CN111093409B - 具有连续功率调节的电操作气溶胶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气溶胶生成系统，其包括：电源(60)；电加热器(40)；连接在电源(60)与电加热器(40)之间的功率控制电路(100)，功率控制电路(100)包括：功率测量单元(30)，所述功率测量单元被配置成确定从电源(60)供应到电加热器(40)的功率并且输出与供应到电加热器(40)的功率成比例的功率测量电压；电压比较器(10)，所述电压比较器连接到功率测量单元(30)，并且被配置成基于所述功率测量电压和参考电压(Vref)之间的差值输出电压差信号；以及功率调节器(12)，所述功率调节器连接在电源(60)与电加热器(40)之间并响应于所述电压差信号，功率调节器(12)被配置成调节供应到电加热器(40)的电流或电压，以便将所述电压差信号返回到预定范围内或以便最小化所述电压差信号。

Description

具有连续功率调节的电操作气溶胶生成装置

技术领域

本发明涉及电加热气溶胶生成系统，并且具体涉及电阻加热气溶胶生成系统。

背景技术

电加热气溶胶生成系统加热气溶胶形成基质以生成气溶胶。电加热气溶胶生成系统的一个实例是电加热吸烟系统。在电加热吸烟系统中，气溶胶形成基质(例如烟草或香烟的塞子)被加热到挥发性化合物被释放以形成用户可吸入的气溶胶的温度。

在此类系统中，必须控制气溶胶形成基质的温度以低于可能发生烟草产品燃烧的温度。所以，在电加热气溶胶生成装置中，控制加热器的温度是必要的。这主要是确保生成具有所需属性的气溶胶。但为了消费者满意，从一次吸入到下一次吸入产生一致数量的气溶胶也很重要。

可以通过限制供应到加热器的电压或电流的幅值来控制加热器的温度。替代地，如果电流以脉冲供应，则可以改变电流的占空比或脉冲宽度以控制加热器温度。

然而，电阻加热器的一个问题是加热器的电阻往往会随着时间的推移而增加，并且通常随温度而变化。在大量生产产品时，电阻也可能从一个加热器到下一加热器变化。这意味着，控制使用简单电压或电流控制达到的温度将不会随着时间的推移或从一个加热器到另一个加热器提供一致的结果。

出于此原因，通常，电加热气溶胶生成系统包括某种温度传感器，以确保温度被可靠地调节。还需要微处理器来基于所感测的温度控制功率供应。然而，这些组件相对复杂并且消耗功率。在手持式电池操作系统中，需要尽可能最大程度地减少功耗。

需要提供一种用于调节温度的简单且不消耗大量功率本身的系统。尤其是，希望不需要温度传感器或不使用微处理器来执行与温度相关的计算。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种气溶胶生成装置，其包括：

电源；

电加热器；以及

功率控制电路，所述功率控制电路连接在所述电源和所述电加热器之间，所述功率控制电路包括：

功率测量单元，所述功率测量单元被配置成确定从所述电源供应到所述电加热器的功率并且输出与供应到所述电加热器的功率成比例的功率测量电压；

电压比较器，所述电压比较器连接到所述功率测量单元，并且被配置成基于所述功率测量电压和参考电压之间的差值输出电压差信号；以及

功率调节器，所述功率调节器连接在所述电源与所述电加热器之间并且响应于所述电压差信号，所述功率调节器被配置成调节供应到所述电加热器的电流或电压，以便将所述电压差信号返回到预定范围内或以便最小化所述电压差信号。

可以通过加热气溶胶形成基质以汽化气溶胶形成基质中的挥发性化合物来操作所述装置。汽化的化合物接着在气流中冷却以形成气溶胶。优选的是，气溶胶生成装置被配置成生成供用户吸入的气溶胶。如本文中所使用的，术语‘气溶胶形成基质’涉及能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质来释放此类挥发性化合物。气溶胶形成基质可便利地是气溶胶生成制品或吸烟制品的一部分。如本文中所使用，术语“气溶胶生成装置”涉及一种与气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置。

由于焦耳加热使得电加热器产生的热与施加到加热器的功率和施加功率的时间的乘积成比例。对于给定热质量，质量的温度变化与施加到其上的热量成比例。所以，邻近电加热器的气溶胶形成基质的温度变化将与施加到加热器的功率与供应该功率的时间的乘积成比例。

根据本发明的系统可以简单地调节功率以控制温度。功率控制电路可使用不消耗非常大功率的组件实现。尤其是无需单独的温度传感器。

此外，无需校准每个电加热器，因为系统的功率/温度关系独立于加热器电阻。如果系统设计成使用可互换或可更换的加热器，这一点尤为有用。根据本发明的系统还避免了加热器电阻漂移的问题。

根据本发明的系统还处理电池放电和老化时电池电压下降的问题。

有利地，功率控制电路为模拟电路。换句话说，功率测量单元、电压比较器和功率调节器都使用模拟电路部件实现。这具有这样的好处：连续地执行功率控制，而不是周期性或间歇性地执行功率控制。无需处理步骤来计算所需的电压或占空比，或存储目标值的查找表。

相比使用占空比调制而调节的电流脉冲，使用经调节但连续的直流电流对装置中的电子组件的压力较小。尤其是使用连续但较低的直流电流，可减少随时间推移的电迁移，因此改善装置的可靠性。

根据本发明的装置不需要电池来以占空比调制装置采用的方式提供最大可能的放电电流。这会改善电池寿命。

根据本发明的装置允许生产可靠的小型低功率、低成本装置。

在一个实施例中，所述功率调节器被配置成仅当所述电压差信号超出所述预定范围时调整供应到所述电加热器的电流。

在另一个实施例中，所述功率调节器被配置成调整供应到所述电加热器的电流，使得所施加的功率朝目标施加功率调整。

气溶胶生成装置可被配置成在激活之后的预定时间段内向加热器供应电力。预定时间段可对应于单次用户抽吸或吸入，或者可对应于使用装置的阶段，覆盖超过一个用户抽吸。例如，在每次激活之后，可以在两秒的周期内给加热器供应功率。在这种情况下，只有当检测到用户抽吸或紧接在抽吸之前用户启动按钮时，才可激活加热器。替代地，在另一实例中，可以在激活之后的六分钟的周期内(对应于抽常规香烟花费的典型时间)给加热器供应功率。在这六分钟内，用户可能会在装置上进行几次抽吸。无论加热器的激活周期为何，都可以在激活期间提供恒定功率或对应于预定功率曲线的功率。对于功率控制电路使用模拟组件意味着激活期间的功率调节连续发生。

功率调节器可包括双极结型晶体管，其基极连接到电压比较器的输出。替代地，功率调节器可以是压降调节器，例如单电阻低电流压降调节器。此类调节器的一个实例是来自Linear Technology Corporation of 2085E Technology Cir,Tempe,AZ 85284,USA的LT3083。

所述功率测量单元包括乘法器单元，所述乘法器单元被配置成将施加到所述电加热器的电压与指示施加到所述电加热器的电流的电压相乘，以提供所述功率测量电压。

所述功率测量单元可包括电流测量单元，所述电流测量单元被配置成提供指示施加到所述电加热器的电流的输出电压。电流测量单元可以包括运算放大器。运算放大器可以连接于已知电阻的感测电阻器两端。替代地，电流测量单元可以是霍尔效应传感器，例如来自Linear Technology Corporation的LTC1966传感器。

气溶胶生成装置还可以包括微控制器。微控制器可被配置成提供参考电压。微控制器可被配置成在所述装置的操作期间改变参考电压。为了在装置操作的持续时间内产生一致的气溶胶，这可能是有益的。例如，在加热固体气溶胶形成基质(例如香烟)时，气溶胶形成基质中的挥发性化合物的量在加热期间消耗并且可能需要将更大的功率施加到耗尽的基质以便生成一致的气溶胶。参考电压的变化可以是基于激活之后的时间或另一测量变量(例如，用户在装置上抽吸)不连续的或阶梯式的，或者可以是连续的。例如，参考电压在每次用户在装置上抽吸之后变化，或者在每n个抽吸之后变化，其中，n是大于一的整数。在一个实例中，在装置初次激活后，每次连续的用户抽吸都会增加参考电压。所述微控制器可被配置成基于所检测的用户吸入的数量改变所述参考电压。替代地或此外，所述微控制器可被配置成基于激活所述装置之后的时间改变所述参考电压

所述参考电压可以由不同的恒定电压源提供，例如电压调节器或分压器。

在一个实施例中，所述电压比较器包括运算放大器。所述运算放大器的输入可以是参考电压和功率测量电压。电流限制电阻器可连接到所述运算放大器的输出。

所述电加热器可以可拆卸地联接到所述功率控制电路以允许更换所述电加热器。例如，所述加热器可以与消耗性筒中的气溶胶形成基质一起设置，所述消耗性筒在气溶胶形成基质已耗尽时被替换。本发明的功率控制电路以这样的方式操作，该方式意味着在使用之前不需要校准每个更换的电加热器。

电加热器可以是电阻加热器。加热器可以包括电阻材料。合适的电阻材料包括但不限于：半导体例如掺杂陶瓷、电“传导”陶瓷(例如二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的例子包括掺杂碳化硅。适合金属的实例包括钛、锆、钽、铂、金和银。合适的金属合金的实例包含含不锈钢、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金合金、含铁合金以及以镍、铁、钴、不锈钢、及铁-锰-铝合金为主的超合金。在复合材料中，电阻材料可任选嵌入绝缘材料中，由绝缘材料封装或由绝缘材料涂布或者反之亦然，取决于能量转移的动力学和所需外部理化性质。

电加热器可包括内部加热元件或外部加热元件或内部及外部加热元件两者，其中“内部”及“外部”是指气溶胶形成基质。内部加热元件可采用任何合适形式。例如，内部加热元件可采用加热片的形式。加热叶片可以由具有一个或多个电阻加热迹线的陶瓷衬底形成，由沉积于所述叶片的一侧或两侧的铂或另一种适合材料形成。替代地，内部加热器可采用具有不同导电部分的套管或基板，或电阻式金属管的形式。替代地，内部加热元件可为贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多个加热针或棒。其它替代物包括电热线或丝，例如，Ni-Cr(镍-铬)、白金、钨或合金线或加热板。任选地，可将内部加热元件沉积在刚性载体材料内或沉积在其上。在此类实施例中，可使用具有温度与电阻率间定义关系的金属，形成电阻式加热元件。在此类示例性装置中，金属可在合适的绝缘材料(例如，陶瓷材料)上形成为迹线，然后夹在另一绝缘材料(例如，玻璃)中。以此方式形成的加热器可用于加热和监控加热元件在操作期间的温度。

外部加热元件可采用任何合适形式。例如，外部加热元件可采用在介电基板(例如，聚酰亚胺)上的一个或多个柔性加热箔的形式。可使此类柔性加热箔成形，以与基板接纳空腔的周边一致。替代地，外部加热元件可采用金属网格、柔性印刷电路板、模制互连装置(MID)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式，或可使用涂层技术(例如，等离子体气相沉积)形成于合适的成形基板上。外部加热元件也可使用具有温度与电阻率间定义关系的金属来形成。在此类示例性装置中，金属可在两层合适绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热元件可用于加热和监控外部加热元件在操作期间的温度。

在一个实施例中，电加热器包括导电丝的网格、阵列或织物。导电丝可限定丝之间的空隙，且空隙可具有10μm与100μm之间的宽度。

导电丝可形成大小在160到600Mesh US(+/-10％)之间(即，每英寸160与600个丝之间(+/-10％))的网格。空隙的宽度优选地在75μm与25μm之间。作为间隙面积与网格总面积的比的网格开口面积的百分比优选地在25％与56％之间。网格可以使用不同类型的交织或格子结构形成。替代地，导电丝由彼此平行布置的细丝的阵列组成。

导电丝可具有8μm与100μm之间、优选地在8μm与50μm之间且更优选地在8μm与39μm之间的直径。丝可具有圆形横截面或可具有平坦的横截面。

导电丝的网格、阵列或织物的面积可以较小，优选的是，小于或等于25mm²，从而允许其合并到手持系统中。导电丝的网格、阵列或织物可以(例如)为矩形并且具有5mm乘2mm的尺寸。优选的是，导电丝的网格、阵列或织物覆盖的面积在加热器组件的面积的10％到50％之间。更优选的是，导电丝的网格或阵列覆盖的面积在加热器组件的面积的15％到25％之间。

所述丝可以通过蚀刻如箔的片材而形成。当加热器组件包括平行丝阵列时，此可为特别有利的。如果加热元件包括丝的网格或织物，那么所述丝可以单独地形成并且针织在一起。

导电丝的优选材料是304、316、304L、316L不锈钢。

操作中，加热器有利地借助于传导来加热气溶胶形成基质。加热器可以至少部分地与基质或其上沉积有基质的载体接触。替代地，可以通过导热元件将来自内部或外部加热元件的热传导到基质。

在操作期间，气溶胶形成基质可完全包含在气溶胶生成装置内。在此情况下，使用者可抽吸气溶胶生成装置的烟嘴。或者，在操作期间，含有气溶胶形成基质的吸烟制品可以部分地包含在气溶胶生成装置内。在此情况下，用户可直接用吸烟制品进行抽吸。加热元件可被安置在装置中的空腔内，其中所述空腔被配置成接纳气溶胶形成基质，使得在使用时加热元件在气溶胶形成基质内。

吸烟制品的形状可为基本上圆柱形的。吸烟制品可为基本上细长的。吸烟制品可具有长度和基本上垂直于长度的周长。气溶胶形成基质可以是大体上圆柱形的形状。气溶胶形成基质可以是基本上细长的。气溶胶形成基质也可具有某一长度和基本上垂直于所述长度的圆周。

气溶胶形成基质可以是固体气溶胶形成基质。或者，气溶胶形成基质可包括固体和液体组分两者。气溶胶形成基质可包括含烟草材料，所述含烟草材料含有加热后从基质释放的挥发性烟草香味化合物。替代地，气溶胶形成基质可包括非烟草材料。气溶胶形成基质还可包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的示例是丙三醇和丙二醇。

如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么固体气溶胶形成基质可包括(例如)以下各者中的一个或多个：粉末、颗粒、小球、碎片、通心管、条或片材，所述片材含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、落叶烟草和膨胀烟草中的一个或多个。固体气溶胶形成基质可呈松散形式，或可提供于合适的容器或筒中。任选地，固体气溶胶形成基质可含有在基质加热后释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质也可含有胶囊，所述胶囊例如包含额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，且此类胶囊可在固体气溶胶形成基质的加热期间熔化。

如本文中所使用的，均质烟草指通过团聚颗粒烟草形成的材料。均质化烟草材料可呈薄片的形式。均质烟草材料可具有以干重计含量大于5％的气溶胶形成剂。替代地，均质烟草材料可具有以干重计含量在5重量％与30重量％之间的气溶胶形成剂。均质烟草材料的片材可通过团聚颗粒烟草形成，所述颗粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一者或两者研磨或以其它方式粉碎而获得。替代地或另外，均质烟草材料的片材可包括在(例如)烟草的处理、操作和运送期间形成的烟草尘、碎烟及其它颗粒烟草副产品中的一个或多个。均质烟草材料的片材可包括为烟草内生粘合剂的一种或多种固有粘合剂、为烟草外生粘合剂的一种或多种外来粘合剂或其组合，以帮助团聚颗粒烟草；替代地或另外，均质烟草材料的片材可包括其它添加剂，包含但不限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成剂、保湿剂、增塑剂、调味剂、填充剂、水性溶剂和非水性溶剂及其组合。

可选地，固体气溶胶形成基质可以设置在热稳定载体上或嵌入热稳定载体中。载体可采取粉末、颗粒、小球、碎片、通心管、条或片材的形式。此外，载体可为管状载体，所述管状载体在其内表面、或其外表面、或其内外表面两者上沉积有一薄层固体基质。此类管状载体可由例如纸、或纸状材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网、或穿孔金属箔或任何其他热稳定的聚合物基质形成。

固体气溶胶形成基质可以(例如)片材、泡沬、胶或浆的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以沉积在载体的整个表面上，或可替代地，可以沉积成图案以便在使用期间提供不均匀的香味递送。

虽然上文参考了固体气溶胶形成基质，但是所属领域的一般技术人员将清楚知道，气溶胶形成基质的其它形式可以与其它实施例一起使用。例如，气溶胶形成基质可以是液体气溶胶形成基质。如果提供液体气溶胶形成基质，那么气溶胶生成装置优选地包括用于保持液体的装置。例如，液体气溶胶形成基质可以保持在容器中。替代地或另外，液体气溶胶形成基质可被吸入多孔载体材料中。多孔载体材料可由任何合适的吸收塞或吸收体形成，例如，发泡金属或塑料材料、聚丙烯、聚酯纤维、尼龙纤维或陶瓷。在使用气溶胶生成装置前，可将液体气溶胶形成基质保持在多孔载体材料中，或者，可在使用期间或使用前立即将液体气溶胶形成基质材料释放到多孔载体材料中。例如，可将液体气溶胶形成基质设置在胶囊中。胶囊外壳优选地在加热后熔化并将液体气溶胶形成基质释放到多孔载体材料中。该胶囊可以可选择地包含与液体相结合的固体。

替代地，载体可为已包括有烟草成分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可包含例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生物纤维。

电源可以是任何合适的电源，例如DC电压源。在一个实施例中，电源是锂离子电池。替代地，电源可以是镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池，例如锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。电源可能需要再充电并且可以具有允许存储足够能量以供一个或多个吸烟体验的容量；例如，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续约六分钟的时间，对应于抽一支常规香烟所耗费的典型时间，或持续多个六分钟的时间。在另一实例中，电源可以具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或加热器的不连续启动。

优选地，气溶胶生成装置包括壳体。优选地，壳体是细长的。壳体可包括任何合适材料或材料的组合。适合材料的实例包括金属、合金、塑料或含有一种或多种那些材料的复合材料，或适用于食物或药物应用的热塑性材料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。优选地，材料轻质并且无脆性。

优选地，气溶胶生成装置是便携式的。气溶胶生成装置可以是电加热吸烟系统，并且可以具有与传统雪茄或卷烟相当的大小。气溶胶生成装置可以是吸烟系统。吸烟系统可以具有约30mm到约150mm之间的总长度。吸烟系统可以具有在大致5mm与大致30mm之间的外径。

气溶胶生成装置可以是一件式装置。替代地，气溶胶生成装置可以包括两个或两个以上可以彼此分离但在操作期间连接的部件。例如，气溶胶生成装置可以包括含有电源和一些或全部功率控制电路的主壳体以及包含气溶胶形成基质和烟嘴的筒部分。电加热器可以位于主壳体中、筒部分中或单独的加热器部分中。

电加热器可以响应于用户启动装置上的按钮而激活，或者可以响应于感测到通过装置的气流速率超过阈值而激活。气溶胶生成装置可以包括用于此目的的气流传感器。替代地或此外，可通过检测电加热器的温度变化来确定气流。通过加热器的大量气流将会对加热器产生冷却效果。

所述装置可被配置成生成供用户吸入的气溶胶，并且在使用中，用户吸入可以通过电加热器抽吸空气。所述装置可以包括存储器，并且可被配置成记录供应到电加热器的电流或电压的变化，作为用户吸入的指示。通过电加热器的气流往往会冷却加热器，这会改变电加热器的电阻。加热器的电阻偏差将导致维持施加到加热器的特定功率所需的电流或电压的偏差。微控制器可以使用用户吸入的指示来根据预定参考电压曲线改变参考电压。

在本发明的第二方面，提供一种用于调节电加热气溶胶生成系统中的电加热器的功率供应的方法，所述气溶胶生成系统包括电源、电加热器以及连接在所述电源与所述电加热器之间的功率控制电路，所述方法包括：

确定从所述电源供应到所述电加热器的功率并且生成与供应到所述电加热器的功率成比例的功率测量电压；

基于所述功率测量电压和参考电压之间的差值生成电压差信号；以及

调整供应到所述电加热器的电流或电压，以便将所述电压差信号维持在预定范围内，或者以便最小化所述电压差信号。

优选地使用模拟电路执行所述方法。以这种方式，电加热器的功率在供应功率时被连续调节。

附图说明

现将参考附图来详细地描述根据本发明的实例，其中：

图1是电加热气溶胶生成系统的示意图；

图2是根据本发明的电加热气溶胶生成系统的功率控制系统的组件的示意图；

图3是图2中所示类型的功率控制系统的电路图；以及

图4是图1中所示类型的电加热气溶胶生成系统的功率曲线的实例。

具体实施方式

在图1中，电加热气溶胶生成装置1的实施例的组件按简化方式示出。具体地，电加热气溶胶生成装置1的元件在图1中未按比例绘制。已省略与理解此实施例无关的元件，以简化图1。

电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置1和气溶胶形成基质2，例如，香烟。气溶胶形成基质2被推入装置1的壳体内部以与电加热器40热接近。气溶胶形成基质2将在不同温度下释放一系列挥发性化合物。通过控制供应到电加热器的功率，可以控制这些挥发性化合物的释放或形成。

在装置1内有电能供应60，例如可再充电锂离子电池。功率控制电路100连接到加热元件40和电能供应60。微控制器70连接到功率控制电路100，并连接到所述电能供应。

在此实例中，加热元件40定位在装置的壳体内的刚性叶片状基底上。叶片状基底可穿透气溶胶形成基质，其在本实例中为香烟。然而，应该清楚，可使用其他形式的加热元件。具体地，加热元件可以定位在气溶胶形成基质的外部。

在使用中，功率被供应到加热器以加热气溶胶形成基质。用户在气溶胶形成基质的烟嘴上抽吸以通过加热器和气溶胶形成基质抽吸空气。气溶胶形成基质中已经被加热器汽化并且夹带在气流中的化合物冷却以在进入用户的嘴之前形成气溶胶。

功率控制电路100的基本元件与电池60和加热器40一起示意性地示于图2中。功率控制电路100包括电流测量单元20、功率测量单元30、电压比较器10和功率调节器12。功率调节器被配置成基于来自电压比较器10的输出调整施加到加热器40的电流或电压。电压比较器被配置成比较参考电压V_ref与功率测量单元30的输出，并作为输出提供表示V_ref和功率测量单元30的输出之间的差的电压。功率测量单元被配置成测量供应到加热器的功率。功率测量单元接收电压作为输入，该电压表示从电流测量单元20施加到加热器40的电流以及由功率调节器施加到加热器40的电压。功率测量单元提供表示输入信号的积的电压作为输出。功率调节器12被配置成如果电压比较器的输出超出预定范围，则用来最小化电压比较器的输出或者调整施加到加热器40的功率。

图3示出图2的功率控制电路的一个实施例。锂离子电池60通过功率控制电路100连接到电加热器40。电池60生成电压V_dc，导致电流通过加热器40。加热器由于焦耳效应而变热。功率控制电路100测量施加到加热器的功率，并根据测量值调整所施加的功率。功率控制电路包括与图2中所示的相同的功能组件。

通过使用电流测量单元20测量电流，并且将所测量的电流与施加到加热器的电压相乘来确定施加到加热器的功率。电流测量单元包括与电加热器40串联连接的已知电阻的电阻器201，以及运算放大器202。通过电阻201的电流等于通过电加热器40的电流。通过电阻器201的电流等于电阻器201两端的电压除以其电阻。运算放大器202连接到电阻器201，使得运算放大器的一个输入连接到电阻器201的高侧，并且运算放大器的另一输入连接到电阻器201的低侧。因此，运算放大器的输出是电压V_I，其与通过电加热器40的电流成比例。运算放大器的输出连接到乘法器30，乘法器为功率测量单元。乘法器30的另一输入为加热器40两端的电压V_load。

乘法器30的输出为电压V_measured，其与施加到加热器的功率成比例。此电压是电压比较器10的输入。电压比较器10包括运算放大器101。运算放大器101的负输入为V_measured。运算放大器的正输入为参考电压V_ref。微处理器70向功率控制电路提供参考电压V_ref。微处理器由电池60供电。

运算放大器101的输出是V_measured和V_ref之间的差值，为ΔV。电流限制电阻器102设置在运算放大器101的输出和功率调节器12之间，以限制流入功率调节器的电流。类似地，电流限制电阻器50与加热器40串联连接，以限制通过加热器40的电流。

功率调节器为NPN晶体管12。电压比较器的输出连接到晶体管12的基极。如果ΔV在特定范围内，则通过晶体管12的电流将不变。但是，如果ΔV为正的(当V_measured小于V_ref时)且大于阈值，则通过晶体管12的电流增加以增加传送到加热器40的功率。如果ΔV为负的(当V_measured大于V_ref时)且大于阈值，则通过晶体管12的电流减小以减小传送到加热器40的功率。以此方式，所供应的功率的值受到调节，尤其是取决于V_ref的值，保持在特定范围内。

功率控制电路100充当控制回路，并使用模拟组件，使得功率调节是连续的，且不需要采样。如果V_ref是恒定的，则供应到加热器的功率将保持在预定范围内。

在所述装置的操作期间，通过调整V_ref的值，可以调整施加到加热器40的功率。图4示出了在图1中所示类型的装置的操作期间V_ref可变化的方式的一个实例。在时间t₀，用户按装置上的“接通”按钮来激活装置。一开始，V_ref设置为相对较高的值，以便将加热器40和气溶胶形成基质2快速地达到操作温度。这是为了使用户尽可能快地进行第一次抽吸。在设定时间之后或基于温度测量值，在t₁，V_ref降低至较低值。这是为了将加热器40维持在可以生成期望的气溶胶的操作温度下。

当气溶胶生成基质耗尽时，可能期望增大施加到加热器的功率，以便确保为每次抽吸产生足够量的气溶胶。在每次用户抽吸之后或用户抽吸设定数量之后，功率可以增大。例如，如图4中所示，在时间P₁，在完成三次用户抽吸之后，V_ref增大。在时间P₂和P₃，其分别对应于完成第四次和第六次用户抽吸，V_ref也会增大。替代地，V_ref仅在激活所述装置之后的预定时间增大。

可以使用所述装置中的专用气流传感器来检测用户抽吸。替代地，可通过监测加热器40的电阻的变化来检测用户抽吸。由于用户抽吸而经过加热器的气流将对加热器产生冷却效应，导致加热器的电阻变化。加热器电阻变化将导致V_load变化，相应地导致V_I增大。通过监测V_load或V_I可检测用户抽吸的开始和结束。此信息可用于触发参考电压V_ref的变化。

虽然已经参考图1所示的装置对控制电路进行了描述，但应该清楚，它适用于其他类型的气溶胶生成装置。具体地，它可以用于加热器定位在气溶胶生成基质外部的装置中。例如，加热器40可以实现为包围气溶胶生成装置中腔体的柔性加热器，其中腔体被构造成接收气溶胶形成基质。在另一实例中，气溶胶生成装置可与气溶胶形成基质一体化，并且被设计成在气溶胶形成基质耗尽时被处置。在又一实例中，加热器40可以与一次性筒中的气溶胶形成基质一起设置，其中电源和功率控制电路设置在可重用主单元中。

此外，虽然已经参考在装置操作期间向加热器供应功率的装置描述了控制电路，但它适用于被配置成只在用户抽吸或吸入期间将功率供应至加热器的装置。例如，微处理器可被配置成提供为零的V_ref，直到装置中的抽吸传感器检测到用户抽吸，然后在检测到用户抽吸之后，在设定的时间段(比如两秒)提供正值的V_ref，在返回为零的V_ref之前直到检测到下一用户抽吸。V_ref的值可以随抽吸变化。

Claims (13)

1.一种气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：

电源；

电加热器；以及

功率控制电路，所述功率控制电路连接在所述电源和所述电加热器之间，其中所述功率控制电路为模拟电路，所述功率控制电路包括：

功率测量单元，所述功率测量单元被配置成确定从所述电源供应到所述电加热器的功率并且输出与供应到所述电加热器的功率成比例的功率测量电压；

电压比较器，所述电压比较器连接到所述功率测量单元，并且被配置成基于所述功率测量电压和参考电压之间的差值输出电压差信号；以及

功率调节器，所述功率调节器连接在所述电源与所述电加热器之间并且响应于所述电压差信号，所述功率调节器被配置成调节供应到所述电加热器的电流或电压，以便将所述电压差信号返回到预定范围内或以便最小化所述电压差信号

其中所述功率测量单元、所述电压比较器和所述功率调节器都使用模拟电路部件实现。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述功率调节器被配置成仅当所述电压差信号超出所述预定范围时调整供应到所述电加热器的电流。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述功率调节器包括双极结型晶体管，所述双极结型晶体管的基极连接到所述电压比较器的输出。

4.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述功率测量单元包括乘法器单元，所述乘法器单元被配置成将施加到所述电加热器的电压与指示施加到所述电加热器的电流的电压相乘，以提供所述功率测量电压。

5.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述功率测量单元包括电流测量单元，所述电流测量单元被配置成提供指示施加到所述电加热器的电流的输出电压。

6.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，还包括微控制器，所述微控制器配置成提供所述参考电压。

7.根据权利要求6所述的气溶胶生成装置，其中所述微控制器被配置成在所述装置的操作期间改变所述参考电压。

8.根据权利要求7所述的气溶胶生成装置，其中所述微控制器被配置成基于所检测的用户吸入的数量改变所述参考电压。

9.根据权利要求7所述的气溶胶生成装置，其中所述微控制器被配置成基于激活所述装置之后的时间改变所述参考电压。

10.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述装置为手持式装置。

11.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述电加热器可拆卸地联接到所述功率控制电路，以允许更换所述电加热器。

12.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述装置被配置成生成气溶胶以供用户吸入，并且其中在使用中，用户吸入通过所述电加热器抽吸空气，其中所述装置包括存储器，并且被配置成记录供应到所述电加热器的电流或电压的变化，作为用户吸入的指示。

13.一种用于调节电加热气溶胶生成系统中的电加热器的功率供应的方法，所述气溶胶生成系统包括电源、电加热器以及连接在所述电源与所述电加热器之间的功率控制电路，其中所述功率控制电路为模拟电路并且所述功率控制电路包括功率测量单元、连接到所述功率测量单元的电压比较器、以及连接在所述电源与所述电加热器之间的功率调节器，并且其中所述功率测量单元、所述电压比较器和所述功率调节器都使用模拟电路部件实现，所述方法包括：

确定从所述电源供应到所述电加热器的功率并且生成与供应到所述电加热器的功率成比例的功率测量电压；

基于所述功率测量电压和参考电压之间的差值生成电压差信号；以及

调整供应到所述电加热器的电流或电压，以便将所述电压差信号维持在预定范围内，或者以便最小化所述电压差信号。