CN113966875A - 气雾生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种气雾生成装置，包括：并联LC振荡器；晶体管开关；电芯，通过晶体管开关向LC振荡器提供脉冲电压，以使LC振荡器的电感线圈产生变化的磁场；感受器，被所述变化的磁场穿透而发热加热气雾生成制品；电压检测单元，用于检测LC振荡器的电压值；控制器，当电压检测单元检测的电压值超过预设电压值时断开晶体管开关，以保持LC振荡器振荡过程中的电压低于预设电压值。以上气雾生成装置，使LC振荡器的振荡电压保持低于预设电压值下，一方面能减少在存在相对大的滞后电压下振荡不完全效率低的状态，另一方面防止在存在大滞后电压造成晶体管开关热损和安全性的问题。
Description
技术领域
本申请实施例涉及加热不燃烧烟具领域，尤其涉及一种气雾生成装置。
背景技术
烟制品(例如，香烟、雪茄等)在使用过程中燃烧烟草以产生烟草烟雾。人们试图通过制造在不燃烧的情况下释放化合物的产品来替代这些燃烧烟草的制品。
此类产品的示例为加热装置，其通过加热而不是燃烧材料来释放化合物，形成供吸食的气溶胶。例如，该材料可为烟草或其他非烟草产品，这些非烟草产品可包含或可不包含尼古丁。
对于以上加热装置的一个现有技术的实施例中，201580007754.2号专利提出了一种电磁感应式加热特制烟支制品的感应加热装置；其采用DC/AC逆变器将电源输出的直流转变为交流供应至感应线圈，具体是通过感应线圈与电容器组成LC振荡的方式形成交流，从而使线圈产生交变磁场诱导感受器发热加热烟支制品。而对于以上现有技术实施例的感应加热装置，在使用中感应线圈的抗性会在振荡过程中造成LC振荡电压变化滞后，干扰振荡并增加开关管的损耗或损毁风险。
发明内容
本申请一个实施例的一个目的在于提出一种能部分消除LC振荡电压变化滞后的问题的气雾生成装置。具体，
本申请一个实施例的气雾生成装置，被配置为加热气雾生成制品生成供抽吸的气溶胶；包括：腔室，用于接收所述气雾生成制品的至少一部分；LC振荡器，包括并联的感应线圈和电容器；晶体管开关；电芯，被配置为通过所述晶体管开关向所述LC振荡器提供脉冲电压，以使所述LC振荡器的电感线圈产生变化的磁场；感受器，被配置为被所述变化的磁场穿透而发热，进而对接收于所述腔室内的气雾生成制品进行加热；电压检测单元，用于检测所述LC振荡器的电压值；控制器，被配置为当所述电压检测单元检测的电压值超过预设电压值时断开所述晶体管开关，以保持所述LC振荡器振荡过程中的电压低于预设电压值。
以上气雾生成装置，使并联LC振荡器的振荡过程保持低于预设电压值下进行，一方面能减少在存在相对大的滞后电压下振荡不完全效率低的状态，另一方面防止在存在大滞后电压造成晶体管开关热损和安全性的问题。
在优选的实施中，还包括：过零检测单元，用于检测所述LC振荡器的电压值是否为0V；所述控制器还被配置为当所述LC振荡器的电压值为0V时控制所述晶体管开关导通。
在优选的实施中，所述控制器具有响应所述过零检测单元的检测结果的第一响应速度、以及响应所述电压检测单元的检测结果的第二响应速度；所述第一响应速度比所述第二响应速度快。
在优选的实施中，所述电容器至少包括均与所述电感线圈并联的第一电容器和第二电容器。
在优选的实施中，所述第一电容器和第二电容器具有相等或大致相等的电容值。
在优选的实施中，所述控制器通过PWM方式控制所述晶体管开关导通和断开。
在优选的实施中，所述控制器被配置为根据所述感受器的操作温度调整所述PWM的脉冲宽度，进而使所述感受器的操作温度维持在目标温度。
在优选的实施中，所述电压检测单元包括：第一电阻和第二电阻；其中，所述第一电阻的第一端与所述LC振荡器连接，所述第二电阻的第一端与第一电阻的第二端连接、第二端接地；进而通过采样所述第二电阻两端的电压值检测所述LC振荡器的电压值。
在优选的实施中，所述电压检测单元还包括：滤波电容，与所述第二电阻并联，用于对采样所述第二电阻两端的电压值时的采样信号进行滤波。
在优选的实施中，所述过零检测单元包括过零比较器。
在优选的实施中，所述LC振荡器被配置为在振荡过程中形成流过所述电感线圈的电流方向是恒定的。
本申请的又一个实施例还提出一种气雾生成装置，被配置为加热气雾生成制品以生成供抽吸的气溶胶；包括：腔室，用于接收所述气雾生成制品的至少一部分；LC振荡器，包括并联的感应线圈和电容器；晶体管开关；电芯，被配置为通过所述晶体管开关向所述LC振荡器提供脉冲电压，以使所述LC振荡器的电感线圈产生变化的磁场；感受器，被配置为被所述变化的磁场穿透而发热，进而对接收于所述腔室内的气雾生成制品进行加热；所述LC振荡器被配置为在振荡过程中形成流过所述电感线圈的电流方向是恒定的。采用以上实施例的气雾生成装置，在振荡过程中流过电感线圈的电流方向恒定、电流大小呈周期性变化，形成仅有正半部分或者负半部分的振荡波形。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本申请一实施例提供的气雾生成装置的结构示意图；
图2是图1中电路的一个实施例的结构框图；
图3是图2中电路的一个实施例的基本组件的示意图；
图4是图3中并联LC振荡器振荡过程中电压变化的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。
本申请一个实施例提出的气雾生成装置，其构造可以参见图1所示，包括：
腔室，气雾生成制品A可移除地接收在腔室内；
电感线圈L，用于在变化的电流下产生变化磁场；
感受器30，与电感线圈L感应耦合，并被变化磁场穿透而发热，进而对气雾生成制品A例如烟支进行加热，进而使气雾生成制品A的至少一种成分挥发，形成供抽吸的气溶胶；
电芯10，为可充电的直流电芯；
电路20，通过适当的电连接到可充电的电芯10，用于从将电芯10输出的直流，转变成具有适合频率的交流再供应到电感线圈L；
根据产品使用中的设置，电感线圈L可以包括绕成螺旋状的圆柱形电感器线圈，如图1中所示。绕成螺旋状的圆柱形电感线圈L可以具有范围在大约5mm到大约10mm内的半径r，并特别地半径r可以大约为7mm。绕成螺旋状的圆柱形电感线圈L的长度可以在大约8mm到大约14mm的范围内，电感线圈L的匝数大约8匝到15匝的范围内。相应地，内体积可能在大约0.15cm3至大约1.10cm3的范围内。
在一个优选的实施例中，电芯10提供的直流供电电压在约2.5V至约9.0V的范围内，电芯10可提供的直流电流的安培数在约2.5A至约20A的范围内。
在一个优选的实施例中，感受器30可以具有大约12毫米的长度，大约4毫米的宽度和大约50微米的厚度，并且可以由等级430的不锈钢(SS430)制成。作为替代性实施例，感受器30可以具有大约12毫米的长度，大约5毫米的宽度和大约50微米的厚度，并且可以由等级430的不锈钢(SS430)制成。在又一个优选的实施例中，感受器30还可以被构造成圆筒状的形状，在使用时其内部空间用于接收气雾生成制品A，并通过对气雾生成制品A的外周加热的方式，生成供吸食的气溶胶。这些感受器还可以由等级420的不锈钢(SS420)、以及含有铁镍的合金材料(比如坡莫合金)制成。
以上由电路20在一个优选的实施方式中的结构和基本组件可以参见图2至图3所示，包括：
并联LC振荡器24，具体是由电容与电感线圈L并联组成的，进而在对其提供脉冲电压时形成振荡产生供应到电感线圈L的变化的电流，从而产生变化的磁场诱导感受器30发热。
进一步在实施中，并联LC振荡器24是通过PWM调制器22采用PWM(脉冲宽度调制)方式控制振荡的。通过PWM调制的方式改变通过晶体管开关Q1提供的脉冲电压的占空比，进而可以改变电芯10输出的功率。
在图3所示的优选实施中，与电感线圈L并联的电容的数量采用了至少两个，例如在图3中包括有第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。通过以上多个较小的电容替换原本所需相对大的电容，则每一个较小的电容(例如以上第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3)都能保持更高的谐振频率值；则整体LC振荡器24的谐振频率值相应提升，阻止通过PWM控制振荡过程中一旦超过谐振频率电容将表现成电感性。
进一步在图3所示的优选实施中，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容值是相等或者大致相等的。通过将至少两个电容的电容值设定为相当时谐振频率是基本相等的，并且各自之间可以随着LC振荡器24的振荡频率的变化，相应呈现出比仅单个电容时大幅降低并变化的ESR(等效电阻值)，具体是当低频时ESR呈相对高的表现、高频时ESR呈相对低的表现，对于防止尖峰脉冲可能是有利的。
在图3的优选实施中，桥电路23包括晶体管开关Q1，位于电芯10与LC振荡器24之间，进而将电芯10的电压以脉冲的方式提供给并联LC振荡器24。进一步在图3中仅通过一个晶体管开关Q1来控制并联LC振荡器24，则当晶体管开关Q1导通时并联LC振荡器24储能，而当晶体管开关Q1断开后并联LC振荡器24内部能量耗损。同时，采用以上控制的并联LC振荡器24在振荡的过程中，电流始终是沿图3中从左向右流过电感线圈L，不存在传统的半桥或全桥振荡中的正负向交替换流的过程，进而形成如图4中所示的仅有正半部分的振荡波形。则在振荡过程中，流过电感线圈L的变化电流的方向是恒定的，电流大小是成周期性变化的。或者在其他的变化实施中，通过改变电芯10和晶体管开关Q1的位置改变流经电感线圈L的电流方向，形成与图4的方向相反的仅有负半部分的振荡波形。
在可选的实施中，晶体管开关Q1可以采用通常的MOS管、场效应晶体管、三极管等。
进一步在优选的实施中，电路20还包括：
过零检测单元25，用于检测并联LC振荡器24振荡电压变化为0的时机；进而MCU控制器21在过零检测单元25检测到并联LC振荡器24振荡电压变化为0控制晶体管开关Q1导通。具体，
在实施中，当并联LC振荡器24振荡电压变化为0时，MCU控制器21根据所需输出的目标功率控制PWM调制器22按照所需的占空比驱动晶体管开关Q1按照对应比的导通时间导通，以对并联LC振荡器24储能，并在达到导通时间之后关闭晶体管开关Q1使并联LC振荡器24内部消耗所存储的能量。
具体在图3所示的优选实施中，过零检测单元25主要包括过零比较器U2，过零比较器U2的采样输入端in-与并联LC振荡器24连接，在比较运算中基准输入端in+通过电阻R12接地，从而用于检测并联LC振荡器24的电压是否变化至0。
进一步以上实施中，通过PWM方式改变晶体管开关Q1的导通的时间，使并联LC振荡器24的振荡的半波周期和相位周期是变化的。例如，图4中所示的振荡阶段S1的周期T＝t1和振荡阶段S2的周期T＝t3-t2是不同的。同样，导通时间的变化导致电容的充电时间是变化的，则振荡过程中电压振幅即图中每个振荡周期的最高电压相应也是不同的。
在又一个实施例中，通过PWM方式改变晶体管开关Q1的导通的时间或占空比，是根据监测的感受器30的操作温度进行调节的。当监测到感受器30的操作温度低于预设目标温度值时，通过改变PWM的输出脉冲宽度提升晶体管开关Q1的导通的时间或占空比提升提供给感受器30的能量，使感受器30的操作温度能够维持在所需的目标温度；而当监测到感受器30的操作温度高于预设温度值时，则相应降低晶体管开关Q1的导通的时间或占空比降低提供给感受器30的能量。
在又一个可选的实施中，电路20还包括有：
电压检测单元26，用于检测并联LC振荡器24的电压值；
MCU控制器21则对应当电压检测单元26检测的电压值超过预设电压时，控制晶体管开关Q1断开。进而使并联LC振荡器24在低于预设的电压下振荡，一方面能减少在存在相对大的滞后电压下振荡不完全效率低的状态，另一方面防止在存在大滞后电压造成晶体管开关Q1热损和安全性的问题。
在图3所示的优选实施中，电压检测单元26包括：串联的第一电阻R5和第二电阻R6，第二电阻R6的另一端接地；则MCU控制器21通过采样第二电阻R6的对地电压即可通过阻值计算获得并联LC振荡器24的实时电压值。同时，电压检测单元26包括有与第二电阻R6并联的滤波电容C4，作为滤波使用防止MCU控制器21采样值过高烧坏MCU控制器21的IO接口。
在更加优选的实施中，MCU控制器21具有响应过零检测单元25的检测结果的第一响应速度，以及响应电压检测单元26的检测结果的第二响应速度；第一响应速度要比第二响应速度快。使根据过零检测的结果使晶体管开关Q1的导通执行具有相对高的优先级。
进一步为了保证各器件在适合的安全电压或电流下工作，图3所示的优选实施中，电路20还包括有在各电流路径中提供常规降压或限流作用的电阻，例如电阻R1/R2/R3/R8/R11等等。其中，
电阻R1作为主电路的限流；同时比较器U2作为过流保护功能使用，实时监测主电路的电流。
需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种气雾生成装置，被配置为加热气雾生成制品以生成供抽吸的气溶胶；其特征在于，包括：
腔室，用于接收所述气雾生成制品的至少一部分；
LC振荡器，包括并联的感应线圈和电容器；
晶体管开关；
电芯，被配置为通过所述晶体管开关向所述LC振荡器提供脉冲电压，以使所述LC振荡器的电感线圈产生变化的磁场；
感受器，被配置为被所述变化的磁场穿透而发热，进而对接收于所述腔室内的气雾生成制品进行加热；
电压检测单元，用于检测所述LC振荡器的电压值；
控制器，被配置为当所述电压检测单元检测的电压值超过预设电压值时断开所述晶体管开关，以保持所述LC振荡器振荡过程中的电压低于预设电压值。
2.如权利要求1所述的气雾生成装置，其特征在于，还包括：
过零检测单元，用于检测所述LC振荡器的电压值是否为零；
所述控制器还被配置为当所述LC振荡器的电压值为零时控制所述晶体管开关导通。
3.如权利要求2所述的气雾生成装置，其特征在于，所述控制器具有响应所述过零检测单元的检测结果的第一响应速度、以及响应所述电压检测单元的检测结果的第二响应速度；所述第一响应速度比所述第二响应速度快。
4.如权利要求1至3任一项所述的气雾生成装置，其特征在于，所述电容器至少包括均与所述电感线圈并联的第一电容器和第二电容器。
5.如权利要求4所述的气雾生成装置，其特征在于，所述第一电容器和第二电容器具有相等或大致相等的电容值。
6.如权利要求1至3任一项所述的气雾生成装置，其特征在于，所述LC振荡器被配置为在振荡过程中形成流过所述电感线圈的电流方向是恒定的。
7.如权利要求1至3任一项所述的气雾生成装置，其特征在于，所述控制器通过PWM方式控制所述晶体管开关导通和断开。
8.如权利要求7所述的气雾生成装置，其特征在于，所述控制器被配置为根据所述感受器的操作温度调整所述PWM的脉冲宽度，进而使所述感受器的操作温度维持在目标温度。
9.如权利要求1至3任一项所述的气雾生成装置，其特征在于，所述电压检测单元包括：
第一电阻和第二电阻；其中，
所述第一电阻的第一端与所述LC振荡器连接，所述第二电阻的第一端与第一电阻的第二端连接、第二端接地；进而通过采样所述第二电阻两端的电压值检测所述LC振荡器的电压值；
滤波电容，与所述第二电阻并联，用于对采样所述第二电阻两端的电压值时的采样信号进行滤波。
10.如权利要求2或3所述的气雾生成装置，其特征在于，所述过零检测单元包括过零比较器。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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