CN111092537A - 蒸发器功率系统 - Google Patents

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CN111092537A
CN111092537A CN201910999851.4A CN201910999851A CN111092537A CN 111092537 A CN111092537 A CN 111092537A CN 201910999851 A CN201910999851 A CN 201910999851A CN 111092537 A CN111092537 A CN 111092537A
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CN
China
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heating element
converter
voltage
power
evaporator
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Pending
Application number
CN201910999851.4A
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Inventor
N·J·哈顿
V·瓦伦丁
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Juul Labs Inc
Original Assignee
Juul Labs Inc
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Publication date
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

一种系统，包括转换器，该转换器配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件。转换器可以进一步被配置为从电源接收第一电压并且向加热元件提供第二电压。该转换器可以是直流‑直流转换器。被配置为电耦合到加热元件的功率监控器测量通过加热元件的电流、测量加热元件上的电压、计算功率和/或电阻并向转换器输出控制信号。转换器可以被配置为由控制信号控制以改变第二电压以维持加热元件上的目标功率或目标温度。还描述了相关的装置、系统、技术和物品。

Description

蒸发器功率系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月19日提交的发明名称为“Powering Vapor Atomizer”的美国临时专利申请第62/748,203号的优先权，并要求于2019年10月15日提交的发明名称为“Powering Vapor Atomizer”的美国临时专利申请第62/915,294号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本文描述的主题涉及利用直流-直流转换器为蒸发器雾化器供电。
背景技术
蒸发器装置，其也可以被称为蒸发器、电子蒸发器装置或e-蒸发器装置，可以用于通过蒸发装置的用户吸入包含一种或多种活性成分的气雾剂而输送气雾剂(例如，悬浮在静止或运动的空气或某种其他气体载体中的气相和/或冷凝相材料)。例如，电子尼古丁输送系统(ENDS)包括一类由电池供电的蒸发器装置，可用于模拟吸烟的体验，但不会燃烧烟草或其他物质。蒸发器在输送药物的规范性医疗用途以及烟草、尼古丁和其他植物性材料的消费中都越来越受欢迎。蒸发器装置可以是便携式的、独立的和/或使用方便。
在使用蒸发器装置时，用户吸入俗称“蒸气”的气雾剂，其可以由使可蒸发材料蒸发(例如，使液体或固体至少部分地转变成气相)的加热元件产生，可蒸发材料可以是液体，溶液，固体，糊剂，蜡和/或与特定蒸发器装置兼容的任何其他形式。与蒸发器一起使用的可蒸发材料可以设置在料盒内，料盒例如是包含可蒸发材料的蒸发器装置的可分离部分，包括用于用户吸入气雾剂的出口(例如吸嘴)。
为了接收由蒸发器装置产生的可吸入的气雾剂，在某些示例中，用户可以通过抽吸、通过按下按钮和/或通过其他方法来激活蒸发器装置。本文所用的抽吸指的是用户以某种方式吸入，该方式导致一定体积的空气被吸入蒸发器装置，从而通过蒸发后的可蒸发材料与一定体积的空气的结合而产生可吸入的气雾剂。
蒸发器装置从可蒸发材料产生可吸入气雾剂的方法涉及在蒸发器雾化器或蒸发室(例如，加热器室)中加热可蒸发材料，以使可蒸发材料转化为气体(或蒸气)相。蒸发器雾化器或蒸发室可以指蒸发器装置中热源(例如，传导、对流和/或辐射热源)引起加热可蒸发材料以产生空气和可蒸发材料的混合物以形成用于由蒸发装置的用户吸入可蒸发材料的蒸气的区域或体积。
蒸发器雾化器可用于将液体蒸发成气雾剂，并且可能需要控制加热元件(例如电阻丝线圈)的功率和温度，以产生稳定的蒸气并防止液体因暴露于高温而降解。通常，可以控制的与加热有关的两个参数包括加热元件的电功率和加热元件的温度。
在典型的蒸发器雾化器中，加热器线圈可以由具有正电阻温度系数(TCR)的导体构成，因此其电阻随其本体温度的增加而增加。控制回路测量从环境到高温的电阻的增加，并调节加热器的功率，以维持目标工作温度以获得一致的蒸气。加热器功率控制可以通过脉宽调制(PWM)来实现，其中加热元件的电流快速打开和关闭以控制加热元件中作为热量散发的功率。
尽管这种PWM方法可以控制加热元件，但实现方式可能不容许加热器和舱触头电阻的大变化，可能需要中断电源以测量加热器电阻，可能导致电池运行时间缩短，可能导致在较低温度下运行时间缩短，可能导致更快的电池老化，可能导致有限的系统集成，可能导致有限的TCR，并可能导致测量加热器电阻的部件数量和成本增加。
发明内容
在当前主题的某些方面，可以通过包括本文描述的一个或多个特征或本领域普通技术人员将理解的相当/等同方法来解决与给蒸发器装置供电相关的挑战。当前主题的方面涉及用于为蒸发器装置的加热元件供电的方法和系统。
本文所述的主题的一个或多个变型的细节在附图和以下描述中阐明。从说明书和附图以及从权利要求书中，本文描述的主题的其他特征和优点将是显而易见的。本公开之后的权利要求旨在限定受保护主题的范围。在一些变型中，以下特征中的一个或多个可以可选地包括在任何可行的组合中。
在一个方面，一种系统包括转换器，该转换器被配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件。转换器可以进一步被配置为从电源接收第一电压并且向加热元件提供第二电压。该转换器可以是直流-直流转换器。功率监控器可以被配置为电耦合至加热元件，测量通过加热元件的电流，测量加热元件上的电压，计算功率和/或电阻，并且向转换器输出控制信号。转换器可以被配置为由控制信号控制以改变第二电压以维持加热元件上的目标功率或目标温度。
以下特征中的一个或多个可以被包括在任何可行的组合中。例如，转换器可以包括升压和/或降压转换器。转换器可以包括能量存储装置。能量存储装置可以包括处于开关电容器拓扑或电荷泵拓扑中的电容器。能量存储装置可以包括电感器。功率监控器可以包括形成闭环控制的模拟电路。功率监控器可以包括：模拟前端电路，其被配置为测量通过加热元件的电流和加热元件上的电压；以及数字转换器，其包括电路，其被配置为基于通过加热元件的所测量电流和加热元件上的所测量电压来提供控制信号。该数字转换器可以被配置为提供控制信号作为脉宽调制信号，数模转换信号或内置集成电路/集成电路间(集成电路总线)格式的信号。功率监控器可以包括4线连接，以测量加热元件上的电压。替换地，功率监控器也可以包括3线连接，以测量加热元件上的电压。在不中断加热元件功率的情况下，功率监控器可以连续测量电流和电压。在转换器和加热元件之间可以包括微控制器和开关。开关可以电耦合到微控制器。可以将微控制器配置为将脉宽调制信号施加到开关的栅极。转换器可以被配置为以第一功率水平操作，并且微控制器可以被配置为基于通过加热元件的所测量电流和在加热元件上的所测量电压来确定第二功率水平并且修改脉宽调制信号以控制开关修改第二电压。
转换器可以被配置为在加热循环期间不间断地向加热元件提供功率。功率监控器可以被配置为基于所测量的电流的变化来确定转换器与加热元件之间的触头的触头电阻的变化。该系统可以进一步包括配置成耦合到加热元件的电流源，该电流源包括电流源电阻器和电流源开关。
该系统可以进一步包括通用串行总线端口，该通用串行总线端口包括通用串行总线功率轨，该转换器被配置为向通用串行总线功率轨输出第三电压。包括转换器的系统还可以包括脉宽调制(PWM)控制电路，该脉宽调制(PWM)控制电路被配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件。脉宽调制控制电路还被配置为向加热元件提供PWM功率。电源可以是电池。
在另一方面，一种集成转换器包括在一个单元中的转换器、功率监控器和充电器。转换器可以配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件。转换器可以进一步被配置为从电源接收第一电压并且向加热元件提供第二电压。该转换器是直流-直流转换器。功率监控器可以被配置为电耦合到加热元件，测量通过加热元件的电流，测量加热元件上的电压，计算功率和/或电阻，并且向转换器输出控制信号。充电器可以被配置为电耦合至电源以对电源充电。转换器被配置为由控制信号控制以改变第二电压来维持加热元件上的目标功率或目标温度。转换器和充电器可包括共同的电感器，以为加热元件供电并为电源充电。
在另一方面，一种方法包括：测量通过蒸发器雾化器的加热元件的电流；测量加热元件上的电压；计算功率和/或电阻；以及控制转换器的操作以改变第二电压来维持加热元件上的目标功率或目标温度。电流可以由被配置为电耦合至电源和加热元件的转换器提供。转换器可以进一步被配置为从电源接收第一电压并且向加热元件提供第二电压。该转换是直流-直流转换器。
以下特征中的一个或多个可以被包括在任何可行的组合中。例如，转换器可以包括升压和/或降压转换器；转换器可以包括能量存储装置。能量存储装置可以包括处于开关电容器拓扑或电荷泵拓扑中的电容器。能量存储装置可以包括电感器。可以将控制信号作为脉宽调制信号、数模转换信号或内置集成电路/集成电路间(集成电路总线)格式的信号提供给转换器。可以将脉宽调制信号施加到耦合在微控制器、转换器和加热元件之间的开关的栅极。转换器可以被配置为以第一功率水平操作，并且微控制器被配置为基于通过加热元件的所测量电流和在加热元件上的所测量电压来确定第二功率水平并且修改脉宽调制信号以控制开关修改第二电压。转换器可以被配置为在加热循环期间不间断地向加热元件提供功率。可以基于所测量的电流的变化来确定转换器与加热元件之间的触头的触头电阻的变化。
可以使用4线连接来测量加热元件上的电压。替换地，加热元件上的电压也可以使用3线连接进行测量。在不中断加热元件功率的情况下，可以连续测量通过加热元件的电流。在不中断加热元件功率的情况下，可以连续测量加热元件上的电压。电源可以是电池。
本文所述的主题的一个或多个变型的细节在附图和以下描述中阐明。从说明书和附图以及从权利要求书中，本文描述的主题的其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本文所公开的主题的某些方面，并且与说明书一起帮助解释与所公开的实施方式相关联的一些原理。在附图中：
图1A是蒸发器装置的框图。
图1B是蒸发器装置和蒸发器料盒的示意图。
图1C是蒸发器装置和蒸发器料盒的实施例的正视图；
图1D是蒸发器料盒耦接到蒸发器装置的正视图；
图1E是蒸发器料盒的透视图；
图1F是蒸发器料盒耦接到蒸发器装置的另一实施例的透视图；
图1G是示出示例性PWM加热器控制的系统框图；
图2是示出了根据当前主题的一些方面的示例性加热器功率控制的系统框图；
图3是示出图2中示出的示例性加热器控制200的操作模式的图；
图4是示出了示例性加热器控制的系统框图，在该加热器控制中，转换器作为电流源运行；
图5是示出根据当前主题的一些方面的操作加热器控制的示例过程的过程流程图；和
图6示出了示例电路图，该电路图示出了示例性电功率路径中的电阻和相关参数，并且包括功率控制开关。
在实际中，相似的附图标记表示相似的结构、特征或元件。各个附图中相似的参考符号指示相似的元件。
具体实施方式
当前主题的实现包括与一种或多种材料的蒸发以供用户吸入有关的方法、设备、制品和系统。示例实施方式包括为蒸发器装置和包括蒸发器装置的系统供电的方法。在以下描述和权利要求中使用的术语“蒸发器装置”是指任何独立设备，包括两个或更多个可分离部件的设备(例如，包括电池和其他硬件的蒸发器本体以及包括可蒸发材料的料盒)和/或类似物。蒸发器装置，也可以称为蒸发器，电子蒸发器装置或e-蒸发器装置，可以用于通过蒸发装置的用户吸入包含一种或多种活性成分的气雾剂而输送气雾剂(例如，悬浮在静止或运动的空气或某种其他气体载体中的气相和/或冷凝相材料)。如本文所使用的“蒸发器系统”可以包括一个或多个部件，例如蒸发器装置。与当前主题的实施方式一致的蒸发器装置的示例包括电子蒸发器，电子尼古丁输送系统(ENDS)等。通常，这样的蒸发器装置是手持式装置，其加热(例如通过对流、传导、辐射和/或它们的某种组合)可蒸发的材料以提供可吸入剂量的材料。可将与蒸发器装置一起使用的可蒸发材料设置在料盒内(例如，在储存器或其他容器中包含可蒸发材料的蒸发器的一部分)，该料盒在空时可以重新装填，也可以一次性使用，以可以使用装有相同或不同类型的其他可蒸发材料。蒸发器装置可以是使用料盒的蒸发器装置，无料盒的蒸发器装置或能够与或不与料盒一起使用的多用途蒸发器装置。例如，蒸发器装置可包括构造成将可蒸发材料直接接收到加热室中的加热室(例如，烤箱或通过加热元件在其中加热材料的其他区域)和/或用于容纳可蒸发材料的储存器等。在一些实施方式中，蒸发器可以被配置为与液体可蒸发材料(例如，活性和/或非活性成分悬浮或保持在溶液中的载体溶液或液体形式的可蒸发材料本身)、糊剂、蜡或固体可蒸发材料一起使用。固体可蒸发材料可以包括植物材料，该植物材料将植物材料的一部分排放为可蒸发材料(例如，在将可蒸发材料排放给用户吸入后，植物材料的某些部分仍作为废物保留)，或者可选地可以是固体形式的可蒸发材料本身，以便最终可以蒸发所有固体材料以进行吸入。液体可蒸发材料同样可以被完全蒸发，或者可以包括在所有适合吸入的材料已被消耗掉之后剩余的一部分液体材料。
参照图1A的框图，蒸发器装置100可包括电源112(例如，电池，其可以是可再充电电池)和控制器104(例如，能够执行逻辑的处理器，电路等)，用于控制将热量输送给雾化器141，以使可蒸发材料102从冷凝形式(例如固体，液体，溶液，悬浮液，至少部分未处理的植物材料的一部分等)转化为气相。控制器104可以是与当前主题的某些实施方式一致的一个或多个印刷电路板(PCB)的一部分。在将可蒸发材料102转化成气相之后，至少一些气相可蒸发材料102可冷凝以作为气雾剂一部分形成与气相至少部分局部平衡的颗粒物质，在用户在蒸发器装置100上抽吸或吸出期间，其可形成蒸发器装置100提供的一些或全部可吸入剂量。将理解的是，由蒸发器装置100产生的气雾剂中的气相和冷凝相之间的相互作用可能是复杂且动态的，因为诸如环境温度、相对湿度、化学性质、气流路径(在蒸发器内部和在人或其他动物的气道内部)的流动状况、气相或气雾剂相的可蒸发材料102与其他气流的混合等因素可能会影响气雾剂的一种或多种物理参数。在某些蒸发器中，尤其是对于用于输送挥发性可蒸发材料的蒸发器，可吸入剂量可能主要存在于气相中(即，冷凝相颗粒的形成可能非常有限)。
蒸发器装置100中的雾化器141可以被配置成使可蒸发材料102蒸发。可蒸发材料102可以是液体。可蒸发材料102的例子包括纯净液体，悬浮液，溶液，混合物等。雾化器141可包括芯吸元件(即，芯)，该芯吸元件被配置为将一定量的可蒸发材料102输送至雾化器141的包括加热元件的一部分(图1A中未示出)。
例如，芯吸元件可以被配置为从被配置为容纳可蒸发材料102的储存器140中抽取可蒸发材料102，使得可蒸发材料102可以被从加热元件传递的热量蒸发。芯吸元件还可以可选地允许空气进入储存器140并替换所去除的可蒸发材料102的体积。在当前主题的一些实施方式中，毛细作用可以将可蒸发材料102拉入芯以通过加热元件蒸发，并且空气可以通过芯返回至储存器140以至少部分地平衡储存器140中的压力。其他允许空气返回到储存器140中以平衡压力的方法也在当前主题的范围内。
如本文所用，术语“芯”或“芯吸元件”包括能够经由毛细管压力引起流体运动的任何材料。
加热元件可包括传导加热器、辐射加热器和/或对流加热器中的一种或多种。一种类型的加热元件是电阻加热元件，其可以包括被配置为当电流通过加热元件的一个或多个电阻段时以热的形式耗散电能的材料(例如金属或合金，例如镍铬合金或非金属电阻器)。在当前主题的一些实施方式中，雾化器141可以包括加热元件，该加热元件包括电阻线圈或其他加热元件，该电阻线圈或其他加热元件围绕、定位在其中、被集成为整体形状、被压制成与之热接触或以其他方式布置以将热量传递至芯吸元件，以使由芯吸元件从储存器140中抽出的可蒸发材料102蒸发，以供用户随后以气相和/或冷凝相(例如，气雾剂颗粒或液滴)吸入。其他芯吸元件、加热元件和/或雾化器部件构造也是可能的。
某些蒸发器装置可以另外地或可替代地构造成通过加热可蒸发材料102而产生气相和/或气雾剂相的可吸入剂量的可蒸发材料102。可蒸发材料102可以是固体相材料(例如蜡等)或植物材料(例如烟叶和/或烟叶的一部分)。在这样的蒸发器装置中，电阻加热元件可以是放置有可蒸发材料102的烤箱或其他加热室的壁的一部分，或者以其他方式并入其中或与之热接触。或者，可使用一个或多个电阻加热元件来加热穿过或经过可蒸发材料102的空气，以引起可蒸发材料102的对流加热。在其他示例中，可将一个或多个电阻加热元件与植物材料紧密接触地设置，使得在植物材料的内部发生植物材料的直接传导加热，这与仅从烤箱壁向内传导相反。
加热元件可与用户在蒸发器装置100的吸嘴130上抽吸(即抽气，吸气等)相关联地被激活，以使空气从进气口沿着穿过雾化器141(即，芯吸元件和加热元件)的气流路径流动。可选地，空气可以从空气入口通过一个或多个冷凝区域或腔室流向吸嘴130中的空气出口。沿着气流路径移动的进入空气在雾化器141上方移动或移动通过雾化器141，在雾化器141处气相的可蒸发材料102被夹带到空中。加热元件可以通过控制器104激活，该控制器104可以可选地是本文讨论的蒸发器本体110的一部分，从而使电流从电源112通过包括电阻加热元件的电路，该电阻加热元件可以是如本文所述的蒸发器料盒120一部分。如本文所述，夹带的气相可蒸发材料102可以在其通过气流路径的其余部分时凝结，从而可以从空气出口(例如，吹嘴130)输送可吸入剂量的气雾剂形式的可蒸发材料102供用户吸入。
加热元件的激活可以通过基于由传感器113的一个或多个产生的一个或多个信号自动检测到抽吸而引起。传感器113和由传感器113产生的信号可以包括以下中的一个或多个：布置为检测沿气流路径相对于环境压力的压力(或可选地测量绝对压力的变化)的一个或多个压力传感器，蒸发器装置100的一个或多个运动传感器(例如，加速度计)，蒸发器装置100的一个或多个流量传感器，蒸发器装置100的电容式唇传感器，通过一个或多个输入装置116(例如，蒸发器装置100的按钮或其他触觉控制设备)检测用户与蒸发器装置100的交互作用，从与蒸发器装置100通信的计算装置接收信号，和/或通过其他方法确定正在发生或即将发生抽吸。
如本文中所讨论的，与当前主题的实施方式一致的蒸发器装置100可以被配置为连接(例如，无线地或经由有线连接)到与蒸发器装置100通信的计算装置(或可选地两个或更多个装置)。为此，控制器104可以包括通信硬件105。控制器104还可以包括存储器108。通信硬件105可以包括固件和/或可以由软件控制用于执行一个或多个用于通信的加密协议。
计算装置可以是也包括蒸发器装置100的蒸发器系统的部件，并且可以包括其自身的通信硬件，该硬件可以与蒸发器装置100的通信硬件105建立无线通信通道。例如，用作蒸发器系统一部分的计算装置可以包括执行软件以产生用于使用户能够与蒸发器装置100交互的用户界面的通用计算装置(例如智能手机，平板电脑，个人计算机，某些其他便携式设备例如智能手表等)。在当前主题的其他实施方式中，用作蒸发器系统的一部分的这种装置可以是专用硬件，例如遥控器或具有一个或多个物理或软(即，可配置在屏幕或其他显示设备上，并可通过用户与触敏屏幕或其他一些输入装置如鼠标、指针、轨迹球、光标按钮等交互来进行选择)界面控件的其它无线或有线设备。蒸发器装置100还可包括一个或多个输出117或用于向用户提供信息的设备。例如，输出117可以包括一个或多个发光二极管(LED)，其被配置为基于蒸发器装置100的状态和/或操作模式向用户提供反馈。
在计算装置提供与电阻加热元件的激活有关的信号的示例中，或者在计算装置与蒸发器装置100耦合以实现各种控制或其他功能的其他示例中，计算装置执行一个或多个计算机指令集，用于提供用户界面和底层数据处理。在一示例中，计算装置检测到用户与一个或多个用户界面元件交互可以使计算装置向蒸发器装置100发信号，以激活加热元件以达到用于产生可吸入剂量的蒸气/气雾剂的工作温度。蒸发器装置100的其他功能可以通过用户与与蒸发器装置100通信的计算装置上的用户界面的交互来控制。
蒸发器装置100的电阻加热元件的温度可以取决于许多因素，包括输送到电阻式加热元件的电功率的量，对电子蒸发器装置100的其他部分和/或对环境而言的传导性热传递，由于可蒸发材料102从芯吸元件和/或雾化器141整体蒸发而产生的潜热损失，以及由于气流(即，当用户在蒸发器装置100上吸气时流过加热元件或雾化器141整体的空气)引起的对流热损失。。如本文所述，为了可靠地激活加热元件或将加热元件加热到期望的温度，在当前主题的一些实施方式中，蒸发器装置100可以利用来自传感器113(例如，压力传感器)的信号以确定用户何时吸气。传感器113可以被定位在该气流路径中和/或可以被连接(例如，通过通道或其他路径)到一气流路径(该气流路径包括用于空气进入蒸发器装置100的入口和用户通过其吸入所产生的蒸气和/或气雾剂的出口)，使得传感器113与空气从空气入口穿过蒸发器装置100到达空气出口的同时经历变化(例如，压力变化)。在当前主题的一些实施方式中，加热元件可以与用户的抽吸相关联地被激活，例如通过自动检测抽吸或通过传感器113检测气流路径的变化(例如压力变化)来激活。
传感器113可以定位在控制器104(例如，印刷电路板部件或其他类型的电路板)上或与其耦合(即，以物理方式或通过无线连接而电气连接或电子连接)。为了精确地进行测量并保持蒸发器装置100的耐用性，提供有足够弹性以使气流路径与蒸发器装置100的其他部分分开的密封件127可是有益的。密封件127可以是垫圈，可以是构造成至少部分地围绕传感器113，使得传感器113到蒸发器装置100的内部电路的连接与传感器113的暴露于气流路径的一部分分开。在基于料盒的蒸发器的示例中，密封件127还可以分离蒸发器本体110和蒸发器料盒120之间的一个或多个电连接的部分。密封件127在蒸发器装置100中的这种布置可以有助于减轻由于与环境因素(例如气相或液相的水，其他流体(例如可蒸发材料102等)的相互作用)而对蒸发器部件造成的潜在破坏性影响，和/或减少空气从蒸发器装置100中的指定气流路径逸出。不希望的空气、液体或其他流体通过和/或接触蒸发器装置100的电路会导致各种不良影响，例如改变压力读数，和/或可导致有害物质例如水分、多余的可蒸发材料102等在蒸发器装置100的某些部分中堆积，可能会导致弱压力信号，传感器113或其他部件退化和/或蒸发器装置100的使用寿命较短。密封件127中的泄漏也可能导致用户吸入已通过蒸发器装置100各部分的包含或由可能不希望被吸入的材料构成的空气。
在一些实施方式中，蒸发器本体110包括控制器104，电源112(例如，电池)，传感器113中的一个以上，充电触头(诸如用于对电源112充电的那些触头)，密封件127和料盒接收器118，料盒接收器118被构造成接收蒸发器料盒120以通过各种附接结构中的一个或多个与蒸发器本体110耦接。在一些示例中，蒸发器料盒120包括用于容纳可蒸发材料102的储存器140，并且吸嘴130具有用于将可吸入剂量输送给用户的气雾剂出口。蒸发器料盒120可包括具有芯吸元件和加热元件的雾化器141。替代地，芯吸元件和加热元件之一或两者可以是蒸发器本体110的一部分。在其中雾化器141的任何部分(即，加热元件和/或芯吸元件)是蒸发器本体110的一部分的实施方式中，蒸发器装置100可以构造成从蒸发器料盒120中的储存器140向包括在蒸发器本体110中的雾化器141的所述一个或多个部分供应可蒸发材料102。
用于蒸发器装置100的基于料盒的构造(通过加热非液体材料来产生可吸入剂量的不是液体的可蒸发材料102)也在当前主题的范围内。例如，蒸发器料盒120可包括大量植物材料，该植物材料被处理和形成为与一个或多个电阻加热元件的一部分直接接触，并且蒸发器料盒120可被配置为机械和/或电耦合至包括控制器104、电源112和一个或多个接收器触头125a和125b的蒸发器本体110；该接收器触头125a和125b被配置为连接到一个或多个相应的料盒触头124a和125b，并与一个或多个电阻加热元件完成电路。
在蒸发器装置100(其中电源112是蒸发器本体110的一部分并且加热元件设置在蒸发器料盒120中并且构造成与蒸发器本体110耦接)的实施例中，蒸发器装置100可以包括用于完成电路的电连接特征(例如，用于完成电路的装置)，该电路包括控制器104(例如，印刷电路板，微控制器等)、电源112和加热元件(例如，雾化器141内的加热元件)。这些特征可以包括在蒸发器料盒120的底表面上的一个或多个触头(在此称为料盒触头124a和124b)以及在蒸发器装置100的料盒接收器118的底部附近设置的至少两个触头(在此称为接收器触头125a和125b)，使得当蒸发器料盒120插入料盒接收器118并与料盒接收器118耦接时，料盒触头124a和124b与接收器触头125a和125b形成电连接。通过这些电连接完成的电路可以允许向加热元件输送电流，并且还可以用于其他功能，例如测量加热元件的电阻，以便根据加热元件的热阻系数确定和/或控制加热元件的温度。
在当前主题的一些实施方式中，料盒触头124a和124b以及接收器触头125a和125b可以被配置为以至少两个取向中的任一个来电连接。换句话说，通过以第一旋转取向(围绕将蒸发器料盒120插入蒸发器本体110的料盒接收器118中所沿的轴线)将蒸发器料盒120插入到料盒接收器118中，使得料盒触头124a电连接到接收器触头125a，而料盒触头124b电连接到接收器触头125b，可以完成蒸发器装置100的操作所需的一个或多个电路。此外，蒸发器装置100的操作所需的所述一个或多个电路可以通过将蒸发器料盒120以第二旋转取向插入料盒接收器118中使得料盒触头124a电连接到接收器触头125b而料盒触头124b电连接到接收器触头125a来完成。
在用于将蒸发器料盒120耦接至蒸发器本体110的附接结构的一个示例中，蒸发器本体110包括从料盒接收器118的内表面向内突出的一个或多个止动部(例如，凹窝，突起等)，形成为包括突出到料盒接收器118中的部分的附加材料(例如金属，塑料等)和/或类似物。蒸发器料盒120的一个或多个外表面可包括相应的凹部(图1A中未示出)，当蒸发器料盒120被插入到蒸发器本体110上的料盒接收器118中时，该对应的凹部可装配和/或以其他方式卡合在这些止动部或突出部分上。当蒸发器料盒120和蒸发器本体110耦接时(例如，通过将蒸发器料盒120插入蒸发器本体110的料盒接收器118中)，蒸发器本体110的止动部或突出部可以装配在蒸发器料盒120的凹部中，和/或以其他方式保持在蒸发器料盒120的凹部内，以在组装后将蒸发器料盒120保持在适当的位置。这样的部件可以提供足够的支撑以将蒸发器料盒120保持在适当的位置，以确保料盒触头124a和124b与接收器触头125a和125b之间的良好接触，同时当用户用合理的力拉动蒸发器料盒120时允许蒸发器料盒120从蒸发器本体110释放，以使蒸发器料盒120从料盒接收器118脱离。
在一些实施方式中，蒸发器料盒120或蒸发器料盒120的被配置用于插入在料盒接收器118中的至少可插入端122可具有横向于蒸发器料盒120插入料盒接收器118中所沿轴线的非圆形横截面。例如，非圆形横截面可以是近似矩形，近似椭圆形(即具有近似卵形)，非矩形但具有两组平行或近似平行的相对边(即具有类似平行四边形的形状)或具有至少二阶旋转对称性的其他形状。在这种情况下，近似形状表示与所描述形状的基本相似是显而易见的，但是所讨论形状的边不必完全是线性的，顶点也不必完全尖锐。横截面形状的边缘或顶点的两个或任一者的倒圆考虑在本文所指的任何非圆形横截面的描述中。
料盒触头124a和124b以及接收器触头125a和125b可以采取各种形式。例如，一组或两组触头可以包括导电销，凸片，柱，用于销或柱的容纳孔等。某些类型的触头可以包括弹簧或其他特征，以促进蒸发器料盒120上的触头与蒸发器本体110上的触头之间的更好的物理接触和电接触。电触头可以可选地是镀金的，和/或包括其他材料。
图1B示出了蒸发器本体110和料盒接收器118的实施例，蒸发器料盒120可以可释放地插入料盒接收器118中。图1B示出了蒸发器装置100的俯视图，其示出了定位成用于插入蒸发器本体110中的蒸发器料盒120。当用户在蒸发器装置100上抽吸时，空气可以在蒸发器料盒120的外表面和蒸发器本体110上的料盒接收器118内表面之间通过。然后，空气被吸引至料盒的可插入端122，通过包括或包含加热元件和芯的蒸发室，通过吸嘴130的出口抽出，以给用户输送可吸入气雾剂。蒸发器料盒120的储存器140可以全部或部分地由半透明材料形成，使得在蒸发器料盒120内可见可蒸发材料102的水平。吸嘴130可以是蒸发器料盒120的可分离部件或可以与蒸发器料盒120的其他一个或多个部件一体地形成(例如，与储存器140等一体形成)。
除了上面讨论的关于蒸发器料盒120与蒸发器本体110之间的电连接是可逆的以使得蒸发器料盒120在料盒接收器118中的至少两个旋转取向是可能的，在蒸发器装置100的一些实施例中，蒸发器料盒120的形状或蒸发器料盒120的被构造成插入到料盒接收器118中的至少可插入端122的形状可以具有至少二阶的旋转对称性。换句话说，蒸发器料盒120或至少蒸发器料盒120的可插入端122可以在绕着蒸发器料盒120插入到料盒接收器118中所沿的轴线旋转180°时对称。在这种构造中，蒸发器装置100的电路可以支持相同的操作，而不管蒸发器料盒120发生哪种对称取向。
图1C-1D示出了可包括在与当前主题的实施方式一致的蒸发器装置100的实施例中的示例特征。图1C和1D示出了在将蒸发器料盒120连接至蒸发器本体110之前(图1C)和之后(图1D)蒸发器装置100的示例的俯视图。
图1E示出了保持可蒸发材料102的蒸发器料盒120的一种变型的透视图。任何合适的可蒸发材料102可被包含在蒸发器料盒120内(例如，在储存器140内)，包括尼古丁或其他有机材料的溶液。。
图1F示出了蒸发器装置100的另一示例的透视图，该蒸发器装置100包括耦接至可分离的蒸发器料盒120的蒸发器本体110。如图所示，蒸发器装置100可以包括被配置为基于蒸发器装置100的状态、操作模式等向用户提供信息的一个或多个输出117(例如，LED)。在某些方面，所述一个或多个输出117可以包括多个LED(即两个，三个，四个，五个，或六个LED)。所述一个或多个输出117(即，每个单独的LED)可以被配置为以一种或多种颜色(例如，白色，红色，蓝色，绿色，黄色等)显示光。一个或多个输出117可以被配置为显示不同的光图案(例如，通过照射特定的LED，随时间改变一个或多个LED的光强度，以不同的颜色照射一个或多个LED等)以指示蒸发器装置100的不同状态、操作模式等。在一些实施方式中，一个或多个输出117可以靠近蒸发器装置100的底端区域160和/或至少部分地设置在底端区域160内。额外地或替代地，蒸发器装置100可包括外部可接近的充电触头128，其可以靠近蒸发器装置100的底端区域160和/或至少部分地设置在底端区域160内。
图1G是示出常规PWM加热器控制器160的示例的系统框图。加热器控制器包括电池充电器162，微控制器164，PWM金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)165，电压测量点(VMEAS)模拟前端(AFE)185，低压降调节器(LDO)174和电流源182。PWM加热器控制器160可以包括触头181，用于耦合到包含加热元件185和可蒸发材料的舱180。PWM加热器控制器160还可以耦合到电池172。微控制器164可以控制PWM MOSFET 165以与加热元件185一致地切换电流源182或电池172，以向加热元件185提供电力以进行加热。
在常规的PWM控制中，直接从电池172提供电能，并通过固态开关(如PWM MOSFET165)将其打开和关闭。可以通过使已知的恒定电流流过加热器并测量加热元件185上的电压降来在PWM脉冲之间测量加热器电阻。在一些现有的蒸发器雾化器中，通过对正输送到加热元件的电源(例如电池)的脉宽调制来实现加热器控制。如下所述，传统的PWM方法可以控制加热元件，但是，PWM控制可能无法忍受加热器和舱触头电阻的较大变化，可能需要中断电源以测量加热器电阻，可能缩短电池运行时间，可能导致在较低温度下的运行时间缩短，可能使电池老化更快，系统集成可能受到限制，TCR可能受到限制和/或可能导致用以测量加热器电阻的部件数量和成本增加。
一些PWM实施方式可能无法容忍加热器和舱触头电阻的大变化。PWM控制可以限制为最大占空比。在低电池电压下，PWM控制可能无法补偿舱触头电阻的增加，以维持目标功率。PWM控制在生产中可能需要更严格的加热器电阻公差，以确保可以在低压下达到加热器的目标功率。PWM控制会降低可用性，也就是说，用户可能需要经常清洁舱触头。
PWM控制中断功率以测量加热元件温度。由于PWM切换，可能难以直接测量加热器的功率。由于相同的原因，可能难以在PWM脉冲之间测量加热器电阻，因此通常会中断加热器的功率以进行测量。PWM控制可能需要更复杂的电路，例如稳定的恒定电流源和惠斯通电桥来测量电阻。
PWM控制可导致较短的蒸发器电池运行时间。存在最低电池电压限制以达到目标功率。对于上面的示例，8.0W目标功率在负载下需要最小约3.4V的电压。低于约3.4V的负载电压，PWM占空比为100％，系统无法提供目标功率。这将在低电量状态下对用户体验产生负面影响。对于老化的电池，在甚至更高的充电状态下达到最低电压限制，从而缩短了运行时间。
PWM控制可导致在低温下更短的蒸发器运行时间。电池阻抗(DCIR)在低温下会增加，甚至在15℃左右。这会导致电池电压在负载下下降，并会降低用户体验并缩短操作时间。在低于10℃的低温下，这种影响更大，导致运行时间大大缩短。
PWM控制可导致更快的电池老化。由于加热器电阻较低，因此，PWM脉冲中的电流在电池平均电压和高电压下高。这导致电池中的极化更高，应力更高，老化更快，周期寿命更短。
PWM控制可导致有限的系统集成。PWM控制充电和加热器功率控制是独立的电路，需要更大的电路板面积。PWM控制可能需要相对较低的加热元件电阻，从而限制了设计选择。
PWM控制可能会导致加热器TCR选择选项受限。较高的TCR提供随温度变化的较大电阻变化，较大的信号，从而具有更好的温度测量精度。但是，PWM控制可能需要低TCR才能在低电池电压下维持加热器功率。
PWM控制可导致增加的部件数量和增加的成本来测量加热器电阻。例如，对于额外的电流源和惠斯通电桥电路，可能增加部件数量。
本文描述的主题提供了优于常规PWM控制和其他加热元件控制技术的许多技术优势。例如，当前主题可以实现改进的系统集成。在一些实施方式中，充电器和加热器功率控制可以被内置在一个DC-DC转换器中。单个电感器可用于为加热器充电并供电。充电器和加热器控制电路的组合可以提供成本降低和/或空间减小。
在一些实施方式中，当前主题可以使得能够减小板面积，这可以允许更大的电池容量或更小的整体蒸发器装置。可以实现较低的总成本，容许加热器和舱触头电阻的显著变化等。输出电压可以随着负载电阻的增加而成比例变化，以保持功率。这可以补偿舱触头电阻的较大变化，并且允许加热元件的生产公差较宽松。
在一些实施方式中，当前主题可以通过自动补偿触头电阻的变化来提高可用性，从而需要更少的清洁触头。
在一些实施方式中，当前主题使得能够在加热的同时测量加热器元件。例如，不间断功率可以提供给加热器，同时还可以在加热过程中直接测量加热器功率。由于转换器的直流输出，可以实现更简单的测量电路。
在一些实施方式中，当前主题可以实现更长的电池运行时间，允许电池单元在负载下放电更深至3.0V甚至更低，以在目标性能内运行更长时间，和/或在低环境温度下(例如，在寒冷的天气中)实现改进的性能。例如，电池电压在低温下可能会下降，而转换器仍可以为加热器维持恒定的功率和/或在低温下提供更长的运行时间。
在一些实施方式中，当前主题可以改善电池周期寿命，降低由于较低的峰值放电电流而导致的电池压力，实现更高的系统集成度，例如充电器和加热器功率控制可以内置到一个集成的DC-DC转换器，使用相同的单个电感器(即，充电器和加热器功率控制共用的电感器)对加热元件进行充电和供电，和/或减小加热器控制所需的电路板面积，从而允许更大的电池容量或更小的设备，和/或降低了总体成本。
与线性充电器相比，一些实施方式可以在充电期间实现更少的散热，更少的热量传递到充电器温度传感器(通常为安装在电池单元上的负温度系数(NTC))允许精确的电池温度测量，实现来自电池供电的充电配件的高充电效率，和/或节省能源。
一些实施方式可以提供具有低激励电流并且没有自发热的替代加热器电阻测量，这可以通过至少添加与加热器和功率FET串联的电阻器来实现。
当前主题涉及使用直流-直流(DC-DC)转换器和功率监控器的蒸发器雾化器的加热控制，该功率监控器可以测量流经加热器的电流和加热元件上的电压以计算功率和阻抗。可以控制转换器的输出电压，以维持加热元件上的目标功率和/或目标温度。通过利用DC-DC转换器控制，当前主题可以在功率变化时实现连续的加热器电阻和温度监控中的一项或多项，在电池电压低和温度低的情况下提供更快的预热和一致的功率曲线，组合充电器和加热器控制电路能够降低成本和空间，补偿舱触头电阻的增加并改善用户体验，在加热元件接近环境温度时允许较高的加热器TCR而不会使电池过载，从而提高了低电池电压时的效率，改善了电池运行时间，提供了在较低温度下一致的性能；延长了电池寿命等。
图2是示出根据当前主题的一些方面的示例性加热器功率控制200的系统框图。加热器功率控制器200可以包括升降压式DC-DC转换器205和功率监控器210。在一些实施方式中，加热器功率控制器200是上述控制器104的电路的一部分。
转换器205可以电耦合至电源(例如，电池215和/或通用串行总线(USB)电源220)以及位于舱230中的加热元件225。转换器205可以经由触头235耦合至加热元件225。转换器可以从电源(例如215或220)接收第一电压(例如VBAT或VUSB)，并且向加热元件225提供第二电压(例如VHEAT+)。
功率监控器210可以电耦合到加热元件225，并且可以包括微处理器211，模数转换器212和模拟前端213。功率监控器210可以测量流过加热元件225的电流，测量加热元件上的电压(例如，从VHEAT+到VHEAT-的电压降)，计算功率和/或电阻，并将控制信号(例如DC EN)输出到转换器205。
转换器205可以由控制信号(例如，DC EN)控制，以改变第二电压(例如，VHEAT+)，以维持加热元件225上的目标功率或目标温度。通过利用转换器205和功率监控器210维持加热元件225上的目标功率或目标温度，可以实现改进的蒸发器雾化器。
在一些实施方式中，转换器205可以包括能量存储部件240。例如，转换器205可以在开关电容器或电荷泵拓扑中利用电容器作为能量存储部件240。然而，为了限制从电池215汲取的峰值电流，如图2所示，转换器205可包括电感器作为能量存储部件240。基于电感器的转换器可用于降低电压(例如，降压)、升高电压(例如，升压)或在电池电压范围内调节(例如，升降压)。
在一些实施方式中，可以利用功率监控器210来实现对转换器205的闭环控制，该功率监控器210包括用于测量电压和电流以及输出模拟信号以控制转换器的模拟电路。在一些实施方式中，闭环控制(例如，可以通过模拟前端(AFE)电路来实现以获得电压和电流信息。功率监控器210可以包括数字转换器212，该数字转换器212具有诸如PWM的数字控制输出信号，数模转换(DAC)信号或集成电路总线格式的信号(I2C)。功率监控器210可以测量加热元件225两端的电压和通过加热元件225的电流，以计算在加热元件225中消耗的电功率和加热元件225的电阻。与传统的PWM方法不同，这可以连续执行，而不会中断加热元件的功率。。
在一些实施方式中，当前主题可以利用4线(开尔文)连接(例如，四个触头235)来在加热元件225上进行精确的电压测量。在一些实施方式中，当前主题可以利用2线舱连接(例如，两个触头235)或3线连接。
在一些实施方式中，可以提供5V电源，使DC-DC转换器205能够从内部电池215为其他电子设备充电。在这种情况下，转换器输出5V作为USB电源。在此实现中，转换器可以以下三种模式之一运行：1)作为充电器，2)用于加热器控制，或3)作为USB电源。
一些实施方式可以允许更高的加热器TCR。较高的TCR可以提供较大的ΔR/ΔT信号(电阻变化/温度变化)和更精确的温度测量。一些实施方式可以允许舱触头电阻诊断，其中可以分析输出电流的变化以感测触头电阻的增加。
图3是示出图2中示出的示例加热器功率控制器200的操作模式的图。图中显示了设备处于关闭“运输”模式、连接了充电器时(例如，充电模式)、在抽吸过程中、当充电器断开连接时(“放电模式”)、休息、充电模式和休息时的电压与时间的关系。
在一些实施方式中，DC-DC转换器可以用作恒定电流源。在一些实施方式中，DC-DC转换器可以提供恒定电流以在各抽吸之间测量加热器电阻。这样可以将恒定电压输出转换为电流源。图4是示出示例加热器控制器400的系统框图，其中转换器205用作电流源。示例加热器控制器400包括与加热元件225串联的电阻器405和开关410(MOSFET)。开关410由功率监控器210控制。
电流可以由电阻器405的值RISET设置，并且在某些实施方式中，可以在10-100mA左右选择。功率监控器210可以测量加热元件225两端的电压和通过加热元件225的电流以计算电阻。
在示例性实施方式中，加热元件225可包括在高于环境温度250℃时，温度升高+5％的正电阻温度系数(TCR)。在工作温度下，加热器功率可以是8瓦(W)，加热元件225的电阻(Rh)＝0.5欧姆(Ω)，寄生电阻Rp＝0.35Ω。加热器上的电压可以初始设置为2.00V。随着加热元件225加热，其电阻增加到0.525Ω＝0.5Ω×1.05，并且加热器电压也增加到2.05V，以维持加热器上的8W功率。请注意，DC-DC转换器的实际输出电压较高，在加热开始时为2.80V，在目标温度下为2.83V，以补偿寄生电阻上的压降。
假设效率为93％的DC-DC转换器，此DC-DC电路的整体效率可以是约56％，或者比PWM控制低约15％，这将在下面进行更全面的描述。为了提高效率，可以将输出电压增加到4.5V。这可导致Rh增加到2.11Ω。平均效率提高到约75％。在这种情况下，转换器效率比PWM效率高约4％。
在一些实施方式中，可以利用较高的加热器电阻用于高效率，功率监控器可以合并滤波以改善电压和电流测量精度，并且当前主题可利用具有改进的内部功率场效应晶体管(FET)设计的转换器用于更低的电阻RDS(on)和更快的开关以实现更高的效率。
在一些实施方式中，可以通过将DC-DC转换器与PWM控制电路组合以提高蒸发器装置的整体效率来实现混合加热器控制。例如，PWM可以在高电池电压下使用，并在低电池电压或低温下或为补偿舱触头电阻的增加而提供升压。可以将DC-DC转换器设置为以相对较高的效率运行(对于DC-DC转换器)，并且当需要的输出功率小于全部输出功率时，可以将其打开和关闭。以这种方式，PWM控制电路可以补充DC-DC转换器向加热元件提供功率，或者当DC-DC转换器关闭时可以向加热元件仅提供PWM功率。
在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括测量电源输出电压(例如电池输出电压)并选择操作电路(例如通过使用控制器或通过使用自动电压开关)来向加热元件供电。在一些实施方式中，该方法包括在电源输出电压大于或等于4.0V时用PWM控制电路为加热元件供电，以及当电源输出电压小于4.0V时用DC-DC转换器控制电路为加热元件供电。在一些实施方式中，该方法包括在电源输出电压大于或等于3.8V时用PWM控制电路为加热元件供电，以及当电源输出电压小于3.8V时用DC-DC转换器控制电路为加热元件供电。在一些实施方式中，该方法包括在电源输出电压大于或等于3.6V时用PWM控制电路为加热元件供电，以及当电源输出电压小于3.6V用DC-DC转换器控制电路为加热元件供电。在一些实施方式中，该方法包括在电源输出电压大于或等于3.4V时用PWM控制电路为加热元件供电，并在电源输出电压小于3.4V时用DC-DC转换器控制电路为加热元件供电。
在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括：测量为加热元件供电的PWM控制电路的占空比(例如，通过使用控制器)，以及当占空比大于85％时切换至DC-DC转换器控制电路来为加热元件供电。在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括：测量为加热元件供电的PWM控制电路的占空比(例如，通过使用控制器)，以及当占空比大于90％时切换到DC-DC转换器控制电路来为加热元件供电。在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括：测量为加热元件供电的PWM控制电路的占空比(例如，通过使用控制器)，以及当占空比大于95％时切换至DC-DC转换器控制电路来为加热元件供电。在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括：测量为加热元件供电的PWM控制电路的占空比(例如，通过使用控制器)，以及当占空比大于98％时切换到DC-DC转换器控制电路来为加热元件供电。在一些实施方式中，混合加热器控制的方法包括：测量为加热元件供电的PWM控制电路的占空比(例如，通过使用控制器)，以及当占空比约为100％时切换到DC-DC转换器控制电路来为加热元件供电。
图5是示出了根据当前主题的一些方面的操作加热器控制器的示例过程500的过程流程图。在510处，可以测量通过蒸发器雾化器的加热元件的电流。电流可以由被配置为电耦合至电源和加热元件的转换器提供。转换器可以进一步被配置为从电源接收第一电压并且向加热元件提供第二电压。该转换器可以是直流-直流转换器。
在520处，可以测量加热元件上的电压。在530处，可以计算功率和/或电阻。在540处，可以控制转换器的操作以改变第二电压来维持加热元件上的目标功率或目标温度。
以下包括示例性的PWM控制实施方式，其可以补充DC-DC转换器向加热元件提供功率，或者可以在DC-DC转换器关闭时向加热元件仅提供PWM功率。典型的锂离子电池单元从满电量放电到空电量时，其工作电压范围为约4.2V至3.0V。为了确保有足够的电压达到目标功率和温度，在最大PWM占空比(D)时，将加热元件的电阻(Rh)选择用于最小工作电压。PWM脉冲中的电流和功率与电压成正比，由欧姆定律Ih＝Vb/R给出，其中：Ih是电流，Vb是电池电压，R是电阻。R包括化学电池正极和负极与雾化器之间的电功率路径中的所有电阻。
在一些实施方式中，电阻R可以表示为以下电阻的和：Rb：内部单元阻抗(DCIR)；Rs：电池安全电子设备，FET和PWM开关；Rt：导体电阻，电线，PCBA走线，电气互连；Rc：舱触头电阻；Rh：电阻加热元件(雾化器)。为简单起见，寄生电阻可以表示为Rp＝Rb+Rs+Rt+Rc。那么电路中的总电阻为R＝Rh+Rp。图6示出了示例电路图，该电路图示出了示例电功率路径中的电阻和相关参数，并且包括功率控制开关。注意，在计算中，正轨和负轨中的电阻表示为单个电阻。
对于PWM控制计算和加热元件上8.0W的目标功率，来自电池的功率可以表示为Pb＝Ph+Pp，其中：Pb是从电池汲取的功率，Ph是加热元件上的功率，Pp是所有寄生电阻总和上的功率损耗。类似地，电池电压Vb可表示为加热元件Vh上的电压和寄生电阻Vp上的电压之和，为Vb＝Vh+Vp。Vh＝Rh×I和Vp＝Rp×I可代入以推出Vb＝I×(Rh+Rp)。可选择Rh，例如最大占空比和最小电池电压下Ph≥8.0W，其中Rb＝200mΩ(对于小型锂离子电池)；Rs＝60mΩ；Rt＝60mΩ；Rc＝30mΩ；Rp＝0.35Ω。
在3.40V的最小电池电压下可以选择R＝0.50Ω。电路中的总电阻为R＝Rp+Rh＝0.35Ω+0.5Ω＝0.85Ω。加热期间PWM脉冲中的峰值电流为I＝3.4V/0.85Ω＝4.0A。对于上面的示例，这是在不同充电状态下的电流：电池最低电压为3.4V时为4A；平均电池电压为3.7V时为5.28A；在最大电池电压为4.2V时为6.74A。在3.70V时从电池汲取的平均功率为11.22W，电效率为71.3％。请注意，功率损耗与占空比无关，因为加热元件的功率仅在PWM脉冲中传输。
根据期望的配置，本文描述的主题可以体现在系统，装置，方法和/或物品中。前述描述中阐述的实施方式并不代表与本文所述主题一致的所有实施方式。相反，它们仅是与与所描述的主题有关的方面一致的一些示例。尽管上面已经详细描述了一些变型，但是其他修改或添加是可能的。特别地，除了本文阐述的那些特征和/或变化之外，还可以提供其他特征和/或变化。例如，上述实施方式可以针对所公开的特征的各种组合和子组合和/或以上公开的若干其他特征的组合和子组合。另外，附图中描绘的和/或本文中描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在所附权利要求的范围内。
术语
当特征或元件在本文中被称为“位于另一特征或元件上”时，它可以直接位于另一特征或元件上，或者也可以存在中间特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接位于另一特征或元件上”时，不存在中间特征或元件。还应该理解，当一个特征或元件被称为“连接”、“附接”或“耦合/耦接”到另一个特征或元件时，其可以直接连接、附接或耦合/耦接至另一个特征或元件或可以存在中间特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦合/耦接”至另一特征或元件时，不存在中间特征或元件。
尽管关于一个实施例进行了描述或示出，但是如此描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员还将理解，对与另一特征“相邻”设置的结构或特征的引用可具有与相邻特征叠覆或位于相邻特征之下的部分。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式和所实现的目的，而不是限制性的。除非上下文另有明确说明例如，否则如本文所用的单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。
在以上描述和权利要求中，可能出现之后是元件或特征的联合列表的诸如“至少一个”或“…中的一个或多个”的短语。术语“和/或”也可以出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非另外隐含地或明确地与其使用的上下文相矛盾，否则这样的短语旨在单独地表示任何列出的元件或特征，或者与任何其他列举的元件或特征组合的任何列举元件或特征。例如，短语“A和B中的至少一个”、“A和B中的一个或多个”和“A和/或B”各自旨在表示“单独A、单独B或A和B一起”。类似的解释也适用于包括三个或更多项目的列表。例如，短语“A，B和C中的至少一个”、“A，B和C中的一个或多个”、和“A，B和/或C”各自旨在表示“单独A、单独B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。在权利要求上或在权利要求中使用术语“基于”意指“至少部分地基于”，使得未被引用的特征或元件也是允许的。
本文可以使用例如“前向”、“后向”“下”，“下方”、“上”、“上方”等的空间相对术语来使说明书易于描述一个元件或特征与如图所示的其它元件或特征的关系。应当理解，除了图中所示的定向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置被反转，则被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将被“定向”在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在...之下”可以包括上方和下方两个定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。类似地，除非另有明确说明，否则本文使用术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等仅用于解释的目的。
除非上下文另有说明，否则尽管这里可以使用术语“第一”和“第二”来描述各种特征/元件(包括步骤)，但是这些特征/元件不应受这些术语的限制。这些术语可用于将一个特征/元件与另一个特征/元件区分开。因此，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，下面讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件而不脱离这里提供的教导。
如本说明书和权利要求书中所使用的，包括如实施例中所使用的并且除非另有明确说明，否则所有数字可以被读作以“约”或“近似”一词开头，即使该术语没有明确出现。当描述幅度和/或位置以指示所描述的值和/或位置在合理的预期值和/或位置范围内时，可以使用短语“约”或“近似”。例如，数值可以是所述值(或值的范围)+/-0.1％、所述值(或值的范围)+/-1％、所述值(或值的范围)+/-2％、所述值(或值的范围)+/-5％，所述值(或值的范围)+/-10％等。除非上下文另有说明，否则此处给出的任何数值还应理解为包括大约或近似该值。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。本文引用的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。还应理解，如本领域技术人员适当理解的，当公开某值时，则“小于或等于该值”、“大于或等于该值”和值之间的可能范围也被公开。例如，如果公开值“X”，则还公开了“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)。还应理解，在整个申请中，数据以多种不同格式提供，并且该数据表示终止点和起始点以及数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解为大于、大于或等于、小于、小于或等于、并且等于10和15以及在10和15之间也被认为是公开的。还应该理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则还公开了11,12,13和14。
尽管上文描述了各种说明性实施方式，但可在不脱离本文的教示的情况下对各种实施方式进行任何改变。例如，在替代实施方式中可以经常改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他替代实施方式中，可以完全跳过一个或多个方法步骤。各种装置和系统实现的可选特征可以包括在一些实施方式中而不包括在其他实施方式中。因此，提供前述描述主要是出于示例性目的，并且不应被解释为限制权利要求的范围。
本文描述的主题的一个或多个方面或特征可以在数字电子电路、集成电路、专门设计专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件、和/或其组合中实现。这些各种方面或特征可以包括在可编程系统上可执行和/或可解释的一个或多个计算机程序中的实施方式，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用的或通用的、耦合为从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据并将数据和指令发送到存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置。可编程系统或计算系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
也可以称为程序、软件、软件应用、应用、器件或代码的这些计算机程序包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级过程语言、面向对象编程语言、函数编程语言、逻辑编程语言和/或汇编/机器语言实现。如这里所使用的，术语“机器可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供到可编程处理器的任何计算机程序产品、设备和/或装置，例如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑装置(PLD)，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可以非暂时地存储这样的机器指令，例如非瞬态固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等同的存储介质。机器可读介质可以替代地或附加地以瞬态方式存储这样的机器指令，例如处理器缓存或与一个或多个物理处理器核相关联的其他随机存取存储器。
本文包括的示例和说明通过说明而非限制的方式示出了可以实践主题的具体实施方式。如上所述，可以利用并从中导出其他实施方式，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。本发明主题的此类实施方式在本文中可单独地或共同地由术语“发明”来指代，如果事实上公开了不止一个发明，则不意图将本申请的范围自愿地限制于任何单个发明或发明构思而仅仅是为了方便。因此，尽管本文已说明和描述了特定实施方式，但经计算以实现相同目的的任何设置可替代所展示的特定实施方式。本公开旨在涵盖各种实现的任何和所有修改或变化。在阅读以上描述后，上述实施方式的组合以及本文未具体描述的其他实施方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文和权利要求中术语“基于”的使用旨在表示“至少部分地基于”，从而也允许未记载的特征或元件。
根据期望的配置，本文所述的主题可以体现在系统，装置，方法和/或物品中。前述描述中阐述的实施方式并不代表与本文所述主题一致的所有实施方式。相反，它们仅是与与所描述的主题有关的方面一致的一些示例。尽管这里已经详细描述了一些变型，但是其他修改或添加是可能的。特别地，除了本文阐述的那些特征和/或变化之外，还可以提供其他特征和/或变化。例如，本文描述的实施方式可以针对公开的特征的各种组合和子组合和/或本文公开的几个其他特征的组合和子组合。另外，附图中描绘的和/或本文中描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在所附权利要求的范围内。

Claims (43)

1.一种系统，包括：
转换器，其被配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件，所述转换器还被配置为从所述电源接收第一电压并将第二电压提供给所述加热元件，所述转换器为直流-直流转换器；和
功率监控器，其被配置为电耦合到所述加热元件、测量通过所述加热元件的电流、测量所述加热元件上的电压、计算功率和/或电阻并向所述转换器输出控制信号，
其中，所述转换器被配置为由所述控制信号控制以改变所述第二电压，以维持所述加热元件上的目标功率或目标温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述转换器包括升压和/或降压转换器，所述转换器包括能量存储装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述能量存储装置包括处于开关电容器拓扑或电荷泵拓扑中的电容器。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述能量存储装置包括电感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率监控器包括形成闭环控制的模拟电路。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率监控器包括：
模拟前端电路，其被配置为测量通过所述加热元件的电流和所述加热元件上的电压；和
数字转换器，其包括被配置为基于通过所述加热元件的所测量电流和所述加热元件上的所测量电压提供所述控制信号的电路。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述数字转换器被配置为提供所述控制信号作为脉宽调制信号、数模转换信号或内置集成电路格式信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述功率监控器包括：
4线连接，用于测量所述加热元件上的电压。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述功率监控器包括：
3线连接，用于测量所述加热元件上的电压。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述功率监控器连续地测量所述电流和所述电压而不中断对所述加热元件的供电。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，还包括：
微控制器；和
所述转换器和所述加热元件之间的开关，所述开关电耦合至所述微控制器，所述微控制器配置成将脉宽调制信号施加至所述开关的栅极。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述转换器被配置为在第一功率水平下操作，并且所述微控制器被配置为基于通过所述加热元件的所测量电流和所述加热元件上的所测量电压来确定第二功率水平并修改所述脉宽调制信号以控制所述开关来修改所述第二电压。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述转换器被配置为在加热循环期间向所述加热元件提供不间断的功率。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中，所述功率监控器被配置为基于所测量电流的变化来确定所述转换器和所述加热元件之间的触头的触头电阻的变化。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，还包括：
电流源，其被配置为耦合到所述加热元件，所述电流源包括电流源电阻器和电流源开关。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，还包括：
通用串行总线端口，其包括通用串行总线功率轨，所述转换器被配置为向所述通用串行总线功率轨输出第三电压。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的系统，还包括：
脉宽调制(PWM)控制电路，其被配置为电耦合至所述电源和所述蒸发器雾化器的所述加热元件，所述脉宽调制控制电路进一步被配置为向所述加热元件选择性地提供PWM功率。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的系统，其中，所述电源是电池。
19.一种集成转换器，包括：
转换器，其被配置为电耦合至电源和蒸发器雾化器的加热元件，所述转换器还被配置为从所述电源接收第一电压并将第二电压提供给所述加热元件，所述转换器为直流-直流转换器，
功率监控器，其被配置为电耦合至所述加热元件、测量通过所述加热元件的电流、测量所述加热元件上的电压、计算功率和/或电阻并向所述转换器输出控制信号，以及
充电器，其被配置为电耦合至所述电源以对所述电源充电，
其中，所述转换器被配置为由所述控制信号控制以改变所述第二电压，以维持所述加热元件上的目标功率或目标温度。
20.根据权利要求19所述的集成转换器，其中，所述转换器和所述充电器包括共同的电感器，以为所述加热元件供电并为所述电源充电。
21.一种方法，包括：
测量通过蒸发器雾化器的加热元件的电流，所述电流由配置为电耦合至电源和所述加热元件的转换器提供，所述转换器还配置为从所述电源接收第一电压并对所述加热元件提供第二电压，所述转换器是直流-直流转换器；
测量所述加热元件上的电压；
计算功率和/或电阻；和
改变所述第二电压以维持所述加热元件上的目标功率或目标温度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述转换器包括升压和/或降压转换器，所述转换器包括能量存储装置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述能量存储装置包括处于开关电容器拓扑或电荷泵拓扑中的电容器。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述能量存储装置包括电感器。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括：
将控制信号作为脉宽调制信号、数模转换信号或内置集成电路格式信号提供给所述转换器。
26.根据权利要求21所述的方法，还包括：
将脉宽调制信号施加到耦合在微控制器、所述转换器和所述加热元件之间的开关的栅极。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述转换器被配置为在第一功率水平下操作，并且所述微控制器被配置为基于通过所述加热元件的所测量电流和所述加热元件上的所测量电压来确定第二功率水平并修改所述脉宽调制信号以控制所述开关来修改所述第二电压。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述转换器被配置为在加热循环期间向所述加热元件提供不间断的功率。
29.根据权利要求21所述的方法，还包括：
基于所测量电流的变化来确定所述转换器和所述加热元件之间的触头的触头电阻的变化。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的方法，其中，测量所述加热元件上的电压包括使用4线连接来测量所述加热元件上的电压。
31.根据权利要求21至29中任一项所述的方法，其中，测量所述加热元件上的电压包括使用3线连接来测量所述加热元件上的电压。
32.根据权利要求21至31中任一项所述的方法，其中，测量通过所述加热元件的电流包括连续测量通过加热元件的电流而不中断对所述加热元件的供电。
33.根据权利要求21至32中任一项所述的方法，其中，测量所述加热元件上的电压包括连续地测量所述加热元件上的电压而不中断对所述加热元件的供电。
34.根据权利要求21至33中任一项所述的方法，其中，所述电源是电池。
35.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量电源输出电压；和
选择用于给所述加热元件供电的操作电路，其中当所述电源输出电压大于或等于4.0V时，所述操作电路是PWM控制电路，并且其中当所述电源输出电压低于4.0V时，所述操作电路是包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
36.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量电源输出电压；和
选择用于给所述加热元件供电的操作电路，其中当所述电源输出电压大于或等于3.8V时，所述操作电路是PWM控制电路，并且其中当所述电源输出电压低于3.8V时，所述操作电路是包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
37.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量电源输出电压；和
选择用于给所述加热元件供电的操作电路，其中当所述电源输出电压大于或等于3.6V时，所述操作电路是PWM控制电路，并且其中当所述电源输出电压低于3.6V时，所述操作电路是包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
38.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量电源输出电压；和
选择用于给所述加热元件供电的操作电路，其中当所述电源输出电压大于或等于3.4V时，所述操作电路是PWM控制电路，并且其中当所述电源输出电压低于3.4V时，所述操作电路是包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
39.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量PWM控制电路的占空比；和
当所述占空比大于85％时，选择包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
40.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量PWM控制电路的占空比；和
当所述占空比大于90％时，选择包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
41.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量PWM控制电路的占空比；和
当所述占空比大于95％时，选择包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
42.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量PWM控制电路的占空比；和
当所述占空比大于98％时，选择包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
43.根据权利要求21至34中任一项所述的方法，还包括：
测量PWM控制电路的占空比；和
当所述占空比为约100％时，选择包括直流-直流转换器的DC-DC转换器控制电路。
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