CN110101117A - 一种使用lc振荡电路的加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用LC振荡电路的加热装置，它是由直流电源(1)、升压电路(2)、二极管开关(3)、控制电路(4)、LC振荡电路(5)和电磁感应加热元件(9)构成的。本发明加热装置实现自发振荡，电流振荡频率更加稳定，能量损耗减低，设备效率更高，加热状态控制更加灵活，装置稳定性好，适应加热不燃烧卷烟的复杂工作曲线设计的要求。

Description

一种使用LC振荡电路的加热装置

【技术领域】

本发明属于烟草生产技术领域。更具体地，本发明涉及一种使用LC振荡电路的加热装置。

【背景技术】

加热不燃烧烟草制品的加热方式研究是加热不燃烧卷烟研究的热点和重点问题。目前，采用电磁感应加热方式对加热不燃烧烟支进行加热的装置还存在加热温度不可控，电源损耗偏大，电路开关元件发热偏大的问题。在电磁感应加热装置中谐振电路是实现电路进行规律的振荡，进而通过电感实现交变磁场的关键。LC振荡电路相比硬开关具有工作效率高、运行稳定的特点。

本发明的目的是提供一种使用LC振荡电路的加热装置，通过该加热装置实现对加热不燃烧烟草制品加热温度的控制，且装置还具有效率高、稳定性好的特点。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种使用LC振荡电路的加热装置。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种使用LC振荡电路的加热装置。

该使用LC振荡电路的加热装置是由直流电源1、升压电路2、二极管开关3、控制电路4、LC振荡电路5和电磁感应加热元件9构成；直流电源1、升压电路2、二极管开关3与LC振荡电路5依次连接；控制电路4分别与升压电路2和二极管开关3连接；电磁感应加热元件9悬浮于电感器8中。

根据本发明的一种优选实施方式，直流电源1是一种直流电池，它的电压是1.5～3.7V，电池容量是500～10000mA。

根据本发明的另一种优选实施方式，升压电路2是一种将直流电源1的电压1.5～3.7V提升到6.0～36.0V的直流升压电路。

根据本发明的另一种优选实施方式，LC振荡电路5由两个并列晶体管开关6与电容器7和电感器8串联而成；或者由4～10个晶体管开关6与2～5个电容器7和2～5个电感器8按照同样方式连接组成2～5个并行LC振荡电路5。

根据本发明的另一种优选实施方式，LC振荡电路5的电流振荡频率是50～1000KHz。

根据本发明的另一种优选实施方式，电感器8是电感为0.1～100μH的10～50匝电感线圈；电容器7是电容为0.1～1000μF的贴片电容。

根据本发明的另一种优选实施方式，晶体管开关6是一种可变电流开关芯片，具有检波、整流、开关和信号调制功能。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的电磁感应加热元件9是由一种或多种选自铁、铁含量为以重量计5～90％的铁合金、镍、镍含量为以重量计5～90％的镍合金、石墨或铁氧化物的材料制成的。

根据本发明的另一种优选实施方式，电磁感应加热元件9是圆柱形、颗粒、片或其它的形状；它的直径或宽度是0.5～6.0mm，长度是0.5～30.0mm。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的控制电路4由MCU芯片、温度传感器和空气流量传感器构成。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种使用LC振荡电路的加热装置。

所述的加热装置是适用于加热不燃烧烟草制品的配套产品。在本发明中，所述的加热不燃烧烟草制品理解为一种加热不燃烧烟支，这种烟支规格由配套使用的烟具规格确定的。该加热装置为配套烟具的加热系统。

本发明使用LC振荡电路加热装置的电路图参见附图1。

该使用LC振荡电路的加热装置是由直流电源1、升压电路2、二极管开关3、控制电路4、LC振荡电路5和电磁感应加热元件9构成；直流电源1、升压电路2、二极管开关3与LC振荡电路5依次连接；控制电路4分别与升压电路2和二极管开关3连接；电磁感应加热元件9悬浮于电感器8中。

根据本发明，直流电源1是一种电压为1.5～3.7V、电池容量为500～10000mA的直流电池。本发明使用的直流电源1是目前市场上销售的产品，例如由深圳市品诺能源有限公司以商品名PN103040-1200mAh锂离子电池销售的直流电源或由深圳市利杰威科技有限公司以商品名103450#100mAh锂离子电池销售的直流电源。

根据本发明，升压电路2在本发明加热装置中的基本作用是提高整个系统的功率输出效率。

升压电路2是一种将直流电源1的电压1.5～3.7V提升到6.0～36.0V的直流升压电路。本发明使用的升压电路2是目前市场上销售的产品，例如由深圳市福田区东兴微电子经营部公司以商品名LM2596S-ADJ销售的DC-DC可调压电源模块元件构成的升压电路产品或由深圳耀鑫华科电子有限公司公司以商品名XL6009销售的DC-DC升压降压模块销售的升压电路产品。

根据本发明，二极管开关3在本发明加热装置中的主要作用是使通过二极管开关的电流更加平顺、稳定。本发明使用的二极管开关3是目前市场上销售的产品，例如由深圳市福田区宇盛芯电子商行以商品名BAV20W开关二极管销售的二极管开关产品或由深圳市蓝光明科技有限公司以商品名LGM 1SS355A开关二极管销售的二极管开关产品。

根据本发明，控制电路4由MCU芯片、温度传感器和空气流量传感器构成；所述的控制电路与升压电路2、LC振荡电路5、电磁感应加热元件9连接。

在本发明中，温度传感器是一种热敏开关或热敏电阻等。温度传感器接收电磁感应加热元件9的温度信息，并将反馈信号发送到MUC芯片；

空气流量传感器是监测气体流量的传感器或监测气体压强差别的传感器，它接收加热不燃烧烟草制品的抽吸状态信息，并将反馈信号发送到MUC芯片；

MCU芯片在接收LC振荡电路振荡频率信号、温度传感器和空气流量传感器反馈信号后，通过控制升压电路2的工作状态调整升压电路输出电压，实现对装置加热状态的控制。

本发明使用的控制电路4是由目前市场上销售的控制芯片元件开发的电路系统，例如由易法半导体有限公司以商品名LQFP48销售的8位微控制器芯片构成的控制电路或由深圳市旭佳电子贸易商行公司以商品名STM32F107RCT6ARM销售的微控制器芯片构成的控制电路。

根据本发明，LC振荡电路在本发明加热装置中的主要作用是产生可控的高频电磁场，使电磁感应加热元件产生涡流，从而产生稳定的热量。

通过调整LC振荡电路的电感器电感量和电容器电容量可以实现对电路电流振荡频率的调整，其频率的计算公式(潘天明，《现代感应加热装置》北京冶金工业出版社，1996年)如下：

式中：

f₀是调整后的电路电流振荡频率，单位：赫兹(Hz)；

L是电感器的电感量，单位：亨利(H)；

C是电容器的电容量，单位：法拉第(f)；

在本发明中，LC振荡电路5由两个并列晶体管开关6与电容器7和电感器8串联而成；

其中，晶体管开关6是一种具有将直流电转变成交流电的芯片。晶体管开关6在LC振荡电路中的主要作用是使升压的直流电转变成交流电，晶体管开关使用MOSFET、IGBT和类似功能的芯片。

本发明使用的晶体管开关6是目前市场上销售的产品，例如由深圳市智恩普半导体有限公司以商品名万代AO3401型MOSFET元件销售的晶体管开关产品或由上海铭静电子科技有限公司公司以商品名英飞凌FF450R12KT4型IGBT元件销售的晶体管开关产品。

电容器7是电容值为0.1nF～1000μF的贴片电容器，本发明使用的电容器7是目前市场上销售的产品，例如由深圳市凯达科电子有限公司以商品名CL10B104KB8NNNC型陶瓷贴片电容器产品或由深圳耀鑫华科电子有限公司以商品名NPO CL21C221JBANNNC型贴片电容销售的电容器产品。

电感器8是电感值为0.1～100μH的10～50匝电感线圈，本发明使用的电感器8是目前市场上销售的产品，例如由东莞市同富宁电子科技有限公司以商品名单层自粘线圈销售的电感器产品或由宿迁政松电子有限公司以商品名插件电感线圈销售的电感器产品。

或者，由4～10个晶体管开关6与2～5个电容器7和2～5个电感器8按照同样方式连接组成2～5个并行LC振荡电路5。这种并行LC振荡电路5的优点就在于工作振荡频率稳定、开关损耗少，加热效率高。

根据示波器测量标准方法检测，LC振荡电路5的电流振荡频率是50～1000KHz。

根据本发明，电磁感应加热元件9的基本作用是它在接受电感器8释放的电磁能量时产生涡流效应，使电磁感应加热元件9发热产生稳定的热量，这种热量将加热不燃烧烟草制品加热，放出烟草香气。电磁感应加热元件9悬浮放置在电感线圈的内部。

所述的电磁感应加热元件9是由一种或多种选自铁、铁含量为以重量计5～90％的铁合金、镍、镍含量为以重量计5～90％的镍合金、石墨或铁氧化物的材料制成的。

本发明使用的铁合金是纯铁、锰铁或铁铝铁合金，例如是由佛山市共荣贸易有限公司以商品名锰铁合金销售的铁合金。本发明使用的镍合金是镍铁、镍钴合计或镍铬合金，例如是由浅枷有色金属(上海)有限公司以商品名4J36合金销售的镍合金。本发明使用的铁氧化物是锰锌铁氧、镍馨铁氧或铁氧体铁氧化物，例如是由东莞市科航磁业有限公司以商品名镍锌铁氧体销售的铁氧化物。本发明使用的铁、镍、石墨都是目前市场上销售的产品，例如由深圳鑫鑫金属科技有限公司以商品名镍条销售的镍片。

根据本发明，电磁感应加热元件2是圆柱形、颗粒、片或其它的形状，它的直径或宽度是0.5～6.0mm，长度是0.5～30.0mm。电磁感应加热元件2的形状不是特别重要，只是它的直径或宽度、长度不能超过所述的范围。如果它的直径或宽度、长度超过所述的范围，则电磁感应加热元件9的电磁感应效果不佳。优选地，所述的直径或宽度是1～4mm，长度是10～20mm。

通过使用配套烟弹进行加热工作，并参考消费环境的条件参数进行消费体验，对本发明使用LC振荡电路的加热装置使用效果进行了评价，其效果参见具体实施方式部分。

[有益效果]

本发明的有益效果是：本发明加热装置采用了LC振荡电路，线路实现了自发振荡，电流的振荡频率更加稳定，设备在开关变换过程中的能量损耗减低，设备效率更高；本发明使用LC振荡电路的加热装置采用独立的升压电路和控制电路，可以更加灵活地控制装置的加热状态，更加适应加热不燃烧卷烟复杂的工作曲线设计的要求；本发明的使用LC振荡电路的加热装置降低了对开关电源的工作压力，装置稳定性更好。

【附图说明】

图1是本发明使用LC振荡电路加热装置的电路图；

图中：

1-直流电源；2-升压电路；3-二极管开关；4-控制电路；5-LC振荡电路；6-晶体管开关；7-电容器；8-电感器；9-电磁感应加热元件。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：本发明使用LC振荡电路的加热装置

该实施例的实施方式如下：

该使用LC振荡电路加热装置的电路图参见附图1。

该加热装置是由直流电源1、升压电路2、二极管开关3、控制电路4、LC振荡电路5和电磁感应加热元件9构成；

其中：

直流电源1是电压为3.0V、电池容量为6500mA的直流电池，是由东莞市立量电子有限公司以商品名聚合物锂离子电池销售的直流电池；

升压电路2是将直流电源1的电压3.0V提升到26.0V的直流升压电路，是由深圳市福田区东兴微电子经营部公司以商品名LM2596S-ADJ销售的DC-DC可调压电源模块元件构成的升压电路产品；

二极管开关3是由圳市蓝光明科技有限公司以商品名LGM 1SS355A开关二极管销售的二极管开关产品；

控制电路4是由易法半导体有限公司以商品名LQFP48销售的8位微控制器芯片构成的控制电路，它分别与升压电路2和二极管开关3连接；

LC振荡电路5由两个并列晶体管开关6与电容器7和电感器8串联而成；其中晶体管开关6是由深圳市智恩普半导体有限公司以商品名万代AO3401型MOSFET元件销售的晶体管开关产品；电容器7是深圳市凯达科电子有限公司的CL10B104KB8NNNC型0.1nF贴片电容；电感器8是由东莞市同富宁电子科技有限公司以商品名单层自粘线圈销售的70μH的38匝电感线圈；LC振荡电路5的电流振荡频率是650KHz；

电磁感应加热元件9悬浮于电感器8中。电磁感应加热元件9是直径4.0mm、长度20.0mm的圆柱形，由是由佛山市共荣贸易有限公司以商品名锰铁合金销售的铁含量为以重量计90％的锰合金材料制成的。

按照本说明书描述的方法检测，其使用效果加热最高温度达到732℃，最大升温速率达到65℃/s，加热配套烟弹烟气浓度高，发烟速度快，抽吸口数可达15口，烟气偏烫。

实施例2：本发明使用LC振荡电路的加热装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是直流电源1是电压为3.7V、电池容量为10000mA的直流电池；升压电路2是将直流电源1的电压3.7V提升到36.0V的直流升压电路；

LC振荡电路5由4个晶体管开关6与2个电容器7和2个电感器8按照同样方式连接组成2个并行LC振荡电路5；其中，晶体管开关6是由上海铭静电子科技有限公司公司以商品名英飞凌FF450R12KT4型IGBT元件销售的晶体管开关产品；电容器7是由深圳市凯达科电子有限公司的CL10B304KB8NNNC型300μF贴片电容为的贴片电容；电感器8是由东莞市同富宁电子科技有限公司以商品名单层自粘线圈销售的100μH的50匝电感器线圈；

LC振荡电路5的电流振荡频率是50KHz；

电磁感应加热元件9是由上海鑫稀合金材料有限公司以商品名1J85合金销售的镍含量为以重量计85％的镍铁合金材料制成的直径为0.5mm的颗粒。

按照本说明书描述的方法检测，发烟速度快加热最高温度达到369℃，最大升温速率达到43℃/s，加热配套烟弹烟气浓度偏低，发烟速度偏慢，抽吸口数可达18口，烟气柔和无灼热感。

实施例3：本发明使用LC振荡电路的加热装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是直流电源1是电压为1.5V、电池容量为500mA的直流电池；升压电路2是将直流电源1的电压1.5V提升到6.0V的直流升压电路；

LC振荡电路5由8个晶体管开关6与3个电容器7和3个电感器8按照同样方式连接组成3个并行LC振荡电路5；其中，晶体管开关6是由上海铭静电子科技有限公司公司以商品名英飞凌FF450R12KT4型IGBT元件销售的晶体管开关产品；电容器7是深圳耀鑫华科电子有限公司的NPO CL21C221JBANNNC型600μF贴片电容；电感器8是由东莞市同富宁电子科技有限公司以商品名单层自粘线圈销售的电感为0.1μH的10匝电感线圈；

LC振荡电路5的电流振荡频率是300KHz；

电磁感应加热元件9是由宜兴市永旭石墨制品有限公司以商品名高强高密石墨碳棒销售的石墨材料制成的宽度为6.0mm、长度为30.0mm的薄片。

按照本说明书描述的方法检测，发烟速度快加热最高温度达到420℃，最大升温速率达到35℃/s，加热配套烟弹烟气浓度较低，发烟速度较慢，抽吸口数可达18口，烟气满足感不足，无灼热感。

实施例4：本发明使用LC振荡电路的加热装置

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是直流电源1是电压为2.2V、电池容量为3500mA的直流电池；升压电路2是将直流电源1的电压2.2V提升到16.0V的直流升压电路；

LC振荡电路5由10个晶体管开关6与5个电容器7和5个电感器8按照同样方式连接组成5个并行LC振荡电路5；其中，晶体管开关6是由上海铭静电子科技有限公司公司以商品名英飞凌FF450R12KT4型IGBT元件销售的晶体管开关产品；电容器7是由深圳耀鑫华科电子有限公司的NPO CL21C1001JBANNNC型1000μF的贴片电容；电感器8是由东莞市同富宁电子科技有限公司以商品名单层自粘线圈销售的电感器产品销售的电感为35μH的25匝电感线圈；

LC振荡电路5的电流振荡频率是1000KHz；

电磁感应加热元件2是由海宁市康明电子有限公司以商品名PC-40铁氧体销售的铁氧化物的材料制成的直径为2.0mm、长度为10.0mm圆柱形。

按照本说明书描述的方法检测，其使用效果加热最高温度达到250℃，最大升温速率达到48℃/s，加热配套烟弹烟气浓度低，发烟速度慢，抽吸口数可达12口，烟气柔和，但劲头不足。

Claims (10)

1.一种使用LC振荡电路的加热装置，其特征在于该加热装置是由直流电源(1)、升压电路(2)、二极管开关(3)、控制电路(4)、LC振荡电路(5)和电磁感应加热元件(9)构成；直流电源(1)、升压电路(2)、二极管开关(3)与LC振荡电路(5)依次连接；控制电路(4)分别与升压电路(2)和二极管开关(3)连接；电磁感应加热元件(9)悬浮于电感器(8)中。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于直流电源(1)是一种直流电池，它的电压是1.5～3.7V，电池容量是500～10000mA。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于升压电路(2)是一种将直流电源(1)的电压1.5～3.7V提升到6.0～36.0V的直流升压电路。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于LC振荡电路(5)由两个并列晶体管开关(6)与电容器(7)和电感器(8)串联而成；或者由4～10个晶体管开关(6)与2～5个电容器(7)和2～5个电感器(8)按照同样方式连接组成2～5个并行LC振荡电路(5)。

5.根据权利要求1或4所述的加热装置，其特征在于LC振荡电路(5)的电流振荡频率是50～1000KHz。

6.根据权利要求1或4所述的加热装置，其特征在于电感器(8)是电感为0.1～100μH的10～50匝电感线圈；电容器(7)是电容为0.1nF～1000μF的贴片电容。

7.根据权利要求1或4所述的加热装置，其特征在于晶体管开关(6)是一种可变电流开关芯片，具有检波、整流、开关和信号调制功能。

8.根据权利要求1或4所述的加热装置，其特征在于所述的电磁感应加热元件(9)是由一种或多种选自铁、铁含量为以重量计5～90％的铁合金、镍、镍含量为以重量计5～90％的镍合金、石墨或铁氧化物的材料制成的。

9.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于电磁感应加热元件(9)是圆柱形、颗粒、片或其它的形状；它的直径或宽度是0.5～6.0mm，长度是0.5～30.0mm。

10.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于所述的控制电路(4)由MCU芯片、温度传感器和空气流量传感器构成。