CN114451589A - 一种实现恒功率输出的电子烟电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现恒功率输出的电子烟电路及其工作方法，本发明利基于电子烟的电池电压生成三角波信号，然后再将第一直流电源和三角波信号输入至第一比较器中，生成电压占空比信号；接着，将电压占空比信号输入至电子烟的控制器中，得出用于使电子烟在不同占空比信号下保持恒定功率输出的恒定供电电压值；最后，再根据该电压值调节恒压电路的输出电压，即可实现电子烟的恒功率输出；通过上述设计，本发明在实现恒功率输出时，无需采集电池电压，也无需基于电池电压计算出控制电子烟输出电压的占空比信号，因此，本发明无需在电路中设置ADC电路和大量的数字计算电路，减少了晶体管的数量，从而降低了生产成本。

Description

一种实现恒功率输出的电子烟电路及其工作方法

技术领域

本发明属于电路技术领域，具体涉及一种实现恒功率输出的电子烟电路及其工作方法。

背景技术

电子烟是一种模拟香烟的电子设备，其通过模拟真实香烟的口感和烟雾，从而取代了传统的香烟，不仅节省了消费者的开支，还降低了“二手烟”带来的危害；目前，市面上常见的电子烟大多为恒功率输出，其原理为：通过对电子烟电池进行电压采样，从而设置PWM（脉冲宽度调制）电路产生相应的占空比信号来驱动电源与电子烟中雾化器（实质为发热丝）的通断，但是，前述恒功率实现电路中，必须要包含ADC电路，所采集的数据还要经过大量计算，高精度的ADC（Analog-to-Digital Converter，模/数转换器）和大量的数字计算电路需要的晶体管的数量会很多，而晶体管数量越多，单片硅晶圆上可生产的芯片个数则越少，这就大大的增加了生产成本；因此，提供一种所需晶体管数量更少的恒功率输出电路，来降低生产成本，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现恒功率输出的电子烟电路及其工作方法，以解决现有的电子烟恒功率输出电路需要高精度ADC和大量数字电路所带来的成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种实现恒功率输出的电子烟电路，包括：三角波电路、脉冲宽度调制电路、恒压电路以及控制器；

所述三角波电路的输入端电连接电子烟的电池，用于根据电子烟的电池电压生成三角波信号；

所述脉冲宽度调制电路包括第一比较器，其中，所述第一比较器的正极电连接所述三角波电路的输出端，所述第一比较器的负极电连接第一直流电压源，所述第一比较器用于根据所述第一直流电压源以及所述三角波信号生成电压占空比信号，且所述第一直流电压源的输出电压值介于所述三角波信号的最小电压值与最大电压值之间；

所述控制器的第一输入端电连接所述第一比较器的输出端，用于根据所述电压占空比信号得出电子烟的恒定供电电压值；

所述控制器的输出端电连接所述恒压电路的电压调节端，用于根据所述恒定供电电压值调节所述恒压电路的输出电压，以使所述恒压电路的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以便为电子烟的雾化器提供恒定电压。

基于上述公开的内容，本发明利用三角波电路，并基于电子烟的电池电压生成三角波信号，然后再将第一直流电源（实质为根据三角波信号的最大电压值和最小电压值得出一理想供电电压）和三角波信号输入至第一比较器中，生成电压占空比信号；接着，将该电压占空比信号输入至电子烟的控制器中，即可得出用于使电子烟在不同占空比信号下保持恒定功率输出的恒定供电电压值；最后，再根据该电压值调节恒压电路的输出电压，即可将电子烟雾化器的供电电压稳定在该电压值上，从而实现电子烟的恒功率输出；通过上述设计，本发明无需对电池电压进行采样，也无需基于电池电压来计算控制电子烟输出电压的占空比信号，其借助电子烟本身的芯片即可完成恒功率输出，由此，本发明无需在电路中设置ADC电路和大量的数字计算电路，减少了晶体管的数量，降低了生产成本。

在一个可能的设计中，所述三角波电路包括：第二比较器、第一电容以及继电器，其中，所述第一电容的一端通过所述继电器电连接电子烟的电池，且所述第一电容的另一端接地；

所述第一电容的一端还电连接所述第二比较器的负极，其中，所述第二比较器的输出端电连接所述继电器的线圈端，所述第二比较器的负极还电连接所述第一电容的另一端，且所述第二比较器的负极还作为所述三角波电路的输出端，电连接所述第一比较器的正极。

基于上述公开的内容，本发明公开了三角波电路的具体电路结构，其实质还是利用比较器实现，其中，该电路的工作过程为：第二比较器的正极电压大于负极电压时，会输出高电平，使继电器闭合，从而迅速将第一电容上极板的电压抬升至电池电压，而当第一电容上极板的电压大于正极电压时，第二比较器则会输出低电平，关闭继电器，此时，第一电容的上极板则会通过第二比较器的负极将电压缓慢释放，当释放至电压低于第二比较器的正极电压时，则会再次打开继电器，以此循环，即可得出第一电容上极板的电压波形，而该电压波形则为三角波信号。

在一个可能的设计中，所述恒压电路包括：恒压输出电路以及电阻调节电路，其中，所述控制器的输出端电连接所述电阻调节电路的输入端，用于通过所述电阻调节电路调节所述恒压输出电路中目标电阻的电阻值，以便通过调节所述目标电阻的电阻值将所述恒压输出电路的输出电压值调节至所述恒定供电电压值，其中，所述目标电阻为决定所述恒压输出电路的输出电压的电阻。

基于上述公开的内容，本发明通过调节恒压输出电路中目标电阻的电阻值，来实现输出电压值的调节，由此，本发明则无需使用占空比信号进行输出电压的调节，避免了传统电子烟使用大量数字计算电路的问题，从而降低了成本。

在一个可能的设计中，所述恒压输出电路包括：运算放大器、MOS管、第一电阻、第二电阻、第一光敏电阻以及第二光敏电阻；

所述运算放大器的正极输入端电连接带隙基准源，所述运算放大器的输出端电连接所述MOS管的栅极，其中，所述MOS管的源极电连接电子烟的电池，且所述MOS管的漏极电连接所述第一电阻的一端；

所述第一电阻的另一端依次串联连接所述第二电阻、所述第一光敏电阻和所述第二光敏电阻，其中，所述第二电阻与所述第一光敏电阻的共连端作为所述恒压输出电路的输出端，为所述电子烟的雾化器提供恒定电压；

所述第一光敏电阻和所述第二光敏电阻的共连端电连接所述运算放大器的负极输入端，且所述第一光敏电阻还通过所述第二光敏电阻接地。

基于上述公开的内容，本发明公开了恒压输出电路的具体电路结构，其原理为：利用带隙基准源产生恒定输入电压，然后利用运算放大器进行电压放大，且放大倍数与第一光敏电阻和第二光敏电阻的阻值有关，因此，在已知输入电压和需要的输出电压后，即可通过调节两光敏电阻的阻值，来实现输出电压的调节。

在一个可能的设计中，所述电阻调节电路包括：两个恒流芯片以及两个发光二极管，其中，所述控制器的输出端分别电连接两恒流芯片的输入端，两恒流芯片的调光端分别通过一电感电连接一发光二极管的负极，且两发光二极管的正极分别通过一第三电阻电连接第二直流电源；

所述控制器通过两恒流芯片调节两发光二极管的亮度，以实现所述第一光敏电阻和所述第二光敏电阻电阻值的调节。

基于上述公开的内容，本发明公开了电阻调节电路的具体结构，即利用控制器输出PWM控制信号给两恒流芯片，而两恒流芯片则基于该信号控制对应发光二极管的亮度，从而调节两光敏电阻的电阻值，以达到调节输出电压的目的。

在一个可能的设计中，所述恒压输出电路还包括电流传感器和电压传感器，其中，所述电流传感器串联于所述第一光敏电阻和所述第二光敏电阻之间，所述第一光敏电阻和所述第二光敏电阻的两端分别并联有一电压传感器，且所述电流传感器的输出端和两电压传感器的输出端分别电连接所述控制器的第二输入端，以将第一光敏电阻的电流值、第一光敏电阻的电压值以及第二光敏电阻的电压值传输至所述控制器。

基于上述公开的内容，本发明可利用电流传感器和电压传感器实时检测两光敏电阻的电流值和电阻值，并传输至控制器，从而使控制器得出两光敏电阻的实时电阻值；由此，可与电阻调节电路向配合，实现电阻值的精确调节。

在一个可能的设计中，还包括：功率检测电路，其中，所述功率检测电路的检测端电连接雾化器的驱动电路，用于检测所述雾化器的功率，所述功率检测电路的输出端电连接所述控制器的第三输入端，以使所述控制器基于所述雾化器的功率调整所述恒定供电电压值，并根据调整后的恒定供电电压值调节所述恒压电路的输出电压。

基于上述公开的内容，由于现有的电子烟大多都可进行不同烟雾量的调节，即进行档位调节，因此，本发明功通过实时检测雾化器的功率，从而反馈至控制器，从而基于雾化器的功率调整恒定供电电压值，从而将恒压电路的输出电压调整至与该功率对应的电压值；由此，可在电子烟档位变换后，实现该档位下的恒功率输出。

第二方面，本发明提供了第一方面中实现恒功率输出的电子烟电路的工作方法，包括：

获取电子烟的电池电压，并基于所述电池电压生成三角波信号；

根据第一直流电压源和所述三角波信号生成电压占空比信号，其中，所述第一直流电压源是根据所述三角波信号得到的，且所述第一直流电压源的输出电压值介于所述三角波信号的最小电压值与最大电压值之间；

根据所述电压占空比信号，得出电子烟的恒定供电电压值；

根据所述恒定供电电压值，调节权利要求第一方面中任意一种可能设计的实现恒功率输出的电子烟电路中恒压电路的输出电压，以使所述恒压电路的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出。

在一个可能的设计中，根据所述电压占空比信号，得出电子烟的恒定供电电压值，包括：

计算所述电压占空比信号与所述电池电压的乘积，得到电子烟的有效电压值；

基于所述有效电压值和所述电池电压，构建电池电压函数，其中，所述电池电压函数用于使所述有效电压值成为恒定值；

获取电子烟中雾化器的最大功率以及电阻值，并基于所述最大功率、所述电阻值和所述电池电压函数，得出电压调节常数；

对所述电压占空比信号进行反相处理，得出反相信号；

根据所述电压调节常数和所述反相信号，得出所述恒定供电电压值。

在一个可能的设计中，恒压电路包括恒压输出电路和电阻调节电路，其中，根据所述恒定供电电压值，调节恒压电路的输出电压，包括：

获取恒压输出电路的输入电压；

根据所述恒定供电电压值和所述恒压输出电路的输入电压，得出恒压输出电路中目标电阻的调节目标值，其中，目标电阻为决定恒压输出电路的输出电压的电阻；

通过所述电阻调节电路，将所述恒压输出电路中目标电阻的实际电阻值调节至对应的调节目标值，以使恒定输出电压的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出。

附图说明

图1为本发明提供的三角波电路的具体电路图；

图2为本发明提供的脉冲宽度调制电路的具体电路图；

图3为本发明提供的第一种恒压输出电路的具体电路图；

图4为本发明提供的电阻调节电路的具体电路图；

图5为本发明提供的第二种恒压输出电路的具体电路图；

图6为本发明提供的雾化器的驱动电路与功率检测电路的连接电路图；

图7为本发明提供的实现恒功率输出的电子烟电路的工作方法的步骤流程图；

图8为本发明提供的三角波信号的波形图；

图9为本发明提供的电压占空比信号的波形图；

图10为本发明提供的电压占空比信号的计算原理示意图；

图11为本发明提供的电池电压函数的函数图像；

图12为本发明提供的现有的电子烟的PWM信号的波形图；

图13为本发明提供的电阻调节电路的另一种具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例

参见图1～6所示，本实施例第一方面所提供的实现恒功率输出的电子烟电路，可以但不限于包括：三角波电路、脉冲宽度调制电路、恒压电路以及控制器；在具体应用时，所述三角波电路的输入端电连接电子烟的电池，用于根据电子烟的电池电压生成三角波信号；可选的，在得到三角波信号后，可基于三角波信号，来得到一第一直流电压源，其实质为：在三角波信号中，选取一理想供电电压作为第一直流电压源（该理想供电电压介于三角波信号的最大电压值与最小电压值之间），以便结合三角波信号，得到在该理想供电电压下的电压占空比信号，从而得出不随电压占空比信号变化的恒定供电电压，即该恒定供电电压在不同电压占空比信号下，依旧能够保持电子烟的恒定功率输出。

参见图2所示，下述给出脉冲宽度调制电路的具体结构：

在本实施例中，举例所述脉冲宽度调制电路可以但不限于包括第一比较器U1，其中，所述第一比较器U1的正极电连接所述三角波电路的输出端，所述第一比较器U1的负极电连接第一直流电压源；由此，在向第一比较器U1输入两个信号（第一直流电源产生的电压信号，以及三角波信号）后，第一比较器U1即可根据两个信号输出不同占空比的PWM波形，以得到电压占空比信号，以便为后续控制器得出恒定供电电压值提供数据基础。

在得到电压占空比信号后，即可将电压占空比信号输入至电子烟的控制器，以便控制器基于该电压占空比信号计算出电子烟的恒定供电电压值，即所述控制器的第一输入端电连接所述第一比较器U1的输出端，以接收电压占空比信号，从而得出恒定供电电压值，其中，恒定供电电压值的具体计算过程在实施例第二方面进行具体阐述。

在本实施例中，恒压电路相当于作为电子烟中雾化器的供电电路，因此，只要保证其输出的电压不随电压占空比信号变化，即可实现雾化器的恒功率输出；由此，在得到该恒定供电电压值后，即可基于该电压值来调节恒压电路的输出电压，以此来保证恒压电路的输出电压值等于计算得到的恒定供电电压值，从而实现电子烟雾化器的恒功率输出。

其中，在具体应用时，控制器与恒压电路的连接关系为：所述控制器的输出端电连接所述恒压电路的电压调节端，以便进行恒压电路输出电压的调节，从而将所述恒压电路的输出电压值调节为所述恒定供电电压值，从而为电子烟的雾化器提供恒定电压，以此来保证电子烟雾化器的恒功率输出。

由此通过前述阐述，本发明不同于传统的电子烟使用PWM信号来保持功率恒定输出的方法，本发明所提供的电路，无需采集电池电压，也无需基于电池电压计算出控制电子烟输出电压的占空比信号，因此，本发明无需在电路中设置ADC电路和大量的数字计算电路，减少了晶体管的数量，从而降低了生产成本，适用于大规模推广与应用。

为保证前述电路的完整，下述提供三角波电路的其中一种电路结构：

在具体应用时，举例三角波电路可以但不限于包括：第二比较器U2、第一电容C1以及继电器K1，其中，前述部件的具体连接结构为：

参见图1所示，所述第一电容C1的一端通过所述继电器K1电连接电子烟的电池，且所述第一电容C1的另一端接地，同时，所述第一电容C1的一端还电连接所述第二比较器U2的负极，其中，所述第二比较器U2的输出端电连接所述继电器K1的线圈端，所述第二比较器U2的负极还电连接所述第一电容C1的另一端，且所述第二比较器U2的负极还作为所述三角波电路的输出端，电连接所述第一比较器U1的正极。

结合图1，下述阐述三角波电路生成三角波信号的工作原理：

当第二比较器U2的正极电压大于负极电压时，第二比较器U2会输出高电平，使继电器K1闭合，从而迅速将第一电容C1上极板的电压抬升至电池电压，而当第一电容C1上极板的电压大于正极电压时，第二比较器U2则会输出低电平，关闭继电器K1，此时，第一电容C1的上极板则会通过第二比较器U2的负极将电压缓慢释放（即从图1中标识的缓慢放电支路释放电压），当释放至电压低于第二比较器U2的正极电压时，则会再次打开继电器K1，以此循环，由此，即可得出第一电容C1上极板的电压波形，而该电压波形则为三角波信号，其中，三角波信号波形图参见图8所示。

同时，下述提供一种恒压电路的具体电路结构：

在具体应用时，举例所述恒压电路可以但不限于包括：恒压输出电路以及电阻调节电路，其中，恒压输出电压则作为供电支路，而电阻调节电路则在控制器的控制下，调节恒压输出电压的输出电压；具体的，所述控制器的输出端电连接所述电阻调节电路的输入端，用于通过所述电阻调节电路调节所述恒压输出电路中目标电阻的电阻值，以便通过调节所述目标电阻的电阻值将所述恒压输出电路的输出电压值调节至所述恒定供电电压值，其中，所述目标电阻为决定所述恒压输出电路的输出电压的电阻。

参见图3所示，下述提供恒压输出电路的其中一种具体电路结构：

在本实施例中，举例恒压输出电路可以但不限于包括：运算放大器OP、MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一光敏电阻R3以及第二光敏电阻R4，其中， 前述各个部件的具体连接结构为：

参见图3所示，所述运算放大器OP的正极输入端电连接带隙基准源，以便利用带隙基准源提供不随电源变化的基准电压（可以但不限于为1.2V）。

所述运算放大器OP的输出端电连接所述MOS管Q1的栅极，所述MOS管Q1的源极电连接电子烟的电池，所述MOS管Q1的漏极电连接所述第一电阻R1的一端；同时，所述第一电阻R1的另一端依次串联连接所述第二电阻R2、所述第一光敏电阻R3和所述第二光敏电阻R4，其中，所述第二电阻R2与所述第一光敏电阻R3的共连端作为所述恒压输出电路的输出端，为所述电子烟的雾化器提供恒定电压，所述第一光敏电阻R3和所述第二光敏电阻R4的共连端电连接所述运算放大器OP的负极输入端，且所述第一光敏电阻R3还通过所述第二光敏电阻R4接地。

由此，前述恒压输出电路的工作原理为：利用带隙基准源产生恒定输入电压，然后再利用运算放大器OP进行电压放大，且放大倍数与第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的阻值有关（即目标电阻为第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4），因此，在已知输入电压和需要的输出电压（即恒定供电电压值）后，即可计算出两光敏电阻的阻值，从而通过调节两光敏电阻的阻值来实现输出电压的调节。

参见图3所示，恒压输出电路的输入电压与输出电压的比值=（R3+R4）/R4，因此，在得知恒压输出电路的输入电压与恒定供电电压值（也就是需要输出的电压）后，即可计算出使恒压输出电路的输出电压为恒定供电电压值时的第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的阻值，最后，即可基于电阻调节电路来调节两光敏电阻的阻值，以此来保证恒压输出电路的输出电压值等于恒定供电电压值。

参见图4所示，下述提供电阻调节电路的其中一种具体结构：

在本实施例中，举例所述电阻调节电路可以但不限于包括：两个恒流芯片以及两个发光二极管，其中，前述各个部件的具体电连接结构为：所述控制器的输出端分别电连接两恒流芯片的输入端，两恒流芯片的调光端分别通过一电感L1电连接一发光二极管（图4中的LED）的负极，且两发光二极管的正极分别通过一第三电阻R5电连接第二直流电源。

由此，前述电阻调节电路的工作原理为：利用一个恒流芯片和一个发光二极管组成一个光敏电阻的电阻调节支路，因此，控制器即可通过两恒流芯片调节两发光二极管的亮度，以此来实现第一光敏电阻R3和所述第二光敏电阻R4电阻值的调节。

在本实施例中，由于两个调节支路的电路结构相同，图4仅示意出了其中一个恒流芯片与一个发光二极管的电路结构，参见图4所示，举例恒流芯片可以但不限于为PT4115型恒流芯片，其SW端则作为调光端，电连接电感L1，同时，还可在其供电端和调光端之间并联以续流二极管D1，以起到平滑电流的作用；而控制器则电连接PT4115型恒流芯片的DIM管脚，从而向PT4115型恒流芯片输出PWM控制信号，从而精确调节发光二极管的亮度。

由此通过前述电路的阐述，本发明即可利用发光二极管来调节恒压输出电路中目标电阻的阻值，从而将恒压输出电路的输出电压调整为恒定供电电压值，以便来实现电子烟的恒功率输出。

在本实施例中，为便于电阻的调节，可一开始设定第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的阻值，即设定二者对应发光二极管的亮度（如在电子烟未使用时，或开机时，设定发光二极管的亮度），从而得知第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的初始电阻值，以便在得知恒定供电电压值后，计算出要调节的阻值范围。

当然，在本实施例中，控制器中存储有不同亮度下，光敏电阻的阻值，其可根据光敏电阻的光照特性曲线得到，因此，可根据光敏电阻的光照特性曲线进行亮度的调节，从而实现电阻值的调节。

可选的，在具体应用时，为便于精确得知第一光敏电阻R3和第二光敏电阻的实时电阻，从而提高电阻调节电路的调节精度，在本实施例中，还设置有电流传感器以及电压传感器，其在恒压输出电路中连接关系参见图5所示：

在本实施例中，所述电流传感器A1串联于所述第一光敏电阻R3和所述第二光敏电阻R4之间，所述第一光敏电阻R3和所述第二光敏电阻R4的两端分别并联有一电压传感器（图5中的U3和U4），且所述电流传感器的输出端和两电压传感器的输出端分别电连接所述控制器的第二输入端；由此，即可利用电流传感器A1检测流经第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的电流值，以及利用电压传感器检测第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4两端的电压值；最后，将第一光敏电阻R3的电流值、第一光敏电阻R3的电压值以及第二光敏电阻R4的电压值传输至控制器，即可得出第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的实际电阻值；当然，在得出恒压输出电路输出恒定供电电压所需的电阻值后，即可基于二者的电阻差值，来进行电阻阻值的精确调节，其调节原理与前述阐述一致，于此不再赘述。

可选的，本实施例还提供有另一种电阻调节电路，参见图13所示，其原理为：利用控制器的引脚，来设置一引脚PSET，即利用控制器的引脚状态，来识别电路输出S1和S2（即高电平或低电平）；参见图13，S1和S2用来控制R1、R2、R3和R4组成的电阻串，具体工作过程为：

当PSET浮空时，S1=1，S2=0；当PSET接高电平，S1=1，S2=1；当PSET接低电平时，S1=0，S2=0，其中，电阻串上的开关，在输出的信号为1时闭合，输出的信号为0时断开，因此，引脚PSET可以实现功能:

浮空：R1被短路，R2、R3、R4串联组成电阻串；

接高：R1、R2被短路，R3、R4串联组成电阻串；

接低：R1，R2，R3，R4串联组成电阻串。

由此通过前述设计，本发明可进一步的降低成本，即在进行电阻调节时，无需使用光敏电阻、恒流芯片以及发光二极管；可直接将图13中的电路连接运算放大器OP以及MOS管Q1，从而通过控制器的引脚PSET来输出高低电平，来实现电阻值的调节。

另外，由于现有的电子烟大多都可进行不同烟雾量的调节，即进行档位调节，因此，本发明为保证在不同档位下，输出功率的恒定，还设置有功率检测电路，参见图6所示：

在本实施例中所述功率检测电路的检测端电连接雾化器的驱动电路，用于检测所述雾化器的功率，所述功率检测电路的输出端电连接所述控制器的第三输入端，以使所述控制器基于所述雾化器的功率调整所述恒定供电电压值，并根据调整后的恒定供电电压值调节所述恒压电路的输出电压；通过上述设计，通过实时检测雾化器的功率，并反馈至控制器，即可基于雾化器的功率调整恒定供电电压值，从而将恒压输出电路的输出电压调整至与该功率对应的电压值；由此，即可在电子烟档位变换后，实现该档位下的恒功率输出（在本实施例中，根据功率将调整恒定供电电压值下述电子烟电路的工作方法中详细阐述）。

在本实施例中，举例雾化器的驱动电路可以但不限于包括MOS管Q2、第二电容C2以及第四电阻R6，其电路结构参见图6所示，而功率检测电路则采用电阻采样电路，即使用两个串联的电阻（图6中的第五电阻R7和第六电阻R8）来实现，其原理为：第五电阻R7的一端连接驱动电路的输出端（也就是MOS管Q2的源极），而第五电阻R7和第六电阻R8的共连端则作为输出端，电连接控制器的第三输入端，以实现功率的实时检测。

在本实施例中，举例第二直流电压源由电子烟的电池电压升压而来，可以但不限于为12V。

在本实施例中，所述控制器可以但不限于采用PLC（可编程逻辑控制器）控制器，当然，也可为其余控制器，如单片机等，本实施例不作具体限定。

如图7～11所示，本实施例第二方面提供实施例第一方面中实现恒功率输出的电子烟电路的具体工作方法。

该电子烟电路的工作方法可以但不限于包括如下步骤S1～S4。

在阐述前述工作方法前，首先阐述本发明实现恒定功率输出的原理：

首先，对于基于PWM控制的电子烟，其输出端口的电压（

）等于

，其中，

为电池在不同占空比信号对应的电压，而

为PWM信号的高电平占空比，此时，电子烟的输出功率为：

上述式中，

为电子烟的雾化器的电阻。

由于雾化器在单位时间内散发的热量并不恒定，因此，前述功率并不恒定，原因如下：

参见图12所示，下述为现有的电子烟的PWM信号的波形图，从图中可以看出，一次吸烟过程中，尽在高电平器件有功率释放，因此，在一个周期T内，散热的热量Q为：

，因此，功率P为：

；

其中，

为分段函数：

；

上述式中，

表示一个PWM周期内，

为0对应的时刻。

因此，将

代入前述功率计算公式，可得出：

其中，

为高电平占空比，因此，

。

通过前述功率的最终计算结果可知，需要

保持恒定，才能实现恒功率输出，其中，

表示为电池电压；因此，本发明则是基于前述公式来实现恒功率输出，如下述步骤S1～S4所示。

S1. 获取电子烟的电池电压，并基于所述电池电压生成三角波信号；具体应用时，即使用前述实施例第一方面中所公开的三角波电路实现，其实现原理在第一方面已具体阐述，于此不再赘述。

S2. 根据第一直流电压源和所述三角波信号生成电压占空比信号，其中，所述第一直流电压源是根据所述三角波信号得到的，且所述第一直流电压源的输出电压值介于所述三角波信号的最小电压值与最大电压值之间；具体应用时，使用实施例第一方面所提供的第二比较器U2实现，其原理参见实施例第一方面，于此不再赘述。

在本实施例中，举例第一直流电压源的输出电压可以但不限于介于2.6～3.3V之间。

在得到电压占空比信号后，即可输入至控制器中进行恒定电压值的计算，如下述步骤S3所示。

S3. 根据所述电压占空比信号，得出电子烟的恒定供电电压值；具体应用时，步骤S3包括以下步骤S31～S35。

S31. 计算所述电压占空比信号与所述电池电压的乘积，得到电子烟的有效电压值。

在本实施例中，首先基于电压占空比信号得出电压占空比的表达式，原理如下：

第一直流电压源所产生的电压信号则如图8中的V1所示，其介于Vref（参考电压）和VDD之间，因此，根据三角波信号的波形图以及电压占空比信号，即求出电压占空比的表达式，参见图9和图10所示：

图10为电压占空比信号的计算原理示意图，从图中可知：

，且一个周期内的三角波信号为一个直角三角形，而第一直流电压源所产生的电压信号V1与三角波信号之间也组成了一个直角三角形，因此，其竖直直角边的比例为：

因此，

则变更为：

，因此，该式则为电子烟的有效电压值表达式，即该式恒定，电子烟的输出功率也就恒定。

在得到电子烟的有效电压值的表达式之后，因为要实现其恒定，因此，作出基于与

相关的信号线作为占空比中的分子，理论上即可实现

的恒定；同时，

恒定，实质上则为一个恒定值

，因此，通过构建一与电池电压相关的函数，即可实现

为一个恒定值

，其构建过程如下述步骤S32所示。

S32. 基于所述有效电压值和所述电池电压，构建电池电压函数，其中，所述电池电压函数用于使所述有效电压值成为恒定值。

具体的，设前述有效电压值表达式中的

为电池电压函数，且用

表示，因此，前述有效电压值的表达式则变更为：

，其中，

是已知的（通常为1.8V），因此，对前述表达式进行解析，可求出电池电压函数

的表达式：

在前述式中，

则可认定为电池电压函数的常数，而该常数则与电子烟雾化器所需的功率以及雾化器电阻值有关，因此，只需获取前述信息，即可得出在给定功率下，电池电压函数的常数，具体过程如下述步骤S33所示。

S33. 获取电子烟中雾化器的最大功率以及电阻值，并基于所述最大功率、所述电阻值和所述电池电压函数，得出电压调节常数；在具体应用时，可根据雾化器的最大功率以及电阻值的乘积来得出函数常数；因此，以最大功率为8W，雾化器的电阻值为1Ω为例，前述公式则可变为：

由此，即可将不同的电池电压代入前述电池电压函数，即可得出电池电压函数的具体值，而电池电压函数的值也就是电压调节常数。

例如，电池电压的取值范围为[0.5]，那么即可得出电池电压函数的函数图像，如图11所示，同时，由于电子烟的电池一般只提供3.3～4.2V的电压，因此，从图11中可截取出横坐标为3.3～4.2之间的函数图像，其对应的纵坐标，则为电压调节常数，从图11中可看出，3.3～4.2V的电压，对应函数图像可认定为一条直线，因此，在此电压区间内，

的值为1.1，即电压调节常数为1.1，也就是在此调节常数下，刚好可以满足8W，1Ω的电子烟的恒功率输出。

此时，将电压调节常数导入前述电压占空比信号的表达式中，可得知：

如此，根据上述公式可知，第一直流电压对应的电压信号V1，使VDD-V1=1.1，即可满足恒功率输出，但是在实际应用中，无法直接作出与VDD压差固定的电压信号，因此，需要将电压占空比信号进行反相处理，从而直接计算出与VDD压差固定的电压信号，即计算出V1的值，如下述步骤S34和步骤S35所示。

S34. 对所述电压占空比信号进行反相处理，得出反相信号。

S35.根据所述电压调节常数和所述反相信号，得出所述恒定供电电压值。

在本实施例中，反相处理则是将电压占空比信号的相位反转180度，可利用反相器实现，因此，反相信号则变更为：

由此，根据前述反相公式，即可得知：V1的固定电压满足：V1=1.8+1.1=2.9V，即可实现电子烟在8W功率下的恒功率输出，即恒定供电电压值则为2.9V。

当然，在本实施例中，其余功率下，其实现原理与前述步骤S31～S35一致，即不同功率下，常数

的值不同，因此，根据前述电池电压函数，即可得出不同的电压调节常数，从而来得出不同的恒定供电电压值。

在得知了恒定供电电压值后，即可基于该恒定电压值进行恒压电路输出电压的调节，如下述步骤S4所示。

S4. 根据所述恒定供电电压值，调节所述实现恒功率输出的电子烟电路中恒压电路的输出电压，以使所述恒压电路的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出；具体的，由于前述实施例第一方面就已阐述恒压电路包括恒压输出电路和电阻调节电路，因此，调节过程也是基于前述两个电路实现的，如下述步骤S41～S43所示。

S41. 获取恒压输出电路的输入电压；具体的，则是带隙基准源的基准电压，通常为1.2V。

S42. 根据所述恒定供电电压值和所述恒压输出电路的输入电压，得出恒压输出电路中目标电阻的调节目标值，其中，目标电阻为决定恒压输出电路的输出电压的电阻；具体的，参见图3所示：

恒压输出电路的输出电压与第一光敏电阻R3和第二光敏电阻R4的阻值有关，因此，即可得出该电路的输入电压和输出电压的比值，与两光敏电阻阻值的关系，如下式所示：

，上述式中，

为恒压输出电路的输入电压，

为恒压输出电路的输出电压，

依次为第一光敏电阻的阻值和第二光敏电阻的阻值；由于，前述已计算出了恒压供电电压值（该值为恒压输出电路需要输出的电压），因此，上述可变更为：

由此，根据上式，即可得出第一光敏电阻的阻值和第二光敏电阻的阻值，从而得出调节目标值；最后，即可基于电阻调节电路，来进行两光敏电阻阻值的调节，如下述步骤S43所示。

S43. 通过所述电阻调节电路，将所述恒压输出电路中目标电阻的实际电阻值调节至对应的调节目标值，以使恒定输出电压的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出；在本实施例中，步骤S43的调节过程如下所示：

S43a. 获取第一光敏电阻的光照特性曲线，以及第二光敏电阻的光照特性曲线；具体应用时，两光敏电阻的光照特性曲线预存至控制器中，且光照特性曲线表示的是光敏电阻器的阻值随入射光线的强弱变化而变化的曲线。

S43b. 根据第一光敏电阻的光照特性曲线和第一光敏电阻的调节目标值，来调节第一发光二极管的亮度，以及根据第二光敏电阻的光照特性曲线和第二光敏电阻的调节目标值，来调节第二发光二极管的亮度，以在第一发光二极管的亮度以及第二发光二极管的亮度调整后，使第一光敏电阻和第二光敏电阻的电阻值调整至对应的调节目标值。

由此，通过前述步骤S43a和步骤S43b的详细阐述，即可基于恒定供电电压值，实现第一光敏电阻和第二光敏电阻阻值的调节，从而将恒定输出电压的输出电压值调整为所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出。

通过前述实施例第一方面和第二方面的阐述，本发明获取的有益效果是：

本发明在实现恒功率输出时，无需采集电池电压，也无需基于电池电压计算出控制电子烟输出电压的占空比信号，因此，本发明无需在电路中设置ADC电路和大量的数字计算电路，减少了晶体管的数量，从而降低了生产成本，适用于大规模推广与应用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，包括：三角波电路、脉冲宽度调制电路、恒压电路以及控制器；

所述三角波电路的输入端电连接电子烟的电池，用于根据电子烟的电池电压生成三角波信号；

所述脉冲宽度调制电路包括第一比较器（U1），其中，所述第一比较器（U1）的正极电连接所述三角波电路的输出端，所述第一比较器（U1）的负极电连接第一直流电压源，所述第一比较器（U1）用于根据所述第一直流电压源以及所述三角波信号生成电压占空比信号，且所述第一直流电压源的输出电压值介于所述三角波信号的最小电压值与最大电压值之间；

所述控制器的第一输入端电连接所述第一比较器（U1）的输出端，用于根据所述电压占空比信号得出电子烟的恒定供电电压值；

所述控制器的输出端电连接所述恒压电路的电压调节端，用于根据所述恒定供电电压值调节所述恒压电路的输出电压，以使所述恒压电路的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以便为电子烟的雾化器提供恒定电压。

2.如权利要求1所述的一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，所述三角波电路包括：第二比较器（U2）、第一电容（C1）以及继电器（K1），其中，所述第一电容（C1）的一端通过所述继电器（K1）电连接电子烟的电池，且所述第一电容（C1）的另一端接地；

所述第一电容（C1）的一端还电连接所述第二比较器（U2）的负极，其中，所述第二比较器（U2）的输出端电连接所述继电器（K1）的线圈端，所述第二比较器（U2）的负极还电连接所述第一电容（C1）的另一端，且所述第二比较器（U2）的负极还作为所述三角波电路的输出端，电连接所述第一比较器（U1）的正极。

3.如权利要求1所述的一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，所述恒压电路包括：恒压输出电路以及电阻调节电路，其中，所述控制器的输出端电连接所述电阻调节电路的输入端，用于通过所述电阻调节电路调节所述恒压输出电路中目标电阻的电阻值，以便通过调节所述目标电阻的电阻值将所述恒压输出电路的输出电压值调节至所述恒定供电电压值，其中，所述目标电阻为决定所述恒压输出电路的输出电压的电阻。

4.如权利要求3所述的一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，所述恒压输出电路包括：运算放大器（OP）、MOS管（Q1）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第一光敏电阻（R3）以及第二光敏电阻（R4）；

所述运算放大器（OP）的正极输入端电连接带隙基准源，所述运算放大器（OP）的输出端电连接所述MOS管（Q1）的栅极，其中，所述MOS管（Q1）的源极电连接电子烟的电池，且所述MOS管（Q1）的漏极电连接所述第一电阻（R1）的一端；

所述第一电阻（R1）的另一端依次串联连接所述第二电阻（R2）、所述第一光敏电阻（R3）和所述第二光敏电阻（R4），其中，所述第二电阻（R2）与所述第一光敏电阻（R3）的共连端作为所述恒压输出电路的输出端，为所述电子烟的雾化器提供恒定电压；

所述第一光敏电阻（R3）和所述第二光敏电阻（R4）的共连端电连接所述运算放大器（OP）的负极输入端，且所述第一光敏电阻（R3）还通过所述第二光敏电阻（R4）接地。

5.如权利要求4所述的一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，所述电阻调节电路包括：两个恒流芯片以及两个发光二极管，其中，所述控制器的输出端分别电连接两恒流芯片的输入端，两恒流芯片的调光端分别通过一电感电连接一发光二极管的负极，且两发光二极管的正极分别通过一第三电阻电连接第二直流电源；

所述控制器通过两恒流芯片调节两发光二极管的亮度，以实现所述第一光敏电阻（R3）和所述第二光敏电阻（R4）电阻值的调节。

6.如权利要求4所述的一种实现恒功率输出的电子烟电路，其特征在于，所述恒压输出电路还包括电流传感器和电压传感器，其中，所述电流传感器串联于所述第一光敏电阻（R3）和所述第二光敏电阻（R4）之间，所述第一光敏电阻（R3）和所述第二光敏电阻（R4）的两端分别并联有一电压传感器，且所述电流传感器的输出端和两电压传感器的输出端分别电连接所述控制器的第二输入端，以将第一光敏电阻（R3）的电流值、第一光敏电阻（R3）的电压值以及第二光敏电阻（R4）的电压值传输至所述控制器。

7.如权利要求6所述的电子烟电路，其特征在于，还包括：功率检测电路，其中，所述功率检测电路的检测端电连接雾化器的驱动电路，用于检测所述雾化器的功率，所述功率检测电路的输出端电连接所述控制器的第三输入端，以使所述控制器基于所述雾化器的功率调整所述恒定供电电压值，并根据调整后的恒定供电电压值调节所述恒压电路的输出电压。

8.一种权利要求1～7中任意一项实现恒功率输出的电子烟电路的工作方法，其特征在于，包括：

获取电子烟的电池电压，并基于所述电池电压生成三角波信号；

根据第一直流电压源和所述三角波信号生成电压占空比信号，其中，所述第一直流电压源是根据所述三角波信号得到的，且所述第一直流电压源的输出电压值介于所述三角波信号的最小电压值与最大电压值之间；

根据所述电压占空比信号，得出电子烟的恒定供电电压值；

根据所述恒定供电电压值，调节权利要求1～7中任意一项实现恒功率输出的电子烟电路中恒压电路的输出电压，以使所述恒压电路的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述电压占空比信号，得出电子烟的恒定供电电压值，包括：

计算所述电压占空比信号与所述电池电压的乘积，得到电子烟的有效电压值；

基于所述有效电压值和所述电池电压，构建电池电压函数，其中，所述电池电压函数用于使所述有效电压值成为恒定值；

获取电子烟中雾化器的最大功率以及电阻值，并基于所述最大功率、所述电阻值和所述电池电压函数，得出电压调节常数；

对所述电压占空比信号进行反相处理，得出反相信号；

根据所述电压调节常数和所述反相信号，得出所述恒定供电电压值。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，恒压电路包括恒压输出电路和电阻调节电路，其中，根据所述恒定供电电压值，调节恒压电路的输出电压，包括：

获取恒压输出电路的输入电压；

根据所述恒定供电电压值和所述恒压输出电路的输入电压，得出恒压输出电路中目标电阻的调节目标值，其中，目标电阻为决定恒压输出电路的输出电压的电阻；

通过所述电阻调节电路，将所述恒压输出电路中目标电阻的实际电阻值调节至对应的调节目标值，以使恒定输出电压的输出电压值等于所述恒定供电电压值，以实现电子烟中雾化器的恒功率输出。

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