CN112953483A - 一种超声波雾化片全波驱动电路、超声波电子烟 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波雾化片全波驱动电路、超声波电子烟，包括电源模块、微处理器、高频方波产生电路、NMOS管和谐振电路；电源模块包括电池和升压模块；电池的输出端通过升压模块与谐振电路电连接；微处理器的输出端通过高频方波产生电路与NMOS管的栅极电连接，NMOS管的源极接地，所述谐振电路包括第一电感、第二电感和第一电容，升压模块的输出端依次通过第一电感、第二电感与超声波雾化片的正极电连接，超声波雾化片的负极接地，第一电容接在超声波雾化片的正极与地之间，NMOS管的漏极接在第一电感与第二电感之间。本发明对升压模块要求低，升压模块损耗低，电源转换效率高；体积小，NMOS管损耗低，成本低，容易调试，可靠性高，雾化效果好。

Description

一种超声波雾化片全波驱动电路、超声波电子烟

技术领域

本发明特别涉及一种超声波雾化片全波驱动电路、超声波电子烟。

背景技术

超声波雾化片驱动电路分为半波驱动电路和全波驱动电路两种。

如图1所示，现有的超声波雾化片半波驱动电路包括电源模块1、微处理器2、高频方波产生电路3、NMOS管Q1、谐振电路4、电流采集电路5；其中，电源模块1包括电池101和升压模块102；高频方波产生电路3包括电阻R3、方波放大器U1、电容C2；谐振电路4包括电感L1和超声波雾化片W；电流采集电路5包括电阻R4、电阻R5和电容C3；微处理器2的输出端与方波放大器U1的输入端电连接，电阻R3接在方波放大器U1的输入端与地之间，方波放大器U1的输出端通过电阻R1与NMOS管Q1的栅极电连接，电容C2接在方波放大器U1的电源端与地之间；NMOS管Q1的栅极还通过电阻R2接地，NMOS管Q1的漏极与电感L1第一端电连接，电池101通过升压模块102与电感L1第二端电连接，超声波雾化片W接在电感L1第一端与地之间；NMOS管Q1的源极通过电阻R5接地，NMOS管Q1的源极还依次通过电阻R4、电容C3接地；微处理器2的输入端接于电阻R4与电容C3之间。超声波雾化片W与电感L1第一端之间还连有用于降低或消除超声波雾化片W中寄生电容的干扰作用的电容C1，电感L1第一端通过稳压二极管D1接地。

图1中所示超声波雾化片半波驱动电路的工作原理为：微处理器2输出PWM波至高频方波产生电路3，由高频方波产生电路3控制NMOS管Q1的不断开关，进而控制谐振电路4中电感L1的不断充放电，最终实现超声波雾化片W的半波振荡。在振荡过程中，由电流采集电路5采集工作电流并发送至微处理器2，以便微处理器2根据工作电流大小调节输出的PWM波的频率，最终实现超声波雾化片W的功率调节。

图1中所示超声波雾化片半波驱动电路的缺点为：

由于半波驱动方式的驱动周期内，有效驱动时间只有50％左右，驱动效率较低，为了提高超声波雾化片的雾化功率，必须要求升压模块能够提供较高的稳定的驱动电压(VCC)，因而对升压模块要求较高，升压模块损耗大，电源转换效率低。

如图2所示，现有的超声波雾化片全波驱动电路包括电源模块1、微处理器2、NMOS管Q1、NMOS管Q2；其中，微处理器2的第一输出端通过电阻R1与NMOS管Q1的栅极电连接，NMOS管Q1的栅极通过电阻R3接地，NMOS管Q1的源极通过电阻R6接地，NMOS管Q1的漏极与电感L1第一端电连接，电感L1第一端通过稳压二极管D1接地；微处理器2的第二输出端通过电阻R2与NMOS管Q2的栅极电连接，NMOS管Q2的栅极通过电阻R4接地，NMOS管Q2的源极通过电阻R5接地，NMOS管Q2的漏极与电感L2第一端电连接，电感L2第一端通过稳压二极管D2接地；电感L1第一端与超声波雾化片W一极电连接，电感L2第一端与超声波雾化片W另一极电连接；电感L1第二端、电感L2第二端均与电源模块1的输出端电连接。

图2中所示超声波雾化片全波驱动电路的工作原理为：微处理器2输出一路PWM波(PWM_OUT1)用于控制NMOS管Q1的不断开关，进而控制电感L1的不断充放电，最终实现超声波雾化片W的正半波振荡；微处理器2输出另一路PWM波(与PWM_OUT1互补的PWM_OUT2)用于控制NMOS管Q2的不断开关，进而控制电感L2的不断充放电，最终实现超声波雾化片W的负半波振荡。

图2中所示超声波雾化片全波驱动电路的缺点为：

第一，需要两个功率MOS管(Q1和Q2)，而MOS管体积较大、损耗也较大，提高了生产和使用成本。

第二，需要两个半波驱动电路以互补形式配合工作，即需要微处理器输出“PWM_OUT1”和“PWM_OUT2”两个驱动信号来驱动，如果这两个信号的占空比没有匹配好，可能会出现正半波和负半波衔接不上的情况(比如重叠或者滞后等)，因此，驱动程序调试很麻烦，可靠性不高。

发明内容

现有超声波雾化片两种驱动电路中，半波驱动电路对升压模块要求较高，升压模块损耗大，电源转换效率低；全波驱动电路需要两个功率MOS管，体积大且损耗大，同时全波驱动电路调试麻烦、可靠性低。本发明的目的在于，针对现有技术中两种驱动电路的不足，提供一种改进了的超声波雾化片全波驱动电路、超声波电子烟，相较于现有的超声波雾化片半波驱动电路，对升压模块要求低，降低了升压模块的损耗，增大了电源转换效率；相较于现有的超声波雾化片全波驱动电路，只需要用到一个功率MOS管，缩小了体积、降低了损耗和成本，且只需要用到一个PWM驱动信号，容易调试，输出波形为完整且持续的正弦波信号，不会出现波形重叠或滞后等衔接问题，可靠性更高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种超声波雾化片全波驱动电路，包括电源模块、微处理器、高频方波产生电路、NMOS管和谐振电路；电源模块包括电池和升压模块；电池的输出端通过升压模块与谐振电路电连接；微处理器的输出端通过高频方波产生电路与NMOS管的栅极电连接，NMOS管的源极接地，其结构特点是所述谐振电路包括第一电感、第二电感和第一电容，升压模块的输出端依次通过第一电感、第二电感与超声波雾化片的正极电连接，超声波雾化片的负极接地，第一电容接在超声波雾化片的正极与地之间，NMOS管的漏极接在第一电感与第二电感之间。

借由上述结构，微处理器输出PWM波经高频方波产生电路放大后，通过控制NMOS管的不断开关，利用一个功率MOS管、两个功率电感(第一电感和第二电感)和第一电容，将电池升压后的电压转化成完整的高频正弦波，来实现超声波雾化片的全波振荡。

相较于现有技术中的超声波雾化片半波驱动电路，本发明为全波振荡，因而在驱动周期内的有效驱动时间为100％，远大于现有技术中半波驱动方式的50％，驱动效率高，超声波雾化片的雾化功率大，因而在同等功率条件下可以降低升压模块的输出电压，对升压模块要求低，降低了升压模块的损耗，增大了电源转换效率。

相较于现有技术中的超声波雾化片全波驱动电路，本发明少用了一个功率MOS管，仅需要用到一个功率MOS管，缩小了体积、降低了损耗和成本，且只需要用到一个PWM驱动信号，容易调试，输出波形为完整且持续的正弦波信号，不会出现波形重叠或滞后等衔接问题，可靠性更高，雾化效果更好。

进一步地，所述谐振电路还包括第二电容，该第二电容与第二电感串接在NMOS管的漏极与超声波雾化片的正极之间。

第二电容的电容值较小，主要用于降低或消除超声波雾化片中寄生电容的干扰作用，使谐振效果更好。

进一步地，所述谐振电路还包括瞬态二极管，该瞬态二极管接在超声波雾化片的正极与地之间。

瞬态二极管用于对超声波雾化片进行过压保护。

进一步地，还包括第一电阻、第二电阻，高频方波产生电路的输出端通过第一电阻与NMOS管的栅极电连接，第二电阻接在NMOS管的栅极与地之间。

进一步地，还包括第三电容，所述第三电容一端接在第一电阻与第二电阻之间，第三电容另一端与NMOS管的栅极电连接。

第三电容为耦合电容，用于滤除NMOS管栅极前端的杂波。

作为一种优选方式，所述高频方波产生电路包括第三电阻、第四电容和方波放大器，微处理器的输出端与方波放大器的输入端电连接，第三电阻接在微处理器的输出端与地之间，方波放大器的电源端通过第四电容接地，方波放大器的输出端为高频方波产生电路的输出端。

方波放大器用于放大微处理器输出的PWM波信号，并控制NMOS管的不断开关。

进一步地，还包括用于采集NMOS管的源极与地之间的工作电流的电流采集电路，电流采集电路的输出端与微处理器的输入端电连接。

电流采集电路用于采集工作电流并发送至微处理器，以便微处理器根据工作电流大小调节输出的PWM波的频率，最终实现超声波雾化片的功率调节，使得超声波雾化片的功率输出稳定且高效。

作为一种优选方式，所述电流采集电路包括第四电阻、第五电阻、第五电容，第五电阻接在NMOS管的源极与地之间，NMOS管的源极依次通过第四电阻、第五电容接地，微处理器的输入端接在第四电阻与第五电容之间。

作为一种优选方式，所述电池为充电电池。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种超声波电子烟，其特点是包括所述的超声波雾化片全波驱动电路。

与现有技术相比，本发明克服了现有技术中超声波雾化片半波驱动电路和超声波雾化片全波驱动电路二者的缺点，结合了超声波雾化片半波驱动电路和超声波雾化片全波驱动电路二者的优点，具有以下有益效果：

第一，相较于现有技术中的超声波雾化片半波驱动电路，本发明为全波振荡，因而在驱动周期内的有效驱动时间为100％，远大于现有技术中半波驱动方式的50％，驱动效率高，超声波雾化片的雾化功率大，因而在同等功率条件下可以降低升压模块的输出电压，对升压模块要求低，降低了升压模块的损耗，增大了电源转换效率。

第二，相较于现有技术中的超声波雾化片全波驱动电路，本发明少用了一个功率MOS管，仅需要用到一个功率MOS管，缩小了体积、降低了损耗和成本，且只需要用到一个PWM驱动信号，容易调试，输出波形为完整且持续的正弦波信号，不会出现波形重叠或滞后等衔接问题，可靠性更高，雾化效果更好。

附图说明

图1为现有技术中超声波雾化片半波驱动电路的结构简图。

图2为现有技术中超声波雾化片全波驱动电路的结构简图。

图3为本发明超声波雾化片全波驱动电路的电路框图。

图4为图3的电路简图。

图3和图4中，1为电源模块，101为电池，102为升压模块，2为微处理器，3为高频方波产生电路，4为谐振电路，5为电流采集电路，U1为方波放大器，L1为第一电感，L2为第二电感，C1为第一电容，C2为第二电容，C3为第三电容，C4为第四电容，C5为第五电容，R1为第一电阻，R2为第二电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻，R5为第五电阻，Q1为NMOS管，TVS1为瞬态二极管，W为超声波雾化片。

具体实施方式

如图3和图4所示，超声波电子烟中的超声波雾化片全波驱动电路包括电源模块1、微处理器2、高频方波产生电路3、NMOS管Q1和谐振电路4；电源模块1包括电池101和升压模块102；电池101的输出端通过升压模块102与谐振电路4电连接；微处理器2的输出端通过高频方波产生电路3与NMOS管Q1的栅极电连接，NMOS管Q1的源极接地，所述谐振电路4包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，升压模块102的输出端依次通过第一电感L1、第二电感L2与超声波雾化片W的正极电连接，超声波雾化片W的负极接地，第一电容C1接在超声波雾化片W的正极与地之间，NMOS管Q1的漏极接在第一电感L1与第二电感L2之间。本实施例中，微处理器2芯片型号为ESM8BD10。

微处理器2输出PWM波经高频方波产生电路3放大后，通过控制NMOS管Q1的不断开关，利用一个功率MOS管(NMOS管Q1)、两个功率电感(第一电感L1和第二电感L2)和第一电容C1，将电池101升压后的电压转化成完整的高频正弦波，来实现超声波雾化片W的全波振荡。

电池101通过升压模块102升压后，给高频方波产生电路3和谐振电路4供电。用电池101供电，并用升压模块102中的升压芯片将电池101电压升到谐振电路4所需要的电压，电源模块1通用性较好。图4中，VCC接升压模块102的电压输出端。

所述谐振电路4还包括第二电容C2，该第二电容C2与第二电感L2串接在NMOS管Q1的漏极与超声波雾化片W的正极之间。第二电容C2的电容值较小，主要用于降低或消除超声波雾化片W中寄生电容的干扰作用，使谐振效果更好。

所述谐振电路4还包括瞬态二极管TVS1，该瞬态二极管TVS1接在超声波雾化片W的正极与地之间。瞬态二极管TVS1用于对超声波雾化片W进行过压保护。

超声波雾化片工作电路还包括第一电阻R1、第二电阻R2，高频方波产生电路3的输出端通过第一电阻R1与NMOS管Q1的栅极电连接，第二电阻R2接在NMOS管Q1的栅极与地之间。

超声波雾化片工作电路还包括第三电容C3，所述第三电容C3一端接在第一电阻R1与第二电阻R2之间，第三电容C3另一端与NMOS管Q1的栅极电连接。第三电容C3为耦合电容，用于滤除NMOS管Q1栅极前端的杂波。

所述高频方波产生电路3包括第三电阻R3、第四电容C4和方波放大器U1，微处理器2的输出端与方波放大器U1的输入端电连接，第三电阻R3接在微处理器2的输出端与地之间，方波放大器U1的电源端通过第四电容C4接地，方波放大器U1的输出端为高频方波产生电路3的输出端。

方波放大器U1用于放大微处理器2输出的PWM波信号，并控制NMOS管Q1的不断开关。本实施例中，方波放大器U1型号为SDM48000。

超声波雾化片工作电路还包括用于采集NMOS管Q1的源极与地之间的工作电流的电流采集电路5，电流采集电路5的输出端与微处理器2的输入端电连接。电流采集电路5用于采集工作电流并发送至微处理器2，以便微处理器2根据工作电流大小调节输出的PWM波的频率，最终实现超声波雾化片W的功率调节，使得超声波雾化片W的功率输出稳定且高效。

所述电流采集电路5包括第四电阻R4、第五电阻R5、第五电容C5，第五电阻R5接在NMOS管Q1的源极与地之间，NMOS管Q1的源极依次通过第四电阻R4、第五电容C5接地，微处理器2的输入端接在第四电阻R4与第五电容C5之间。

所述电池101为充电电池，如充电锂电池等。相应地，电源模块1还包括充电电路和放电保护电路，充电电路和放电保护电路的结构在附图中未示出，但并不影响本领域的技术人员对本发明的理解和实现。

本发明中超声波雾化片的全波振荡原理如下：

微处理器2输出PWM波至高频方波产生电路3，经高频方波产生电路3放大后的PWM波控制NMOS管Q1不断开关。

当NMOS管Q1不导通时，升压模块102的电压输出端VCC给第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1充电，此时VCC＞Vtp1＞Vtp2,Vtp2处的驱动波形处于正弦波的正半波；当NMOS管Q1导通时，Vtp1瞬间被拉低到接近于0V，而Vtp1＞Vtp2，所以此时会在Vtp2处产生一个负电压，Vtp2处的驱动波形处于正弦波的负半波。所以，只要驱动信号PWM波为占空比为50％的方波信号，那么在Vtp2处就得到了一个完整且持续的正弦波驱动波形。由于Vtp2处直接与超声波雾化片W正极相连，超声波雾化片W负极跟电源模块1负极相连，这样就可以在超声波雾化片W两端得到一个完整的高频正弦波震荡，让超声波雾化片W振荡，超声波电子烟出烟。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波雾化片全波驱动电路，包括电源模块(1)、微处理器(2)、高频方波产生电路(3)、NMOS管(Q1)和谐振电路(4)；电源模块(1)包括电池(101)和升压模块(102)；电池(101)的输出端通过升压模块(102)与谐振电路(4)电连接；微处理器(2)的输出端通过高频方波产生电路(3)与NMOS管(Q1)的栅极电连接，NMOS管(Q1)的源极接地，其特征在于，所述谐振电路(4)包括第一电感(L1)、第二电感(L2)和第一电容(C1)，升压模块(102)的输出端依次通过第一电感(L1)、第二电感(L2)与超声波雾化片(W)的正极电连接，超声波雾化片(W)的负极接地，第一电容(C1)接在超声波雾化片(W)的正极与地之间，NMOS管(Q1)的漏极接在第一电感(L1)与第二电感(L2)之间。

2.如权利要求1所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，所述谐振电路(4)还包括第二电容(C2)，该第二电容(C2)与第二电感(L2)串接在NMOS管(Q1)的漏极与超声波雾化片(W)的正极之间。

3.如权利要求1所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，所述谐振电路(4)还包括瞬态二极管(TVS1)，该瞬态二极管(TVS1)接在超声波雾化片(W)的正极与地之间。

4.如权利要求1至3任一项所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，还包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，高频方波产生电路(3)的输出端通过第一电阻(R1)与NMOS管(Q1)的栅极电连接，第二电阻(R2)接在NMOS管(Q1)的栅极与地之间。

5.如权利要求4所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，还包括第三电容(C3)，所述第三电容(C3)一端接在第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间，第三电容(C3)另一端与NMOS管(Q1)的栅极电连接。

6.如权利要求1至3任一项所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，所述高频方波产生电路(3)包括第三电阻(R3)、第四电容(C4)和方波放大器(U1)，微处理器(2)的输出端与方波放大器(U1)的输入端电连接，第三电阻(R3)接在微处理器(2)的输出端与地之间，方波放大器(U1)的电源端通过第四电容(C4)接地，方波放大器(U1)的输出端为高频方波产生电路(3)的输出端。

7.如权利要求1至3任一项所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，还包括用于采集NMOS管(Q1)的源极与地之间的工作电流的电流采集电路(5)，电流采集电路(5)的输出端与微处理器(2)的输入端电连接。

8.如权利要求7所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，所述电流采集电路(5)包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第五电容(C5)，第五电阻(R5)接在NMOS管(Q1)的源极与地之间，NMOS管(Q1)的源极依次通过第四电阻(R4)、第五电容(C5)接地，微处理器(2)的输入端接在第四电阻(R4)与第五电容(C5)之间。

9.如权利要求1至3任一项所述的超声波雾化片全波驱动电路，其特征在于，所述电池(101)为充电电池。

10.一种超声波电子烟，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的超声波雾化片全波驱动电路。

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