivo de comparación 812 producirá una señal con un voltaje positivo en la salida 817 que sea sustancialmente igual a o mayor que el voltaje generado por el paquete de baterías 60 en el conductor 824. Como resultado, el MOSFET que comprende al interruptor 816 es desactivado, y la trayectoria de circuito entre el contacto de carga 44 y el electrodo central 63 del paquete de baterías 60 será abierta. Por otro lado, si el voltaje de la señal en la entrada 802 es mayor que o igual al voltaje déla señal en la entrada 804, entonces el dispositivo de comparación 812 no enviará señal alguna (o una señal de 0 voltios) en la salida
817. El interruptor 816 será habilitado para conducir corriente entre el contacto de carga 44 y el conductor central 63 del paquete de baterías 60 bajo estas circunstancias debido a que el voltaje puerta a fuente del MOSFET será negativo. En la modalidad ilustrada en la figura 9A, el voltaje de la señal en la entrada 802 corresponderá a la caída de voltaje a través del resistor 811 provisto entre el contacto de carga 44 y el electrodo de cubierta, o tierra, del paquete de baterías 60. Para asegurar que la carga completa del paquete de baterías 60 pueda lograrse, el resistor 811 se selecciona de preferencia para tener una resistencia ligeramente mayor que la del resistor 810 de tal forma que una caída de voltaje más grande ocurra a través del resistor 811 que en el resistor 810 durante el proceso de carga. De preferencia el resistor 811 tiene una resistencia que es mayor que 50% y menor que o igual a aproximadamente 605 de la resistencia total combinada para los resistores 810, 811. El voltaje de la señal provista en la entrada 804 corresponderá al voltaje almacenado en el capacitor 815, lo cual a su vez dependerá de las resistencias respectivas de los resistores 813 y 814 en la trayectoria eléctrica 819. en particular, debido a que el capacitor 8.15 está provisto en paralelo con el resistor 814, el voltaje almacenado en el
capacitor 815 será igual a la caída del voltaje a través del resistor 814. De preferencia, los resistores 813 y 814 se seleccionan para tener valores iguales de tal manera que después del equilibrio el capacitor 815 tenga una carga que corresponda a aproximadamente una mitad del voltaje de paquete de baterías 60. A manera de ilustración, los resistores 810, 313 y 814 pueden tener cada uno una resistencia de 100 KO, y el resistor 811 puede tener una resistencia de 120 KO. El capacitor 815 puede tener una capacitancia de 0.1 µF. Con estos valores, el voltaje de la señal en la entrada 804 comprenderá aproximadamente la mitad del voltaje del paquete de baterías 60 una vez que el capacitor 816 sea cargado y se logre el equilibrio en el circuito. Por otro lado, la caída del voltaje a través del resistor 811, y por consiguiente el voltaje de la señal en la entrada 802, comprenderá aproximadamente 55% de la caída de voltaje entre el contacto de carga 44 y tierra. Cuando la linterna 10 es puesta en su unidad de carga, los contactos de carga externos 44, 48 entrarán en contacto con contactos de carga correspondientes de la unidad de carga de tal manera que la energía pueda fluir al paquete de baterías. Con base a la disposición anterior del circuito de protección contra cortos 800, siempre y cuando el voltaje en el contacto de carga 44 sea mayor que o igual al voltaje
del paquete de baterías 60, entonces la linterna 10 se determina que está en el modo de carga y el interruptor 816 será habilitado para pasar corriente. Esto es debido a que la caída del voltaje a través del resistor 811 será mayor que el voltaje almacenado en el capacitor 815 en tales circunstancias. Como resultado, el dispositivo de comparación 812, el cual es un comparador de voltaje en la presente modalidad, señalizará al interruptor 816 a cerrarse, de esta manera permitiendo que la energía fluya del contacto de carga 44 del paquete de baterías 60 a lo largo de las líneas 820, 823, 824 y 821 y permitiendo que la recarga del paquete de baterías 60 tenga lugar. Además, el interruptor 816 en la presente modalidad permanecerá abierto una vez que la linterna sea retirada de la canastilla de carga. Esto es debido a que el contacto de carga 44 estará al mismo potencial que el electrodo 63 siempre y cuando el interruptor 816 sea abierto y, de esta manera, el voltaje de la señal en la entrada 802 permanecerá siendo más grande que el voltaje de la señal en la entrada 804. Sin embargo, si los contactos de carga 44 y 48 se ponen en corto circuito, el voltaje entre el contacto de carga 44 y tierra rápidamente caerá a 0 voltios, al igual que la caída del voltaje a través del resistor 811. En respuesta, el dispositivo de comparación 812 detectará que
ese contacto de carga 44 está a un voltaje más bajo que la batería y abrirá el interruptor 816 al enviar una señal que tenga un gran voltaje positivo al interruptor 816 por medio de la salida 817. El dispositivo de comparación 812 deshabilitará al interruptor 816 en respuesta a un corto detectado más rápidamente que el circuito de protección contra cortos interno 86 puede detectar y eliminar un corto. Debido a que el circuito de protección contra cortos circuitos interno 86 no es activado en tales circunstancias, el paquete de baterías 60 puede continuar suministrando energía a la lámpara 59 sin interrupción por el circuito de protección contra cortos circuitos integrado 86. En la presente modalidad de circuito de protección contra cortos 800, una vez que se detecte un corto entre los contactos de energía 44 y 48, el interruptor 816 no se abrirá de nuevo hasta que el corto sea removido y la caída de voltaje entre el contacto de carga 44 y tierra sea aproximadamente igual a o mayor que el voltaje del paquete de baterías 60. En otras palabras, el interruptor 816 no se abrirá de nuevo hasta que la linterna 10 sea puesta en su unidad de carga correspondiente. Además de linternas, el circuito de protección contra cortos 800 también puede usarse benéficamente en otros dispositivos recargables en los cuales los contactos de carga estén expuestos. Además, aunque el circuito de protección
contra cortos 800 es particularmente útil cuando la fuente de energía para un dispositivo electrónico portátil es un paquete de baterías de iones de litio recargable, el circuito de protección contra cortos 800 también se puede usar adecuadamente en dispositivos recargables accionados por otras fuentes de energía de CD recargables. Aunque varias modalidades de una linterna mejorada y sus componentes respectivos han sido presentadas en la anterior descripción, numerosas modificaciones, alteraciones, modalidades alternativas y materiales alternativos pueden contemplarse por aquellos expertos en la técnica y pueden utilizarse para lograr los diferentes aspectos de la presente invención. Por ejemplo, el circuito de control de energía y el circuito de protección contra cortos descritos en la presente pueden emplearse juntos en una linterna o pueden emplearse por separado. Además, el circuito de protección contra cortos puede usarse en dispositivos electrónicos recargables que no sean linternas. Así, se debe entender claramente que esta descripción se hace únicamente a manera de ejemplo y no como una limitación del alcance de la invención reclamada a continuación. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.