CN106339026B - 电子烟加热功率稳定控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子烟加热功率稳定控制电路，包括电子烟加热功率控制电路和电子烟加热器件。所述电子烟加热功率控制电路中设置电压电流双环控制的电子烟加热功率稳定电路，包括电压反馈控制电路和电流反馈控制电路。本发明加热功率通过电压和电流的双环反馈控制，控制工作电路实现即时响应、输出精确。当加热器件电阻随着温度升高而升高导致功率变化时，不仅可以通过电压反馈进行控制,还可以通过精密及时的电流反馈进行控制，同时可以通过电流反馈实现过流及短路的瞬态保护，驱动保护装置切断电源，以保护整个电路和加热器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种日常生活领域的加热功率稳定控制电路，特别涉及一种使用电压电流双环控制的电子烟的雾化加热功率的稳定电路。
背景技术
随着社会发展和人类进步，烟草作为对人体有害的消费品逐渐被具有相同功能的健康物品所取代。如最近兴起的电子烟产品，这种产品是通过高科技手段雾化含有尼古丁等化学物质的液体产生烟雾，实现吸烟目的。同时也可以通过使用不同的化学物质，达到协助戒烟的目的。它不仅有利于吸烟者的身心健康，同时也有利于环境保护，节约社会资源。因而这种产品很受广大“烟民”的喜爱，在市场上有很大的利润空间。
目前市场流行的电子烟产品，一般都是通过电加热的方法将含有尼古丁的电子烟液雾化，人们通过一定的装置吸食已经雾化的电子烟液，进而达到吸烟的目的。由于这种所谓的烟完全不含固体颗粒，其实仅仅是一种雾，因而对人身体和环境的影响是很小的。
目前电子烟的雾化装置一般都采用电阻丝通电发热，用电阻丝的热量去雾化电子烟液，由于雾化一定量的电子烟液需要产生一个瞬时较高的雾化温度，比如一般电子烟液雾化温度要求达到180-350摄氏度之间。
为了适应不同温度的电子烟液的雾化温度需求，可以根据不同温度需求设定不同的加热功率，因而需要随时调整电子烟的加热功率，同时由于使用电子烟的人群中的吸烟喜好不同，有人喜欢大口吸食，有人喜欢小口吸食，因而也需要对电子烟加热的功率进行必要的调整。
采取一定的方式调整电子烟所需要的功率时，一般就确定了电子烟工作在一定的电压、电流及波形的参数条件，此时就要求电子加热功率是稳定，不会随着温度的升高而产生较大的参数漂移现象。比如电热丝的电阻率会随着温度升高而增大，必然会引起电阻阻值的变化，进而会影响到电流和电压等参数的变化，这种变化也会直接影响到加热功率漂移，造成加热功率不稳定，更有甚者，当漂移达到一定程度时则也可能导致器件损坏，产生破坏性结果。
目前电子烟产品控制电路只采用了电压反馈控制以达到输出功率的恒定和调节，即在负载两端并联采样电阻电路，将预设输出电压值通过比例分压反馈给控制端，当实际输出超过或低于预设值，则控制端通过采样回馈电压的变化调整开关占空比，以达到输出趋近于预设值。电压负反馈存在响应速度慢，受制于采样器件精度等因素，会出现失控，致使输出误差或变化太大，使使用者体验不好甚至在工作过程中出现烧焦的现象，可靠性相对较差。
本发明针对上述现有技术缺陷，发明了一种电压电流双控模式的电子烟加热功率稳定电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子烟加热功率稳定控制电路。其旨在保持电子烟加热和功率稳定在某一确定的范围内。
本发明的电子烟加热功率稳定控制电路，包括电子烟加热功率控制电路和电子烟加热器件。所述电子烟加热功率控制电路中设置电压电流双环控制的电子烟加热功率稳定电路，所述电压电流双环控制的电子烟加热功率稳定电路包括电压反馈控制电路和电流反馈控制电路。
所述电压反馈控制电路采样端连接到电子烟加热器件两端，采集加热器件电压降信号，电压反馈控制电路输出端连接电子烟加热功率控制输入端。
所述电压反馈的采样器件为采样电阻。
所述电流反馈控制采样端连接到电子烟加热器件，采样器件串联到加热地回路中，采样器件引出的电压降信号经放大处理后至电流反馈控制端及保护开关控制端。电流流经采样器件产生电压降信号经放大处理后至反馈控制端及保护控制端。
所述电流采样器件为精密电流采样电阻，采样信号精密电流采样为电阻两端电压降。当加热器件为0.1-3欧姆的电阻加热丝时，可以使用1-5毫欧姆的精密锰铜电阻。
所述采样器件引出的电压降信号经过运算放大器放大后分为两路，其中一路用于反馈到电流反馈控制端，另一路连接电路过流及短路保护控制端
本发明的控制电路除了可以控制调整电子烟加热功率为不同档次的功率需求以外，还可以将每一档的加热功率通过电压和电流的双环反馈控制，控制在一个相对稳定的范围内。当加热器件电阻随着温度升高而升高导致功率变化时，不仅可以通过电压反馈进行控制，还可以通过精密及时的电流反馈进行控制，当电路电流突变引起过流或短路时，还可以驱动保护装置切断电源，以保护整个电路和加热器件。
附图说明
图1是本发明的电子烟加热功率控制电路方框图；
图2是本发明的电子烟加热功率控制电气原理图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作出详细说明。
如图1所示，是本发明的电子烟加热功率控制电路，其中图中MCU为控制电路的核心CPU芯片，采用STM32L芯片。MCU供电电路连接至MCU和电池，可以通过MCU控制为电池充电和电池的放电。电池输出经MCU控制升降压电路来为负载加热器件供电，通过MCU调整控制的升降压来控制加热功率。
电压控制环路是这样的，电压采样电路并联到负载电路上，用于采集负载两端电压降的变化，进而反馈回MCU，用于实现电压反馈控制。
电流控制环路是这样的，电流采样电路采集负载电流信号，采集的负载电流信号分为两路，其中一路用于电流反馈控制，另一路作为过流及短路保护。
上述的电路连接后，电池通过MCU控制的升降压电路向负载加热器件提供加热电压，保证加热器件之电阻丝一个预设的工作电压。可以根据加热功率的需求调整MCU输出给负载的电压。
图1中电压反馈控制电路是从电阻分压网络采样来表示加热负载两端的电压降变化的，由于负载在加热过程中电阻阻值的变化，会引起负载两端压降的变化，进而造成加热功率漂移现象，产生加热温度不稳定的后果。该电路可以感知该电压降的变化，进而通过反馈到MCU的控制输入端来调整电池输出给负载的电压来调整功率和温度。
但是，由于单纯的电压环路控制的电压降的信号采集只有在负载阻值发生变化后，才体现在电压降的变化上，因而存在一个滞后过程，往往在电压降发生变化时，加热功率已将发生了严重的漂移。
因而，本发明在电压控制的基础上增加了电流反馈控制电路，如图2所示，电流反馈控制电路包括电流采样器件，采样电流放大电路，电流反馈电路以及过流保护电路。其中电流反馈控制电路中的采样器件将采样电流信号转化为电压降信号，该电压降信号经过放大电路放大后分为两路，其中一路反馈回CPU的电流控制端，另一路经由运放处理后与设定参考电压比较，当电路出现过流或短路时产生保护信号，切断功率输出，确保电路安全可靠。
具体地，所述精密电流采样电阻的输入端通过电阻R1连接至运算放大器UIB的同向输入端，运算放大器UIB的同向输入端还通过R4接地，运算放大器UIB的反向输入端通过电阻R2连接至精密电流采样电阻的输出端，运算放大器UIB的输出端通过电阻R6连接MCU，运算放大器UIB的输出端还通过电阻R3连接运算放大器UIB的反向输入端；
运算放大器UIB的输出端通过电阻R5连接比较器UIA的反向输入端，比较器UIA的同向输入端连接电流基准参考电压VREF，比较器UIA的反向输入端通过电阻R7连接比较器UIA的输出端，比较器UIA的输出端通过晶体管Q1连接MCU。
如图2所示，为本发明的实施例，其中实施例设定负载的加热功率为40瓦，预定控制加热功率范围为±0.5瓦时。控制电路采用的控制芯片MCU为STM32L单片机，加热电阻采用0.1-3.5欧姆的镍铬合金材料的电阻丝，电压采样电阻RA采用精度为0.5％的精密电阻，电压采样信号通过阻抗匹配网络连接至MCU的控制输入端。
采用精密电流采样电阻锰铜合金电阻作为电流采样电阻RS，阻值为在1-5毫欧姆之间，串联在负载电路中，采样电阻两端检测的电压降信号经过运算放大器U1B放大后，分成两路，其中一路通过电阻R6连接至控制CPU的电流反馈输入端用以调整输出功率，降低或者提升负载温度。另一路通过电阻R5输入比较器U1A中，与CPU设定的电流参考基准电压Vref进行比较，输出比较结果以确定负载运行状况，当电路出现过流或短路时，通过功率晶体管Q1及时切断功率输出，保护负载和电路的运行安全。
由于在稳定控制电路中增加了电流环反馈控制，因此可以实现加热功率的微调可以随时进行，克服了电压反馈调整的滞后性及不稳定性。
Claims (6)
1.一种电子烟加热功率稳定控制电路，包括电子烟加热功率控制电路和电子烟加热器件，其特征在于：所述电子烟加热功率控制电路中设置电压电流双环控制的电子烟加热功率稳定电路，所述电压电流双环控制的电子烟加热功率稳定电路包括电压反馈控制电路和电流反馈控制电路；
所述电压反馈控制电路采样端连接到电子烟加热器件两端，采集加热器件电压降信号，电压反馈控制电路输出端连接MCU；
所述电流反馈控制采样端连接到电子烟加热器件，采样器件串联到加热地回路中，采样器件引出的电压降信号经放大处理后至电流反馈控制端及保护开关控制端；所述电流采样器件为精密电流采样电阻，采样信号为精密电流采样电阻两端的电压降，所述采样器件引出的电压降信号经过运算放大器放大后分为两路，其中一路连接到电流反馈控制端，另一路连接到过流、短路保护控制端；
其中，所述精密电流采样电阻的输入端通过电阻R1连接至运算放大器UIB的同向输入端，运算放大器UIB的同向输入端还通过R4接地，运算放大器UIB的反向输入端通过电阻R2连接至精密电流采样电阻的输出端，运算放大器UIB的输出端通过电阻R6连接MCU，运算放大器UIB的输出端还通过电阻R3连接运算放大器UIB的反向输入端；
运算放大器UIB的输出端通过电阻R5连接比较器UIA的反向输入端，比较器UIA的同向输入端连接电流基准参考电压VREF，比较器UIA的反向输入端通过电阻R7连接比较器UIA的输出端，比较器UIA的输出端通过晶体管Q1连接MCU。
2.根据权利要求1所述的电子烟加热功率稳定控制电路，其特征在于：所述电压反馈控制电路输出端连接电子烟加热功率控制输入端。
3.根据权利要求2所述的电子烟加热功率稳定控制电路，其特征在于：所述电压反馈的采样端为采样电阻。
4.根据权利要求1、2或3所述的电子烟加热功率稳定控制电路，其特征在于：所述电流采样器件为精密电流采样电阻，采样信号为精密电流采样电阻两端的电压降。
5.根据权利要求4所述的电子烟加热功率稳定控制电路，其特征在于：所述电子烟加热器件为0.1-3.5欧姆的电阻加热丝，精密电流采样电阻采用1-5毫欧姆的精密电阻。
6.根据权利要求5所述的电子烟加热功率稳定控制电路，其特征在于：所述精密电流采样电阻为锰铜精密电阻。
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