CN109393573A - 新型电子烟控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型电子烟控制系统，包括直流电源、MCU、开关控制模块、反向隔离模块、电容，电容与开关控制模块并联；本发明采用由直流电源、开关控制模块、MCU、反向隔离模块集成的控制系统，既能减少MCU与开关控制模块之间的连接线数量，又可以直接为MCU提供等同于电压信号的输入，使得MCU无需额外添加比较器即可直接检测到相应压差；并且由于开关控制模块无需内置恒流源，而仅需通过气流检测开关的断开或闭合控制开关控制模块的VDD端和SN端之间的通断即可，从而优化了开关控制模块的设计；该系统的开关控制模块与MCU的连接线减少为两根，可采用更小的封装方式，减小了整块PCB的面积，有效的降低了成本，具有极高的市场推广价值。

Description

新型电子烟控制系统

技术领域

本发明涉及一种电子烟，尤其涉及一种新型电子烟控制系统。

背景技术

目前，电子烟控制系统中的开关控制与MCU的连接线主要存在如下两种方式：第一种方式如图1所示，直流电源如可充电锂电池或蓄电池的正极、负极分别与MCU、开关控制模块的VDD端与GND端相连，同时为MCU和开关控制模块供电；直流电源的两端连接滤波电容C，滤波电容C仅具有滤波功能；开关控制模块内置恒流源，开关控制模块的输出信号连接到MCU的GATE端，气流检测开关连接在开关控制模块上；当开关控制模块检测到使用者执行吸烟动作时，气流检测开关闭合，开关控制模块中内置的恒流源产生电流信号发送到MCU的GATE端，MCU接收到此信号后，MCU驱动电子烟的雾化器雾化产生烟雾。该控制方式的主要弊端具体在于：开关控制模块与MCU之间的连接线为3根，使得设计者被迫使用体积较大的封装，但是在拟真电子烟设计中，开关控制模块及其控制电路的实际可放置区域较小，使用大封装的IC以及较多的走线会增加设计制造难度。

第二种方式如图2所示，通过对电路中增加一个定值电阻R1，使得在电路连通时，MCU的GND端和GATE端产生恒定的压差，MCU通过检测该压差控制电路；滤波电容C也仅具有滤波功能。虽然该方式的电路相对于图1的电路减少了开关控制模块与MCU模块之间的一根连接线，使得开关控制得以缩小体积，使用更小的封装，同时减少电路的走线，但是其存在一项主要的弊端，由于MCU和开关控制模块由同一直流电源供电，为了保证两者都可以同时工作，直流电源经过定值电阻R1时产生的压降不能过大否则开关控制模块的VDD端可能欠压，而MCU正是检测该压差进行工作；电子烟中的MCU为相对简单的单片机，这种相对简单的单片机对于压差的检测通常局限为0-1检测，即只能检测直流电源电压值的通断，因此若要直接检测到MCU的GATE端和GND端的压差，需要保证MCU的GATE端的电压值，即定值电阻R1上的压降等于直流电源的电压值，但是这样会导致开关控制模块的VDD端和GND端之间的电势相等而无法工作。因此为了检测到上述较小压差，必须额外添加一个比较器模块，这样增加了成本，同时增加了电路面积，给封装带来了不必要的麻烦。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种新型电子烟控制系统，采用由直流电源、开关控制模块、MCU、反向隔离模块集成的控制系统，既能减少MCU与开关控制模块之间的连接线数量，又可以直接为MCU提供等同于电压信号的输入，使得MCU无需额外添加比较器即可直接检测到相应压差；并且由于开关控制模块无需内置恒流源，而仅需通过气流检测开关的打开或闭合控制开关控制模块的VDD端和SN端之间的通断即可，从而优化了开关控制模块的设计。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

新型电子烟控制系统，包括为系统供电的直流电源、用于对系统进行控制并驱动雾化器产生烟雾的MCU、用于检测吸烟动作信号并向MCU发送通断信号的开关控制模块、用于将直流电源输出的电信号单向传输给开关控制模块的反向隔离模块、连接在直流电源的正极与负极之间的电容，电容与开关控制模块并联，雾化器分别与MCU、直流电源连接，雾化器由直流电源供电并受MCU控制；直流电源的正极连接到MCU的VDD端、MCU的GATE端、开关控制模块的VDD端，直流电源的负极分别连接到MCU的GND端、开关控制模块的GND端，反向隔离模块连接在MCU的GND端与开关控制模块的GND端之间，实现了将开关控制模块与MCU之间的连接线由现有技术的3根设置改变成2根设置的优化设计；若使用者需要使用电子烟吸烟，开始执行吸烟动作，吸烟动作产生气流，由气流产生的吸烟动作信号转变成电信号，电信号传输给开关控制模块，反向隔离模块与电容构成的回路为开关控制模块持续供电，开关控制模块将吸烟动作信号传输给MCU，MCU依据吸烟动作信号控制雾化器产生烟雾。其中，开关控制模块与MCU之间的连接线为两根，直流电源为可充电锂电池或蓄电池，雾化器为雾化电热丝，雾化电热丝通电之后发热产生烟雾；反向隔离模块的功能为电信号可以由指定的一侧流入并通过反向隔离模块，但是无法从反向隔离模块另一侧流入通过，体现在本发明中为电信号可以从直流电源的正极流向反向隔离模块，但是无法反向流过反向隔离模块；电容既具有滤波功能，又与反向隔离模块共同构成了自举电路，在吸烟过程中为开关控制模块供电；采用由直流电源、开关控制模块、MCU、反向隔离模块集成的控制系统，既能减少MCU与开关控制模块之间的连接线数量，又可以直接为MCU提供等同于电压信号的输入，使得MCU无需额外添加比较器即可直接检测到相应压差；并且由于开关控制模块无需内置恒流源，而仅需通过气流检测开关的断开或闭合控制开关控制模块的VDD端和SN端之间的通断即可，从而优化了开关控制模块的设计。

作为优选，还包括连接在开关控制模块与MCU之间的PMOS管、与开关控制模块连接的气流检测开关，开关控制模块的VDD端与开关控制模块的SN端连接，开关控制模块的SN端连接在PMOS管的栅极，直流电源的负极连接在PMOS管的漏极，直流电源的正极与PMOS管的源极连接。本发明的开关控制模块、反向隔离模块、PMOS管构成IC部分；其中，对系统进行如下默认值设置：直流电源的电压值设置为V，气流检测开关的默认值设置为断开；在电子烟执行吸烟动作之前，电子烟处于待机状态；若使用者需要使用电子烟吸烟，开始执行吸烟动作，当吸烟动作产生的气流超过电子烟设定的气流阈值时气流检测开关闭合并启动开关控制模块，开关控制模块的VDD端与开关控制模块的SN端之间断开，开关控制模块的SN端电势降低并停止驱动PMOS管，PMOS管闭合且导通，电流从直流电源的正极流到直流电源的负极，此时开关控制模块的VDD端的电势变为零，PMOS管的漏极的电势等于直流电源的负极电势，MCU的GATE端的电压值变为0，MCU检测到MCU的GATE端的电压值为0时开始驱动雾化器产生烟雾；当使用者结束吸烟动作时，气流检测开关再次断开，MCU与雾化器之间断开使MCU不再驱动雾化器，雾化器停止产生烟雾，并且开关控制模块的SN端重新驱动PMOS管，此时系统各点的状态重新变回到吸烟动作之前的状态，电子烟控制系统重新进入待机状态；具体来说，若使用者需要使用电子烟吸烟，开始执行吸烟动作，当吸烟动作产生的气流超过电子烟设定的气流阈值时气流检测开关闭合并启动开关控制模块，开关控制模块的VDD端与开关控制模块的SN端之间断开，开关控制模块的SN端电势降低并停止驱动PMOS管，PMOS管闭合且导通，电流从直流电源的正极流到直流电源的负极，此时开关控制模块的VDD端的电势变为零，电容的上侧电势同步降低至电势为0；由于电容的压差不能突变，因此电容的下侧电势同步降低至电势为0；由于反向隔离模块的存在，此时直流电源无法为电容充电，因此电容保持一个等于直流电源电压的压差，为开关控制模块供电；其中，PMOS管的漏极的电势等于直流电源的负极电势，MCU的GATE端的电压值变为0，MCU检测到MCU的GATE端的电压值为0时开始驱动雾化器产生烟雾；同时电容上侧的电势变为0，由于电容的电压值不能突变，因此电容下侧的电势会下降到-V，由于反向隔离模块的存在，电容上的放电通路只能通过开关控制模块，此时电容的功能为开关控制模块供电。

作为优选，还包括与直流电源的负极连接的定值电阻，定值电阻串联在MCU的VDD端与MCU的GATE端之间。若使用者需要使用电子烟吸烟，开始执行吸烟动作，当吸烟动作产生的气流超过电子烟设定的气流阈值时气流检测开关闭合并启动开关控制模块，开关控制模块的VDD端与开关控制模块的SN端之间断开，开关控制模块的SN端电势降低并停止驱动PMOS管，PMOS管闭合且导通，电流从直流电源的正极经过定值电阻流到直流电源的负极，此时开关控制模块的VDD端的电势变为零，电容的上侧电势同步降低至电势为0；定值电阻具有对MCU的保护功能，具体表现为：在电子烟控制系统运行过程中，直流电源有可能发生短接的情况，导致毁坏MCU甚至出现意外事故，定值电阻的设置降低了直流电源发生短接的可能性，从而定值电阻实现了对MCU的保护功能。

本发明的新型电子烟控制系统的电路具体连接方式为：直流电源的正极直接连接在MCU的VDD端，同时经过定值电阻连接在PMOS管的源极、开关控制模块的VDD端与电容的一端；直流电源的负极直接连接在MCU的GND端、PMOS管的漏极，同时经过反向隔离模块连接到开关控制模块的GND端以及电容的另一端；气流检测开关与开关控制模块连接；开关控制模块的SN端连接在PMOS管的栅极。

作为优选，气流检测开关为气体传感器，气体传感器检测得到吸烟动作产生的气流并与系统设定的气流阈值进行对比且得到对比结果，当吸烟动作产生的气流超过电子烟设定的气流阈值时气体传感器依据对比结果启动开关控制模块，气体传感器具有较高的检测精确性。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用由直流电源、开关控制模块、MCU、反向隔离模块集成的控制系统，既能减少MCU与开关控制模块之间的连接线数量，又可以直接为MCU提供等同于电压信号的输入，使得MCU无需额外添加比较器即可直接检测到相应压差；并且由于开关控制模块无需内置恒流源，而仅需通过气流检测开关的断开或闭合控制开关控制模块的VDD端和SN端之间的通断即可，从而优化了开关控制模块的设计；该系统的开关控制模块与MCU的连接线减少为两根，可采用更小的封装方式，减小了整块PCB的面积，有效的降低了成本，具有极高的市场推广价值。

附图说明

图1为现有技术中的一种电子烟控制系统的工作原理示意图。

图2为现有技术中的另一种电子烟控制系统的工作原理示意图。

图3为本发明的新型电子烟控制系统实施例的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

新型电子烟控制系统，如图3所示，包括为系统供电的直流电源2、用于对系统进行控制并驱动雾化器1产生烟雾的MCU3、用于检测吸烟动作信号并向MCU3发送通断信号的开关控制模块5、用于将直流电源2输出的电信号单向传输给开关控制模块5的反向隔离模块8、连接在直流电源2的正极与负极之间的电容7，电容7与开关控制模块5并联，雾化器1分别与MCU3、直流电源2连接；直流电源2的正极连接到MCU3的VDD端、MCU3的GATE端、开关控制模块5的VDD端，直流电源2的负极分别连接到MCU3的GND端、开关控制模块5的GND端，反向隔离模块8连接在MCU3的GND端与开关控制模块5的GND端之间；由气流产生的吸烟动作信号转变成电信号，电信号传输给开关控制模块5，反向隔离模块8与电容7构成的回路为开关控制模块5持续供电，开关控制模块5将吸烟动作信号传输给MCU3，MCU3依据吸烟动作信号驱动雾化器1产生烟雾。

本实施例中，还包括连接在开关控制模块5与MCU3之间的PMOS管9、与开关控制模块5连接的气流检测开关6，开关控制模块5的VDD端与开关控制模块5的SN端连接，开关控制模块5的SN端连接在PMOS管9的栅极，直流电源2的负极连接在PMOS管9的漏极，直流电源2的正极与PMOS管9的源极连接。

本实施例中，还包括与直流电源2的正极连接的定值电阻4，定值电阻4串联在MCU3的VDD端与MCU3的GATE端之间。

本实施例中，气流检测开关6为气体传感器。

本实施例的新型电子烟控制系统的电路具体连接方式为：直流电源的正极直接连接在MCU的VDD端，同时经过定值电阻连接在PMOS管的源极、开关控制模块的VDD端与电容的一端；直流电源的负极直接连接在MCU的GND端、PMOS管的漏极，同时经过反向隔离模块连接到开关控制模块的GND端以及电容的另一端；气流检测开关与开关控制模块连接；开关控制模块的SN端连接在PMOS管的栅极。

其中，开关控制模块与MCU之间的连接线为两根，直流电源为可充电锂电池或蓄电池，雾化器为雾化电热丝，雾化电热丝通电之后发热产生烟雾。

本实施例中，开关控制模块、反向隔离模块、PMOS管构成IC部分；其中，对系统进行如下默认值设置：直流电源的电压值设置为V，气流检测开关的默认值设置为断开；在电子烟执行吸烟动作之前，电子烟处于待机状态，此时由于气流检测开关默认设置为打开，开关控制模块的VDD端与SN端之间断开，PMOS管处于断开状态，直流电源直接连接在电容两端为电容充电，由于反向隔离模块的存在，使得经过反向隔离模块的电信号只能从直流电源的正极向开关控制模块的方向单向流动，而不能从开关控制模块向直流电源的正极的方向流动，从而在开关控制模块、反向隔离模块、直流电源的正极方向上不存在电流回路，使得定值电阻上不产生压降，因此MCU的GATE端的电势为零；若使用者需要使用电子烟吸烟，开始执行吸烟动作，当吸烟动作产生的气流超过电子烟设定的气流阈值时气流检测开关闭合并启动开关控制模块，开关控制模块的VDD端与开关控制模块的SN端之间断开，开关控制模块的SN端电势降低并停止驱动PMOS管，PMOS管闭合且导通，电流从直流电源的正极流到直流电源的负极，此时开关控制模块的VDD端的电势变为零，电容的上侧电势同步降低至电势为0；由于电容的压差不能突变，因此电容的下侧电势同步降低至电势为0；由于反向隔离模块的存在，此时直流电源无法为电容充电，因此电容保持一个等于直流电源电压的压差，为开关控制模块供电；其中，PMOS管的漏极的电势等于直流电源的负极电势，MCU的GATE端的电压值变为0，MCU检测到MCU的GATE端的电压值为0时开始驱动雾化器产生烟雾；当使用者结束吸烟动作时，气流检测开关再次断开，MCU与雾化器之间断开使MCU不再驱动雾化器，雾化器停止产生烟雾，并且开关控制模块的SN端重新驱动PMOS管，此时系统各点的状态重新变回到吸烟动作之前的状态，电子烟控制系统重新进入待机状态。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.新型电子烟控制系统，其特征在于：包括为系统供电的直流电源(2)、用于对系统进行控制并驱动雾化器(1)产生烟雾的MCU(3)、用于检测吸烟动作信号并向MCU发送通断信号的开关控制模块(5)、用于将直流电源(2)输出的电信号单向传输给开关控制模块(5)的反向隔离模块(8)、连接在直流电源(2)的正极与负极之间的电容(7)，电容(7)与开关控制模块(5)并联，雾化器(1)分别与MCU(3)、直流电源(2)连接；直流电源(2)的正极连接到MCU(3)的VDD端、MCU(3)的GATE端、开关控制模块(5)的VDD端，直流电源(2)的负极分别连接到MCU(3)的GND端、开关控制模块(5)的GND端，反向隔离模块(8)连接在MCU(3)的GND端与开关控制模块(5)的GND端之间；由气流产生的吸烟动作信号转变成电信号，电信号传输给开关控制模块(5)，反向隔离模块(8)与电容(7)构成的回路为开关控制模块(5)持续供电，开关控制模块(5)将吸烟动作信号传输给MCU(3)，MCU(3)依据吸烟动作信号驱动雾化器(1)产生烟雾。

2.根据权利要求1所述的新型电子烟控制系统，其特征在于：还包括连接在开关控制模块(5)与MCU(3)之间的PMOS管(9)、与开关控制模块(5)连接的气流检测开关(6)，开关控制模块(5)的VDD端与开关控制模块(5)的SN端连接，开关控制模块(5)的SN端连接在PMOS管(9)的栅极，直流电源(2)的负极连接在PMOS管(9)的漏极，直流电源(2)的正极与PMOS管(9)的源极连接。

3.根据权利要求1或2所述的新型电子烟控制系统，其特征在于：还包括与直流电源(2)的正极连接的定值电阻(4)，定值电阻(4)串联在MCU(3)的VDD端与MCU(3)的GATE端之间。

4.根据权利要求3所述的新型电子烟控制系统，其特征在于：气流检测开关(6)为气体传感器。