TWI284608B - Charging control circuit for bicycle - Google Patents

Description

1284608 A7 B7 五、發明説明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於自行車用充電控制電路，特別是關於接 受來自自行車用發電機之電力，進行燈之點亮控制與對充 電裝置之充電控制的自行車用充電控制電路。 【先行技術】 在自行車中，爲了點亮前燈等燈而裝有發電機，發電 機所發出的電力被供給到燈。然後，關於該燈的點亮控制 ，提供有如日本特開平5 - 2 3 8 4 4 7號公報與日本特 開2 0 0 0 — 6 2 5 2 3號公報所揭示之裝置。 在前者的公報所揭示的裝置中，利用檢知電池的端子 電壓，依該檢知結果控制發電機的磁場電流，可以減輕騎 車人的身體疲勞，並且能夠謀求燈照度之穩定化。又，在 後者的公報所揭示之裝置中，設置充電用電容器，當發電 機的發電量少時，從充電用電容器對燈供給電力。 然而，在最近的自行車中，作爲藉由發電機來驅動之 機器，除了燈之外，還有用來使電動變速機變速之調節器 、用來調整電動懸架裝置的阻尼力之調節器，或有自行車 旅程表（cycle computer )的指示器之後燈等（以下將這些 機器稱爲電動單元）。在這些電動單元中，當驅動電壓呈 預定電壓以下時，其動作變得不穩定。例如，以馬達作爲 調節器爲例，當驅動電壓變低時，則旋轉速度變慢，變得 不能以正常速度動作、或電動變速器在變速途中停止動作 、電動懸架裝置的調節器在中途變得不能動作等之缺點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 1284608 A7 B7 五、發明説明（令 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，在電動單元使用微電腦之情況，也有産生錯誤動作。 且，是指示器之後燈的情況，則會有因照度不足而引起的 確認性降低。 在此，在發電機的旋轉數爲相同的情況，因在亮燈時 比起在滅燈時，其電壓降低，所以特別是在設有前述般的 電動單元的自行車中，獲得穩定的充電電壓很重要。但是 ，在前述般的以往裝置中，即使向燈供給穩定的電力，也 無法對電動單元側供給穩定的電力。 因此，爲了在持續點亮燈的同時對電動單元側供給穩 定的電力，需要設置升壓器或升壓電路，而產生裝置成本 變高的問題。 本發明之課題係在於邊亮燈邊可對電動單元供給穩定 的電力。 / 【用以解決課題之手段】 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 申請專利範圍第1項之自行車充電用控制電路，係接 受來自自行車用發電機之電力，進行燈的點亮控制與對充 電裝置的充電控制，其特徵在於：具備：設在發電機與燈 之間的第1開關手段；與利用發電機進行充電的充電電池 ;與設在發電機與充電電池之間的整流電路；與偵知充電 電池的充電電壓之充電電壓偵知裝置；與依受到充電電壓 偵知裝置所偵知出的充電電壓値開/關控制上述第1開關 手段，並間歇地對燈供給電力之控制手段。 在此電路中，發電機的輸出係受到整流電路所整流， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 1284608 A7 B7 五、發明説明（9 而被供給至充電電池。另一方面，發電機的輸出係被供給 到燈而使燈點亮。此時，當充電電池的充電電壓在預定値 以上之情況，發電機的輸出係直接被供給到燈。但，當充 / 電電池的電壓較預定値少之情況，控制設在發電機與燈之 間的第1開關，間歇地産生使因燈的負載引起的在發電機 內部的電壓下降爲0之狀態，不需要特別的升壓電路，而 從發電機的低旋轉區域獲得對充電所必要的電壓。 在此，因優先從發電機的低轉速區對充電電池充電， 所以可以抑制電動單元動作的不穩定。又，因間歇地朝燈 供給電力，所以，雖燈產生閃爍，但利用提高閃爍頻率， 而使人的眼睛不易發覺。 申請專利範圍第2項之自行車充電用控制電路係在申 請專利範圍第1項之電路，其中，控制手段係控制在每個 發電機的輸出電壓之半周期內，開/關控制對燈的電力供 給者。 在此，因在每個發電機的輸出的半周期內進行控制， 所以用來控制的電路結構變得簡單。 申請專利範圍第3項之自行車充電用控制電路係在申 請專利範圍第1或2項之電路，其中，更具備：設在整流 電路與充電電池之間的第2開關手段；與用來控制第2開 關手段開/關之第2開關控制手段。 在此，當充電電池達到最高電壓之情況下，關閉第2 開關手段，可以防止因電壓繼續上升而引起之充電電池損 壞與電動單元動作不穩定或損壞。 本紙張尺度通用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6- 1284608 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 申請專利範圍第4項之自行車充電用控制電路係在申 請專利範圍第3項之電路，其中，第2開關手段係受到施 加在柵極上的電壓所控制其開/關之電晶體元件。又，第 2開關控制手段係包括：利用發電機輸出中的正側半周期 的電流來充電的第1電容器；與利用負側半周期的電流來 充電並且將充電電壓施加於電晶體的柵極之第2電容器。 在此電路中，第1電容器是以發電機的正側半周期電 流來充電，而第2電容器是以負側半周期的電流及來自第 1電容器來之電流來充電。因此，即使在低速區域，第2 電容器的充電電壓也會變高，而可以使構成第2開關手段 的電晶體動作穩定，且能夠使對充電電池的充電動作穩定 〇 申請專利範圍第5項之自行車充電用控制電路係在申 請專利範圍第1或2項之電路，其中，充電電池係電容元 件。在這情況下，其耐久性較高，具有較電動單元的壽命 長達1 0年之程度。 申請專利範圍第6項之自行車充電用控制電路係在申 請專利範圍第1或2項之電路，其中，第1開關手段係利 用施加在其柵極上的電壓來控制開/關之電晶體元件。又 ，控制手段係利用充電電池的充電電壓來控制施加在電晶 體元件的柵極上之電壓者。 在此情況，因切換手段係以電晶體元件來構成，所以 體積小、重量輕且具有耐久性，切換速度也快。 本紙張尺度通用中國國家標隼（CNS ) A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

1284608 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 【發明之實施形態】 第1圖係示意地顯示採用本發明之一實施形態的自行 車之電動驅動系統的圖。 此系統係具有：發電機1、整流電路2、作爲電動單 元的電源之蓄電裝置3、燈4以及設在發電機1及燈4之 間的開關5。 發電機1係內置於例如自行車的前輪之輪轂中的輪轂 發電機。整流電路2係用來整流發電機1的輸出也就是交 流電壓之電路，包含二極體等之電路。又，蓄電裝置3係 包含電容器與電晶體等之裝置，利用充電電壓來進行開關 5的開/關控制。 第2圖係顯示將第1圖的示意地顯示的電路具體化之 電路圖。 如第2圖所示的電路圖，在發電機1 (GE)上連接 著第1電容器C1、第2電容器C2、第1二極體D1及 第2二極體D 2。 在這樣的的電路中，以第1及第2電容器Cl、C2 與第1及第2二極體D 1、D2來構成倍電壓整流電路。 •因此，在發電機1輸出的正側半周期第1電容器C 1被充 電，在接著的負側半周期，以將發電機1的發電電壓加在 被充電於第1電容器c 1，對第2電容器C 2充電。因此 ，在第^電容器C 2可以從低速狀態獲得高的充電電壓。 再者，第2電容器C 2係作爲後述的第1及第.3場效電晶 體F E T 1、F E T 3的驅動用電源來動作。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ,ιτ -8 - 1284608 A7 _ B7 五、發明説明（自 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，在發電機1上，連接著作爲整流電路之第3二極 體D 3，在此第3二極體D 3的後段上，介由第1場效電 晶體（以下單稱爲電晶體）F E T 1，連接著作爲充電電 池之第3電容器C3。第1電晶體FET1的柵極係介由 第1電阻R1，連接於第2電容器C2。 在這種電路中，利用第3二極體D 3，僅有發電機1 輸出中的負側周期的輸出是介由第1電晶體F E T 1被充 電於第3電容器C 3。此時，爲了對第3電容器C 3進行 充電，需要將第1電晶體F E T 1打開，但第1電晶體 F E T 1係若柵極較源極高出預定的電位（例如2 V )的 話，才會打開。在此，因第2電容器C 2的電壓被施加於 第1電晶體F E T 1的柵極，所以如前所述，即使在低速 狀態下也可以充分地施加高的電壓，第1電晶體F E T 1 的打開狀態穩定，第3電容器C 3的充電動作穩定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，在發電機1，串聯連接第2電晶體F E T 2、第 3電晶體F E T 3 (相當第1圖的開關5 )及燈4。再者 ，與第2電晶體F E T 2並聯顯示的二極體D 5及與第3 電晶體F E T 3並聯顯示的二極體D 4分別是各電晶體 FET2、FET3的寄生二極體。然後，第2電晶體 F ET2的柵極係介由第2電阻R2連接於第2電容器 C 2，第3電晶體F E T 3的柵極係被連接於控制電路 1 0。又，在第3電晶體F E T 3的柵極並聯連接著第3 電阻R 3。在此，控制電路1 0係用來控制第2及第3電 晶體FET2、FET3的柵極電位之電路。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X297公釐） -9 - 1284608 A7 _B7_ 五、發明説明（力 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在這種電路構成中，可以利用控制電路1 〇來控制第 1電晶體F E T 1的柵極電位，從而控制對第3電容器 C3的充電，且，能夠依第3電容器C3的充電電壓，控 制第3電晶體F E T 3的柵極電位，從而控制第3電晶體 F E T 3的開/關。 又，第2電晶體FET2係以與第3電晶體FET3 同時關閉，能夠使燈4完全熄滅。 其次，說明動作。 在此，說明從所有電容器爲空的狀態起的動作。 首先，在發電機1輸出的正半周期內， I在發電機-D 1->C 1—發電機 的路徑中流過電流，而第1電容器被充電。藉此，第 1電容器C 1兩端的電壓爲（發電機輸出的峰値電壓 一 0 · 6 ) V 左右。 在接下來的側負半周期，在 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 Π發電機—C 1 — D 2 — C 2 — D 5 —發電機 的路徑Π中流過電流，而第2電容器被充電， 在此，除了來自發電機1的電流，還有被充電於第1電容 器C 1之電流也被供給至第2電容器C 2。因此，在低速 時也能夠對第2電容器C 2充分進行充電。然後當第2電 容器C 2兩端的電壓形成丨（C 3兩端的電壓）+ ( F E T 1的柵極可開電壓）丨時，則第1晶體管F E T 1 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -10- 1284608 A7 _B7___ 五、發明説明（3 打開。又第2晶體管F E T 2也打開。因此，在 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) HI 發電機—D 3^F ET l—c 3—F ET2 ->發電機 的路徑m中也流過電流，也開始對第3電容器C 3進 行充電。 在此，能夠僅在發電機輸出中的負側半周期中，以穩 定的較高之電壓對第3電容器C3進行充電。而且，因能 夠藉由第2電容器C 2來穩定施加於第1晶體管F E 丁 1 的柵極之電壓，所以能夠穩定第1晶體管F E T 1的打開 狀態。 在如上述般的狀態下，桌3電谷器C 3兩_的電壓係 不足以穩定地驅動其他電動單元。因此，施加於第3晶體 管F E T 3的柵極上之電壓受到控制電路1 0所控制，使 第3晶體管F E T 3保持關狀態。 在這樣的狀態下的正側半周期，如前所述，利用 在這種狀態下的正側半周期中，如前所述，藉由流過 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 I發電機—D 1 — C 1 發電機 的路徑I的電流對第1電容器C 1進行充電，並且藉由流 過 IV發電機—F E T 2 — D 4 4燈4發電機 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 1284608 Α7 Β7 五、發明説明（3 的路徑IV的電流來點亮燈4。 然後，在接著的負側半周期中，在 π’發電機— C1—D24C24FET2 發電機 的路徑Π ’中流過電流，並且在 Μ 發電機—D 3->F ET 1->C 3—F ΕΤ 2 —發電機 的路徑m中也流過電流，而第2電容器C2及第3電容器 c 3被充電。 如上所述之電流流過在發電機輸出的正側半周期中的 路徑I及IV而進行之動作；和電流流過在負側半周期中的 路徑Π ’及ΠΙ而進行的動作係被反復執行。 在第3圖中，顯示此情況之發電機輸出的波形（第3 圖（b ))與施加在燈4上的電壓之波形（第3圖（a ) )。由這些圖可得知，在發電機輸出的正側半周期點亮燈 4，在負側半周期對作爲充電電池的第3電容器C 3充電 。再者，在第3圖（b )中，正側的峰値電壓V 1較負側 的峰値電壓V 2低係因爲燈的負載所引起的發電機內部之 電壓下降之緣故。 作成如上述，對第3電容器C3反復充電，而第3電 容器C 3兩端的電壓變成能充分地驅動其他的設備之電壓 的情況時，利用控制電路1 0打開第3電晶體F E τ 3 ° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格〈210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 1284608 五、發明説明（伯 藉此，在 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) V發電機—燈—F E T 3 — F E T 2 —發電機 的路徑V中流過電流，點亮燈。在這種的狀態下，燈4並 非間歇地被點亮，而是在發電機輸出的正側及負側皆被點 亮。 再者，以使第2電晶體F E T 2與第3電晶體 F E T 3同時關閉，可以使燈4完全熄滅。 在這種實施形態中，因3個電晶體FET1、2、3 及第2及第3電容器C2、C3以及控制電路1 0的 G N D電平被統一，所以不需要用來統一這些元件的基礎 電平，可以容易地切換3個電晶體。 又，因從第3電容器C 3獲得控制電路1 0的動作電 力，所以可以防止來自發電機1的高電壓被施加到控制電 路1 0上，使得不需要用來保護控制電路1 0之電路。 【發明效果】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述般，在本發明中，在充電電池的充電電壓低之 情況下，因間歇地向燈供給電力，所以既可使燈點亮，又 能對充電電池進行充分的充電。 【圖面之簡單說明】 第1圖係採用本發明的一實施形態之系統的示意圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 1284608 A7 B7 五、發明説明（1)1 第2圖係顯示上述系統的具體電路圖。 第3圖係顯示發電機與燈之電壓波形圖。 【圖號說明】 1…發電機 2…整流電路 4…燈 5…開關 1 1、1 2…第1、第2切換元件 D 3…第3二極體 C 3…第3電容器 P E T 1…第1電晶體 P E T 3…第3電晶體 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14-

Claims (1)

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六、申請專利範圍1 第9 1 1 00621號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 民國96年3月6日修正 1 · 一種自行車用充電控制電路，係接受來自自行車 用發電機之電力，進行燈的點亮控制與對充電裝置的充電 控制，其特徵爲： 具備：設在發電機與燈之間的第1開關手段；與 利用發電機進行充電的充電電池；與 設在發電機與充電電池之間的整流電路；與 偵知充電電池的充電電壓之充電電壓偵知裝置；與 依受到充電電壓偵知裝置所偵知出的充電電壓値開/ 關控制上述第1開關手段，並間歇地對燈供給電力之控制 手段。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之自行車用充電控制 電路，其中，前述控制手段係控制在每個發電機的輸出電 壓之半周期內，開/關控制對燈的電力供給者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述之自行車用充電 控制電路，其中，更具備：設在整流電路與充電電池之間 的第2開關手段；與用來控制第2開關手段開/關之第2 開關控制手段。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之自行車用充電控制 電路，其中，第2開關手段係受到施加在柵極上的電壓所 控制其開/關之電晶體元件， 前述第2開關控制手段係包括：利用發電機輸出中的 本紙張尺度適用中國國家棵準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-1 · 1284608 Λ8 B8 C8 D8

六、申請專利範圍2 正側半周期的電流來充電的第1電容器；與利用負側半周 期的電流來充電並且將充電電壓施加於電晶體的柵極之第 2電容器。 5 ·如申請專利範圍第1或2項所述之自行車用充電 控制電路，其中，上述充電電池係電容元件。 6 ·如申請專利範圍第1或2項所述之自行車用充電 控制電路，其中，第1開關手段係利用施加在其柵極上的 電壓來控制開/關之電晶體元件， 控制手段係利用充電電池的充電電壓來控制施加在電 晶體元件的柵極上之電壓者。 (請先聞·«背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐）-2 -