CN112702929A - 用于气溶胶发生设备的装置 - Google Patents

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Abstract

用于气溶胶发生设备的装置，包括LC谐振电路，其包括感应元件，用于感应加热承热器组件以加热气溶胶发生材料从而产生气溶胶。该装置包括切换组件，用于使得从DC电压源产生变化的电流，并流过感应元件以导致承热器组件感应加热。该装置还包括温度检测器，用于在使用时基于LC谐振电路运行的频率确定承热器组件的温度。

Description

用于气溶胶发生设备的装置
技术领域
本发明涉及一种用于气溶胶发生设备的装置，具体涉及一种装置，包括温度确定器，用于确定承热器组件(susceptor arrangement)的温度。
背景技术
在使用期间，如香烟、雪茄的吸烟制品会燃烧烟草，而产生烟草烟雾。已经尝试通过产生释放化合物而不燃烧的产品以提供这些制品的替代物。这种产品的实例是所谓的“加热而不燃烧”产品或烟草加热装置或产品，它们通过加热而不燃烧材料而释放化合物。该材料可以是例如烟草或其他非烟草产品，其可以包含或可以不包含尼古丁。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于气溶胶发生设备的装置，该装置包括：LC谐振电路，包括用于感应加热承热器组件以加热气溶胶发生材料从而产生气溶胶的感应元件；切换组件，用于使得能够从DC电压源产生变化的电流并流过感应元件，以引起承热器组件的感应加热；和温度确定器，用于在使用时基于LC谐振电路运行的频率确定承热器组件的温度。
该温度确定器可以用于在使用时，除了基于LC谐振电路运行的频率之外，还基于来自DC电压源的DC电流确定承热器组件的温度。
该温度确定器可以用于在使用时，除了基于LC谐振电路运行的频率和来自DC电压源的DC电流之外，还基于DC电压源的DC电压确定承热器组件的温度。
该LC电路可以是并联LC电路，包括与感应元件并联布置的电容元件。
该温度确定器可以由LC谐振电路运行的频率、来自DC电压源的DC电流和DC电压源的DC电压确定感应元件和承热器组件的有效分组电阻(effective grouped resistance)，并基于确定的有效分组电阻而确定该承热器组件的温度。
该温度确定器可以有感应元件和承热器组件的有效分组电阻的值和承热器组件的温度的校准而确定承热器组件的温度。
该校准可以基于多项式方程，优选三阶多项式方程。
该温度确定器可以使用以下公式确定有效分组电阻r
Figure BDA0002977080950000021
其中Vs是DC电压，Is是DC电流，C是LC谐振电路的电容，f0是LC谐振电路运行的频率。
LC谐振电路运行的频率可以是LC谐振电路的谐振频率。
切换组件可以配置为在第一状态和第二状态之间切换，并可以由切换组件在第一状态和第二状态之间切换的频率的确定来确定LC电路运行的频率。
切换组件可以包括一个或多个晶体管，并且可以通过测量晶体管之一在导通状态和截止状态之间切换的周期而确定LC电路的工作频率。
该装置可以包括频率电压转换器，配置为输出指示LC电路正在运行的频率的电压值。
该DC电压和/或DC电流可以是估计值。
对于DC电压和/或DC电流获得的值可以是由该装置测量的值。
有效分组电阻和该承热器组件的温度之间的值的校准可以是有效分组电阻和承热器组件的温度之间的多个校准之一，并且温度确定器可以配置为选择多个校准中的一个用于由有效分组电阻的值确定承热器的温度。
该装置可以包括温度传感器，其配置为在被感应元件加热之前检测与承热器组件相关联的温度，并且该温度确定器可以使用由温度传感器检测到的温度来选择校准。
由温度传感器测量的温度可以是气溶胶发生设备的环境温度。
该气溶胶供给设备可以包括用于接收纳承热器组件的腔室，例如，用于接收包括承热器组件的消耗品的腔室，并且由温度传感器测量的温度可以是腔室的温度。
该温度确定器可以配置为：确定与由该温度传感器检测到的温度相对应的有效分组电阻的值，并且基于温度传感器检测到的温度和通过使用与温度传感器检测到的温度相对应的有效分组电阻的值的多个校准中的每个给出的温度之间的比较而从多个校准中选择校准。
每个校准可以是校准曲线或多项式方程式或查寻表中的一组校准值。
该温度确定器可以配置为每当气溶胶发生设备通电时，或每当气溶胶发生设备进入气溶胶发生模式时，执行对校准的选择。
该切换组件可以配置为响应于在谐振电路的谐振频率下运行的谐振电路内的电压振荡而在第一状态和第二状态之间交替，并由此可以将变化的电流维持于谐振电路的谐振频率。
该切换组件可以包括第一晶体管和第二晶体管，其中当切换组件处于第一状态时，第一晶体管截止而第二晶体管导通；并且当切换组件处于第二状态时，第一晶体管导通而第二晶体管截止。
第一晶体管和第二晶体管可以各自包括用于使晶体管导通和截止的第一端子、第二端子和第三端子，并且其中切换组件配置为使得当第二晶体管的第二端子处的电压等于或低于第一晶体管的切换阈值电压时，第一晶体管适配为从导通切换到截止。
第一晶体管和第二晶体管各自可以包括用于使晶体管导通和截止的第一端子、第二端子和第三端子，其中切换组件配置为使得在第一晶体管的第二端子的电压等于或低于第二晶体管的切换阈值电压零时，第二晶体管适配为从导通切换为截止。
该谐振电路可以还包括第一二极管和第二二极管，并且第一晶体管的第一端子可以经由第一二极管连接到第二晶体管的第二端子，而第二晶体管的第一端子可以经由第二二极管连接至第一晶体管的第二端子，由此当第二晶体管导通时，第一晶体管的第一端子被钳位于低电压，而当第一晶体管导通时，第二晶体管的第一端子被钳位于低电压。
该切换组件可以配置为使得当第二晶体管的第二端子的电压等于或低于第一晶体管的切换阈值电压加第一二极管的偏置电压时，第一晶体管适配为从导通切换到截止。
该切换组件可以配置为使得当第一晶体管的第二端子的电压等于或低于第二晶体管的切换阈值电压加第二二极管的偏置电压时，第二晶体管适配为从导通切换到截止。
该DC电压源的第一端子可以连接到谐振电路中的第一点和第二点，其中第一点和第二点电定位于感应元件的任一侧。
该制造可以包括至少一个位于DC电压源和感应元件之间的扼流电感器。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据第一方面的装置的气溶胶发生设备。
附图说明
图1示意性地示出了根据一个实施例的气溶胶发生设备。
图2示意性地示出了根据一个实施例的谐振电路。
图3显示了根据一个实施例的电压、电流、有效分组电阻和承热器组件温度相对于时间的绘图。
图4显示了根据一个实施例的承热器组件温度相对于参数r的绘图。
图5显示了根据一个实施例的承热器组件温度相对于参数r的多个曲线的示意图。
具体实施方式
感应加热是通过电磁感应加热导电物体(或承热器)的过程。感应加热器可以包括感应元件，例如感应线圈，以及用于使变化的电流如交流电流通过感应元件的装置。该感应元件中的变化的电流会产生变化的磁场。变化的磁场穿透相对于感应元件适当定位的承热器，从而在承热器内部产生涡电流。该承热器对涡流具有电阻，因此涡电流相对于该电阻的流动导致承热器通过焦耳加热而被加热。在承热器包含铁、镍或钴等铁磁材料的情况下，通过承热器中的磁滞损耗，即由于磁偶极子在磁材料中的对准，磁偶极子在磁材料中的取向变化，也可以产生热量。
在感应加热中，与例如通过传导的加热相比，在承热器内部产生热量，从而可以快速加热。此外，感应加热器和承热器之间不需要任何物理接触，从而增加了构造和应用的自由度。
感应加热器可以包括LC电路，其具有由感应元件提供的电感L，该感应元件例如可以布置为感应加热承热器的电磁体；和电容C，由电容器提供。在某些情况下，该电路可以表示为RLC电路，其包括由电阻器提供的电阻R。在某些情况下，电阻是由连接电感器和电容器的电路部分的欧姆电阻提供，因此电路不必一定包括这样的电阻器。这样的电路可以称为例如LC电路。当电路元件的阻抗或导纳的虚部彼此抵消时，这样的电路可以表现出在特定的谐振频率处发生的电谐振。
表现出谐振的电路的一个实例是LC电路，其包括电感器、电容器和可选的电阻器。LC电路的一个实施例是串联电路，其中电感器和电容器串联连接。LC电路的另一个实例是并联LC电路，其中电感器和电容器并联连接。在LC电路中会产生谐振，因为电感器的逐渐消失的磁场在其绕组中产生电流，从而给电容器充电，而放电电容器提供的电流会在电感器中建立磁场。本公开侧重于并联LC电路。当以谐振频率驱动并联LC电路时，电路的动态阻抗最大(因为电感器的阻抗等于电容器的阻抗)，而电路电流最小。然而，对于并联LC电路，并联的电感器和电容器环路充当电流倍增器(有效地将环路内的电流倍增而因此该电流流过电感器)。因此，通过提供穿透承热器的最大磁场值，在谐振频率处或附近驱动RLC或LC电路可以提供有效和/或高效的感应加热。
晶体管是用于切换电子信号的半导体器件。晶体管通常包括至少三个用于连接到电子电路的端子。在一些现有技术实例中，通过提供驱动信号使晶体管以预定频率，例如以电路的谐振频率切换而使用晶体管将交流电提供给电路。
场效应晶体管(FET)是一种晶体管，其中施加的电场的效应可以用于改变该晶体管的有效电导。场效应晶体管可以包括主体B、源极端子S、漏极端子D和栅极端子G。场效应晶体管包括半导体，电荷载流子、电子或空穴由其可以在源极S和漏极D之间流动的有源沟道。沟道的电导率，即漏极D和源极S端子之间的电导率，是栅极G和源极S端子之间，例如由施加到栅极端子G的电势产生的电势差的函数。在增强模式FET中，当栅极G到源极S的电压基本为零时，FET可以关闭(即基本上阻断电流通过)，而当栅极G-源极S的电压基本不为零时，可以导通(即基本上允许电流通过)。
n沟道(或n型)场效应晶体管(n-FET)是一种场效应晶体管，其沟道包括n型半导体，其中电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。例如，n型半导体可以包括掺杂有供体杂质(例如磷)的本征半导体(例如硅)。在n沟道FET中，漏极端子D置于比源极端子S高的电势(即存在正的漏极-源极电压，或换句话说，具有负源极-漏极电压)。为了使n沟道FET“导通”(即使电流流过)，向栅极端子G施加比源极端子S的电位高的切换电位。
p沟道(或p型)场效应晶体管(pFET)是一种场效应晶体管，其沟道包括p型半导体，其中空穴是多数载流子而电子是少数载流子。例如，p型半导体可以包括掺杂有受体杂质(例如硼)的本征半导体(例如硅)。在p沟道FET中，源极端子S置于比漏极端子D更高的电势(即存在负漏极-源极电压，或换句话说，是正源极-漏极电压)。为了使p沟道FET“导通”(即允许电流流过)，向栅极端子G上施加低于源极端子S上(并且其，例如，可以是高于漏极端子D上的电势)的电位的切换电位。
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种场效应晶体管，其栅极端子G通过绝缘层与半导体沟道电绝缘。在一些实例中，栅极端子G可以是金属，而绝缘层可以是氧化物(例如二氧化硅)，因此是“金属-氧化物-半导体”。然而，在其他实例中，栅极可以由金属以外的其他材料制成，如多晶硅，和/或绝缘层可以由氧化物以外的其他材料制成，如其他介电材料。然而，此类器件通常被称为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且应理解的是，如本文所用，术语金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET应该解释为包括此类器件。
MOSFET可以是其中半导体是n型的n沟道(或n型)MOSFET。该n沟道MOSFET(n-MOSFET)可以以与以上对n沟道FET描述的相同的方式运行。作为另一实例，MOSFET可以是p沟道(或p型)MOSFET，其中半导体是p型。p沟道MOSFET(p-MOSFET)可以与以上对p沟道FET描述的相同的方式运行。通常，n-MOSFET的源极-漏极电阻比p-MOSFET低。因此，在“导通”状态(即，电流从其中流过)下，与p-MOSFET相比，n-MOSFET产生的热量更少，而因此与p-MOSFET相比，在运行时浪费能量更少。此外，与p-MOSFET相比，n-MOSFET通常具有更短的切换时间(即从改变提供给栅极端子G的切换电势到MOSFET而改变电流是否流过的特性响应时间)。这能够允许更高的切换速率和改进的切换控制。
图1示意性地示出了根据一个实施例的气溶胶发生设备100。气溶胶发生设备100包括DC电源104，在该实施例中为电池104，电路150包括感应元件158、承热器组件110和气溶胶发生材料116。
在图1的实施例中，承热器组件110与气溶胶发生材料116位于消耗品120内。DC电源104电连接到电路150，并且布置为向电路150提供DC电能。设备100还包括控制电路106，在该实施例中，电路150经由控制电路106连接到电池104。
控制电路106可以包括用于，响应于例如用户输入而打开和关闭设备100的装置。如本身已知的，控制电路106可以包括例如抽吸检测器(未显示)，和/或可以经由至少一个按钮或触摸控件(未显示)而接受用户输入。控制电路106可以包括用于监测设备100的组件或插入设备中的消耗品120的组件的温度的装置。除了感应元件158之外，电路150还包括以下描述的其他组件。
感应元件158可以是例如线圈，其可以例如是平面的。感应元件158可以例如由铜(具有相对低的电阻率)形成。电路150布置为将来自DC电源104的输入DC电流转换成通过感应元件158的变化的(例如交流)电流。电路150布置为驱动该变化的电流通过感应元件158。
承热器组件110相对于感应元件158布置，用于从感应元件158到承热器组件110的感应能量传递。承热器组件110可以由能够被感应加热的任何合适的材料形成，例如金属或金属合金，例如钢。在一些实施方式中，承热器组件110可以包括铁磁材料，该铁磁材料可以包含如铁、镍和钴的示例性金属中的一种或其组合。在一些实施方式中，承热器组件110可以包括非铁磁材料，例如铝，或完全由其构成。如上所述，具有通过其驱动的变化电流的感应元件158使承热器组件110通过焦耳加热和/或磁滞加热而被加热。承热器组件110布置为通过例如传导、对流和/或辐射加热而加热气溶胶发生材料116，以在使用时产生气溶胶。在一些实施例中，承热器组件110和气溶胶发生材料116形成整体单元，其可以插入气溶胶发生设备100和/或从其中移除，并且可以是一次性的。在一些实施例中，感应元件158可以从设备100中移除，例如用于更换。气溶胶发生设备100可以是手持式的。气溶胶发生设备100可以布置为加热气溶胶生成材料116以生成供使用者吸入的气溶胶。
应注意，如本文所用的术语“气溶胶发生材料”包括在加热时通常以蒸气或气溶胶的形式提供挥发的组分的材料。气溶胶发生材料可以是非烟草材料或烟草材料。例如，气溶胶发生材料可以是或可以包括烟草。气溶胶发生材料可以例如包括烟草本身、烟草衍生物、膨胀烟草、重构烟草、烟草提取物、均化烟草或烟草替代物中的一种或多种。气溶胶发生材料可以是磨碎的烟草、切碎的烟草、挤出的烟草、重构烟草、重构材料、液体、凝胶、胶凝化的片、粉末或附聚体等形式。气溶胶发生材料还可以包括其他非烟草产品，根据产品的不同，可以包含或可以不包含尼古丁。气溶胶发生材料可以包含一种或多种保湿剂，如甘油或丙二醇。
返回图1，气溶胶发生设备100包括外部主体112，其容纳DC电源104、控制电路106和包括感应元件158的电路150。在该实施例中，包括承热器组件110和气溶胶发生材料116的消耗品120还插入主体112中以配置设备100以供使用。外部主体112包括吸嘴114，以允许在使用时产生的气溶胶离开设备100。
在使用时，用户可以例如经由按钮(未显示)或抽吸检测器(未显示)激活电路106以引起变化的，例如交流电流驱动通过感应元件108，从而感应性加热承热器组件110，承热器组件110继而加热气溶胶生成材料116，并导致气溶胶生成材料116由此生成气溶胶。气溶胶生成至从进气口(未显示)吸入设备100的空气，然后被运送到吸嘴104，在此该气溶胶离开设备100而被使用者吸入。
包括感应元件158的电路150和承热器组件110和/或设备100整体可以布置为将气溶胶生成材料116加热到一定温度范围，以使气溶胶生成材料116的至少一种组分气化，而不燃烧气溶胶发生材料。例如，温度范围可以为约50℃至约350℃，例如，约50℃至约300℃，约100℃至约300℃，约150℃至约300℃，约100℃至约200℃，约200℃至约300℃或约150℃至约250℃的温度。在一些实施例中，温度范围为约170℃至约250℃。在一些实施例中，温度范围可以在该范围之外，而温度范围的上限可以大于300℃。
应该理解的是，例如在承热器组件110的加热期间，例如在加热速率大的情况下，承热器组件110的温度与气溶胶发生材料116的温度之间可能存在差异。因此，应该理解的是，在一些实施例中，承热器组件110被加热到的温度可以例如高于期望气溶胶生成材料116被加热到的温度。
现在参考图2，示出了示例性电路150，其是用于感应加热承热器组件110的谐振电路。谐振电路150包括并联连接的感应元件158和电容器156。
谐振电路150包括切换组件M1、M2，在该实施例中，其包括第一晶体管M1和第二晶体管M2。第一晶体管M1和第二晶体管M2各自包括第一端子G、第二端子D和第三端子S。第一晶体管M1和第二晶体管M2的第二端子D连接到并联的感应元件158和电容器156组合的任一侧，这将在下面更详细地解释。第一晶体管M1和第二晶体管M2的第三端子S各自接地151。在图2所示的实施例中，第一晶体管M1和第二晶体管M2是MOSFET，且第一端子G是栅极端子，第二端子D是漏极端子，且第三端子S是源极端子。
应该理解的是，在替代实施例中，可以使用其他类型的晶体管代替上述MOSFET。
谐振电路150具有电感L和电容C。谐振电路150的电感L由感应元件158提供，并且还可以受到配置为由感应元件158感应加热的承热器组件110的电感的影响。承热器组件110的感应加热是通过感应元件158产生的变化的磁场进行，该感应磁场以上述方式在承热器组件110中感应焦耳热和/或磁滞损耗。谐振电路150的一部分电感L可以归因于承热器组件110的磁导率。感应元件158产生的变化磁场是通过流过感应元件158的变化电流例如交流电流而产生。
感应元件158可以是例如线圈状的导电元件的形式。例如，感应元件158可以是铜线圈。感应元件158可以包括例如多股线，如利兹线，例如包括多个绞在一起的单独绝缘线的线。多股线的AC电阻是频率的函数，并且多股线可以以使感应元件的功率吸收以驱动频率下降低的方式配置。作为另一实施例，感应元件158可以是例如印刷电路板上的盘绕迹线。在印刷电路板上使用盘绕迹线可以是有用的，因为其提供了刚性且自支撑的迹线，其横截面消除了对多股线(其可能很昂贵)的任何要求，其可以批量生产，具有高重复性，低成本。尽管显示了一个感应元件158，但很容易理解的是，可以存在一个以上的感应元件158，布置成用于感应加热一个或多个承热器组件110。
谐振电路150的电容C由电容器156提供。电容器156可以是例如1类陶瓷电容器，例如COG型电容器。总电容C还可以包括谐振电路150的杂散电容(stray capacitance)；然而，与电容器156所提供的电容相比，其是忽略不计的或可以忽略不计。
谐振电路150的电阻未在图2中显示，但应当理解的是，该电路的电阻可以由以下提供：连接谐振电路150的组件的迹线或线缆的电阻、电感器158的电阻和/或由布置为与电感器158进行能量传递的承热器组件110提供的对流经谐振电路150的电流的电阻。在一些实施例中，谐振电路150中可以包括一个或多个专用电阻器(未示出)。
给谐振电路150供电的是由DC电源104(参见图1)，例如由电池提供的DC电源电压V1。DC电压源V1的正端子在第一点159和第二点160处连接到谐振电路150。DC电压V1的负端子(未显示)接地151，因此在该实施例中，连接到MOSFET M1和M2两者的源极端子S。在实施例中，DC电源电压V1可以直接从电池或通过中间元件提供给谐振电路。
因此，谐振电路150可以被认为是作为电桥连接，其中感应元件158和电容器156并联连接于该桥的两个臂之间。谐振电路150用于产生如下描述的切换效果，其导致变化的电流，例如交流电流，其被汲取通过感应元件158，从而产生交变磁场并加热承热器组件110。
第一点159连接至位于感应元件158和电容器156的并联组合的第一侧的第一节点A。第二点160连接至第二节点B，在并联组合的第二侧。第一扼流电感器161串联连接于第一点159和第一节点A之间，而第二扼流电感器162串联连接于第二点160和第二节点B之间。第一扼流圈161和第二扼流圈162用于过滤掉分别从第一点159和第二点160进入电路的AC频率，但允许DC电流被汲入并流过电感器158。第一扼流圈161和第二扼流圈162允许以A和B的电压振荡，而在第一点159或第二点160处几乎没有或没有可见的影响。
在该具体实施例中，第一MOSFET M1和第二MOSFET M2是n沟道增强模式MOSFET。第一MOSFET M1的漏极端子经由导线等连接至第一节点A，而第二MOSFET M2的漏极端子经由导线等连接至第二节点B。每个MOSFET M1，M2的源极端子接地151。
谐振电路150包括第二电压源V2、栅极电压源(或有时在本文中称为控制电压)，其正端子连接于第三点165，其用于向第一和第二MOSFET M1和M2的栅极端子G提供电压。在该实施例中，在第三点165处供给的控制电压V2独立于第一点159和第二点160处供应的电压V1，这使得电压V1可以变化而不会影响控制电压V2。第一上拉电阻器163连接于第三点165和第一MOSFET M1的栅极端子G之间。第二上拉电阻器164连接于第三点165和第二MOSFETM2的栅极端子G之间。
在其他实施例中，可以使用不同类型的晶体管，如不同类型的FET。应当理解的，对于可以从“导通”状态切换到“截止”状态的不同类型的晶体管，可以等效地获得以下描述的切换效果。结合使用的晶体管的特性以及电路中的其他组件，可以选择电源电压V1和V2的值和极性。例如，可以取决于使用n沟道还是p沟道晶体管，或取决于其中晶体管连接的配置，或取决于施加于晶体管两端导致晶体管处于导通或截止状态的电势差的差异选择出电源电压。
谐振电路150还包括第一二极管d1和第二二极管d2，在该实施例中它们是肖特基二极管，但是在其他实施例中，可以使用任何其他合适类型的二极管。第一MOSFET M1的栅极端子G经由第一二极管d1连接到第二MOSFET M2的漏极端子D，第一二极管d1的正向朝向第二MOSFET M2的漏极D。
第二MOSFET M2的栅极端子G经由第二二极管d2连接至第一MOSFET M1的漏极D，其中第二二极管d2的正向朝向第一MOSFET M1的漏极D。第一和第二肖特基二极管d1和d2可以具有约0.3V的二极管阈值电压。在其他实施例中，可以使用具有约0.7V的二极管阈值电压的硅二极管。在实施例中，结合栅极阈值电压，选择使用的二极管的类型以能允许实现期望的MOSFET M1和M2的切换。应理解的是，还可以结合上拉电阻器163和164的值以及谐振电路150的其他组件选择二极管的类型和栅极电源电压V2。
谐振电路150支持通过感应元件158的电流，该电流是由于第一和第二MOSFET M1和M2的切换而变化的电流。由于在该实施例中MOSFET M1和M2是增强模式MOSFET，则当施加于MOSFET之一的栅极端子G上的电压使得栅极-源极电压高于该MOSFET的预定阈值时，MOSFET转到导通状态。然后电流可以从漏极端子D流到接地151的源极端子S。在此导通状态下MOSFET的串联电阻对于电路的运行而言是忽略不计的，并且漏极端子D在MOSFET处于导通状态时可以被认为处于接地电位。MOSFET的栅极-源极阈值可以是谐振电路150的任何合适的值，并且应理解的是，电压V2的大小以及电阻器164和163的电阻取决于MOSFET M1和M2的栅极-源极阈值电压选择，实质上使得电压V2大于栅极阈值电压。
现在将从第一节点A处的电压为高而第二节点B处的电压为低的条件开始，描述导致变化的电流流过感应元件158的谐振电路150的切换过程。
当节点A处的电压高时，第一MOSFET M1的漏极端子D处的电压也高，因为在该实施例中，M1的漏极端子直接经由导线连接至节点A。同时，节点B上的电压保持低，而第二MOSFET M2的漏极端子D上的电压相应低(在此实施例中，M2的漏极端子通过导线直接连接到节点B)。
因此，此时，M1的漏极电压值高并且大于M2的栅极电压。因此，此时第二二极管d2反向偏置。此时的M2的栅极电压大于M2的源极端电压，并且电压V2使得M2的栅极-源极电压大于MOSFET M2的导通阈值。因此此时M2为导通。
同时，M2的漏极电压低，并且第一二极管d1由于M1栅极端子的栅极电压源V2而正向偏置。因此，M1的栅极端子经由正向偏置的第一二极管d1连接至第二MOSFET M2的低电压漏极端子，并且因此M1的栅极电压也低。换句话说，因为M2导通，其充当接地钳，这导致第一二极管d1正向偏置，并且M1的栅极电压变低。因此，M1的栅极-源极电压低于导通阈值，并且第一MOSFET M1截止。
总而言之，此时电路150处于第一状态，其中：
节点A的电压高；
节点B的电压低；
第一二极管d1正向偏置；
第二MOSFET M2导通；
第二二极管d2反向偏置；和
第一MOSFET M1截止。
由这一点，在第二MOSFET M2处于导通状态并且第一MOSFET M1处于截止状态的情况下，电流从电源V1通过第一扼流圈161并通过感应元件158汲取。由于存在感应扼流圈161，节点A处的电压自由振荡。由于感应元件158与电容器156并联，因此在节点A处观察到的电压遵循半正弦分布曲线的电压。在节点A处观察到的电压的频率等于电路150的谐振频率f0。
由于节点A上的能量衰减，节点A上的电压在时间上从其最大值逐渐向正弦归零。节点B上的电压保持低(因为MOSFET M2导通)而电感F由DC电源V1充电。在节点A的电压等于或低于M2的栅极阈值电压加d2的正向偏置电压的时间点上，MOSFET M2截止。当节点A的电压最终达到零时，MOSFET M2将完全截止。
同时或之后不久，节点B的电压变高。这是由于感应元件158和电容器156之间的能量的共振传递而发生的。当节点B处的电压由于能量的共振传递而变高时，以上关于节点A和B以及MOSFET所描述的情况使M1和M2被颠倒。即，随着A处的电压趋于零，M1的漏极电压减小。M1的漏极电压减小到第二二极管d2不再被反向偏置并且变为正向偏置的点。类似地，节点B处的电压上升至其最大值，且第一二极管d1从正向偏置切换为反向偏置。随着这种情况发生，在施加栅极电源电压V2的之下，M1的栅极电压不再耦合于M2的漏极电压，因此M1的栅极电压变高。由于第一MOSFET M1的栅极-源极电压现在高于切换为导通的阈值，因此第一MOSFET M1被切换到导通状态。由于现在M2的栅极端子经由正向偏置的第二二极管d2连接至M1的低压漏极端子，M2的栅极电压为低。因此，M2切换为截止状态。
总之，此时电路150处于第二状态，其中：
节点A的电压低；
节点B的电压高；
第一二极管d1反向偏置；
第二MOSFET M2截止；
第二二极管d2正向偏置；和
第一MOSFET M1导通。
此时，电流从电源电压V1通过第二扼流圈162汲取流过感应元件158。因此，由于谐振电路150的切换操作，电流的方向已经反转。谐振电路150将继续在其中第一MOSFET M1截止而第二MOSFET M2导通的上述第一状态和其中第一MOSFET M1导通而第二MOSFET M2截止的上述第二状态之间切换。
在稳定的运行状态下，能量在静电域(即，在电容器156中)和磁域(即，电感器158)之间传递，反之亦然。
净切换效应响应于谐振电路150中的电压振荡，其中在静电域(即电容器156中)和磁域(即电感器158)之间具有能量传递，从而在并联LC电路中产生了时间变化电流，其以谐振电路150的谐振频率进行变化。这对于感应元件158和承热器组件110之间的能量传输是有利的，因为电路150以其最佳效率水平运行，因此与偏共振运行的电路相比实现更有效地加热气溶胶生成材料116。描述的切换组件是有利的，因为其允许电路150在变化的负载条件下以谐振频率驱动自身。这意味着在电路150的属性发生变化的情况下(例如，是否存在承热器110，或承热器的温度是否发生变化，或承热器元件110甚至发生物理运动)，电路150的动态特性连续地使其谐振点适配为以最佳方式传递能量，因此意味着电路150总是在谐振下驱动。此外，电路150的配置使得不需要外部控制器等将控制电压信号施加于MOSFET的栅极以实现切换。
在上述实施例中，参考图2，通过与电源电压V1的电源不同的第二电源为栅极端子G提供栅极电压。然而，在某些实施例中，栅极端子可以采用与源电压V1相同的电压供给。在这样的实施例中，电路150中的第一点159、第二点160和第三点165可以例如连接至同一电源轨(power rail)。在这样的实施例中，应该理解的是，必须选择电路组件的属性以允许发生描述的切换动作。例如，应选择栅极电源电压和二极管阈值电压，使得电路的振荡以合适的水平触发MOSFET的切换。为栅极电源电压V2和源极电压V1提供单独的电压值允许源极电压V1独立于栅极电源电压V2而变化，而不影响电路的切换机构的操作。
电路150的谐振频率f0可以处于MHz范围内，例如，处于0.5MHz-4MHz的范围内，例如，处于2MHz-3 MHz的范围内。应当理解的是，如上所述，谐振电路150的谐振频率f0取决于电路150的电感F和电容C，而电感F和电容C取决于感应元件158、电容器156以及承热器组件110。因此，电路150的谐振频率f0可以随实施方式而变化。例如，该频率可以处于0.1MHz-4MHz的范围内，或处于0.5MHz-2 MHz的范围内，或处于0.3MHz-1.2MHz的范围内。在其他实施例中，谐振频率可以处于与上述频率不同的范围内。通常，谐振频率将取决于电路的特性，如使用的组件(包括承热器组件110)的电气和/或物理性质。
还应当理解的是，谐振电路150的性质可以基于给定的承热器组件110的其他因素选择。例如，为了改善能量从感应元件158向承热器组件110的传递，基于承热器组件110的材料特性选择趋肤深度(skin depth)(即在其电流密度下降1/e倍系数的从承热器组件110的表面的深度，其至少是频率的函数)可能是有用的。对于不同材料的承热器组件110，趋肤深度是不同的，并且随着驱动频率的增加而减小。另一方面，例如，为了减小提供给谐振电路150和/或驱动元件102的功率(其在电子电路中作为热量而损失)的比例，有益的是使用以相对较低的频率驱动自身的电路。既然在该实施例中驱动频率等于谐振频率，则在此处关于获得合适的谐振频率要关于驱动频率进行考虑，例如通过设计承热器组件110和/或使用具有一定电容的电容器156和具有一定电感的感应元件158。在一些实施例中，因此可以合适地和/或按需选择这些因素之间的折衷。
图2的谐振电路150具有谐振频率f0，在该频率下电流I最小化并且动态阻抗最大化。谐振电路150以该谐振频率驱动自身，而因此由电感器158产生的振荡磁场最大，并且由感应元件158对承热器组件110的感应加热最大化。
在一些实施例中，通过控制提供给谐振电路150的电源电压可以控制由谐振电路150对承热器组件110的感应加热，这继而可以控制谐振电路150中流动的电流，并因此可以控制谐振电路150中的电流，而因此可以通过谐振电路150控制传递到承热器组件110的能量，而由此控制承热器组件110被加热的程度。在其他实施例中，应该理解的是，通过例如取决于承热器组件110是否要被加热到更大或更小的程度，改变感应元件159的电压供给(例如，通过改变供给的电压的幅度或通过改变脉宽调制电压信号的占空比)，可以监测和控制承热器组件110的温度。
如上所述，谐振电路150的电感L由布置用于感应加热承热器组件110的感应元件158提供。谐振电路150的电感L的至少一部分归因于承热器的磁导率。因此，谐振电路150的电感L以及因此的谐振频率f0可以取决于使用的一个或多个特定承热器及其相对于一个或多个感应元件158的位置，该位置可能会因时而变。此外，承热器组件110的导磁率可以随承热器110的温度变化而变化。
在本文描述的实施例中，承热器组件110容纳于消耗品中，而因此是可更换的。例如，承热器组件110可以是一次性的，并且例如与布置为受加热的气溶胶生成材料116集成在一起。谐振电路150允许以谐振频率驱动电路，自动考虑不同承热器组件110之间的构造和/或材料类型的差异，和/或在承热器组件110更换时承热器组件110相对于感应元件158的布置的差异。此外，谐振电路配置为在谐振时自身驱动，与特定的感应元件158，或实际上是使用的谐振电路150的任何组件无关。这对于在承热器组件110方面以及在电路150的其他组件方面适应制造中的变化是特别有用的。例如，谐振电路150允许电路保持自身以谐振频率驱动，而与具有不同电感值的不同感应元件158的使用，和/或相对于承热器组件110的感应元件158的位置差异无关。即使在设备的整个使用寿命中更换了组件，电路150也可以以谐振方式驱动自身。
现在将根据一个实施例描述包括谐振电路150的气溶胶发生设备100的操作。在打开设备100之前，设备100可以处于“关闭”状态，即没有电流在谐振电路150中流动。例如，通过用户打开设备100，设备150被切换为“打开”状态。在接通装置100时，谐振电路150开始从电压源104汲取电流，而通过感应元件158的电流以谐振频率f0变化。设备100可以保持于开启状态，直到控制器106接收到进一步的输入为止，例如直到用户不再按下按钮(未显示)，或抽吸检测器(未显示)不再被激活为止，或直到最长的加热持续时间已经过去。在给定的电压下，以谐振频率f0驱动的谐振电路150使得交流电流I在谐振电路150和感应元件158中流动，从而使承热器组件110被感应加热。随着承热器组件110被感应加热，其温度(而因此气溶胶发生材料116的温度)升高。在该实施例中，承热器组件110(和气溶胶发生材料116)被加热使得其达到稳态温度TMAX。温度TMAX可以是基本上等于或高于由气溶胶发生材料116产生大量气溶胶的温度的温度。例如，温度TMAX可以为约200至约300℃(尽管当然取决于材料116、承热器组件110、整个装置100的布置和/或其他要求和/或条件，该温度可以是不同的温度)。因此，装置100处于“加热”状态或模式，其中气溶胶发生材料116达到基本上产生气溶胶或正在产生大量气溶胶的温度。应当理解的是，在大多数(如果不是所有)的情况下，随着承热器组件110的温度变化，谐振电路150的谐振频率f0也变化。这是因为承热器组件110的磁导率是温度的函数，且如上所述，承热器组件110的磁导率会影响感应元件158和承热器组件110之间的耦合，并因此影响谐振电路150的谐振频率f0。
本公开主要描述了LC并联电路装置。如上所述，对于处于谐振状态的LC并联电路，阻抗最大其电流最小。应注意，最小电流通常是指在并联LC环路外部，例如在扼流圈161的左侧或在扼流圈162的右侧所观察到的电流。相反，在串联LC电路中，电流最大，通常需要插入电阻器以将电流限制于安全值，否则可能会损坏电路中的某些电气组件。这通常会降低电路效率，因为能量会通过电阻器损失掉。在谐振下工作的并联电路不需要这样的限制。
在一些实施例中，承热器组件110包括铝或由铝构成。铝是有色金属材料的一个实例，因此具有接近于1的相对磁导率。这意味着铝响应于施加的磁场通常具有较低的磁化强度。因此，通常认为难以感应加热铝，特别是在如在气溶胶供给系统中使用的低电压下感应加热铝。通常还发现，谐振频率下的驱动电路是有利的，因为这在感应元件158和承热器组件110之间提供了最佳的耦合。对于铝，观察到与谐振频率的微小偏差会引起承热器组件110和感应元件158之间的电感耦合显著降低，由此导致加热效率显著降低(在某些情况下达到不再观察到加热的程度)。如上所述，随着承热器组件110的温度变化，电路150的谐振频率也随之变化。因此，在承热器组件110包括如铝的非铁承热器或由其组成的情况下，本公开的谐振电路150的优点在于，电路总是以谐振频率驱动(独立于任何外部控制机制)。这意味着在任何时候都可以实现最大的电感耦合，从而达到最大的加热效率，并由此可以有效地加热铝。发现当消耗品包括形成闭合电路和/或具有厚度小于50微米的铝卷时，铝承热器可以被有效加热。
在承热器组件110形成消耗品的部分的实施例中，消耗品可以采用PCT/EP 2016/070178中描述的形式，该专利以其全部内容通过引证结合于本文中。
设备100提供有温度确定器，用于在使用时确定承热器组件110的温度。如图1所示，温度确定器可以是控制电路106，例如，控制设备100的整体操作的处理器。温度确定器106基于驱动谐振电路150的频率、来自DC电压源V1的DC电流和DC电压源V1的DC电压而确定承热器组件110的温度。
不希望被理论所束缚，下面的描述解释了谐振电路150的电和物理性质之间的关系的推导，其允许确定在此描述的各实施例中的承热器组件110的温度。
在使用时，感应元件158和电容器156的并联组合在谐振时的阻抗是动态阻抗Rdyn。
如上解释的，切换组件M1和M2的作用导致从DC电压源V1汲取的DC电流被转换成流过感应元件158和电容器156的交流电流。在感应元件158和电容器156两端还产生感应的交流电压。
由于谐振电路150的振荡特性，对于给定的源电压Vs(电压源V1的电压)，振荡电路的阻抗为Rdyn。响应于Rdyn将汲取电流Is。因此，谐振电路150的负载Rdyn的阻抗可以等于有效电压和所汲取电流的阻抗。这允许通过确定DC电压Vs和DC电流Is，例如其测量值，依据下面的等式(1)确定负载的阻抗。
Figure BDA0002977080950000191
在谐振频率f0之下，动态阻抗Rdyn为
Figure BDA0002977080950000192
其中参数r可以被认为代表感应元件158的有效分组电阻和承热器组件110(如果存在)的影响，并且如上描述的，L是感应元件158的电感，且C是电容器156的电容。参数r在本文中被描述成的有效分组电阻。从下面的描述中应该理解的是，参数r具有电阻的单位(欧姆)，但在某些情况下可能不被认为代表电路150的物理/真实电阻。
如上描述的，尺寸感应元件158的电感考虑了感应元件158与承热器组件110的相互作用。因此，电感L取决于承热器组件110的特性和承热器组件110相对于感应元件158的位置。感应元件158的电感L以及因此的谐振电路150的电感L除其他因素外，还取决于承热器组件110的磁导率μ。磁导率μ是材料在其内部支撑磁场形成的能力的量度，并表示该材料响应于施加的磁场而获得的磁化程度。构成承热器组件110的材料的磁导率μ可以随温度而变化。
根据等式(1)和(2)，可以得到以下等式(3)
Figure BDA0002977080950000193
谐振频率f0与电感L和电容C的关系至少可以通过以下等式(4a和4b)给出的两种方式建模。
Figure BDA0002977080950000201
Figure BDA0002977080950000202
等式(4a)表示使用包含电感器L和电容器C的并联LC电路建模的谐振频率，且等式(4b)表示使用带有串联电感器L的附加电阻器r的并联LC电路建模的谐振频率。对于等式(4b)，应该理解的是，当r趋于零时，等式(4b)趋于等式(4a)。
在下文中，我们假设r较小，而因此我们可以使用公式(4a)。如下描述的，这种近似效果很好，因为其在L的表示范围内结合了电路150内的变化(例如，电感和温度的变化)。根据等式(3)和(4a)，可以得出以下表达式
Figure BDA0002977080950000203
应当理解的是，等式(5)以可测量的或已知的量提供了参数r的表达式。在此应当理解的是，参数r受谐振电路150中的电感耦合的影响。当加载时，即当存在承热器组件时，可能不是我们可以考虑参数r的值较小的情况。在这种情况下，参数r可能不再是分组电阻的精确表示，而相反成为受到电路150中有效电感耦合影响的参数。参数r被称为动态参数，即取决于承热器组件110的特性以及承热器组件的温度T。DC电源Vs的值是已知的(例如，电池电压)，或可以通过电压表测量，从DC电压源V1汲取的DC电流Is的值可以通过任何合适的方式，例如通过使用适当放置而测量电源电压Vs的电压表进行测量。
可以测量和/或确定频率f0以允许随后获得参数r。
在一个实施例中，通过使用频率电压(F/V)转换器210，可以测量频率f0。F/V转换器210可以例如连接至第一MOSFET M1或第二MOSFET M2之一的栅极端子。在电路的切换机制中使用其他类型的晶体管的实施例中，F/V转换器210可以连接于栅极端子，或提供频率等于晶体管之一的切换频率的周期性电压信号的其他端子。因此，F/V转换器210可以接收来自MOSFET M1、M2之一的栅极端子代表谐振电路150的谐振频率f0的信号。F/V转换器210接收的信号可以近似为方波表示，其周期代表谐振电路210的谐振频率。F/V转换器210然后可以使用该周期将谐振频率f0表示为输出电压。
因此，由于C由电容器156的电容值是已知的，并且例如如上描述的，可以测量Vs、F和f0，则可以根据这些测量的已知值确定参数r。
感应元件158的参数r随温度而变化，并且进一步随电感F而变化。这意味着当谐振电路150处于“空载”状态时，即当感应元件158并未感应耦合至承热器组件110时，参数r具有第一值，而当电路进入“负载”状态时，即当感应元件158和承热器组件110彼此感应耦合时，r的值发生变化。
在使用本文的方法确定承热器组件110的温度时，要考虑电路是处于“加载”状态还是“空载”状态。例如，在具体配置中感应元件158的参数r的值可以是已知的，并且可以与测量值比较以确定电路是“负载”还是“空载”。在实施例中，通过控制电路106检测承热器组件110的插入，例如检测包含承热器组件110的消耗品向设备100中的插入，可以确定谐振电路150是否负载或空载。承热器组件110的插入可以通过任何合适的方式，例如光学传感器或电容传感器检测。在其他实施例中，参数r的空载值可以是已知的，并且存储于控制电路106中。在一些实施例中，承热器组件110可以包括设备100的一部分，而因此可以将谐振电路150连续地当成处于负载状态下。
一旦确定或可以假设谐振电路150处于负载状态，并且承热器组件110被感应耦合于感应元件158，可以假设参数r的变化指示承热器组件110的温度的变化。例如可以认为r的变化指示了应元件158对承热器组件110的加热。
可以校准设备100(或有效地，谐振电路150)而使温度确定器106可以基于参数r的测量而确定承热器组件110的温度。
通过在参数r的多个给定值下用如热电偶的合适温度传感器测量承热器组件110的温度T，可以对谐振电路150本身(或在用于校准目的的相同测试电路上)进行校准，并将r相对于T绘图。
图3显示了相对于x轴上谐振电路150的运行时间t的y轴上所示的Vs、Is、r和T的测量值的实施例。可以看出，在约4V的基本恒定的DC电源电压Vs下，在约30秒的时间t内，DC电流Is从约2.5A增加到约3A，并且参数r从约1.7-1.8Ω增加到约2.5Ω。同时，温度T从约20-25℃升高到约250-260℃。
图4显示了基于图3中所示和如上的r和T的值的校准图表。在图4中，承热器组件1函10的温度T在y轴上显示，而参数r在x轴上显示。在图4的实施例中，函数拟合于T相对于r的绘图，在此实施例中为三阶多项式函数。该函数拟合于与温度T的变化相对应的r的值。如上所述，参数r的值也可以在空载状态(不存在承热器组件110时)和负载状态(当存在承热器组件110时)之间变化，但图4中并未显示。因此，选择绘图用于这种校准的r的范围可以选择为排除由于电路的变化而引起的r的任何变化，例如从/至“负载”和“空载”状态的变化。在其他实施例中，其他函数可以拟合于该图，或r和T的值的数组可以以查询格式储存于例如查询表中。尽管如上所述，在负载状态下，我们可能不会认为r较小，但发现等式4a的近似仍可以实现对温度的精确跟踪。不希望被理论所束缚，认为电路的各种电磁参数的变化均被“包裹”于公式4a的L值中。
在使用时，温度确定器106根据上面的等式5接收DC电压Vs、DC电流Is和频率f0的值，并确定参数r的值。温度确定器使用参数r的计算值，例如通过使用如图4所示的函数，或在通过上述校准获得的参数r和温度T的值的表中查询，而确定承热器组件110的温度的值。
在一些实施例中，这可以允许控制电路106基于承热器110的确定温度而动作。例如，如果确定的承热器温度T高于预定值，可以关闭或降低电压供给(通过降低提供的电压或通过如果使用脉冲宽度调制方案，通过改变占空比而降低提供的平均电压)。
在一些实施例中，根据参数r确定温度T的方法可以包括假设T和r之间的关系，确定r的变化以及根据r的变化确定温度T的变化。
图4表示单个校准曲线，其代表某种承热器组件110的几何形状、材料类型和/或相对于感应元件158的相对位置。在一些实施方式中，特别是对于在设备100中将使用大致相似的承热器组件110的实施方式，单个校准曲线可能足以考虑到例如制造公差。换句话说，温度测量中的误差(根据确定的r的值)对于考虑到单个承热器组件110的各种制造公差是可接受的。因此，控制电路106配置为执行确定的值的操作，然后确定温度T的值(例如，使用上面的多项式曲线或查询表)。
在其他实施例中，尤其是其中承热器具有不同形状和/或由不同材料构成的那些，对于这些不同的承热器组件110可能需要不同的校准曲线(例如不同的三阶多项式)。图5显示了表示一组三个校准曲线的基本图示，每个校准曲线都具有由其拟合的相关多项式函数(未显示)。与图4一样，承热器组件110的温度T显示于y轴上，而有效分组电阻r显示于x轴上。仅通过举例方式和仅出于说明目的，曲线A可以代表不锈钢承热器，曲线B可以代表铁承热器，而曲线C可以代表铝承热器。
在其中可以接收和加热不同承热器组件110的气溶胶发生设备100中，控制电路106可以进一步配置为确定哪个校准曲线(例如，从图5的曲线A、B或C中选择)是适用于插入的承热器组件110的正确曲线。在一个实施例中，气溶胶发生设备100可以匹配配置为测量与装置100相关的温度的温度传感器(未显示)。在一个实施方式中，该温度传感器可以配置为检测设备100周围的温度(即，环境温度)。假设承热器组件在插入之前没有通过周围环境之外的任何其他方式加热，则该温度可以代表承热器组件110在即将插入设备110之前的温度。在其他实施例中，温度传感器可以配置为测量配置为接收消耗品120的腔室的温度。
如图5大致所示，基于公式(5)可以确定r的值(rdet)。一旦将承热器组件110放置于设备100内(如果感应元件158当前处于激活状态)，或一旦感应元件158被激活(即，一旦电流开始在电路中流动)，就测量rdet。即，优选在没有由感应元件158的能量传递引起的任何额外加热的情况下确定rdet。如图5所见，对于给定的rdet，存在多个可能的温度(T1，T2和T3)各自对应于校准曲线中的一个上的点。为了区分哪个校准曲线最适合用于当前插入到设备100中的承热器组件110，控制电路106配置为首先确定r的值(如上所述)。控制电路106配置为从温度传感器获得/接收温度测量值(或温度测量值的指示)，并将温度测量值与对应于每个校准曲线(或校准曲线的子集)所确定的r值的温度值比较。举例而言，并参考图5，如果温度传感器感测到温度t等于T1，则控制电路将感测到的温度T与对应于确定的r值的三个温度值T1、T2、T3比较。根据比较的结果，控制电路将具有最接近于测量/感测到的温度值的温度值的校准曲线设置为该承热器组件110的校准曲线。在以上的实施例中，控制电路106将校准曲线A设置为用于插入的承热器110的校准曲线。此后，每次控制电路106确定r的值时，承热器组件110的温度都基于选择的校准曲线(曲线A)计算。尽管上面已经描述了选择/设置校准曲线，但应该理解的是，这可以意味着选择代表该曲线的多项式方程式，或可以选择对应于该曲线的例如查询表中的校准值组。
在这方面，可以根据任何合适的比较算法实现上述比较步骤。例如，假设感测到的温度t处于T1和T2之间，控制电路106可以根据使用的算法选择曲线A或曲线B。该算法可以选择具有最小差异的曲线(即，T2-t或t-T1中的最小者)。可以实施其他算法，如选择最大值(在这种情况下为T2)。在这方面，本公开的原理不限于具体算法。
另外，控制电路106可以配置为在某些条件下重复用于确定校准曲线的过程。例如，每次设备通电时，控制电路106可以配置为在合适的时间(例如，当首先向感应元件158供给电流时)重复识别合适曲线的过程。在此方面，设备100可以具有几种操作模式，如初始通电状态，其中来自电池的电力被提供给控制电路106(但不提供给谐振电路150)。例如，该状态可以转变成通过用户按下设备100的表面上的按钮。设备100还可以具有气溶胶发生模式，其中电力被另外提供给谐振电路150。这可以通过按钮或抽吸传感器激活(如上所述)。因此，控制电路106可以配置为在首次选择气溶胶发生模式时重复选择合适校准曲线的过程。可替代地，控制电路106可以配置为确定何时承热器组件被移除(或插入到设备100中)，并且配置为在下一个合适时机重复确定校准曲线的过程。
尽管上文已经描述了控制电路利用等式4a和5，但应当理解的是，根据本公开的原理，可以使用实现相同或相似效果的其他等式。在一个实施例中，Rdyn可以基于电路150中的电流和电压的AC值计算。例如，可以测量节点A处的电压，并且发现这不同于Vs，我们称其为电压VAC。VAC实际上可以通过任何合适的方法测量，但其是并联LC回路中的AC电压。利用这一点，可以通过使AC和DC功率相等而确定AC电流IAC。即VACIAC＝VSIS。参数Vs和Is可以用等式5中的AC等效值或参数r的任何其他合适的等式代替。应当理解的是，在这种情况下可以实现一组不同的校准曲线组。
尽管以上描述已经在配置为以谐振频率自驱动的电路150的上下文中描述了温度测量概念的操作，但上述概念也适用于未配置为以谐振频率自驱动的感应加热电路。例如，上述确定承热器温度的方法可以用于预定频率驱动的感应加热电路，该预定频率可以不是电路的谐振频率。在一个这样的实施例中，感应加热电路可以经由包括如多个MOSFET的切换机制的H桥驱动。H桥可以经由微控制器等控制，以使用DC电压将以由微控制器设定的H桥的切换频率的交流电流供给于电感器线圈。在这样的实施例中，假定等式(1)至(5)中列出的上述关系保持并提供有效的，例如可用的，对于包括谐振频率在内的频率范围内的频率的温度T估计值。在一个实施例中，上述方法可以用于在谐振频率下获得参数r和温度T之间的校准，并且当电路不是在谐振下驱动时，相同的校准然后可以用于关联r和T。然而，应当理解的是，等式5的推导假设了电路150以谐振频率f0工作。因此，与确定的温度相关的误差有可能随着谐振频率f0和预定的驱动频率之间的差的增加而增加。换句话说，当以谐振频率或接近谐振频率驱动电路时，可以确定精度更高的温度测量值。例如，以上关联和确定r和T的方法可以用于f0-Δf至f0+Δf范围内的频率，其中△f可以通过例如直接测量承热器T的温度并测试以上推导的关系而根据实验确定。例如，较大的Δf值可能会在确定承热器温度T时提供较低的精度，但仍然可以是可用的。
在一些实施例中，该方法可以包括对Vs和Is赋值恒定值，并假设这些值在计算参数r时不改变。然后可以不需要测量电压Vs和电流Is来估计承热器的温度。例如，电压和电流可以由电源和电路的属性大致得知，并可以假定在使用的温度范围内保持恒定。在这样的实施例中，然后可以通过仅测量电路运行的频率并使用假定的或先前测量的电压和电流值估算温度T。因此，本发明可以提供一种通过测量电路的运行频率而确定承热器温度的方法。因此，在一些实施方式中，本发明可以提供一种仅通过测量电路的运行频率而确定承热器温度的方法。
以上各实施例应该理解为本发明的举例说明性实施例。应当理解的是，关于任何一个实施例描述的任何特征都可以单独使用，或与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或多个特征组合使用，或其他实施例中的任何其他实施例的组合。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可以采用以上未描述的等同物和修改。

Claims (31)

1.一种用于气溶胶发生设备的装置，所述装置包括：
LC谐振电路，包括感应元件，用于感应加热承热器组件以加热气溶胶发生材料从而产生气溶胶；
切换组件，用于使得由DC电压源产生变化的电流并流过所述感应元件以引起所述承热器组件的感应加热；和
温度确定器，用于在使用时基于所述LC谐振电路运行的频率确定所述承热器组件的温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度确定器用于在使用时，除了基于所述LC谐振电路运行的频率之外，还基于来自所述DC电压源的DC电流确定所述承热器组件的温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述温度确定器用于在使用时，除了基于所述LC谐振电路运行的频率和来自所述DC电压源的DC电流之外，还基于DC电压源的DC电压确定所述承热器组件的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，LC电路是并联LC电路，包括与所述感应元件并联布置的电容元件。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述温度确定器由所述LC谐振电路运行的频率、来自所述DC电压源的DC电流和所述DC电压源的DC电压确定所述感应元件和所述承热器组件的有效分组电阻，并基于确定的所述有效分组电阻确定所述承热器组件的温度。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述温度确定器由所述感应元件和所述承热器组件的所述有效分组电阻以及所述承热器组件的温度的值的校准确定所述承热器组件的温度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述校准基于多项式方程，优选三阶多项式方程。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，所述温度确定器使用以下公式确定所述有效分组电阻r
Figure FDA0002977080940000021
其中Vs是DC电压且Is是DC电流，C是所述LC谐振电路的电容，并且f0是所述LC谐振电路运行的频率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述LC谐振电路运行的频率是所述LC谐振电路的谐振频率。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述切换组件配置为在第一状态和第二状态之间切换，并且其中LC电路运行的频率由所述切换组件在所述第一状态和所述第二状态之间切换的频率的确定来确定。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述切换组件包括一个或多个晶体管，并且其中LC电路运行的频率通过测量所述晶体管中的一个在导通状态与截止状态之间切换的周期来确定。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括频率电压转换器，配置为输出指示LC电路运行的频率的电压值。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述DC电压和/或所述DC电流是估计值。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，对所述DC电压和/或所述DC电流获得的值是由所述装置测量的值。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的装置，其中，所述有效分组电阻和所述承热器组件的温度之间的值的校准是所述有效分组电阻和所述承热器组件的温度之间的多个校准中的一个，并且其中所述温度确定器配置为选择所述多个校准中的一个以用于由所述有效分组电阻的值确定所述承热器的温度。
16.根据权利要求15所述的装置，还包括温度传感器，配置为在被所述感应元件加热之前检测与所述承热器组件相关的温度，其中所述温度确定器使用由所述温度传感器检测到的温度来选择所述校准。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，由所述温度传感器测量的温度是所述气溶胶发生设备的环境温度。
18.根据权利要求16所述的装置，其中，气溶胶供给设备包括容纳所述承热器组件的腔室，例如容纳包括所述承热器组件的消耗品的腔室，并且由所述温度传感器测量的温度是所述腔室的温度。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置，其中，所述温度确定器配置为：确定与由所述温度传感器检测到的温度相对应的所述有效分组电阻的值，并且基于所述温度传感器检测到的温度和使用与所述温度传感器检测到的温度相对应的所述有效分组电阻的值的所述多个校准中的每个给出的温度之间的比较，由所述多个校准中选择所述校准。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的装置，其中，每个所述校准是校准曲线，或多项式方程，或查寻表中的校准值的组。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的装置，其中，所述温度确定器配置为，每当所述气溶胶发生设备通电时，或每当所述气溶胶发生设备进入气溶胶发生模式时，进行对校准的选择。
22.根据权利要求10所述的装置，其中，所述切换组件配置为响应于以谐振电路的谐振频率运行的所述谐振电路内的电压振荡，在所述第一状态和所述第二状态之间交替，从而将所述变化的电流维持于所述谐振电路的谐振频率。
23.根据从属于权利要求11时的权利要求22所述的装置，其中，所述切换组件包括第一晶体管和第二晶体管，并且其中当所述切换组件处于所述第一状态时，所述第一晶体管截止并且所述第二晶体管导通，并且当所述切换组件处于所述第二状态时，所述第一晶体管导通且所述第二晶体管截止。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管工作包括用于使晶体管导通和截止的第一端子，第二端子和第三端子，并且其中所述切换组件配置为使得当所述第二晶体管的所述第二端子处的电压等于或低于所述第一晶体管的切换阈值电压时，所述第一晶体管适配为从导通切换到截止。
25.根据权利要求23或权利要求24所述的装置，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管各自包括用于使晶体管导通和截止的第一端子，第二端子和第三端子，并且其中所述切换组件配置为使得当所述第一晶体管的所述第二端子处的电压等于或低于第二晶体管的切换阈值电压时，所述第二晶体管适配为从导通切换到截止。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的装置，其中，所述谐振电路还包括第一二极管和第二二极管，并且其中所述第一晶体管的所述第一端子经由所述第一二极管连接到所述第二晶体管的所述第二端子，并且所述第二晶体管的所述第一端子经由第二二极管连接到所述第一晶体管的所述第二端子，由此当所述第二晶体管导通时，所述第一晶体管的所述第一端子钳位于低电压下，并且当所述第一晶体管导通时，所述第二晶体管的所述第一端子钳位于低电压下。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述切换组件配置为使得当所述第二晶体管的所述第二端子处的电压等于或低于所述第一晶体管的切换阈值电压加所述第一二极管的偏置电压时，所述第一晶体管适配为从导通切换到截止。
28.根据权利要求26或权利要求27所述的装置，其中，所述切换组件配置为而使得当所述第一晶体管的所述第二端子处的电压等于或低于所述第二晶体管的切换阈值电压加所述第二二极管的偏置电压时，所述第二晶体管适配为从导通切换为截止。
29.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述DC电压源的第一端子连接至所述谐振电路中的第一点和第二点，并且其中所述第一点和所述第二点电定位于所述感应元件的任一侧。
30.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个扼流电感器，位于所述DC电压源和所述感应元件之间。
31.一种气溶胶发生设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。
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