Предложены портативное осветительное устройство и фонари. Портативное осветительное устройство содержит основную цепь питания и схему управления мощностью. Основная цепь питания включает в себя источник питания, источник света и электронный переключатель питания. Схема управления мощностью электрически соединена с электронным переключателем питания и выполнена с возможностью регулирования тока, протекающего через электронный переключатель питания, в соответствии с сигналом управления. Карманный фонарь содержит основную цепь питания и схему управления мощностью. Основная цепь питания включает в себя источник питания, лампу и электронный переключатель питания. Схема управления мощностью электрически соединена с электронным переключателем питания и выполнена с возможностью передачи сигнала в электронный переключатель питания при включении карманного фонаря. Сила тока, которую может пропускать электронный переключатель питания в основной цепи питания, зависит от напряжения сигнала, передаваемого в электронный переключатель питания. Схема управления мощностью выполнена с возможностью изменения напряжения сигнала таким образом, что он увеличивает силу тока, который может протекать через переключатель питания, в течение заданного периода при включении карманного фонаря. Схема уменьшает нагрузки, воздействующие на лампу при ее включении, что продлевает, таким образом, предполагаемый срок службы лампы.

[0001] Портативное осветительное устройство, содержащее

[0002] Портативное осветительное устройство по п.1, в котором схема управления мощностью регулирует электронный переключатель питания при включении портативного осветительного устройства для ограничения пикового тока, который протекает через основную цепь питания, пока основная цепь питания не перейдет в установившееся состояние.

[0003] Портативное осветительное устройство по п.2, содержащее также микропроцессор и механический переключатель, предназначенный для размыкания и замыкания электрической цепи между источником питания и микропроцессором, в котором выход микропроцессора соединен со схемой управления мощностью, причем микропроцессор передает сигнал управления в схему управления мощностью в соответствии с сигналом активации, принимаемым от механического переключателя, и схема управления мощностью модифицирует сигнал управления и передает модифицированный сигнал управления в электронный переключатель питания.

[0004] Портативное осветительное устройство по п.3, в котором напряжение сигнала управления, по существу, изменяется в соответствии со ступенчатой функцией при включении осветительного устройства и модифицированный сигнал управления имеет напряжение, повышающееся с течением времени.

[0005] Портативное осветительное устройство по п.4, в котором напряжение модифицированного сигнала управления экспоненциально повышается с течением времени.

[0006] Портативное осветительное устройство по п.3, в котором электронный переключатель питания представляет собой транзистор.

[0007] Портативное осветительное устройство по п.4, в котором электронный переключатель питания представляет собой MOSFET с n-каналом и схема управления мощностью передает модифицированный сигнал управления на затвор MOSFET.

[0008] Портативное осветительное устройство по п.1, в котором лампа накаливания включает в себя нить накаливания.

[0009] Портативное осветительное устройство по п.1, в котором портативное осветительное устройство содержит карманный фонарь.

[0010] Карманный фонарь, содержащий

[0011] Карманный фонарь по п.10, в котором заданный период больше чем 10 мс.

[0012] Карманный фонарь по п.10, в котором заданный период больше чем 40 мс.

[0013] Карманный фонарь по п.10, в котором заданный период больше, чем время, требуемое для выхода основной цепи питания в установившееся состояние после включения карманного фонаря.

[0014] Карманный фонарь по п.10, в котором схема управления мощностью изменяет напряжение сигнала в соответствии с экспоненциальной функцией.

[0015] Карманный фонарь по п.14, в котором напряжение сигнала увеличивается экспоненциально.

[0016] Карманный фонарь по п.10, в котором электронный переключатель питания содержит транзистор.

[0017] Карманный фонарь по п.10, в котором электронный переключатель питания содержит полевой транзистор и сигнал передают на затвор транзистора.

[0018] Карманный фонарь по п.17, в котором электронный переключатель питания представляет собой MOSFET.

[0019] Карманный фонарь по п.10, в котором лампа накаливания включает в себя нить накаливания.

[0020] Карманный фонарь по п.10, содержащий также микропроцессор и механический переключатель для размыкания и замыкания электрической цепи между источником питания и микропроцессором, в котором выход микропроцессора соединен со схемой управления мощностью, причем микропроцессор передает сигнал управления в схему управления мощностью в ответ на сигнал включения, принимаемый от механического переключателя, и схема управления мощностью модифицирует сигнал управления для получения сигнала, передаваемого в электронный переключатель питания.

[0021] Карманный фонарь по п.20, в котором напряжение сигнала управления изменяется в соответствии со ступенчатой функцией при включении карманного фонаря, и сигнал, подаваемый в электронный переключатель питания, увеличивается с течением времени.

[0022] Карманный фонарь по п.21, в котором напряжение сигнала имеет напряжение, увеличивающееся экспоненциально с течением времени.

[0023] Карманный фонарь по п.22, в котором схема управления мощностью содержит RC цепь.

[0024] Карманный фонарь по п.23, в котором электронный переключатель питания представляет собой транзистор.

[0025] Карманный фонарь по п.23, в котором электронный переключатель питания представляет собой MOSFET с n-каналом и схема управления мощностью передает сигнал на затвор MOSFET.

[0026] Карманный фонарь по п.20, в котором лампа накаливания включает в себя нить накаливания.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к осветительным устройствам и фонарям.

Уровень техники

В данной области техники известны различные карманные или портативные осветительные устройства, включая карманные фонари. Карманные фонари обычно включают в себя одну или больше батарей сухих элементов, имеющих положительные и отрицательные электроды. В некоторых конструкциях батареи установлены последовательно в отсеке для батареи цилиндра или в корпусе, который можно использовать, чтобы держать карманный фонарь. Электрическую цепь часто устанавливают от электрода батареи через электропроводное средство, которое электрически соединено с электродом лампочки. После лампочки электрическая цепь продолжается через второй электрод лампы на ее центральном контакте через электропроводное средство, которое, в свою очередь, находится в электрическом контакте с другим электродом батареи. Лампочки накаливания включают в себя нить накаливания. Обычно цепь включает в себя выключатель для разрыва или замыкания цепи. При воздействии на переключатель для замыкания электрической цепи обеспечивается протекание тока через лампочку и через нить накаливания, в случае лампочки накаливания, в результате чего излучается свет.

В традиционных карманных фонарях для "включения" карманного фонаря используется механический переключатель. Включение обеспечивается путем механического соединения двух контактов и обеспечения возможности протекания тока от положительного вывода батареи, через лампу, обратно к отрицательному выводу батарей. Один из недостатков механического переключателя состоит в том, что он подвержен износу, а также окислению элементов, что приводит к физическому разрыву цепи. Механические переключатели также не обеспечивают автоматические или регулируемые режимы включения и выключения карманного фонаря.

Другой недостаток традиционных карманных фонарей состоит в том, что при включении фонаря через нить лампы мгновенно протекает большой ток от батареи, в результате чего лампа испытывает нагрузки. Выброс тока возникает из-за очень низкого сопротивления нити накаливания лампы, когда нить холодная.

По существу, нить накаливания лампы представляет собой кусочек провода, который в исходном состоянии действует как цепь короткого замыкания. Сопротивление нити накаливания повышается по мере нагрева нити до точки, в которой излучается свет. Следовательно, при первоначальном включении карманного фонаря через лампу протекает значительно больший ток, чем ток, на который рассчитана лампа. Хотя выброс тока во время этого переходного этапа превышает конструктивные пределы лампы, длительность переходного этапа достаточно коротка, поэтому лампа обычно выдерживает выброс тока. Однако с течением времени такой бросок тока приводит к повреждению лампы из-за нагрузок, воздействующих на нить накаливания, и, в конечном итоге, к отказу нити накаливания лампы. Действительно, обычно окончательный отказ нити накаливания лампы происходит во время этого переходного этапа.

Еще один недостаток традиционных карманных фонарей состоит в том, что для их питания обычно используют щелочные батареи или батареи сухих элементов. Севшие щелочные батареи или батареи сухих элементов выбрасывают, и пользователи должны покупать новые батареи для замены севших батарей. Замена батарей представляет собой большое неудобство и приводит к дополнительным расходам пользователя карманного фонаря. Кроме того, щелочные батареи или батареи сухих элементов имеют большой вес, что в результате увеличивает общий вес карманного фонаря.

Для замены щелочных батарей и батарей сухих элементов были разработаны перезаряжаемые свинцово-кислотные батареи. Батареи этого типа имеют преимущества, состоящие в возможности их перезаряда и разряда для многократного использования. Однако они являются относительно большими, и в них требуется доливать жидкий электролит после использования в течение определенного периода времени. Из-за их большого размера и веса, которые даже больше, чем вес щелочных батарей/батарей сухих элементов, перезаряжаемые свинцово-кислотные батареи обычно используют в аварийных осветительных устройствах, устанавливаемых на стенах, в мотоциклах и автомобилях, но обычно их не рассматривают для использования с портативными осветительными устройствами, такими как карманные фонари.

Никель-кадмиевые батареи и никель-металлогидридные батареи используют для замены обычных батарей в карманных фонарях. Никель-кадмиевые батареи и никель-металлогидридные батареи имеют преимущества, состоящие в том, что они обладают малым весом, удобны в использовании и их можно многократно заряжать и разряжать. Однако эти батареи имеют недостаток, связанный с загрязнением тяжелым металлом. Кроме того, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи обладают так называемым эффектом памяти батареи. Таким образом, для предотвращения сокращения срока службы батареи необходимо разряжать неиспользованную энергию в батареях этих типов, прежде чем их снова можно будет заряжать.

Улучшенный перезаряжаемый источник энергии для портативных электронных устройств представляет собой литий-ионную батарею. Литий-ионные батареи имеют более высокую плотность энергии и меньшую скорость саморазряда, чем никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи. Литий-ионные батареи также имеют более высокое отношение энергии к весу, чем никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи. Однако литий-ионные батареи могут взорваться, если их зарядить больше их предела безопасности, или если закоротить их выводы. Кроме того, чрезмерный разряд литий-ионной батареи может безвозвратно испортить литиево-ионный элемент. В соответствии с этим, большинство литий-ионных батарей поставляют в виде пакета батареи, который включает в себя встроенную защитную схему, которая обладает возможностями защиты от чрезмерного заряда, чрезмерного разряда и короткого замыкания. Такая защитная схема пакета батареи, находясь внутри пакета, блокирует протекание тока от пакета литий-ионной батареи, когда детектируется короткое замыкание. Таким образом, в случае возникновения короткого замыкания на контактах заряда устройства, схема защиты пакета батареи отключается и электронное устройство перестает работать.

Для предотвращения таких случайных перерывов работы контакты заряда портативных электронных устройств, которые питаются от пакета перезаряжаемой литий-ионной батареи, располагают в труднодоступных или скрытых местах. К сожалению, такая конфигурация требует использования вилок, специальных вставок, язычков совмещения или сложных гнезд для заряда батареи. Ограждение контактов заряда, однако, не является приемлемым решением в случае карманных фонарей или других перезаряжаемых устройств, в которых конструктивные требования диктуют, чтобы контакты или кольца заряда были открытыми.

Если перезаряжаемые литий-ионные батареи используются в карманном фонаре с открытыми кольцами заряда и пользователь случайно вызовет короткое замыкание открытых контактов заряда металлическим объектом, таким как ключи автомобиля, лампа будет выключена до тех пор, пока металлический объект, образующий цепь короткого замыкания, не будет удален. Такие случайные перерывы могут быть опасными, когда пользователь работает в неосвещенной зоне, в частности, для персонала правоохранительных органов и персонала аварийных служб. И хотя простой диод может быть включен в цепь заряда для предотвращения случайного короткого замыкания через кольца или контакты заряда в перезаряжаемых батареях другого типа, таких как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи, это решение не пригодно для пакетов литий-ионных батарей. Простой диод нельзя использовать в этих обстоятельствах, поскольку падение прямого напряжения на диоде существенно изменяется, в то время как для заряда литий-ионной батареи требуется очень точный контроль над напряжением на выводах.

Учитывая приведенное выше, технология перезаряжаемых литий-ионных батарей не используется в портативных электронных устройствах с открытыми контактами заряда, такими как перезаряжаемые карманные фонари. Поэтому существует потребность в создании средства, обеспечивающего улучшенную защиту от короткого замыкания в перезаряжаемых устройствах, таких как карманные фонари, имеющих открытые контакты заряда. Также существует потребность в карманном фонаре с улучшенной схемой, которая снижает одну или больше проблем, описанных выше.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в решении или, по меньшей мере, снижении одной или больше проблем, связанных с описанными выше карманными фонарями и/или перезаряжаемыми устройствами.

В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрено портативное осветительное устройство, которое включает в себя схему регулирования тока, протекающего через лампу устройства. Эта схема предпочтительно уменьшает первоначальный выброс тока, который протекает через лампу при включении лампы. В случае осветительных устройств, в которых используются лампы накаливания, такую схему можно использовать для уменьшения нагрузок, воздействующих на лампу при включении осветительного устройства, в результате чего можно продлить предполагаемый срок службы лампы.

В соответствии с одним вариантом выполнения осветительное устройство содержит основную цепь питания, включающую в себя источник питания, источник света и электронный выключатель питания, а также схему управления мощностью. Схема управления мощностью электрически соединена с электронным выключателем питания и выполнена с возможностью регулирования тока, протекающего через электронный переключатель питания, в соответствии с сигналом управления. Схема управления мощностью может регулировать электронный переключатель питания при включении осветительного устройства для ограничения пикового значения тока, который протекает через сеть основного питания, пока цепь основного питания не достигнет устойчивого состояния. Электронный переключатель питания может содержать транзистор, и источник света может включать в себя нить накаливания. Предпочтительно электронный переключатель питания содержит MOSFET с n-каналом, и схема управления мощностью прикладывает модифицированный сигнал управления к затвору MOSFET. Осветительное устройство может содержать карманный фонарь.

В предпочтительном варианте выполнения осветительное устройство дополнительно содержит микропроцессор и механический переключатель, предназначенный для размыкания и замыкания электрической цепи между источником питания и микропроцессором. Микропроцессор формирует сигнал управления для схемы управления мощностью в соответствии с сигналом включения, принимаемым от механического переключателя, и схема управления мощностью модифицирует сигнал управления и передает модифицированный сигнал управления в электронный переключатель питания. Напряжение сигнала управления может изменяться в соответствии со ступенчатой функцией при включении осветительного устройства, в то время как модифицированный сигнал управления может иметь напряжение, которое увеличивается с течением времени после включения осветительного устройства.

Предпочтительно напряжение модифицированного сигнала управления экспоненциально увеличивается после включения карманного фонаря.

В соответствии с другим вариантом выполнения осветительное устройство содержит карманный фонарь, имеющий основную цепь питания, которая включает в себя источник питания, лампу накаливания и электронный переключатель питания, и схему управления мощностью, электрически соединенную с электронным выключателем питания и выполненную с возможностью передачи сигнала в электронный переключатель питания при включении карманного фонаря. В соответствии с настоящим вариантом выполнения, сила тока, которую может пропускать электронный переключатель питания в основной цепи питания зависит от напряжения сигнала, передаваемого в электронный переключатель питания, и схема управления мощностью выполнена с возможностью изменения напряжения сигнала таким образом, что он увеличивает силу тока, который может протекать через переключатель питания, в течение заданного периода при включении карманного фонаря.

Предпочтительно заданный период устанавливают так, чтобы он был больше, чем время, требуемое для достижения основной цепью питания установившегося состояния после включения карманного фонаря. Если лампа включает в себя нить накаливания, этот заданный период, предпочтительно больше, чем тепловая постоянная времени нити накаливания. Обычно заданный период составляет 10 мс или больше; и более предпочтительно заданный период составляет 40 мс или больше.

В одном варианте выполнения схема управления мощностью изменяет напряжение сигнала в соответствии с предпочтительно повышающейся экспоненциальной функцией. Предпочтительно постоянную времени экспоненциальной функции определяют по значениям резистора и конденсатора, включенных в схему управления мощностью.

Электронный переключатель питания может содержать транзистор, такой как полевой транзистор или биполярный транзистор. Предпочтительно электронный переключатель питания содержит MOSFET. Если электронный переключатель питания содержит полевой транзистор, сигнал прикладывают к затвору транзистора.

Карманный фонарь может дополнительно содержать микропроцессор и механический переключатель для размыкания и замыкания электрической цепи между источником питания и микропроцессором. Микропроцессор передает сигнал управления в схему управления мощностью в ответ на сигнал включения, принимаемый от механического переключателя, и схема управления мощностью модифицирует сигнал управления для получения сигнала, передаваемого в электронный переключатель питания. Напряжение сигнала управления предпочтительно изменяется в соответствии со ступенчатой функцией при включении карманного фонаря, в то время как сигнал, передаваемый в электронный переключатель питания, предпочтительно увеличивается с течением времени в соответствии с экспоненциальной функцией.

Другие аспекты, цели, предпочтительные свойства и преимущества изобретения будут более понятны из следующего описания, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами, на которых различные варианты выполнения раскрытого изобретения иллюстрируются в виде примера. Однако очевидно следует понимать, что чертежи предназначены только для иллюстрации, и не предполагается их использовать как определение ограничений изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вид в перспективе карманного фонаря в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе карманного фонаря по фиг. 1 вдоль линии, обозначенной 2-2.

На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении с увеличением передней части карманного фонаря по фиг. 1 через плоскость, обозначенную 2-2.

На фиг. 4 показан вид в перспективе вида в поперечном сечении, показанного на фиг. 3.

На фиг. 5 показана принципиальная схема карманного фонаря по фиг. 1, иллюстрирующая взаимосвязь электронных схем в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.

На фиг. 6 показана принципиальная схема одного варианта выполнения цепи, устраняющей дребезг моментального переключателя, которую можно использовать в карманном фонаре в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 показана принципиальная схема одного варианта выполнения микроконтроллера, который можно использовать в карманном фонаре в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 8 показана принципиальная схема одного варианта выполнения цепи управления мощностью, которую можно использовать в карманном фонаре в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9А показана принципиальная схема одного варианта выполнения схемы защиты от короткого замыкания в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9В показана принципиальная схема одного примера схемы источника питания для сравнения с устройством, используемым в схеме защиты от короткого замыкания по фиг. 9А.

На фиг. 10А показаны три осциллограммы, представляющие (1) как напряжение сигнала управления от микроконтроллера карманного фонаря, изображенного на фиг. 1, может изменяться в течение времени при первоначальном включении карманного фонаря, (2) как изменяется напряжение сигнала от схемы управления мощностью в ответ на сигнал управления микроконтроллера и (3) как изменяется ток, протекающий через лампу карманного фонаря, в ответ на сигнал схемы управления мощностью.

На фиг. 10В показаны три осциллограммы для карманного фонаря без схемы управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением, который в остальном является таким же, как и карманный фонарь, использовавшийся для получения осциллограмм, показанных на фиг. 10А. Три осциллограммы, показанные на фиг. 10В, отражают, (1) как может изменяться с течением времени напряжение сигнала управления микроконтроллера карманного фонаря без схемы управления мощностью, при первом включении карманного фонаря, (2) как изменяется напряжение затвор-исток электронного переключателя питания в соответствии с напряжением сигнала управления и (3) как изменяется ток, протекающий через лампу карманного фонаря, в соответствии с напряжением, прикладываемым электронным переключателем питания.

На фиг. 11А показана осциллограмма, представляющая изменение тока с течением времени в основной цепи питания карманного фонаря, оборудованного схемой управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением, при первом включении карманного фонаря.

На фиг. 11В показана осциллограмма, представляющая изменение тока с течением времени в основной цепи питания карманного фонаря без схемы управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением при первом включении карманного фонаря.

На фиг. 12 показаны три осциллограммы для карманного фонаря в соответствии с настоящим изобретением, который работает в режиме стробоскопа. Эти три осциллограммы отражают: (1) напряжение сигнала управления микропроцессора, (2) напряжение модифицированного сигнала управления, генерируемого схемой управления мощностью, и (3) ток, протекающий через электронный переключатель питания.

На фиг. 13 показаны три осциллограммы для карманного фонаря в соответствии с настоящим изобретением, который работает в режиме пониженной мощности. Эти три осциллограммы отражают: (1) напряжение сигнала управления микропроцессора, (2) напряжение модифицированного сигнала управления, генерируемого схемой управления мощностью, и (3) ток, протекающий через электронный переключатель питания.

Подробное описание изобретения

Для упрощения описания изобретения любой номер ссылочной позиции, представляющий элемент на одном чертеже, представляет тот же элемент на любом другом чертеже.

Карманный фонарь 10 в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения представлен в виде в перспективе на фиг. 1. Карманный фонарь 10 включает в себя множество отдельных аспектов настоящего изобретения. Хотя все эти отдельные аспекты воплощены в карманном фонаре 10, следует, очевидно, понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанным здесь карманным фонарем 10. Скорее настоящее изобретение направлено на каждое из свойств изобретения карманного фонаря, описанное ниже отдельно, а также совместно. Кроме того, как будет очевидно для специалиста в данной области техники после рассмотрения настоящего описания, один или больше аспектов настоящего изобретения также могут быть внедрены в другие электронные устройства, включая сотовые телефоны, портативные радиоприемники, игрушки, а также другие не портативные осветительные устройства.

Как показано на фиг. 1-4, карманный фонарь 10 включает в себя цилиндр 21, закрытый на заднем торце концевой крышкой 22 и на переднем торце узлом 23 головной части и переключателя.

Цилиндр 21 предпочтительно изготовлен из алюминия. Как известно в данной области техники, цилиндр 21 может быть сформирован с текстурированной поверхностью 27 вдоль его осевого элемента, предпочтительно в форме насечки, полученной путем обработки на станке.

В настоящем варианте выполнения цилиндр 21 выполнен с возможностью установки в него пакета 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи. Пакет 60 батареи может содержать один или больше элементов литий-ионной батареи. Предпочтительно пакет 60 батареи содержит по меньшей мере два литий-ионных элемента, физически установленных последовательно или в виде компоновки торец к торцу, которые при этом электрически соединены параллельно. В других вариантах выполнения может быть предпочтительно электрически соединить два элемента последовательно. Кроме того, цилиндр 21 также может быть выполнен так, что он включает в себя пакет 60 батареи, содержащий две или больше литий-ионные батареи или элемента, физически расположенные параллельно или в компоновке рядом друг с другом, будучи при этом электрически соединенными последовательно или параллельно, в зависимости от конструктивных требований карманного фонаря. Кроме того, хотя пакет 60 литий-ионной батареи используется в качестве источника питания в иллюстрируемом варианте выполнения карманного фонаря 10, в других вариантах выполнения настоящего изобретения могут использоваться другие источники энергии постоянного тока, включая, например, батареи сухих элементов, а также перезаряжаемые батареи других типов.

Пакет 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи предпочтительно включает в себя встроенную схему 86 защиты от короткого замыкания, как лучше всего можно видеть на фиг. 5. Пакет батареи такого типа легко доступен на рынке и поставляется такими поставщиками, как BYD Company Limited, и прерывает ток от пакета батареи, если электроды пакета батареи закоротить вместе.

Оконечная крышка 22 также предпочтительно изготовлена из алюминия и выполнена с возможностью соединения путем навинчивания на соответствующую резьбу, сформированную на внутренней стороне цилиндра 21, как обычно в данной области техники. Однако другие соответствующие средства также можно использовать для закрепления оконечной крышки 22 на цилиндре 21. Как лучше всего видно на фиг. 2, односторонний клапан 68, такой как манжетный уплотнитель, может быть предусмотрен на границе перехода между оконечной крышкой 22 и цилиндром 21 для создания водонепроницаемого уплотнения. Однако, как понятно для специалистов в данной области техники, вместо одностороннего клапана 68 можно использовать другие формы уплотнительных элементов, такие как уплотнительное кольцо, для формирования водонепроницаемого уплотнения. Односторонний клапан 68 удерживается в кольцевом канале 70, сформированном в оконечной крышке 22. Кроме того, односторонний клапан 68 ориентирован так, что он предотвращает поток снаружи внутрь карманного фонаря 10, одновременно обеспечивая возможность стравливать избыточное давление из карманного фонаря в атмосферу.

Конструкция и использование односторонних клапанов в карманных фонарях более полно описаны в патенте США № 5113326 автора Anthony Maglica, который приведен здесь в качестве ссылочного материала.

Когда цилиндр 21 и концевая крышка 22 изготовлены из алюминия, их поверхности предпочтительно анодированы, за исключением поверхностей, используемых для электрического контакта с другой металлической поверхностью, с целью формирования электрической цепи карманного фонаря. В настоящем варианте выполнения электрическая цепь формируется между цилиндром 21 и электродом 61 кожуха пакета 60 литий-ионной батареи с помощью электропроводного элемента 72 и пружины 74. Кроме того, для формирования части электрической цепи между цилиндром и электродом кожуха пружина 74 также прижимает пакет 60 батареи вперед так, что центральный электрод 63 пакета 60 батареи прижимается к одному концу подпружиненного проводника 76, который удерживается болтом 57 держателя и продолжается через него.

Узел 23 головной части и переключателя, в соответствии с настоящим вариантом выполнения, включает в себя структуру 28 держателя, на которой может быть установлено множество других компонентов, включая, например, головную часть 24, переднюю крышку 25, контакт 44 заряда, печатную плату 46, муфту 50, переключатель 52 и подвижный узел 100 лампы. Для упрощения производства структура 28 держателя предпочтительно изготовлена из пластмассы, сформированной способом литья под давлением. Головная часть 24, передняя крышка 25 и муфта 50, с другой стороны, предпочтительно изготовлены из анодированного алюминия.

В настоящем варианте выполнения структура 28 держателя представляет собой полую структуру держателя, содержащую переднюю часть 31, среднюю часть 33 и заднюю часть 35. Передняя часть 31 содержит, в общем, выполненную в форме чашки приемную область 37. Средняя часть 33, которая продолжается назад от передней части 31, включает в себя, в общем, цилиндрическую внутреннюю поверхность 39. И задняя часть 35, которая продолжается назад от средней части 33, включает в себя два противоположных дуговидных резьбовых пальца 55 (только один из которых виден в поперечном разрезе на фиг. 2-4).

На передней крышке 25 установлена линза 26 и отражатель 30 относительно опорной структуры 28. В настоящем варианте выполнения передняя крышка 25 выполнена с возможностью навинчивания ее на внешнюю резьбу 29, предусмотренную на передней части 31 структуры 28 держателя. Однако в других вариантах выполнения могут быть приняты другие формы крепления. Как показано на чертеже, отражатель 30 установлен внутри выполненной в форме чашки приемной области 37 передней части 31 структуры 28 держателя. Соответствующие элементы 32, 34 совмещения могут быть предусмотрены на внешней поверхности отражателя 30 и на внутренней взаимодополняющей поверхности структуры 28 держателя, соответственно, для обеспечения правильного совмещения между отражателем 30 и структурой 28 держателя.

Головная часть 24 имеет больший диаметр, чем диаметр цилиндра 21 и муфты 50. Головная часть 24 также выполнена с возможностью надевания ее снаружи на внешнюю поверхность цилиндра 21 и муфты 50. Внутренняя поверхность 36 головной части 24 выполнена так, что она соответствует внешней поверхности 38 структуры 28 держателя в выбранных местах для правильной установки головной части 24 относительно передней крышки 25 и структуры 28 держателя. Сжимаемое стопорное кольцо 40, такое как резиновое уплотнительное кольцо, может быть посажено в канал 41, продолжающийся вокруг внешней поверхности 38 структуры 28 держателя, так, что оно создает посадку с натягом между структурой 28 держателя и элементом, предусмотренным на внутренней поверхности 36 головной части 24, таким как расположенный по окружности выступ 42. Сжимаемое стопорное кольцо 40 также предотвращает попадание влаги и грязи в узел головной части между структурой 28 держателя и передним торцом головной части 24.

Внешние контакты 44 и 48 заряда предусмотрены на передней части карманного фонаря 10. Хотя для упрощения процедуры заряда контакты 44 и 48 заряда в данном варианте выполнения предусмотрены в форме колец заряда, в других вариантах выполнения контакты 44 и 48 могут быть выполнены в другой форме. В настоящем варианте выполнения между контактами 44 и 48 заряда расположена печатная плата 46. Печатная плата 46 выполнена с возможностью электрического соединения с контактами 44 и 48 заряда и одновременно изолирует контакты 44, 48 заряда, предотвращая их прямое электрическое соединение друг с другом через цепь короткого замыкания. Электрическое соединение между печатной платой 46 и контактами 44, 48 заряда может быть установлено благодаря наличию электропроводной дорожки на границе раздела, сформированной между печатной платой 46 и каждым из контактов заряда.

Внешний контакт 44 заряда предпочтительно выполнен как алюминиевое кольцо, расположенное на внешней поверхности 38 структуры 28 держателя, предпочтительно в направлении к задней оконечности средней части 33. Если цилиндр 21 изготовлен из анодированного алюминия, внешний контакт 48 заряда может быть сформирован как единая деталь с цилиндром 21 в результате механической обработки участка цилиндра для удаления анодирования в месте расположения контакта 48 заряда или с использованием маски, нанесенной в месте расположения контакта 48 заряда перед анодированием цилиндра 21. В настоящем варианте выполнения контакт 48 заряда расположен на переднем торце цилиндра 21.

Как указано выше, узел 23 головной части и переключателя также предпочтительно включает в себя муфту 50. Муфта 50 расположена поверх внешней поверхности 38 структуры 28 держателя так, что она продолжается вперед от контакта 44 зарядки в местоположение, которое находится под задней кромкой 53 головной части 24. Муфта 50 предпочтительно изготовлена из анодированного алюминия, но также может быть изготовлена из других металлов или пластиков. В результате использования описанной выше конструкции, за исключением внешней поверхности, сформированной печатной платой 48 и переключателем 52, вся внешняя поверхность карманного фонаря 10 в соответствии с настоящим вариантом выполнения может быть изготовлена из металла, и более предпочтительно из алюминия.

В муфте 50 предусмотрено отверстие 51, через которое продолжается крышка 54 переключателя 52. Внешняя поверхность муфты 50, окружающая крышку 54 переключателя, может быть выполнена со скосами, что облегчает тактильные операции с карманным фонарем 10. В муфте 50 также может быть предусмотрена канавка 56 вдоль ее окружности, в местоположении вперед от задней кромки 53 головной части 24 для установки в нее уплотнительного элемента 58, такого как уплотнительное кольцо в форме водонепроницаемого уплотнения между головной частью 24 и муфтой 50. Аналогично, крышка 54 переключателя предпочтительно изготовлена из формованной резины или латекса. Как лучше всего показано на фиг. 3 и 4, крышка 54 переключателя предпочтительно выполнена так, что она исключает попадание влаги и грязи в головную часть и узел 23 переключателя через отверстие 51.

В настоящем варианте выполнения лампа 59 установлена съемно и в узле 23 головной части и переключателя так, что она продолжается внутрь отражателя 30 через центральное отверстие, предусмотренное в нем. В частности, лампа 59 установлена на подвижном узле 100 лампы, который, в свою очередь, установлен с возможностью скольжения в пределах средней части 33 структуры 28 держателя.

Хотя лампа 59 может представлять собой любое соответствующее устройство, генерирующее свет, в настоящем варианте выполнения лампа 59 предпочтительно представляет собой лампу накаливания, и более предпочтительно лампу накаливания с двумя выводами. Однако в других вариантах выполнения настоящего изобретения лампа 59 может содержать, например, светодиодную лампу или дуговую лампу.

В настоящем варианте выполнения подвижный узел 100 лампы включает в себя корпус 102 регулируемого шарика, сферический регулируемый держатель 104 лампы, оконечную крышку 106, фиксатор 108, пружину 110 фиксатора, подпружиненный проводник 112, пружину 114, электропроводный штырь 116 и узел 117 кулачкового следящего элемента.

Как можно видеть на фиг. 3 и 4, лампа 59 удерживается на сферическом регулируемом держателе 104 лампы. Сферический регулируемый держатель 104 лампы, в свою очередь, установлен с возможностью регулировки в корпусе 102 регулируемого шарика. В этом отношении корпус 102 регулируемого шарика частично закрыт на его передней оконечности стенкой 103. Стенка 103 включает в себя вогнутую взаимодополняющую поверхность 118, на которой сферический держатель 104 лампы фиксируется с возможностью регулировки. Фиксатор 108, который выполнен с возможностью скольжения внутри корпуса 102 регулируемого шарика, включает в себя вогнутую поверхность 120, выполненную так, что она взаимно соответствует со скольжением противоположной стороне сферического регулируемого держателя 104 лампы. Конечная крышка 106 закрывает заднюю оконечность корпуса 102 регулируемого шарика и установлена фиксированно относительно нее. Пружина 104 фиксатора расположена между фиксированной оконечной крышкой 106 и скользящим фиксатором 108, прижимая, таким образом, фиксатор 108 в направлении передней оконечности карманного фонаря, пока вогнутая поверхность 120 не соединится со сферическим регулируемым держателем 104 лампы. В результате, сферический регулируемый держатель 104 лампы удерживается с возможностью регулировки между вогнутой поверхностью 118 стенки 103 и вогнутой поверхностью 120 фиксатора 108.

Сферический регулируемый держатель 104 лампы включает в себя металлический участок 122, первый держатель 124 контакта и второй держатель 126 контакта. В настоящем варианте выполнения металлический участок 122 содержит зону сферы со сквозным отверстием. Первый держатель 124 контакта и второй держатель 126 контакта изготовлены из неэлектропроводного материала, такого как пластик, и выполнены так, что они обеспечивают посадку с натягом в сквозном отверстии металлического участка 122. Второй держатель 126 контакта включает в себя передний участок, имеющий форму сектора сферы, так, что в комбинации с металлическим участком 122 на сферическом регулируемом держателе 104 лампы образуется, по существу, сферическая внешняя поверхность.

Электроды лампы 59 продолжаются в первый держатель 122 контакта, где они предпочтительно фрикционно соединяются с контактами положительного и отрицательного электродов соответственно (не показаны). Один из контактов электрода, отрицательный в настоящем варианте выполнения, выполнен так, что он продолжается между взаимосоответствующими поверхностями первого и второго держателей 124, 126 контактов и образует электрическое соединение с металлическим участком 122 сферического регулируемого держателя 104 лампы. Контакт другого электрода, положительный в настоящем варианте выполнения, продолжается как через первый, так и через второй держатели 124, 126 контактов и включает в себя поверхность, взаимодополняющую подпружиненный проводник 112.

Конструкция подвижного узла 100 лампы подробно описана со ссылкой на фиг. 6-18 находящейся на рассмотрении заявки, регистрационный № 10/802265 на патент США, поданной 16 марта 2004 г., которая приведена здесь в качестве ссылочного документа.

Металлический участок 122 сферического регулируемого держателя 104 лампы электрически соединен с корпусом 102 регулируемого шарика, который также предпочтительно изготовлен из металла. Корпус 102 регулируемого шарика, в свою очередь, электрически соединен с проводником 128 листовой пружины, часть которого находится в скользящем контакте с внешней поверхностью корпуса 102 регулируемого шарика. Проводник 128 листовой пружины также электрически соединен с печатной платой 46 на контактной площадке 62 печатной платы 46.

Контактный штырь 116 продолжается через оконечную крышку 106 и корпус 80 переключателя. Контактный штырь 116 фрикционно удерживается корпусом 80 переключателя так, что его задняя оконечность электрически соединена с печатной платой 46 в сквозном отверстии 64. Сквозное отверстие 64 в настоящем варианте выполнения выполнено через центр печатной платы 46. На его переднем конце контактный штырь 116 удерживается с возможностью скольжения в сквозном отверстии, предусмотренном в оконечной крышке 106. Участок 130 в форме чашки, предусмотренный на переднем конце контактного штыря 116, выполнен так, что он удерживает один конец пружины 114, в то время как второй конец пружины 114 прижимает подпружиненный проводник 112 в контакте с открытым участком контакта электрода, продолжающегося через второй держатель 126 контакта сферического регулируемого держателя 104 лампы. Подпружиненный проводник 112 в настоящем варианте выполнения также имеет форму чашки и имеет несколько больший диаметр, чем диаметр участка 130 в форме чашки, так что он может со скольжением устанавливаться поверх внешней поверхности участка 130 в форме чашки и может удерживать пружину 114 между ними.

Узел 23 головной части и переключателя закреплен на цилиндре 21 с помощью двух дуговидных резьбовых пальцев 55, формирующих заднюю часть 35 структуры 28 держателя. Два дуговидных резьбовых пальца 55 продолжаются через печатную плату 46. На дуговидных резьбовых пальцах 55 предусмотрены как внешняя, так и внутренняя резьба. Внешняя резьба взаимно соответствует соответствующей внутренней резьбе, предусмотренной на переднем торце цилиндра 21. После того как узел 23 головной части и переключателя будет навинчен на цилиндр 21, фиксирующий болт 57 завинчивают во внутреннюю резьбу дуговидных резьбовых пальцев 55. Предпочтительно фиксирующий болт 57 включает в себя конусный вал 59, выполненный так, что он раздвигает дуговидные резьбовые пальцы 55, фиксируя, таким образом, узел 23 головной части и переключателя на цилиндре.

Подпружиненный проводник 76 удерживается с прижимом в центральной полости 66 фиксирующего болта 57 между печатной платой 46 и оконечной стенкой 67. Подпружиненный проводник 76 также электрически соединяет сквозное отверстие 64 на печатной плате 46 с центральным электродом 63 пакета 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи.

На фиг. 5 показана принципиальная схема карманного фонаря 10, которая схематично представляет предпочтительный вариант выполнения электронной схемы в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 5, карманный фонарь 10 включает в себя основную цепь 400 питания, переключатель 52, схему 500 устранения дребезга, схему 600 управления микропроцессором, схему 700 управления мощностью, контакты 44, 48 заряда и схему 800 защиты от короткого замыкания. В настоящем варианте выполнения схема 500 устранения дребезга, схема 600 управления микропроцессором, схема 700 управления мощностью и схема 800 защиты от короткого замыкания, все сформированы на печатной плате 46. Однако в других вариантах выполнения возможны другие компоновки.

Основная цепь 400 питания в соответствии с настоящим вариантом выполнения содержит пакет 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи, электрическую цепь 402, лампу 59, электрическую цепь 404 и электронный переключатель 702 питания.

Как лучше всего видно на фиг. 5, пакет 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи включает в себя встроенную схему 86 защиты от короткого замыкания. Встроенная схема 86 защиты от короткого замыкания установлена последовательно с литий-ионным элементом 88 внутри пакета 60 литий-ионной батареи. В представленном варианте выполнения схема защиты от короткого замыкания расположена между отрицательным электродом литий-ионного элемента 88 и отрицательным электродом пакета 60 батареи. Встроенная схема 86 защиты от короткого замыкания, однако, также может быть предусмотрена между положительным электродом литий-ионного элемента 88 и положительным электродом пакета 60 батареи.

Электрическая цепь 402 соединяет центральный электрод 63 пакета 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи с положительным электродом лампы 59. В карманном фонаре, представленном на фиг. 1-4, электрическая цепь 402 содержит следующие элементы: подпружиненный проводник 76, сквозное отверстие 64, электропроводный штырь 116, пружину 114, подпружиненный проводник 112 и контакт положительного электрода, расположенный в сферическом регулируемом держателе 104 лампы.

Электрическая цепь 404 соединяет отрицательный электрод лампы 59 с электродом 61 кожуха пакета перезаряжаемой литий-ионной батареи. Кроме того, электрическая цепь 404 может быть разомкнута и замкнута для замыкания и разрыва основной цепи 400 питания с помощью электронного переключателя 702 питания, который более подробно описан ниже. В карманном фонаре, представленном на фиг. 1-4, электрическая цепь 404 содержит: контакт отрицательного электрода, расположенный в сферическом регулируемом держателе 104 лампы, металлический участок 122 сферического регулируемого держателя 104 лампы, корпус 102 регулируемого шарика, проводник 128 листовой пружины, контактную площадку 62, электропроводную дорожку 406, электронный переключатель 702 питания, проводящую дорожку 408, цилиндр 21, электропроводный элемент 72 в задней крышке 22 и пружину 74.

Хотя электронный переключатель 702 питания в настоящем варианте выполнения расположен на печатной плате 46, электронный переключатель 702 питания также может быть установлен в других местах карманного фонаря 10.

Электронный переключатель 702 питания электрически соединен с контактной площадкой 62 через проводящую дорожку 406, которая также предусмотрена на печатной плате 46. Электронный переключатель 702 питания также электрически соединен с цилиндром 21 через проводящую дорожку 408, которая продолжается на печатной плате 46 от электронного переключателя 702 питания до границы раздела между печатной платой 46 и цилиндром 21.

Следует отметить, что кроме электронного переключателя 702 питания могут использоваться другие составляющие элементы электрических цепей 402, 404, которые не являются критическими для работы цепи 400 питания в соответствии с настоящим аспектом изобретения, и могут представлять собой любую комбинацию элементов, соответствующих для формирования электрических цепей схемы питания в конкретной конструкции карманного фонаря.

Электронный переключатель 702 питания избирательно размыкает и замыкает электрическую цепь 404 между лампой 59 и электродом 61 кожуха пакета 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи. Когда электронный переключатель 702 питания замкнут, ток может протекать через основную схему 400 питания.

Размыканием и замыканием электронного переключателя 702 питания управляют в настоящем варианте выполнения с помощью переключателя 52, схемы 600 микроконтроллера и схемы 700 управления мощностью.

При манипуляции с переключателем 52 генерируется сигнал, который определяет, следует замкнуть или разомкнуть переключатель 702 питания, или следует ли многократно его замыкать и размыкать так, как описано ниже.

В настоящем варианте выполнения переключатель 52 представляет собой переключатель мгновенного действия. Когда нажимают на переключатель 52, плунжер 69 переключателя 52 толкает щелчковый выпуклый элемент 84 проводника 82, соединяя его электрически с электропроводным штырем 116. Сигнал от пакета 60 батареи затем передают на печатную плату 46 через контактную площадку 65. Когда этот сигнал передают на печатную плату 46, на электронный переключатель 702 питания может поступить сигнал разомкнуть или замкнуть электрическую цепь 404, в результате чего карманный фонарь 10 включается или выключается, соответственно.

В отличие от механических переключателей, известных в данной области техники, переключатель 52 не обеспечивает подачу тока через лампу 59. Вместо этого переключатель 52 просто формирует сигнал включения или выключения. В настоящем варианте выполнения такой сигнал включения или выключения передают в схему 600 микроконтроллера, которая, в свою очередь, передает сигналы в электронный переключатель 702 питания через схему 700 управления мощностью, размыкая или замыкая его, соответственно. Основная цепь 400 питания в соответствии с настоящим вариантом выполнения, таким образом, опосредованно включается или выключается при манипуляции пользователя с переключателем 52.

Поскольку ток от пакета 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи в лампу 59 протекает через электронный переключатель 702 питания, а не через переключатель 52, переключатель 52 может быть разработан так, что он будет работать с очень малым током.

В представленном варианте выполнения, показанном на фиг. 5, переключатель 52, схема 500 устранения дребезга, схема 600 микроконтроллера, схема 700 управления мощностью и электронный переключатель 702 питания все соединены электрически. При первом нажатии на переключатель 52 сигнал поступает в схему 600 микроконтроллера через схему 500 устранения дребезга. Схема 600 микроконтроллера в ответ передает сигнал через схему 700 управления мощностью в схему электронного переключателя 702 питания. В соответствии с этим, электронный переключатель 702 питания обеспечивает возможность протекания тока через лампу 59 от пакета 60 литий-ионной батареи с управляемой скоростью увеличения тока в течение заданного периода. Более подробное описание схемы 500 устранения дребезга, схемы 600 микроконтроллера, схемы 700 управления мощностью и электронного переключателя 702 питания приведено ниже со ссылкой на фиг. 6, 7 и 8.

На фиг. 6 подробно представлена схема одного варианта выполнения схемы 500 устранения дребезга, которая может использоваться в настоящем изобретении. Схема 500 устранения дребезга может использоваться для уменьшения шумов, тока и напряжения сигнала, передаваемого от переключателя 52 в схему 600 микроконтроллера.

Сигнал включения или выключения лампы 59 поступает в схему 500 устранения дребезга через контактную площадку 65, когда пользователь выполняет манипуляции с переключателем 52 так, что при этом плунжер 69 прижимает упругий выпуклый элемент 84, переводя его в контакт с электропроводным штырем 116. В результате этой манипуляции сигнал передают через контактную площадку 65 и схему 500 устранения дребезга. Выходной сигнал схемы 500 устранения дребезга поступает на выход 507, который электрически соединен со схемой 600 микроконтроллера, представленной на фиг. 7.

В одном варианте выполнения схемы 500 устранения дребезга конденсаторы 502, 504, 505 и резистор 503 соединены параллельно с контактной площадкой 65 и выходом 507, в то время как резистор 506 установлен последовательно между контактной площадкой 65 и выходом 57, предпочтительно после параллельно подключенных конденсатора 502 и резистора 503.

Для специалистов в данной области техники будут понятно, как разработать схему 500 устранения дребезга для получения соответствующего уровня сигнала, подаваемого в схему 600 микроконтроллера. Однако в конструкции, показанной на фиг. 6, было определено, что резистор 506 может иметь сопротивление 10 кОм, резистор 503 может иметь сопротивление 1 кОм и каждый из конденсаторов 502, 504 и 505 может иметь емкость 0,1 мкФ.

На фиг. 7 показана принципиальная схема схемы 600 микроконтроллера. В настоящем варианте выполнения схема 600 микроконтроллера включает в себя микроконтроллер 601, имеющий вход 602 и два выхода 604, 606. Кроме того, вывод заземления (GND) микроконтроллера 601 непосредственно соединен с землей, и вывод Vcc микроконтроллера 601 электрически соединен с пакетом 60 батареи через проводящую дорожку 608 и с землей через конденсатор 610, через проводящую дорожку 612. Сигнал, подаваемый по дорожке 608, также может быть сигналом батареи, отфильтрованным через диод, хотя такая фильтрация не является необходимой. Если выполняется такая фильтрация, она может быть выполнена в схеме 800 защиты от короткого замыкания, как описано ниже.

Сигнал с выхода 507 схемы 500 устранения дребезга поступает в микроконтроллер 601 через входной вывод 602. Микроконтроллер 601 может быть запрограммирован так, что он будет предоставлять разные функции, выбираемые пользователем, выбором которых можно управлять в соответствии с изменением входного сигнала, поступающего на входной вывод 602. Таким образом, например, если карманный фонарь 10 находится в выключенном состоянии и на переключатель 52 нажимают и затем его отпускают, микроконтроллер 601 может быть запрограммирован так, что он будет формировать сигнал на выходном выводе 606, который включит карманный фонарь 10. Микроконтроллер 601 может быть, кроме того, запрограммирован так, что карманный фонарь 10 останется включенным при втором нажатии на переключатель 52, до второго высвобождения переключателя 52. Другие функции также могут быть запрограммированы в микроконтроллере 601. Например, микроконтроллер 601 может быть запрограммирован так, что пользователь получает возможность выбирать режим снижения мощности путем нажатия на переключатель 52 и удержания его в течение двух секунд или режим стробоскопа при нажатии на переключатель 52 и удержании его в течение 4 с.

Если карманный фонарь 10 находится в выключенном состоянии, микроконтроллер 601 передает сигнал управления через выходной вывод 606 в соответствии с сигналом, принимаемым через входной вывод 602. Сигнал управления с выходного вывода 606 поступает на вход 707 схемы 700 управления мощностью, где его модифицируют требуемым образом, прежде чем он будет подан по дорожке 708 в электронный переключатель 702 питания, в результате чего электронный переключатель 702 питания постепенно замыкает цепь в соответствии с сигналом управления, ограничивая, таким образом, начальный выброс тока через лампу 59.

Для других режимов работы, запрограммированных в микроконтроллере 601, может быть предпочтительно модифицировать сигнал управления, формируемый микроконтроллером 601, альтернативным образом. Соответственно, в представленном варианте выполнения, микроконтроллер 601 также включает в себя второй вывод 604 для передачи второго сигнала управления в схему 700 управления мощностью. Сигнал управления с выходного вывода 604 поступает на вход 709 схемы 700 управления мощностью. Сигнал управления с выходного вывода 604 модифицируется в схеме 700 управления мощностью прежде, чем он будет передан по дорожке 708 в электронный переключатель 702 питания, в результате чего переключатель 702 питания замыкает цепь с разной скоростью, в соответствии с сигналом управления, подаваемым на выходной вывод 604 микроконтроллера 601.

На фиг. 8 показана принципиальная схема цепи 700 управления мощностью, которая соединена с электронным переключателем 702 питания через проводящую дорожку 708. Электронный переключатель 702 питания выбирают таким образом, чтобы он обеспечивал разные уровни тока, протекающего через основную цепь 400 питания, в соответствии с разными уровнями сигнала, передаваемого по дорожке 708. В настоящем варианте выполнения электронный переключатель 702 питания содержит MOSFET 705 с n-каналом. Затвор MOSFET электрически соединен с дорожкой 708, сток соединен с центральным электродом 63 пакета 60 батареи через вход 706, и исток заземлен (например, соединен с электродом 61 кожуха пакета 60 батареи). MOSFET с n-каналом хорошо работает в настоящем изобретении, благодаря его передаточной характеристике, а именно в связи с тем, что ток истока равен нулю (то есть электронный переключатель 702 питания разомкнут), когда напряжение между затвором и источником ниже, чем приблизительно 0,75 В.

Хотя в настоящем варианте выполнения используется MOSFET 705 с n-каналом, для специалистов в данной области техники будет понятно из данного раскрытия, что другие типы электронных переключателей питания также можно использовать в настоящем изобретении. Например, MOSFET с р-каналом можно использовать вместо MOSFET с n-каналом, если электронный переключатель 702 питания будет предусмотрен на верхней стороне основной цепи 400 питания (то есть перед лампой 59). Аналогично, другие типы транзисторов также можно использовать в качестве электронного переключателя 702 питания, включая другие полевые транзисторы, такие как JFET (КПУТ, канальный полевой униполярный транзистор) и DE MOSFET (МОП-структура на транзисторах, работающих в режимах обогащения и обеднения), а также транзисторы с биполярным переходом.

Как отмечено выше, схема 700 управления мощностью модифицирует сигналы управления, получаемые с выходных выводов 604, 606 микроконтроллера 601. В частности, схема 700 управления мощностью разработана так, что она модифицирует сигнал управления таким образом, что он изменяется по времени на основе переходных характеристик используемого электронного переключателя 702 питания и скорости, с которой электронный переключатель 702 питания должен быть замкнут. Предпочтительно схема 700 мощности модифицирует по меньшей мере один из сигналов управления, принимаемых микроконтроллером 601 так, что, когда сигнал управления поступает на электронный переключатель 702 питания, электронный переключатель 702 питания постепенно замыкает цепь с течением времени, в отличие от мгновенного замыкания цепи.

Когда карманный фонарь 10 находится в выключенном состоянии, сигналы на обоих входах 707 и 709 представляют собой сигналы с большим импедансом так, что они, по существу, не участвуют в работе схемы 700 управления мощностью. Кроме того, значение резистора 703 выбирают так, что, когда карманный фонарь 10 находится в выключенном состоянии, резистор 703 передает напряжение ноль вольт на затвор MOSFET 705 (через резистор 701), в результате чего электронный переключатель 702 питания разомкнут.

Степенью, в которой электронный переключатель 702 питания замыкает цепь, и, следовательно, величиной тока, который может протекать в основной цепи 400 питания, в конечном итоге управляют, в иллюстрируемом варианте выполнения, напряжением на конденсаторе 710, которое также соответствует напряжению затвор-исток MOSFET 705. Когда сигнал управления поступает на входы 707 или 709, напряжение на конденсаторе 710 экспоненциально повышается в соответствии с уравнением V _C =E(1-e ^-t/T ), до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное напряжение сигнала управления. В приведенном выше уравнении Е представляет собой напряжение сигнала управления, приложенного к входу 707 или 709, и τ представляет собой временную константу для цепи и определяется уравнением τ=RC. Кроме того, хотя для полного заряда конденсатора требуется период приблизительно 5 τ, в течение периода 1 τ, напряжение на конденсаторе 710 достигает уровня приблизительно 63% напряжения приложенного сигнала управления от микроконтроллера 601. Таким образом, благодаря соответствующему выбору R и С для каждой из цепей, соответствующих входам 707 и 709, можно управлять скоростью, с которой повышается напряжение затвор-исток, и, следовательно, определять, насколько быстро будет замкнут электронный переключатель 702 питания после подачи сигнала управления от микроконтроллера 601.

Как указано выше, при первом включении карманного фонаря 10 сигнал управления поступает с выходного вывода 606 микроконтроллера 601 на вход 707 схемы 700 управления мощностью. В результате сигнал на входе 707 мгновенно изменяется, например, с высокого значения импеданса на сигнал напряжения 3 В. Однако напряжение на конденсаторе 710 и, следовательно, напряжение затвор-исток будет увеличиваться экспоненциально до 3 вольт в соответствии с формулой, приведенной выше. Благодаря постепенному повышению напряжения сигнала управления, который поступает в электронный переключатель 702 питания по дорожке 708, как описано выше, ток, который может протекать через лампу 59, можно увеличивать с управляемой скоростью. В свою очередь, благодаря увеличению силы тока, передаваемого в лампу 59 с управляемой скоростью, в лампе 59 может быть обеспечено достижение ее сопротивления в установившемся режиме с управляемой пониженной скоростью, в результате чего обеспечивается защита лампы 59 от возникающих обычно исходных выбросов тока, подаваемого от пакета 60 батареи при включении карманного фонаря.

В предпочтительном варианте выполнения резистор 701 имеет сопротивление 470 кОм, резистор 703 имеет сопротивление 1 кОм, и конденсатор 710 имеет емкость 0,1 мкФ. Эта комбинация из резистора 701 и конденсатора 710 формирует фильтр нижней частоты с временной постоянной 47 мс (470000 ×0,000001=0,047 с или 47 мс). В течение этого периода конденсатор 710 будет заряжен до уровня приблизительно 63% напряжения сигнала управления, поступающего на вход 707 (или 0,63 ∙5 В=3,15 В). Это означает, что только приблизительно через 47 мс напряжение между затвором и истоком MOSFET 705 выйдет из области отключения, через область ограничения тока в линейную область транзистора. В течение этого времени нить накала лампы 59 нагревается с ограничением резкого выброса тока до более предпочтительного уровня.

Как отмечено выше, сигнал управления, поступающий на выход 604 микроконтроллера 601, может быть передан на вход 709 для замыкания электронного переключателя 702 питания с другой скоростью, чем при подаче сигнала управления на вход 707. Например, резистор 704 может быть установлен на 1,0 кОм, в то время как конденсатор 710 снова будет иметь емкость 0,1 мкФ. Такая комбинация приводит к формированию цепи фильтра низкой частоты с временной постоянной 0,0001 секунда (0,1 мс). Таким образом, в такой конфигурации конденсатор 710 будет заряжен до уровня приблизительно 63% напряжения сигнала управления, поступающего на вход 709 (или 3,15 В, как в предыдущем варианте выполнения) за 0,1 мс.

В соответствии с этим, сигнал управления, поступающий на вход 709 схемы 700 управления мощностью, можно использовать для замыкания и размыкания электронного переключателя 702 питания с гораздо более высокой частотой, чем при использовании сигнала управления, поступающего на вход 707. Это свойство может быть предпочтительным для некоторых функций, выбираемых пользователем, таких как режим уменьшенной мощности. Например, если пользователь выбирает режим уменьшенной мощности, нажимая на переключатель 52 в течение соответствующего периода времени, микроконтроллер 601 может передать исходный сигнал управления с выходного вывода 606 на вход 707 для относительно медленной подачи энергии в лампу 59, как описано выше. После того как лампа 59 уже будет включена и нить накала будет нагрета так, что она достигнет или будет находиться близко к своему сопротивлению в установившемся режиме, микроконтроллер 601 может передать сигнал управления, модулированный импульсами прямоугольной формы, такими, как показаны на фиг. 13, с выходного вывода 604 на вход 709 схемы 700 управления мощностью, и может прекратить передачу сигнала управления на выход 606.

На основе временной постоянной 0,1 мс, сигнал, модулированный импульсами, передаваемый с выходного вывода 604 микроконтроллера 601, может быть модулирован с частотой от приблизительно 5 кГц до 100 Гц, и при этом он все еще будет иметь частоту, которая намного больше, чем частота видимых мерцаний, составляющая 60 Гц. Кроме того, благодаря короткому времени цикла между каждым импульсом, нить накала лампы 59 не будет слишком сильно охлаждаться между циклами и создавать чрезмерную нагрузку из-за высокой частоты повторения цикла выключения и включения. В результате карманный фонарь 10 может работать в режиме, когда лампа 59, например, работает с половиной мощности и, таким образом, потребляет половину энергии, которую она обычно потребляла бы в течение данного периода времени.

Хотя схема управления мощностью в соответствии с настоящим вариантом выполнения была описана как схема, в которой применяется RC цепь для модификации сигнала управления, подаваемого на электронный переключатель 702 питания, в схеме 700 управления мощностью также можно использовать другие формы схем с временной постоянной, такие как RL и RLC цепи. Кроме того, также можно использовать схемы, которые формируют линейные, синусоидальные, пилообразные или треугольные импульсы в схеме 700 управления мощностью. Кроме того, преимущество схемы 700 управления мощностью может быть реализовано в карманном фонаре, в котором сигнал управления, передаваемый в схему управления мощностью, поступает непосредственно от механического переключателя, вместо микроконтроллера, или в котором вместо пакета 60 батареи используется источник питания постоянного тока любой формы.

На фиг. 10А графически демонстрируется предпочтительный эффект демпфирования, который может обеспечивать схема 700 управления мощностью для лампы 59 при первом включении карманного фонаря 10. В отличие от этого, на фиг. 10В графически демонстрируется, что скорость изменения тока и пиковый ток, протекающий через электронный переключатель 702 питания, намного больше, когда схема 700 управления мощностью, в соответствии с настоящим изобретением, не управляет сигналом, поступающим в электронный переключатель 702 питания.

На фиг. 10А показаны три осциллограммы 1002, 1004, 1006. Осциллограммы, показанные на фиг. 10А, были получены при использовании карманного фонаря, имеющего схему 700 управления мощностью, описанную выше со ссылкой на фиг. 8, которая управляет электронным переключателем 702 питания, содержащим MOSFET 705. Кроме того, резистор 701 имел значение 470 кОм, и конденсатор 710 имел значение 0,1 мкФ. Постоянная времени схемы управления мощностью, таким образом, составляла 47 мс.

Осциллограммы, показанные на фиг. 10В, были получены в момент времени перехода карманного фонаря из выключенного состояния во включенное состояние и, соответственно, отражают (1) изменение с течением времени напряжения сигнала управления микроконтроллера 601 карманного фонаря, при первом включении карманного фонаря, (2) изменение напряжения сигнала от схемы 700 управления мощностью и, следовательно, напряжения затвор-исток MOSFET 705 в ответ на сигнал управления микроконтроллера, и (3) изменение тока, который протекает через MOSFET 705 и, следовательно, поступает в лампу 59 карманного фонаря, в ответ на сигнал, поступающий из схемы управления мощностью.

По оси х на фиг. 10А представлено время в миллисекундах, и расстояние между каждой из линий вертикальной сетки, пересекающей ось х, составляет 40 мс. По оси у фиг. 10А, с другой стороны, представлены разные единицы или значения, в зависимости от которых называется сигнал или кривая.

На фиг. 10А осциллограмма 1002 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления, поступающего с выхода микроконтроллера 601, при первом включении карманного фонаря 10. Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у осциллограммы 1002, составляет 2 вольта. Как представлено на графике, напряжение сигнала 1002 управления, в основном, соответствует ступенчатому изменению напряжения. Следовательно, напряжение сигнала управления переходит с низкого условия 0 В на высокий уровень 3 В, когда карманный фонарь 10 включают.

Осциллограмма 1004 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления, поступающего с выхода микроконтроллера 601, после того, как он пройдет через схему 700 управления мощностью на входе 707. Таким образом, она соответствует напряжению затвор-исток MOSFET 705. Как и сигнал 1002, промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у, представляет 2 вольта для осциллограммы 1004. Напряжение модифицированного таким образом сигнала управления проявляет функцию экспоненциального роста, как описано выше. Такое экспоненциальное повышение напряжения сигнала, передаваемого в электронный переключатель 702 питания, замыкает переключатель 702 питания с управляемой скоростью. Следовательно, скорость изменения тока и пиковый выброс тока, протекающего через MOSFET 705 и лампу 59, были уменьшены. Это можно видеть при сравнении осциллограммы 1006 с соответствующей осциллограммой 1012, показанной на фиг. 10В, обе эти осциллограммы описаны ниже.

Осциллограмма 1006, показанная на фиг. 10А, представляет собой осциллограмму тока, протекающего через MOSFET 705 и, следовательно, через лампу 59 в результате приложения напряжения затвор-исток, управляемого так, как представлено осциллограммой 1004. Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающей ось у, соответствует 2 А для осциллограммы 1006. На фиг. 11А показана осциллограмма 1006, но с увеличенной временной шкалой. Временная шкала, используемая на фиг. 11А, в десять раз больше, чем используемая на фиг. 10А; таким образом, промежуток между каждой из линий вертикальной решетки по фиг. 11А представляет 4 мс. Шкала тока по оси у на фиг. 11 А, с другой стороны, оставлена той же, как и для осциллограммы 1006 на фиг. 10А.

Пиковый ток, протекающий через лампу 59, при включении карманного фонаря 10, был определен равным 3,75 А в этом примере в соответствии с настоящим изобретением. Пиковый ток может быть определен по кривой 1006, показанной на фиг. 10А и 11А, путем измерения высоты пика тока на кривой 1006 относительно линии ее основания. Однако поскольку на фиг. 11А показан ток, протекающий через MOSFET 705, на большей временной шкале, чем показано на фиг. 10А, на фиг. 11А можно выполнить более точное измерение пикового тока.

На фиг. 10В показаны три осциллограммы 1008, 1010, 1012. Для получения осциллограмм по фиг. 10В использовали тот же карманный фонарь, что и карманный фонарь, использованный для получения осциллограмм, показанных на фиг. 10А, за исключением того, что он был модифицирован так, что сигнал управления от микропроцессора 601 подавали непосредственно на затвор MOSFET 705, не используя, таким образом, схему управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением. Как и на фиг. 10А, осциллограммы, показанные на фиг. 10В, были получены в момент времени перехода карманного фонаря из состояния выключено в состояние включено и, соответственно, отражают, (1) как изменяется напряжение сигнала управления от микроконтроллера карманного фонаря с течением времени при первом включении карманного фонаря, когда сигнал управления поступает непосредственно на затвор MOSFET 705, и при этом не используется схема 700 управления мощностью, (2) как изменяется напряжение между затвором и истоком MOSFET 705 в соответствии с напряжением сигнала управления в этих условиях, и (3) как ток, протекающий через электронный переключатель питания и, следовательно, через лампу карманного фонаря, изменяется в соответствии с напряжением, прикладываемым к затвору электронного переключателя питания.

Ось х на фиг. 10В представляет время в миллисекундах, и расстояние между каждой из вертикальных линий сетки, пересекающих ось х, составляет 40 мс. На оси х, поэтому, используется та же шкала, которая используется на фиг. 10А. Ось у на фиг. 10В, так же, как ось у на фиг. 10А, представляет разные единицы или значения, в зависимости от которых называется сигнал или кривая.

На фиг. 10В осциллограмма 1008 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления, поступающего с выхода микроконтроллера 601 при первом включении карманного фонаря. Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у для осциллограммы 1002, составляет 2 В, как и на фиг. 10А. Как представлено на графике, напряжение 1002 сигнала управления, в основном, соответствует ступенчатому изменению напряжения. Следовательно, напряжение сигнала управления переходит из состояния низкого напряжения 0 вольт в состояние высокого напряжения 3 В, при включении карманного фонаря 10. Однако следует отметить, что передний фронт сигнала 1008 управления несколько закруглен. Это закругление представляет собой результат большого начального тока, протекающего через лампу 59 в сравнительном примере в момент включения карманного фонаря. Такой начальный ток вызывает эффективное мгновенное снижение напряжения пакета батареи. Аналогичное падение напряжения сигнала управления наблюдается на кривой 1002. Однако на кривой 1002 такое падение смещено от передней кромки сигнала управления и не настолько велико. Это связано с тем, что пиковый ток протекает через лампу 59 с задержкой, и он уменьшен в карманном фонаре, в котором используется схема 700 управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением.

Осциллограмма 1010 представляет собой осциллограмму напряжения затвор-исток MOSFET 705. Как и в сигнале 1008, промежуток между каждой из линий сетки, пересекающей ось у, представляет 2 вольта. В настоящем сравнительном примере напряжение между затвором и истоком является тем же, что и напряжение сигнала 1008 управления, передаваемого микроконтроллером, поскольку здесь не используется схема управления мощностью для карманного фонаря. В результате отсутствия схемы 700 управления мощностью между микроконтроллером 601 и электронным переключателем 702 питания обеспечивается мгновенное управление переключателем 702 питания из состояния отсутствия проводимости до точки на характеристической кривой перехода MOSFET 705, которая обеспечивает протекание существенно большего тока через MOSFET 705, который в действительности протекает через основную цепь 400 питания. Другими словами, скорость изменения тока и потока пикового тока через основную цепь 400 питания не ограничивается переключателем 702 питания при переходе карманного фонаря из состояния выключен в состояние включен. Это, в свою очередь, приводит к значительному начальному току через лампу 59 и большому выбросу тока, наблюдаемому на осциллограмме 1012 на фиг. 10В.

Осциллограмма 1012 на фиг. 10В представляет собой осциллограмму тока, протекающего через MOSFET 705 и, следовательно, через лампу 59, в зависимости от времени, когда напряжение между затвором и истоком не управляется схемой управления мощностью. Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у, представляет 2 А для осциллограммы 1012. На фиг. 11В показана осциллограмма 1012, но с увеличенной временной шкалой. Временная шкала, используемая на фиг. 11В, в десять раз больше, чем временная шкала, используемая на фиг. 10В; таким образом, промежуток между каждой из вертикальных линий сетки на фиг. 11В составляет 4 мс, и на фиг. 11В используется та же временная шкала, что и на фиг. 11А. Шкала тока по оси у на фиг. 11В, с другой стороны, используется та же, что и для осциллограммы 1012 на фиг. 10В, а также для осциллограммы 1006 на фиг. 11А.

Пиковый ток, протекающий через MOSFET 705 и лампу 59, в этом сравнительном примере составил приблизительно 7,8 А. При сравнении кривой 1006, показанной на фиг. 10А и 11А, с кривой 1012 на фиг. 10В и 11В, таким образом, можно видеть, что пиковый ток, пропускаемый через лампу 59, уменьшается приблизительно на 4,05 А, или немного больше, чем на 50%, когда схема 700 управления мощностью в соответствии с описанным выше примером изобретения используется для управления скоростью, с которой замыкается электронный переключатель 702 питания. Сравнение кривых 1006 и 1012 также показывает, что пик тока на кривой 1006 намного шире и мягче, чем пик тока на кривой 1012. Это связано с тем фактом, что скорость изменения тока, протекающего через электронный переключатель 702 питания, можно заметно уменьшить в карманных фонарях, в которых используется схема 700 управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением.

Следует понимать, что кривая 1006 тока, показанная на фиг. 10А и 11А, представляет собой просто один пример того, как можно управлять током, протекающим через лампу 59. Действительно, при использовании схемы 700 управления мощностью с другими временными постоянными или характеристиками, электронного переключателя 702 питания с разными характеристиками передачи, или лампы, имеющей другие характеристики, будут получены разные кривые, что влияет на величину достигаемого эффекта демпфирования.

Осциллограммы, показанные на фиг. 12, были получены с использованием того же карманного фонаря, который применяли для получения фиг. 10А. Однако карманный фонарь здесь работал в режиме стробоскопа при записи осциллограмм 1002, 1004 и 1006 по фиг. 12. Режим стробоскопа выбирают путем удержания переключателя 52 в течение приблизительно 4 с, в результате чего в микропроцессор 601 поступает сигнал включения режима стробоскопа.

Как и на фиг. 10А, осциллограммы 1002, 1004 и 1006 на фиг. 12 соответствуют, соответственно, напряжению сигнала управления на выходном выводе 606 микропроцессора 601, напряжению модифицированного сигнала управления, генерируемого схемой 700 управления мощностью, и току через MOSFET 705. Шкала по оси у каждой из кривой 1002, 1004 и 1006 соответствует шкале по оси у соответствующих кривых, показанных на фиг. 10А. Однако шкала по оси х на фиг. 12 составляет одну десятую шкалы, которую использовали на фиг. 10А; таким образом, промежуток между каждой из вертикальных линий сетки по фиг. 12 соответствует 400 мс. Уменьшенную шкалу использовали для того, чтобы можно было наблюдать последовательность стробоскопических импульсов.

Как показано на фиг. 12, напряжение сигнала 1002 управления было модулировано в соответствии с последовательностью прямоугольных импульсов во время работы в режиме стробоскопа.

Каждый период прямоугольного импульса равен приблизительно 1,6 с. В течение половины периода напряжение сигнала управления составляло приблизительно 3,6 вольт, в то время как в течение другой половины периода напряжение сигнала управления составляло 0 вольт. Длительность 800 мс между каждым периодом была намного больше, чем время, требуемое для охлаждения нити накала лампы 59, которая снова действует как цепь короткого замыкания при первоначальной подаче энергии.

Осциллограмма 1004 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления, поступающего с выхода микроконтроллера 601, после того, как он прошел через схему 700 управления мощностью через вход 707, и, таким образом, соответствует напряжению затвор-исток MOSFET 705. Напряжение такого модифицированного сигнала управления проявляет экспоненциальную функцию роста на переднем фронте каждого импульса и функцию экспоненциальной задержки на заднем фронте каждого импульса. Функция экспоненциального роста основана на временной постоянной 47 мс RC цепи, сформированной комбинаций резистора 701 и конденсатора 710. Функция экспоненциального затухания также имеет временную постоянную приблизительно 47 мс, поскольку резистор 703 имеет сопротивление только 1 кОм.

Поскольку напряжение сигнала 1004, подаваемого на электронный переключатель 702 питания, увеличивается экспоненциально на переднем фронте каждого импульса так же, как и у сигнала 1004 на фиг. 10А, переключатель 702 питания замыкается с такой же управляемой скоростью, описанной выше, со ссылкой на фиг. 10А. Действительно, если временная шкала на фиг. 12 будет увеличена до используемой на фиг. 10А или 11А, передний фронт каждого импульса тока, показанного на осциллограмме 1006 на фиг. 12, будет выглядеть так же, как и передний фронт импульсов тока на осциллограммах 1006 на этих фигурах. Скорость изменения тока и величина пикового тока, протекающего через MOSFET 705 и лампу 59, таким образом, уменьшаются каждый раз, когда лампу включают во время режима стробоскопа, снижая, таким образом, нагрузки, воздействующие на нить накала лампы 59 каждый раз, когда лампу включают в течение цикла. Это справедливо даже притом, что нить накала охлаждается во время участка выключения тока в каждом цикле до температуры, на которой нить накала снова ведет себя как цепь короткого замыкания.

В связи с тем, что нагрузки, воздействующие на нить накала лампы, уменьшаются каждый раз при включении лампы в карманном фонаре, имеющем схему управления мощностью в соответствии с настоящим изобретением, лампа будет иметь увеличенный предполагаемый срок службы. Это, в частности, предпочтительно, когда карманный фонарь работает в режиме стробоскопа, когда нагрузки, воздействующие на нить накала лампы, быстро накапливаются при каждом импульсе лампы.

Как можно видеть на фиг. 12, ток продолжает протекать через лампу 59 даже после переключения сигнала 1002 управления с высокого состояния на низкое состояние. Это связано с тем, что задний фронт каждого импульса на осциллограмме 1004 проявляет функцию экспоненциального затухания. Таким образом, электронный переключатель 702 питания будет продолжать проводить ток до тех пор, пока напряжение модифицированного сигнала управления не упадет ниже уровня, достаточного для обеспечения проводимости MOSFET 705. Поскольку временная постоянная цепи затухания схемы 700 управления мощностью составляет приблизительно 47 мс в настоящем примере, MOSFET 705 продолжает проводить ток в течение приблизительно 40-50 мс каждый раз после перехода сигнала 1002 управления из высокого состояния в низкое состояние.

На фиг. 13 иллюстрируется работа карманного фонаря 10 в иллюстрируемом варианте выполнения в режиме уменьшенной мощности. Режим уменьшенной мощности выбирают путем удержания переключателя 52 в течение приблизительно 2 секунд. На фиг. 13 показаны три осциллограммы 1014, 1016, 1018. Осциллограммы на фиг. 13 были получены при использовании карманного фонаря со схемой 700 управления мощностью, описанной выше со ссылкой на фиг. 8, для управления электронным переключателем 702 питания, содержащим MOSFET 705. Резистор 701 имел значение 470 кОм, резисторы 703 и 704 имели значение по 1 кОм, и конденсатор 710 имел значение 0,1 мкФ. Таким образом, временная постоянная, соответствующая входу 707 схемы 700 управления мощностью, составляла 47 мс, в то время как временная постоянная для входа 709 составляла 0,1 мс.

Осциллограммы, показанные на фиг. 13, были получены в момент времени переключения карманного фонаря из нормального состояния "включен" в режим уменьшенной мощности и, соответственно, отражают (1) возможное изменение напряжения сигнала управления микроконтроллера 601 карманного фонаря, показанного на фиг. 1, с течением времени, когда карманный фонарь работает в режиме уменьшенной мощности, (2) изменение напряжения сигнала, поступающего из схемы 700 управления мощностью, и, следовательно, напряжения затвор-исток MOSFET 705 в соответствии с сигналом управления микроконтроллера, и (3) изменение тока, протекающего через MOSFET 705 и, следовательно, через лампу 59 карманного фонаря, в соответствии с сигналом, поступающим из схемы управления мощностью.

По оси х на фиг. 13 представлено время в миллисекундах, и расстояние между каждой из вертикальных линий сетки, пересекающих ось х, составляет 40 миллисекунд. На оси у на фиг. 13, однако, представлены разные единицы или значения, в зависимости от которых называется сигнал или кривая.

Осциллограмма 1014 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления, поступающего с выходного вывода 604 микроконтроллера 601 при переходе карманного фонаря 10 из нормального режима "включен" в режим уменьшенной мощности. Карманный фонарь был первоначально включен с подачей сигнала управления с выходного вывода 606 на вход 707 схемы 700 управления мощностью, для относительно медленной подачи энергии на лампу 59, как описано выше. Однако после достижения лампой установившегося состояния, микроконтроллер прекратил передавать на выход сигнал управления на выходной вывод 606 и начал выводить сигнал управления с выходного вывода 604 на вход 709 схемы 700 управления мощностью. Период времени, представленный на осциллограмме на фиг. 13, представлен после такого перехода.

Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у осциллограммы 1014, составляет 2 В. Таким образом, как можно видеть на фиг. 13, перед переходом в режим уменьшенной мощности напряжение сигнала 1014 управления всегда находится в установившемся состоянии приблизительно 3 В. После перехода карманного фонаря в режим уменьшенной мощности, напряжение сигнала 1014 управления соответствовало прямоугольным импульсам. Каждый цикл прямоугольных импульсов составлял приблизительно 8 мс. В течение одной половины цикла напряжение сигнала управления составляло приблизительно 3,6 В, в то время как в течение другой половины цикла напряжение сигнала управления составляло 0 В.

Осциллограмма 1016 представляет собой осциллограмму напряжения сигнала управления после прохода через схему 700 управления мощностью через вход 709. Осциллограмма 1016 также соответствует напряжению затвор-исток MOSFET 705.

Как и для сигнала 1014, промежутки между каждой из линий сетки, пересекающих ось у, составляют 2 вольта для осциллограммы 1016. Поскольку сигнал 1014 управления проходит через участок схемы 700 управления мощностью, который имеет очень малую временную постоянную 0,1 мс, напряжение модифицированного сигнала управления, представленного кривой 1018, очень близко соответствует напряжению сигнала управления.

Осциллограмма 1018 на фиг. 13 представляет собой осциллограмму тока, протекающего через MOSFET 705 и, следовательно, через лампу 59, в результате чего обеспечивается управление напряжением затвор-исток, представленное осциллограммой 1016. Промежуток между каждой из линий сетки, пересекающих ось у, составляет 2 А для осциллограммы 1016.

На кривой 1018 можно видеть, что во время участка "включено" каждого цикла не наблюдается выброс тока. Вместо этого, ток через MOSFET 705 и лампу 59 возвращается до уровня установившегося состояния приблизительно 1 ампер каждый раз, когда сигнал 1016 переходит в высокое состояние. Это связано с тем, что в нить накала энергия не поступает только приблизительно 4 мс в каждом цикле. Это недостаточно для охлаждения нити накала лампы 59 до точки, в которой она снова действует как цепь короткого замыкания. Поскольку лампу питают с частотой приблизительно 125 Гц, человек не воспринимает мерцание лампы 59, хотя лампа 59 будет выглядеть менее яркой.

Лампа 59 выглядит менее яркой, поскольку она работает с половиной ее нормальной мощности в установившемся состоянии. Пиковая мощность карманного фонаря во время режима уменьшенной мощности является такой же, как и при работе карманного фонаря в нормальном режиме. Однако поскольку лампа получает питание только в течение половины каждого цикла во время режима уменьшенной мощности, ее средняя мощность составляет половину ее пиковой мощности. Кроме того, лампа будет потреблять только половину энергии, которую она потребляет при нормальной работе.

Следует отметить, что задний фронт каждого импульса на осциллограмме 1016 не проявляет функцию экспоненциального затухания, соответствующую временной постоянной 47 мс, как можно видеть на импульсах 1004 на фиг. 12. Это связано с тем, что конденсатор 710 не разряжается через резистор 703, когда карманный фонарь работает в режиме уменьшенной мощности. Вместо этого, когда карманный фонарь работает в режиме уменьшенной мощности, используется другая цепь заземления через микроконтроллер 601, что поддерживает временную постоянную функции затухания для входа 709 на уровне приблизительно 0,1 мс. Такая альтернативная цепь заземления необходима, если требуется обеспечить питание лампы 59 с частотой больше, чем приблизительно 10 Гц, которая представляет приблизительно предельное значение для цепи затухания через резисторы 701, 703, на основе значений сопротивления, используемых в настоящем примере, и существенно ниже частоты 125 Гц, с которой лампа 59 была фактически запитана в представленном примере.

Как лучше всего видно на фиг. 1 и 5, в предпочтительном варианте осуществления, контакты 44 и 48 заряда используются как интерфейс между зарядным модулем и пакетом 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи карманного фонаря 10. Хотя это здесь не описано, следует понимать, что гнездо зарядного модуля должно быть выполнено таким образом, чтобы обеспечивался электрический контакт с внешними контактами 44 и 48 заряда, и должно удерживать карманный фонарь 10 на месте во время заряда. Однако поскольку контакты 44 и 48 заряда продолжаются вокруг всей внешней окружности карманного фонаря 10, можно использовать зарядный модуль, имеющий простую конструкцию гнезда. Например, можно использовать конструкцию гнезда, которая позволяет устанавливать карманный фонарь 10 в зарядный модуль в любой радиальной ориентации относительно его продольной оси и которая, тем не менее, позволяет обеспечить контакт зарядного модуля с контактами заряда. Таким образом, карманный фонарь 10 не обязательно требуется прижимать в зарядном модуле так, чтобы скрытые штекеры или контакты можно было вставить в карманный фонарь и чтобы обеспечить контакт с контактами заряда зарядного модуля.

Однако поскольку контакты 44 и 46 заряда открыты снаружи, возможно короткое замыкание их металлическим объектом в руках пользователя во время работы. Для исключения срабатывания, в таких обстоятельствах, схемы 86 защиты от короткого замыкания, установленной внутри пакета 60 литий-ионной батареи, схема 800 защиты от короткого замыкания предпочтительно электрически включена между по меньшей мере одним из контактов 44, 48 заряда и пакетом 60 перезаряжаемой литий-ионной батареи.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 5, контакт 44 заряда электрически соединен со схемой 800 защиты от короткого замыкания, которая, в свою очередь, соединена с электрической цепью 402 и центральным электродом 63 пакета 60 батареи с помощью проводника 821 и сквозного отверстия 64. Контакт 48 заряда также соединен со схемой 800 защиты от короткого замыкания. Кроме того, он соединен через цилиндр 21, электропроводный элемент 72 и пружину 74 с электродом 61 кожуха пакета 60 батареи.

Хотя в настоящем варианте выполнения схема 800 защиты от короткого замыкания расположена на печатной плате 46, схема 800 защиты от короткого замыкания физически может быть установлена в любом соответствующем месте внутри карманного фонаря 10.

Схема 800 защиты от короткого замыкания во время работы образует разрыв цепи между пакетом 60 батареи и, по меньшей мере, одним из контактов 44, 48 заряда, если короткое замыкание детектируется между контактами 44 и 48 заряда. Таким образом, карманный фонарь 10 можно безопасно использовать, без опасения, что непроизвольное короткое замыкание между контактами 44, 48 заряда прервет ток из пакета 60 батареи через лампу 59 во время работы карманного фонаря.

Подробное описание одного варианта выполнения схемы 800 защиты от короткого замыкания приведено ниже со ссылкой на фиг. 9А и 9В.

Схема 800 защиты от короткого замыкания, показанная на фиг. 9А, работает, по существу, как автоматический переключатель между внешними контактами 44 заряда и пакетом 60 батареи.

Схема 800 содержит переключатель 816, которым управляют с помощью устройства 812 сравнения. В настоящем варианте выполнения переключатель 816 включен в электрическую цепь между контактами 44 заряда и положительным электродом 63 пакета 60 батареи. В частности, проводники 820 и 823 подключают одну сторону переключателя 816 к контакту 44 заряда, и проводники 821 и 824 соединяют другую сторону переключателя 816 с центральным электродом пакета 60 батареи.

Переключатель 816 в иллюстрируемом варианте выполнения представляет собой MOSFET с р-каналом, но также можно использовать другие электронные переключающие устройства. Например, транзисторы другого типа можно использовать в качестве переключателя 816, включая транзисторы с биполярным переходом и другие полевые транзисторы, такие как JFET и DE MOSFET.

Устройство 812 сравнения в соответствии с настоящим вариантом выполнения содержит компаратор напряжения. Однако операционный усилитель, микропроцессор или специализированную интегральную микросхему (ASIC) также можно использовать в качестве устройства 812 сравнения.

Один пример схемы источника питания для устройства 812 сравнения показан на фиг. 9В. Как показано на фиг. 9В, вывод Vcc устройства 812 сравнения соединен с положительным выводом пакета 60 батареи, и вывод GND (заземление) устройства 812 сравнения заземлен. Хотя это не обязательно, вывод Vcc предпочтительно соединен с положительным выводом пакета 60 батареи через диод 830 Шоттки для обеспечения основной фильтрации сигнала из батареи. Конденсатор 832, емкостью предпочтительно 0,1 мкФ, подключен параллельно к выводам Vcc и GND устройства сравнения. Сигнал батареи, фильтруемый диодом 830 Шоттки, может быть передан через дорожку 608 на вывод Vcc микроконтроллера 601 для питания микроконтроллера.

Устройство 812 сравнения сравнивает напряжение сигнала, подаваемого на вход 802, с напряжением сигнала, поступающего на вход 804. На основе такого сравнения и переходной характеристики устройства сравнения выходной сигнал подают на выход 817 для управления переключателем 816. Однако поскольку в иллюстрируемом варианте выполнения переключатель 816 представляет собой MOSFET с р-каналом, для обеспечения электропроводности переключателя 816 требуется отрицательное напряжение затвор-исток.

В настоящем варианте выполнения, если напряжение сигнала на входе 804 больше, чем напряжение на входе 802, тогда устройство 812 сравнения формирует сигнал с положительным напряжением на выходе 817, которое, по существу, равно или больше, чем напряжение, генерируемое пакетом 60 батареи в проводнике 824. В результате, MOSFET, содержащий переключатель 816, закрыт, и цепь между контактом 44 заряда и центральным электродом 63 пакета 60 батареи разомкнута. С другой стороны, если напряжение сигнала на входе 802 больше или равно напряжению сигнала на входе 804, тогда устройство 812 сравнения не выводит сигнал (или выводит сигнал 0 вольт) на выход 817. Переключатель 816 при этом открыт и проводит ток между контактом 44 заряда и центральным проводником 63 пакета 60 батареи в этих условиях, из-за отрицательного напряжения затвор-исток MOSFET.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 9А, напряжение сигнала на входе 802 соответствует падению напряжения на резисторе 811, включенном между контактом 44 заряда и электродом кожуха, или землей пакета 60 батареи. Для обеспечения полного заряда пакета 60 батареи резистор 811 предпочтительно выбирают так, чтобы его сопротивление было несколько больше, чем сопротивление резистора 810, в результате чего большее падение напряжения возникает на резисторе 811, чем на резисторе 810 во время процесса заряда. Предпочтительно резистор 811 имеет сопротивление, которое составляет более 50% и менее чем или равное приблизительно 60% комбинированного суммарного сопротивления резисторов 810, 811.

Напряжение сигнала, поступающего на вход 804, соответствует напряжению, запасенному в конденсаторе 815, которое, в свою очередь, зависит от соответствующих сопротивлений резисторов 813 и 814 в электрической цепи 819. В частности, поскольку конденсатор 815 подключен параллельно резистору 814, напряжение, запасаемое в конденсаторе 815, будет равно падению напряжения на резисторе 814. Предпочтительно резисторы 813 и 814 выбирают так, чтобы они имели равные значения, в результате чего следующий балансирующий конденсатор 815 будет иметь заряд, который соответствует приблизительно половине напряжения пакета 60 батареи.

В качестве иллюстрации, каждый резистор 810, 813 и 814 может иметь сопротивление 100 кОм, и резистор 811 может иметь сопротивление 120 кОм. Конденсатор 815 может иметь емкость 0,1 мкФ. При этих значениях напряжение сигнала на входе 804 будет составлять приблизительно половину напряжения пакета 60 батареи, после того, как конденсатор 816 будет заряжен, и будет достигнут баланс в цепи. С другой стороны, падение напряжения на резисторе 811 и, следовательно, напряжения сигнала на входе 802 будет составлять приблизительно 55% падения напряжения между контактом 44 заряда и землей.

Когда карманный фонарь 10 устанавливают в зарядный модуль, внешние контакты 44 и 48 заряда входят в контакт с соответствующими контактами заряда зарядного модуля, в результате чего энергия может поступать в пакет батареи. На основе описанной выше компоновки схемы 800 защиты от короткого замыкания, пока напряжение на контакте 44 заряда больше или равно напряжению пакета 60 батареи, определяется, что карманный фонарь 10 находится в режиме заряда, и переключатель 816 пропускает ток. Это связано с тем, что в таких обстоятельствах падение напряжения на резисторе 811 больше, чем напряжение, запасенное в конденсаторе 815. В результате, устройство 812 сравнения, которое в настоящем варианте выполнения представляет собой компаратор напряжения, будет передавать сигнал в переключатель 816, который его замыкает, обеспечивая, таким образом, возможность протекания энергии от контакта 44 заряда в пакет 60 батареи по цепям 820, 823, 824 и 821, и при этом происходит заряд пакета 60 батареи.

Кроме того, переключатель 816 в настоящем варианте выполнения будет оставаться открытым, пока карманный фонарь не будет извлечен из гнезда заряда. Это связано с тем, что контакт 44 заряда будет иметь тот же потенциал, что и центральный электрод 63, поскольку переключатель 816 открыт, и, таким образом, напряжение сигнала на входе 802 будет оставаться большим, чем напряжение сигнала на входе 804.

Однако, если контакты 44 и 48 заряда закоротить вместе, напряжение между контактом 44 заряда и землей быстро упадет до нуля вольт, так же, как и падение напряжения на резисторе 811. В ответ на это, устройство 812 сравнения детектирует, что контакт 44 заряда имеет меньшее напряжение, чем батарея, и размыкает переключатель 816, передавая сигнал, имеющий большое положительное напряжение, на переключатель 816 через выход 817. Устройство 812 сравнения отключает переключатель 816 в соответствии с детектируемым коротким замыканием быстрее, чем внутренняя схема 86 защиты от короткого замыкания может детектировать и обеспечить защиту от короткого замыкания. Поскольку внутренняя схема 86 защиты от короткого замыкания не будет переключена в таких обстоятельствах, пакет 60 батареи будет продолжать подачу энергии в лампу 59 без разрыва встроенной схемы 86 защиты от короткого замыкания.

В настоящем варианте выполнения схемы 800 защиты от короткого замыкания, когда короткое замыкание детектируется между контактами 44 и 48 заряда, переключатель 816 не откроется снова до тех пор, пока короткое замыкание не будет устранено, и падение напряжения между контактом 44 заряда и землей не станет приблизительно равным или больше, чем напряжение пакета 60 батареи. Другими словами, переключатель 816 не откроется снова до тех пор, пока карманный фонарь 10 не будет помещен в его соответствующий зарядный модуль.

Кроме карманных фонарей схема 800 защиты от короткого замыкания также предпочтительно может использоваться в других перезаряжаемых устройствах, которые имеют открытые контакты заряда. Кроме того, хотя схема 800 защиты от короткого замыкания особенно полезна при использовании в качестве источника питания портативного электронного устройства пакета перезаряжаемой литий-ионной батареи, схему 800 защиты от короткого замыкания также можно предпочтительно использовать в перезаряжаемых устройствах, питаемых от других перезаряжаемых источников энергии постоянного тока.

Хотя в приведенном выше описании были представлены различные варианты выполнения улучшенного карманного фонаря и его соответствующих компонентов, различные модификации, изменения, дополнительные варианты выполнения и альтернативные материалы могут рассматриваться специалистами в данной области техники и могут использоваться при выполнении различных аспектов настоящего изобретения. Например, описанные здесь схему управления мощностью и схему защиты от короткого замыкания можно использовать в карманном фонаре вместе, или они могут использоваться по отдельности. Кроме того, схема защиты от короткого замыкания может использоваться в перезаряжаемых электронных устройствах, кроме карманных фонарей. Таким образом, очевидно, следует понимать, что настоящее описание выполнено только для примера, а не для ограничения объема заявленного изобретения, в том виде, как оно заявлено ниже.