CN103404969A - 电子烟装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子烟装置，包括：可挥发烟雾源、将烟雾源加热产生烟雾的电子加热器和所述电子加热器的供电电源的控制器；其中，所述控制器被设置为在加热操作开始时控制所述供电电源向所述电子加热器提供启动供电，并在烟雾源已经达到挥发状态或接近挥发状态时将所述供电电源输出降低至运行供电水平。

Description

电子烟装置
技术领域
本发明涉及电子烟装置，尤其涉及一种包括供电电源控制器的电子烟装置。
背景技术
目前，电子烟装置是传统的烟草燃烧吸烟装置的替代品。电子烟装置一般包括烟雾源、将烟雾源加热以产生类似烟草燃烧烟雾的雾状物质的电子加热器，该雾状物质被使用者吸入以模拟传统吸烟效果。通常，烟雾源包括丙烯乙二醇-或甘油-、聚乙烯乙二醇-基的液态混合物。电子香烟，或称为E-香烟或E-烟，是电子烟装置中的一种。
发明内容
为解决现有技术中电子烟装置的供电问题，本发明提供了一种电子烟装置。
一方面，本发明实施例公开了一种电子烟装置，包括：可挥发烟雾源、将烟雾源加热产生烟雾的电子加热器和所述电子加热器的供电电源的控制器；其中，所述控制器被设置为在加热操作开始时控制所述供电电源向所述电子加热器提供启动供电，并在烟雾源已经达到挥发状态或接近挥发状态时将所述供电电源输出降低至运行供电功率水平。
其中，所述运行供电功率依据预先确定的烟雾量产生速度设置以保持烟雾量的产生速度。
所述装置还包括吸气传感器用于检测吸气量，所述控制器被设置为依据所述吸气量改变所述电子加热器的供电功率。
所述启动供电功率水平比所述运行供电功率水平高出30%、40%或50%。
所述启动供电的持续时间短于1秒、0.8秒或0.6秒。
另一方面，本发明实施例还提供了一种电子烟装置，包括可挥发烟雾源、检测吸气量的吸气传感器、将烟雾源加热产生烟雾的电子加热器和所述电子加热器的供电电源的控制器；其中，所述控制器被设置为依据所述吸气量改变所述电子加热器的供电。
所述控制器依据检测到的吸气量的增加情况增加对所述加热器的供电功率以便提高烟雾量的产生速度。
所述控制器依据检测到的吸气量的减少情况降低对所述加热器的供电功率以便降低烟雾量的产生速度。
所述控制器在烟雾源已经到达挥发状态或接近挥发状态后将所述供电功率输出降低至运行供电功率水平。
所述控制器被设置为当检测到吸入量低于激活阈值时停止向所述加热器供电。
根据烟雾源的温度确定所述烟雾源是否已经到达挥发状态或接近挥发状态。
所述控制器根据吸入量设置运行供电功率。
所述控制器被设置为按照多个离散的运行供电功率水平控制所述加热器的供电，根据瞬时检测到的吸入量确定向所述加热器供电的所述离散的运行供电功率水平。
所述电子烟装置还包括电容式气流传感器，所述电容式气流传感器也用于检测吸入量，所述控制被设置为根据所述电容式气流传感器中的电容的电容值或电容变动值确定所述电容式气流传感器处的吸入量。
所述控制器用于当在经过启动后所述烟雾源已经被加热至或接近挥发温度时降低所述加热器的供电功率。
所述电子烟装置还包括温度传感器以检测或估计烟雾源的温度，所述控制器被设置为当所述烟雾源达到烟雾产生温度时降低加热器的供电功率
采用本发明实施例公开的电子烟装置，具有可以控制加热器加热的控制器，通过控制器的控制可以实现加热器加热烟雾源时，既能具有较短的延迟时间又可以获得适当的烟雾产生速度。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1是本发明实施例中的电子香烟的一个具体组成示意图；
图2是本发明实施例中具有锂电池的电子香烟的电池输出电压与时间关系的示意图；
图3是在图2的基础上增加了电池输出到加热器的功率与时间关系曲线的示意图；
图4是本发明实施例中的电子香烟的供电电源被设置为向加热器输出恒定电压值的示意图；
图5是本发明实施例中在第一种情况的烟液温度与时间关系曲线，烟雾产生速度与时间关系曲线，以及二者与第一种情况的加热延迟时间和第一种情况的运行状态烟雾产生速度的关系示意图；
图6是本发明实施例中在第二种情况的烟液温度与时间关系曲线，烟雾产生速度与时间关系曲线，以及二者与在第二种情况的加热延迟时间和在第二种情况的运行状态烟雾产生速度的关系示意图；
图7a是根据本发明实施例中的供电控制的电池向加热器的供电与时间的关系图；
图7b是烟液温度变化与时间的关系示意图；
图7c是烟雾产生速度变化与时间的关系示意图；
图8是本发明实施中模拟如图1所示的电子香烟中的含雾化器的烟液嘴的等效电路图；
图9是本发明实施例中的供电电源的控制方案的示意图；
图10是本发明实施例中的电子香烟工作期间的温度估计曲线示意图；
图11a是本发明实施例中气流传感器处检测到的吸入量随时间的变化；
图11b是本发明实施例中吸入量和供电输出到加热器与时间的关系；
图11c是图10中所示的曲线。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的电子香烟包括：长条形组件，该长条形组件具有类似过滤嘴香烟的形状和外观。该长条形组件包括烟嘴、烟体，以纵向形式组成长条形组件。该烟嘴包括管状体，该管状体上设置有电子香烟的吸入端。该吸入端为在使用时与使用者的嘴接触的部分。烟嘴的尾端，即烟嘴有别于吸入端的另一端，具有气流通孔，使得吸入端和烟体之间的空气可以流通。吸烟效果产生器包括被设置在烟嘴中的烟雾发出端。在烟嘴的吸入端设置有吸入孔，吸烟效果产生器产生的烟雾可以从吸入孔被使用者吸入。吸烟效果产生器被设置在烟嘴的纵向的另一端，即吸入孔的末端，烟雾发出端处于吸入孔的对面。
典型的吸烟效果产生装置包括液体容器，该液体容器用于容纳液体和安装好的电子可控的加热器；和/或雾化器，该雾化器用于引起液体的挥发或雾化以产生类似烟雾的混合物。上述的液体可以是烟草味的液体、包括尼古丁的液体或其他可产生香烟效果的液体，具体可以根据使用者的个人喜好设置。上述液体一般在挥发或雾化时会使得吸烟者产生吸烟的感觉。这种液体通常是丙烯乙二醇-或甘油-、聚乙烯乙二醇-基物质。在一个具体实施例中，如图1所示的吸烟效果产生器可为含雾化器的烟液嘴。含雾化器的烟液嘴包括具有香烟效果的液体，以及设置有雾化器的金属嘴，该雾化器可以使液体挥发或雾化。
烟体包括空的管状体，在该管状体的纵向末端具有第一孔端和第二孔端。第一孔端与吸烟效果产生器附有导电连接，该第一孔端通过螺纹连接与烟嘴连接，使得烟体与烟嘴连接，并且使得带螺纹连接的烟体也可以与烟嘴分开。第二孔端位于与第一孔端相对的另一端，并更远离电子烟的吸入端。为电子烟供电的电池被设置在空管状体中，邻近第一孔端的位置。电池末端与第一孔端连接以便其与烟嘴部分进行导电连接。电池的形状和位置被设置为当使用者在烟嘴处吸气时，空气可以通过第二孔端、流过电池、到达第一孔端，然后流入到烟嘴。为使得空气可以平缓的流过电池，电池的横截面应小于长条形主体的内侧间隙。在长条形主体内侧设置纵向气流导引结构以便引导气流更平缓的通过电池外侧与长条形组件内侧之间的空间。
吸入传感器装置被设置在空的长条形组件内，并接近烟体的纵向且邻近第二孔端的位置。吸入传感器装置包括印刷电路板，在该印刷电路板上设置有发光二极管（light emitting diode，LED）、微处理器和气流传感器。该气流传感器包括一对气流检测面板，该气流检测面板被设置为检测烟嘴处的当前的吸气和吸气量（或称吸气功率）。该微处理器与气流传感器连接，测量气流检测面板的相对位移或变形的范围，以便确定气流传感器的电气性质（比如瞬时电容值或电容值的变化）以及气流的方向和吸气量。该LED和微处理都由电池供电。LED的发光面背向烟嘴，当吸烟效果产生器工作时发红光以模拟烟草燃烧的视觉效果。
在使用时，使用者在吸气端吸气将会在烟嘴内产生低压区。由于烟体和烟嘴相互形成了一个气流管道，该低压区将会引起外界气体通过第二孔端流入烟体。通过第二孔端流入的气流将会引起气流传感器面板的瞬时相关位移或变形。该气流传感器面板的瞬时相关位移或变形、或变形的变化和移动将会被微处理器转换为反映气流方向和吸气量的数据。当检测出的气流方向显示为吸气，且吸气量达到预先定义的阈值时，微处理器触发电池向含雾化器的烟液嘴的加热器供电，以便引起含雾化器的烟液嘴中香烟味道的液体挥发，这样香烟味道的烟雾将通过烟嘴吸入到使用者口鼻中。
由于在挥发效果发生前含雾化器的烟液嘴中的液体需要一段时间的加热，那么在使用者吸气动作和香烟味道的烟雾到达使用者之间有一段显著的时间延迟。该延迟时间取决于热容量和含雾化器的烟液嘴的瞬时温度。该加热延迟时间也被称为加热延迟。有时，延迟时间可以与吸气周期时间一样长，该周期时间是指吸气动作开始到结束的时间，这会使得电子烟吸烟过程变成一个奇怪和不现实的体验。
在本发明实施例中提供了用于控制含雾化器的烟液嘴的加热器的简单或直接电阻加热的方案，在一个具体实施例中该加热器的内部电阻为3欧姆，加热延迟会随着电子烟的使用恶化或增加，因为电池的电压，特别是锂电池的电压会随时间降低。如图2所示，额定电压为4.2伏的电池，其终端电压会逐渐降低至3.2伏。这样，电池的输出功率则会如图2所示的迅速的降低，功率和电压的关系为：
Figure BDA00003526924900061
其中，Rout＝3Ω。这样，则会增加加热延迟，而在含雾化器的烟液嘴已经加热后及在工作过程中烟雾产生速度则会降低。
一种缓解加热延迟时间的延迟和工作状态变差的解决方案是对加热器提供恒定或大致恒定电压。恒定或大致恒定电压可以，例如，通过对电池输出电压的PWM（Pulse Width Modulated，脉冲宽度调节）驱动来实现，如图4所示。恒定电压供应可能意味着较短的加热延迟时间，如图5所示，当含雾化器的烟液嘴已经被加热后，在工作过程中的烟雾产生速度过快意味着烟雾产生速度过高或过度。另一方面，对于一个普通使用者而言，若恒定电压供应使得烟雾产生速度为20立方厘米/秒，则加热延迟时间将会过长。这样，采用该恒定电压供电则会产生一个两难的局面，即如图5所示的短的延迟时间（如0.3秒）但是其相应的烟雾量产生速度则过快（如50立方厘米/秒），而如图6所示的其烟雾量产生速度适中（如20立方厘米/秒）但是相应的会具有较长的延迟时间（如1.2秒）。
以下描述的是本发明实施例中的电子烟的灵活的供电控制方案。
一方面，灵活的供电控制方案包括：控制加热器的供电的微处理器，该微处理器在进行供电控制时，在电子烟检测到吸气开始工作的初始阶段进行供电；当含雾化器的烟液嘴或雾化器被设置为烟雾产生状态后，向加热器提供减低功率的供电。
如图7所示，为本发明实施例中的灵活供电控制方案中的一种，其中，初始工作时向加热器提供功率为5W时长为0.3秒的电源供应。该电源供应可以使含雾化器的烟液嘴中的烟液的温度在0.3～0.5秒左右从环境温度25℃升高到沸腾温度250℃，然后，该加热器的电源供应将会降低到3W这样将使烟雾量产生速度稳定到一个适于普通电子烟使用者在电子烟正常运行时使用的烟雾量产生速度（如，20立方厘米/秒）。5W的初始激励功率比运行功率3W高出66%，该初始激励功率可以提供有效功率供应以使得加热延迟时间较合适同时又保持适当的烟雾产生速度。
在本发明实施例中还公开了一种灵活的供电功率控制方案，该方案可以用于如图1所示的电子烟中，在该电子烟中的气流传感器为电容式气流传感器，其包括可移动或可变形的由导电材料组成的检测面板或薄膜。如表1所示，为气流传感器的电容与烟嘴处由于吸气所引起的瞬时气流压力的变量关系。
表1：
传感器压力（单位：帕斯卡） 电容值变化百分比
100 0.4%
400 1.6%
800 3.2%
1200 6.4%
1600 9.6%
该微处理器作为分析器集成电路（Integrated Circuit，IC）时，可以测量或检测气流传感器的电容值变化，该电容值变化是由于上述的导电检测面板或薄膜由于吸入的气流影响下产生变形或位移。为了减轻其他因素的影响，可将微处理器设置为可检测吸气量是否达到一个预设的吸气量阈值。当吸气量到达一个预设的吸气量阈值时，微处理器将会启动电子烟，将含雾化器的烟液嘴中的烟液雾化，这样类似香烟气味的烟雾才可以按照吸气方向流动到使用者口中。
当使用者在电子烟的吸气端吸气时，空气将会通过第二孔端吸入到电子烟中。吸入的气流会改变气流传感器处的气压，进而改变传感器的电容值。当吸入量达到预先设定的吸入量阈值时，微处理器将会启动加热器向工作中的含雾化器的烟液嘴提供初始激励功率。同时，LED会被点亮以便指示电子烟处于工作状态。如图7所示，初始功率为5W，而将含雾化器的烟液嘴中的液体加热到沸点的时间大约为0.3秒。
如图8所示，本发明实施例中还提供了类似含雾化器的烟液嘴的电路模型用以确定或估计含雾化器的烟液嘴中的烟液的瞬时温度，使微处理器可根据烟液的瞬时温度调整加热器的供电功率。该电路包括依次连接的第一电阻（Rθx）和第二电阻（Rθy）。第一电阻上游端未与第二电阻连接,但与供电电源输出端连接，而第二电阻下游端未与第一电阻连接,但与含雾化器的烟液嘴的外壳连接。该电路还包括第一电容（Cy），该第一电容的一端连接在第一电阻和第二电阻之间，另一端连接到含雾化器的烟液嘴的外壳上；以及第二电容（Cx），该第二电容的一端与第一电阻的上游端连接，另一端连接到含雾化器的烟液嘴的外壳上。
如图8所示的等效电路，其中的符号意思如下表所示。
Figure BDA00003526924900091
如图9所示，含雾化器的烟液嘴的电源功率供应可以依据含雾化器的烟液嘴中的液体的瞬时温度和液体的温度变化进行控制，温度变化可以采用下式进行估计：
P O = V O 2 R O
T X + 1 = T X + P O - T X - T Y R θx C x Δt
T Y + 1 = T Y + T A - T Y R θy C y Δt
其中，PO为输出到加热器的瞬时功率，VO是输出电压，RO是加热器的总电阻，Δt是加热时间。在某一具体实施例中可将TA设置为25℃。
如图10所示，当微处理器检测到气流传感器处的吸入压力达到阈值时，微处理器通过从电池向加热器提供初始激励或冲击功率来启动加热器。该包括初始激励或冲击周期的启动过程将会使烟液迅速的达到其沸点。当达到沸点时，烟液的温度将不会继续上升，而微处理器将会降低电源供应至运行功率水平，以使烟雾量产生速度被保持到运行水平。当使用者停止吸气时，微处理器将检测到在气流传感器处的气压变化，当微处理器检测到气压降低时则意味着吸烟过程停止，则其相应地停止加热器的电源供应。当上述过程发生时，烟液的温度下降，如图10的第三时间段所示。当使用者又开始吸气时，如图10的第四时间段所示，微处理器又开始向加热器提供初始激励功率，由于烟液此时的温度高于环境温度这样可使得烟液在较短延迟时间内达到沸点。
在本发明的具体实施例中的电子吸烟装置，在其灵活的功率供应方案中，烟雾量产生速率实质上由或依赖于该装置的吸入端的吸入量确定。在一个具体实施例中，控制器或微处理器可以对加热器进行控制，这样用于加热烟雾源的加热器的功率供应则由该装置的吸入端的瞬时吸入量确定。
如图7和11中公开了本发明实施例中的电子吸烟装置使用的一种灵活的功率供应方案。如图7a和7c所示，在烟雾源达到烟雾产生状态时，加热器的功率供应（PO）从5W的初始功率降低到3W的运行功率。当电子香烟在运行状态（此时供电功率为运行功率）几秒钟后，在吸入端检测到增加的吸入量意味着重吸的动作。当吸入传感器检测到电容值的大幅变化时微处理器即检测到该重吸的动作。当微处理器检测到吸入量的增加时，微处理器将会增加烟雾源的加热器的供电功率，如图7a中的曲线的最右部分中的三角形的上升沿所示。该供电功率的增加将会引起烟雾量产生速度的加快，如图7c中三角形的上升沿所示。当已经达到吸入量水平的最大值时，吸入量将会逐渐降低，相应的微处理器将会检测到一个类似的降低，此时逐渐减低供电功率使得烟雾量产生速度按照吸气量降低的比例降低。该烟雾量产生速度降低曲线则如图VPRATE中的三角形的下降沿所示。
在本发明的另一具体实施例中，在微处理器的控制下，按照吸入量的变化为加热器提供多种离散的供电功率水平，如图11所示。在如图11所示的示例中，采用了相同的吸入电容式传感器，但是设置了如表2所示的多个吸入功率水平。
表2：
Figure BDA00003526924900111
如图11和表2所示，设置了四个吸入量水平（S1、S2、S3、S4）。如表2所示，该吸入量水平与压力水平有关，以及与吸入传感器的电容值变化百分比有关。如图11b所示，在电子吸烟装置运行启动时向加热器提供激励功率。当烟雾源开始产生烟雾且吸入量达到S1到S2水平之间时，该供电功率将会从该激励功率水平下降到第一运行功率水平（为1.5W）。当吸入量增加到S2到S3水平之间时，将功率输出设置到第二运行功率水平（为2.5W）。当吸入量进一步增加到S3到S4水平之间（图中未示）时，将功率输出设置到第三运行功率水平（为3.5W）。当没有检测到吸入量时，则将向加热器输出的供电功率降低至零，如图11b中所示的OFF段。当使用者再次吸气时，将再次产生激励功率，如图11b中所示的第二个功率波峰。在该时间段加热器开始再次加热，烟液的温度高于环境温度使该激励功率的波峰的持续时间（或者说宽度）比第一功率波峰短，。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。如，当在一个具体实施例中使用含雾化器的烟液嘴时，不失一般性的，其也可以由包括加热物料并填充烟液的雾化器或盒替代。进一步的，上述实施例中描述的灵活的电源供电方案可以独立使用也可以进行组合，具体可以依据使用者的需要制定。在上述实施例中的描述了四个吸入量水平和四个离散的供电供应水平，但是应当理解，上述的多个水平仅仅是一种示例，并不能因此限制本发明。同时，为了描述简便，上述描述的烟嘴和电子烟体之间为可拆分的部件，而在其他实施例中该烟嘴与烟体之间也可以是不可拆分。也可以采用类似的装置进行温度估计，例如，也可以用热传感器检测烟液的温度。

Claims (12)

1.一种电子烟装置，包括：可挥发烟雾源、将烟雾源加热产生烟雾的电子加热器和所述电子加热器的供电电源的控制器；其中，所述控制器被设置为在加热操作开始时控制所述供电电源向所述电子加热器提供启动供电，并在烟雾源已经达到挥发状态或接近挥发状态时将所述供电电源输出降低至运行供电功率水平。
2.如权利要求1所述的电子烟装置，其特征在于，所述运行供电功率依据预先确定的烟雾量产生速度设置以保持烟雾量的产生速度。
3.如权利要求2所述的电子烟装置，其特征在于，所述装置还包括吸气传感器用于检测吸气量，所述控制器被设置为依据所述吸气量改变所述电子加热器的供电功率。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电子烟装置，其特征在于，所述启动供电功率水平比所述运行供电功率水平高出30%、40%或50%；
或/和，所述启动供电的持续时间短于1秒、0.8秒或0.6秒。
5.一种电子烟装置，包括可挥发烟雾源、检测吸气量的吸气传感器、将烟雾源加热产生烟雾的电子加热器和所述电子加热器的供电电源的控制器；其中，所述控制器被设置为依据所述吸气量改变所述电子加热器的供电。
6.如权利要求5所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器依据检测到的吸气量的增加情况增加对所述加热器的供电功率以便提高烟雾量的产生速度；
或/和，所述控制器依据检测到的吸气量的减少情况降低对所述加热器的供电功率以便降低烟雾量的产生速度。
7.如权利要求要求5所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器在烟雾源已经到达挥发状态或接近挥发状态后将所述供电功率输出降低至运行供电功率水平。
8.如权利要求5至7中任一项所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器被设置为当检测到吸入量低于激活阈值时停止向所述加热器供电；
或/和，所述控制器根据烟雾源的温度确定所述烟雾源是否已经到达挥发状态或接近挥发状态；
9.如权利要求8所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器根据吸入量设置运行供电功率。
10.如权利要求9所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器被设置为按照多个离散的运行供电功率水平控制所述加热器的供电，根据瞬时检测到的吸入量确定向所述加热器供电的所述离散的运行供电功率水平。
11.如权利要求8所述的电子烟装置，其特征在于，所述电子烟装置还包括电容式气流传感器，所述电容式气流传感器也用于检测吸入量，所述控制被设置为根据所述电容式气流传感器中的电容的电容值或电容变动值确定所述电容式气流传感器处的吸入量；
或/和，所述电子烟装置还包括温度传感器以检测或估计烟雾源的温度，所述控制器被设置为当所述烟雾源达到烟雾产生温度时降低加热器的供电功率。
12.如权利要求8所述的电子烟装置，其特征在于，所述控制器用于当在经过启动后所述烟雾源已经被加热至或接近挥发温度时降低所述加热器的供电功率。
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C53 Correction of patent of invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: 528000, Guangdong City, Foshan Province Nanhai District lion Town, Luo village, Guangdong new light industry base, core area, A area 7, fourth, 404 units

Applicant after: Foshan New Core Microelectronic Co., Ltd.

Address before: 528000 B5-13, National Torch Innovation and Pioneer Park, Jihua Road, Chancheng District, Foshan, Guangdong two, China

Applicant before: Foshan New Core Microelectronic Co., Ltd.

C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20131127