CN114727670A - 气溶胶产生装置中的加热器控制 - Google Patents

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Abstract

本披露提供了一种气溶胶产生装置的控制装置。控制装置104包括主控制单元108，并且能够连接到电池102和加热线圈106。主控制单元108被配置为执行一个或多个执行循环，第一执行循环包括：在第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈S301；在第二数量的步长中禁用第一功率输出并由此关断该加热线圈S302；在第三数量的步长中测量该加热线圈的第一加热线圈电压S303；在第四数量的步长中暂停S304，其中该加热线圈被关断；以及在第五数量的步长中测量该电池的第一无载电池电压S305。主控制单元108进一步被配置为基于第一加热线圈电压和第一无载电池电压来计算更新的功率输出。

Description

气溶胶产生装置中的加热器控制
技术领域
本发明涉及气溶胶产生装置，更具体地涉及气溶胶产生装置的加热器控制系统。
背景技术
诸如电子烟和其他气溶胶吸入器或汽化装置的气溶胶产生装置正变成越来越流行的消费产品。
用于汽化或气溶胶化的加热装置是本领域已知的。这样的装置典型地包括被布置用于加热可汽化产品的加热器。在操作中，可汽化产品被加热器加热以使产品的成分汽化，从而供消费者吸入。在一些示例中，产品可以包括烟草、或者可以类似于传统香烟，在其他示例中，产品可以是液体或在胶囊中的液体内容物。
在这样的装置中需要更精确的加热器控制。因此，本发明的目的是解决这样的挑战。
发明内容
根据一个方面，本发明提供了一种气溶胶产生装置的控制装置，该控制装置包括主控制单元，并且能够连接到电池和加热线圈，该主控制单元被配置为实施一个或多个执行循环，该一个或多个执行循环中的第一执行循环包括以下步骤：在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到该加热线圈；在该第一执行循环的第二数量的步长中禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；在该第一执行循环的第三数量的步长中测量该加热线圈的第一加热线圈电压；在该第一执行循环的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及在该第一执行循环的第五数量的步长中测量该电池的第一无载电池电压；其中，该主控制单元进一步被配置为基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
以这种方式，在测量加热线圈电压与无载电池电压测量之间的暂停允许与加热线圈电压分开测量无载电池电压，使得在加热之后立即测量加热线圈电压，同时在测量无载电池电压之前允许电池有时间恢复，而不施加加热负载(即，处于“无载”状态)。这允许尽可能准确地测量加热线圈电压和无载电池电压两者。优选地，每个步长对应于预定的时间量或步长频率(即，每秒发生的步长的数量)。
优选地，该主控制单元进一步被配置为在该第一执行循环之后的后续执行循环中将该更新的功率输出施加到该加热线圈。
以这种方式，可以与第一执行循环分开实施对更新的功率输出的计算；因此，确定用于后续执行循环的后续功率输出所需的计算可与第一执行循环分开，使得计算所需的处理不会干扰第一执行循环的关键步长。如果在紧接第一执行循环之后的执行循环中施加更新的功率输出，则可能由于主控制单元处理更新的功率输出的计算而发生延迟；分开会防止发生这种情况。
优选地，在该第一执行循环的第一数量的步长之后，在第二数量的步长中禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈。
优选地，在该第一执行循环的第二数量的步长之后，在第三数量的步长中测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小。
优选地，在该第一执行循环的第三数量的步长之后，在第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断。
优选地，在该第一执行循环的第四数量的步长之后，在第五数量的步长中测量该电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态。
优选地，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段。
优选地，该主控制单元进一步被配置为在与该一个或多个执行循环分开的计算循环中基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算该更新的功率输出。
以这种方式，确定更新的功率输出所需的计算可以与一个或多个执行循环分开，使得计算所需的处理不会干扰一个或多个执行循环的关键步长。
优选地，该主控制单元被配置为使用单独的处理功能来实施该计算循环和该一个或多个执行循环。
实施计算循环可能花费比执行循环更长的时间。因此，使用单独的处理功能来实施计算循环中的计算防止了计算循环干扰执行循环。以这种方式，气溶胶产生装置可以在实施计算的同时继续起作用。
优选地，该主控制单元进一步被配置为实施第二执行循环，其中该第一执行循环与该后续执行循环偏移至少该第二执行循环，并且其中该第二执行循环包括：在该第二执行循环的第一数量的步长内将该第一功率输出施加到该加热线圈；并且其中该主控制单元至少部分地与该第二执行循环并行地实施该计算循环。
以这种方式，第二执行循环允许气溶胶产生装置继续操作，同时为后续执行循环计算更新的功率输出，即，可以在第二执行循环正在执行而不是处理作为第一执行循环的一部分的计算时实施对更新的功率输出的计算，这可能导致第一执行循环的步长或第二执行循环的发起的处理延迟。
通过在第二执行循环期间施加第二功率输出，气溶胶产生装置可以继续向加热线圈施加功率输出，同时为后续执行循环计算更新的功率输出。
优选地，该主控制单元进一步被配置为在该第一执行循环和该后续执行循环之间进行第三执行循环，其中该第三执行循环包括：在该第三执行循环的第一数量的步长内将该第一功率输出施加到该加热线圈；以及响应于确定能够从该计算循环获得该更新的功率输出，将该第一功率输出更新为该更新的功率输出。
以这种方式，控制装置继续向加热线圈施加功率输出，直到计算出更新的功率输出；然后及时更新功率输出。
优选地，可以在该第三执行循环结束时将该第一功率输出更新为更新的功率输出。例如，可以在第三执行循环的第五数量的步长中将第一功率输出更新为更新的功率输出。每个执行循环的开始可以是硬件触发的，在这种情况下，在执行循环的开始时没有时间更新功率输出。例如，在后续循环的开始时更新第一功率输出可能导致施加加热器输出的延迟。因此，有利的是在执行循环结束时更新功率输出以用于后面的执行循环。以这种方式，避免了施加更新的功率输出的延迟。
优选地，该第三执行循环可以在该第二执行循环和该后续执行循环之间实施。可以使用第一功率输出在第一执行循环和第三执行循环之间执行另外的执行循环，直到计算循环使得可获得更新的功率输出。
优选地，每个功率输出是具有相关联占空比的脉宽调制输出。
以这种方式，可以利用脉宽调制来有效地控制供应给加热器的功率。优选地，更新功率输出可以包括更新相关联的占空比。
优选地，该主控制单元被配置为基于该加热线圈的电阻来计算该加热线圈的温度，并且进一步被配置为基于计算的加热线圈温度与目标加热线圈温度之间的差异来计算该更新的功率输出。
以这种方式，可以准确地确定加热线圈的实际温度，即，加热期间的加热线圈的温度。此外，可以基于此来计算更新的功率输出或占空比以向加热线圈提供一定功率电平，从而实现目标加热线圈温度。优选地，可以在计算循环中计算加热线圈的温度。优选地，该更新的功率输出可以基于所计算的加热线圈温度与如在该计算循环中计算的目标加热线圈温度之间的差异。
优选地，该控制装置进一步包括加热线圈测量子电路，该加热线圈测量子电路包括连接到该加热线圈的电池端子和布置在它们之间的测试电阻器。
以这种方式，可以准确地测量加热线圈的电压。
优选地，该加热线圈测量子电路被布置成将比该第一功率输出更小的功率施加到该加热线圈以测量该第一加热线圈电压。
以这种方式，当关断加热线圈的加热时，可以向线圈施加受控电势；这允许在电池恢复时准确地测量加热线圈电压。优选地，该加热线圈测量子电路还可以包括第二晶体管，并且其中该第二晶体管被布置成切换相对较小的电流。以这种方式，可以小心地控制用于测量加热线圈电压的电流。优选地，与该第一功率输出相比，由该加热线圈测量子电路施加的功率可以非常小。优选地，该第二晶体管可以是MOSFET。
优选地，该主控制单元被配置为基于该第一加热线圈电压、该测试电阻器的电阻和该第一无载电池电压来计算该加热线圈的电阻。
优选地，该主控制单元被配置为基于该第一加热线圈电压V线圈、该测试电阻器的电阻R测试和该第一无载电池电压V无载来计算该加热线圈的电阻R线圈，如：
Figure BDA0003655221360000041
R串联是与加热线圈串联但有助于测量的电压V线圈的电触点的已知电阻。预期R串联不会随温度而显著变化、在制造时测量串并且存储在胶囊电子电路中。
以这种方式，加热线圈电压可以与测试电阻器的电阻和所测量的无载电池电压一起使用以确定加热线圈的电阻。优选地，测试电阻器的电阻可以是存储在主控制单元处的已知值。优选地，可以在计算循环中计算加热线圈的电阻。
优选地，该主控制单元进一步被配置为在该第二数量的步长中将该加热线圈设置为高电压，并且在关断该加热线圈之前测量第一有载电池电压。
有载电池电压对应于当施加加热负载时的电压，即，当电池处于“有载”状态时的电压。在施加加热负载时测量的电池电压可以用于准确确定更新的功率输出。优选地，加热线圈可以仅在短时间内(微秒级)设置为高电压；这可能具有可忽略不计的加热效果，同时确保电池在测量时处于有载状态。
优选地，该控制装置进一步包括第一晶体管，其中脉宽调制输入切换该第一晶体管以将脉宽调制输出施加到该加热线圈。
以这种方式，主控制单元的低电流输出能够以脉宽调制方式切换与加热器相关联的较高电流。优选地，该第一晶体管可以是MOSFET。更优选地，脉宽调制输入可以连接在主控制单元和MOSFET的栅极之间，电池连接到MOSFET的源极，并且加热线圈连接到MOSFET的漏极。
根据另一个方面，本发明提供了一种包括前述方面的控制装置的气溶胶产生装置。
根据另一个方面，本发明提供了一种操作气溶胶产生装置的控制装置的方法，该方法包括在第一执行循环中实施以下步长：在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈；在该第一执行循环的第二数量的步长中禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；在该第一执行循环的第三数量的步长中测量该加热线圈的第一加热线圈电压；在该第一执行循环的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及在该第一执行循环的第五数量的步长中测量电池的第一无载电池电压；该方法进一步包括基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
以这种方式，在测量加热线圈电压与无载电池电压测量之间的暂停允许与加热线圈电压分开测量无载电池电压，使得在加热之后立即测量加热线圈电压，同时在测量无载电池电压之前允许电池有时间恢复，而不施加加热负载(即，处于“无载”状态)。这允许尽可能准确地测量加热线圈电压和无载电池电压两者。优选地，每个步长可以对应于预定的时间量或步长频率(即，每秒发生的步长的数量)。
优选地，在该第一执行循环的第一数量的步长之后，在第二数量的步长中禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈。
优选地，在该第一执行循环的第二数量的步长之后，在第三数量的步长中测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小。
优选地，在该第一执行循环的第三数量的步长之后，在第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断。
优选地，在该第一执行循环的第四数量的步长之后，在第五数量的步长中测量该电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态。
优选地，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段。
根据另一个方面，本发明提供了一种非暂时性计算机可读介质，其存储指令，这些指令在被一个或多个处理器执行时致使该一个或多个处理器实施：在第一执行循环中：在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈；在该第一执行循环的在该第一数量的步长之后的第二数量的步长中，禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；在该第一执行循环的在该第二数量的步长之后的第三数量的步长中，测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小；在该第一执行循环的在该第三数量的步长之后的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及在该第一执行循环的在该第四数量的步长之后的第五数量的步长中，测量电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态；其中，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段；并且进一步包括基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
优选地，每个步长可以对应于整数个PWM周期，其中每个PWM周期具有形成PWM周期的接通时段和关断时段。优选地，每个步长对应于一个PWM周期。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的气溶胶产生装置的框图；
图2是根据本发明的实施例的气溶胶产生装置的控制装置的电路图；
图3是根据本发明的实施例的气溶胶产生装置的加热器控制方法的流程图；
图4是根据本发明的实施例的加热器控制器方法的构思时间线图；
图5是执行循环中涉及的过程的流程图；以及
图6是计算循环中涉及的过程的流程图。
具体实施方式
图1示出了气溶胶产生装置或电子烟的部件的框图。气溶胶产生装置包括加热器(也称为加热线圈)106、控制装置104和电池102。电池102向加热器106和控制装置104提供电力。控制装置104包括主控制单元108和控制电子器件110，该控制装置被布置成控制加热器106，并且控制从电池102向加热器106施加电力。在一个示例中，主控制单元108是微控制器单元。在一个示例中，气溶胶产生装置被布置成接纳包括蒸气产生材料的胶囊；在这样的示例中，加热器106可以作为胶囊的部件布置在胶囊内部并且通过电连接来连接到气溶胶产生装置。胶囊还可以包括其中存储有胶囊信息的胶囊电子器件，该胶囊信息可以由气溶胶产生装置的微控制器单元108读取。
加热器106被布置成使蒸气产生材料气溶胶化或汽化。蒸气产生材料可以是固体(诸如烟草)、液体(诸如可汽化液体)、或任何其他合适类型的可汽化材料。出于本说明书的目的，应理解的是，术语“蒸气”和“气溶胶”是可互换的。
图2示出了展示蒸气产生装置的控制装置104的电路图。控制装置104包括主控制单元108和控制电子器件110。
控制电子器件包括与主控制单元108连接的第一晶体管或主MOSFET 206。主控制单元108连接到主MOSFET 206的栅极。主MOSFET 206的源极连接到第一电池端子202A。主MOSFET 206的漏极连接到加热器106的正极端子222A。加热器106的负极端子222B连接到接地点226。
主控制单元108向主MOSFET 206的栅极提供脉宽调制(PWM)信号。该信号使用主MOSFET 206以PWM方式切换来自第一电池端子202A的较高电流。这使用来自第一电池端子202A的电流向加热器的正极端子222A提供PWM信号。以这种方式，主控制单元108使用主MOSFET 206来向加热器106提供PWM功率输出。
在未连接胶囊时，任选的第一电阻器224连接在正极加热器端子222A和负极加热器端子222B之间以用于测试目的；该电阻器对于装置的操作不是必不可少的。
第一电池端子202A还并联连接到第一电容器208A和第二电容器208B。第一电容器208A和第二电容器208B分别连接到接地点210A和210B。在一个示例中，电容器208A具有10μF的电容，并且电容器208B具有100nF的电容。第一电容器208A和第二电容器208B是减小跨电源平面的电压的高频波动的去耦电容器。
第二电池端子202B连接到第二电阻器214。第二电阻器214连接到主MOSFET 206的栅极和第二晶体管或第二MOSFET 218的栅极。在一个示例中，第二电阻器214具有100kΩ的电阻。第二电阻器214通过二极管212连接到主MOSFET 206的栅极。二极管212防止来自主控制单元108的PWM信号的逻辑高信号到达第二MOSFET 218。第二电阻器214将电池端子弱连接到第二MOSFET 218的栅极，使得在上电期间，或者当微处理器单元108被断电时，第二MOSFET 218被关断。在吸电子烟(vaping)操作期间，来自微处理器单元108的PWM输入覆盖来自第二电阻器214的电压。主MOSFET 206和第二MOSFET 218可以是p沟道装置，其中当向栅极施加逻辑低输入电压时具有逻辑高输出。
第二电阻器214通过节点228连接到第二MOSFET 218的栅极。第三电容器216连接在节点228和接地点230之间。在一个示例中，第三电容器具有100nF的电容器。在稳状下，当装置不处于吸电子烟时，从微处理器单元108到主MOSFET 206的PWM输入为高，这将主MOSFET 206关断。第三电容器216经由第二电阻器214进行充电，从而致使第二MOSFET 218的栅极电压为高，并且因此第二MOSFET 218被关断。因此，没有电流流过电阻器220A和220B。当微处理器单元108在PWM期间将主MOSFET 206的栅极信号驱动为低时，第三电容器216放电，从而接通第二MOSFET 218。当在测量阶段期间保持从微处理器单元108到主MOSFET 206的PWM信号时，如随后所述，第三电容器216和第二电阻器214的时间常数使得第二MOSFET 218在测量阶段的持续时间内保持接通，从而使得能够测量加热线圈端子222A和222B之间的电阻。一旦吸电子烟操作已经结束并且从微处理器单元108到主MOSFET 206的信号恢复到处于稳态高信号，第三电容器216就进行充电，从而关断第二MOSFET 218。
第二MOSFET 218的源极连接到第三电池端子202C。第二MOSFET 218的漏极通过测试电阻器220连接到正极加热器端子222A。在图2所呈现的示例中，测试电阻器220包括并联的两个电阻器220A和220B。在一个示例中，这些电阻器中的每一者是68Ω电阻器，由此提供34Ω的总电阻。通常，68Ω电阻器比34Ω电阻器更容易获得(具有必要的额定功率、外壳尺寸和公差)。在替代方案中，测试电阻器220可以仅包括一个电阻器，例如34Ω电阻器。在一个示例中，测试电阻的值存储在与控制装置相关联并且可由其访问的存储装置中。技术人员将容易理解的是，也可以适当地使用具有不同电阻器值的其他数量的电阻器和其他电阻器组合。
第三电池端子202C、第二MOSFET 218和测试电阻器220形成子电路232，该子电路被布置成测量加热线圈的电压。
第二电池端子202B向第二MOSFET 218的栅极提供切换电流以接通子电路232。
图3示出了使用参考图2描述的控制装置104来控制加热器106的方法的流程图。
主控制单元108将具有占空比的PWM功率输出施加到加热线圈，并且在一系列执行循环中测量与加热线圈相关的参数。在与执行循环并行运行的单独计算循环中，主控制单元基于测量的参数来计算具有更新占空比的更新功率输出。在一个示例中，计算循环使用与执行循环分开的处理功能以便不干扰执行循环。
在第一执行循环中，在S301处，主控制单元108在第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈。第一功率输出对应于具有第一占空比的第一PWM功率输出。每个步长对应于预定的时间间隔，例如66.6μs(或15KHz的步长频率)。在一个示例中，在100个步长内施加第一PWM功率输出。
每个步长可以对应于整数数量的PWM周期，其中PWM周期具有形成PWM周期的接通时段和关断时段。在一个示例中，每个步长对应于一个PWM周期。
在S302处，在第一执行循环的第二数量的步长中，主控制单元108禁用第一功率输出，由此关断加热线圈。在一个示例中，第二数量的步长是一个步长。
在第二数量的步长中，主控制单元进一步将加热线圈设置为高电压，并且在关断加热线圈之前测量有载电池电压。加热线圈仅在短时间内(微秒级)设置为高电压。这样可以确保在测量有载电池电压时，电池具有负载。
在S303处，在第三数量的步长中，主控制单元108测量第一加热线圈电压。在一个示例中，第三数量的步长是一个步长。
使用加热线圈子电路232来测量第一加热线圈电压。加热线圈子电路232通过第三电容器216由输入到MOSFET 206的PWM的逻辑低信号放电而接通。然后，非常低的电流从第三电池端子202C穿过测试电阻器220到达加热线圈正极端子222A。这允许在加热线圈106被关断时(即，当没有被加热时)将较小的受控电势施加到加热线圈106。该较小的受控电势允许在电池102在对加热线圈106进行加热后恢复时测量加热器电压。在一个示例中，与在加热线圈106被加热时的执行循环的第一数量的步长期间施加到加热线圈的功率相比，在加热线圈电压的测量期间供应到加热线圈106的功率极低。
在S304处，主控制单元暂停第一执行循环，或者在第一控制循环中不采取动作，其中加热线圈在第四数量的步长内关断。在一个示例中，第四数量的步长是五个步长。
在S304处，在S303处的测量加热线圈电压与S305处的无载电池电压测量之间的暂停允许与加热线圈电压分开测量无载电池电压，使得在加热之后立即测量加热线圈电压，同时在测量无载电池电压之前允许电池有时间恢复，而不施加加热负载(即，处于“无载”状态)。这允许尽可能准确地测量加热线圈电压和无载电池电压两者。
在S305处，主控制单元在第一执行循环的第五数量的步长中测量第一无载电池电压。在一个示例中，第五数量的步长是一个步长。
通常，如果可从单独计算循环获得新PWM输出(即，具有新占空比的PWM输出)，如随后将描述的，则主控制单元108在第五数量的步长中更新用于下一个或后续循环的功率输出。然后，主控制单元108在与第一执行循环基本上相同的步长之后但使用更新的功率输出来发起后续执行循环。如果不能从单独计算循环获得新PWM输出，则主控制单元108不更新用于下一个循环的功率输出。然后，主控制单元108在与第一执行循环基本上相同的步长之后使用第一功率输出来发起第二执行循环。
在表1中呈现了第一执行循环的每个步长的操作的示例。
Figure BDA0003655221360000111
表1
在每步长66.6μs的示例中，使用107个步长，执行循环花费7.13ms来实施107个步长。
本领域技术人员将容易理解的是，在适当的情况下，可以容易地使用其他数量的步长和每步长的其他时间间隔来代替上述示例。
与运行执行循环并行地，主控制单元周期性地触发计算循环。例如，主控制单元通过每2ms检查新的或更新的测量数据来触发计算循环。如果可从执行循环获得新测量数据，则计算循环执行对更新的功率输出(即，具有更新占空比的PWM功率输出)的计算。如果不能从执行循环获得新测量数据，则不执行计算。
计算循环与执行循环分开运行，因为计算可能比单个执行循环更耗时，并且如果作为执行循环的一部分计算，则可能因此导致加热的延迟。
以下描述阐述了计算循环如何使用在执行循环中测量的参数来计算更新的占空比。
计算循环计算更新的占空比D周期，如下：
Figure BDA0003655221360000121
I目标是要施加到加热线圈的目标电流(以毫安为单位)，I负载是根据有载电池电压和加热线圈电阻计算出的最大可用负载电流(以毫安为单位)，其由电池的电流极限限制。此计算给出了在每个PWM周期应接通其输出的微处理器计数器周期的数量。ENABLE_PWM_MATCH是对应于单个PWM周期时段(例如，66.6微秒)的微处理器中的内部计数器值。在一个示例中，微处理器计数器以16MHz运行，其中ENABLE_PWM_MATCH等于16MHz×66.6微秒＝1066。
在一个示例中，负载电流I负载被计算为：
Figure BDA0003655221360000122
V有载是在将加热线圈设置为高电压时的执行循环的第二数量的步长中测量的有载电池电压。有载电池电压对应于有载状态(即，施加加热负载的状态)的电池电压。当使用由两个电阻RA和RB形成的分压器将电池电压缩放到适合于微控制器模数转换器的电平时，其中由模数转换器读取的电压为VADC，这可以被表示为：
Figure BDA0003655221360000123
在一个示例中，电阻RA可以是1.5kΩ并且RB可以是2kΩ。
为了建立(R线圈+R串联)，测量跨线圈+222A和线圈-222B的线圈电压(V线圈)。(R线圈+R串联)是如跨线圈+222A和线圈-222B测量的加热线圈的电阻，包括触点的串联电阻，这些触点与加热线圈串联但有助于测量电压V线圈，如存储在蒸气产生材料胶囊的电子器件中。预期串联电阻不会随温度而显著变化、在制造时测量并且存储在胶囊电子器件电路中。在一个示例中，(R线圈+R串联)被计算为：
Figure BDA0003655221360000131
R测试是加热线圈测量子电路232中包含的测试电阻220和电路中的其他串联电阻(诸如晶体管串联电阻、PCB轨道、连接器电阻等)的组合，并且考虑到将要遇到的RB的范围、放大器增益(图2中未示出)和微控制器108的ADC范围进行选择以给出合适的引脚电压。在一个示例中，测试电阻器220是34Ω。
V无载是在执行循环的第五数量的步长中测量的无载电池电压。无载电池电压对应于无载状态(即，不施加加热负载的状态)的电池电压。这是使用与V有载相同的分压器但在无载状态下测量的。
V线圈是由加热线圈测量子电路232在第三数量的步长中测量的加热线圈电压。放大器电路(图2中未示出)将增益和偏移施加到该电压，之后由微控制器ADC测量该放大器电压。在一个示例中，加热线圈电压可以根据微控制器的引脚处的电压(V引脚)来测量为：
V引脚＝V线圈×M+C
使得：
Figure BDA0003655221360000132
其中M是放大器增益，被计算为：
Figure BDA0003655221360000133
并且C(校正偏移值)被计算为：
Figure BDA0003655221360000134
AMP_CAL_M是在装置校准期间针对放大器电路(图2中未示出)的增益测量的值。AMP_CAL_M_SCALE_FACTOR用于通过整数而不是浮点数来进行算术。在一个示例中，AMP_CAL_M_SCALE_FACTOR可以具有1000的恒定值。AMP_CAL_C是在装置校准期间针对放大器电路(图2中未示出)的增益测量的值。AMP_CAL_C_SCALE_FACTOR用于通过整数而不是浮点数来进行算术。在一个示例中，AMP_CAL_C_SCALE_FACTOR可以具有1000000的恒定值。
要施加到加热线圈的目标电流I目标被计算为：
I目标＝(P增益×T误差)+(I增益×I和)
I目标是要作为目标的计算电流(由可允许的最大电流限制)。I增益和P增益是常数。I增益是用于PID(比例，积分，微分)控制系统的积分部分的比例因子。P增益是执行测量的控制器的比例增益。在一个示例中，I增益的值是2500并且P增益的值是250。I和对应于PID计算中使用的积分求和项。PI控制算法用于基于线圈电阻和电池电压的测量值来计算所需电流以减小温度误差。算法作为计算循环的一部分执行并且不直接触发测量；测量在执行循环中单独触发。
T误差是加热线圈的目标温度T目标与所测量的线圈温度T线圈之间的差异，使得：
T误差＝T目标-T线圈
线圈的温度T线圈是基于从加热线圈测量子电路232测量的加热线圈的电阻R线圈确定的，其中：
Figure BDA0003655221360000141
R参考线圈是存储在蒸气产生材料胶囊的电子器件中的线圈电阻的参考值。
常数α是电阻系数，即，用于线圈的电线的特性。在一个示例中，α的值可以是0.004130。
T参考是作为常数存储在对应于R参考线圈的微处理器代码中的参考温度。在一个示例中，T参考被设置为25℃。
如果目标电流被计算为高于允许从电池获取的最大可用电流，则将导致计算出最大可用电流的有效温度误差用于增加I和值。否则，实际温度误差用作：
Figure BDA0003655221360000151
TEMP_ERROR_DIVIDER是I增益对温度误差的敏感度。在一个示例中，TEMP_ERROR_DIVIDER的值是600。
图4呈现了根据一个示例的执行循环和计算循环如何相对于彼此实施的时间线。图5和图6分别呈现了在执行循环和计算循环中涉及的过程的流程图。
第一执行循环401如参考图2所述的那样实施。在第一执行循环401中的S501处，主控制单元在第一数量的步长401-1内将第一功率输出施加到加热线圈。在第一执行循环401中的S502处，主控制单元在第二数量的步长401-2内将加热线圈设置为高电压并且测量第一有载电池电压，之后关断加热线圈从而禁用第一功率输出。将加热器设置为高电压涉及设置来自主控制单元(或微处理器单元)108的输入行以接通主MOSFET 206，而不是任何特定温度目标。这在非常短的时间段内(微秒级)发生并且因此具有可忽略不计的加热效果。在第一执行循环401中的S503处，主控制单元在第三数量的步长401-3中测量加热线圈的第一加热线圈电压。在第一执行循环401中的S504处，主控制单元在第四数量的步长401-4内暂停，其中加热线圈被关断。在第一执行循环401中的S505处，主控制单元在第五数量的步长401-5中测量电池的第一无载电池电压。应注意，在图4中，每个执行循环内的这些数量的步长没有按比例示出，而是为了便于构思化而等距地间隔开。
在实施第一执行循环的同时，主控制单元针对用于计算循环的新测量数据来执行周期性监测步长451a、451b、451c、451d。如图6所描绘，在S601处，计算循环检查是否可获得新测量数据，如果可获得，则计算循环行进到S602并计算更新的功率输出。在S603处，主控制单元使更新的功率输出可用于执行循环。在一个示例中，如先前所述的那样计算更新的功率输出。如果不可获得新测量数据，则过程循环回到S601，并且再次检查是否可从执行循环获得新测量数据。该过程重复，直到可获得新测量数据并且过程可以行进到S602。在一个示例中，过程循环到S601以便每2ms检查新测量数据。已经发现这样的间隔是有利的，因为主控制单元还服务于其他任务，诸如蓝牙连接。例如，如果检查新测量数据的间隔相当长，并且这些其他任务要延迟计算循环并且该计算循环错过了其时隙，则在可获得新测量值之前将有相当长的时间段；这可能导致处理数据的时序出现相当大的抖动和不一致。例如，每2ms运行第二循环确保了延迟或抖动最多为2ms。已经发现这是可接受的时间段，而不会过度地增加主控制单元或微处理器的加载。
返回到第一执行循环，在第一执行循环401的第五数量的步长401-5中，在S506处，主控制单元检查是否可从计算循环获得更新的功率输出。如果可获得更新的功率输出，则过程行进到S507，并且在第五数量的步长中更新功率输出以用于下一个执行。然而，在第一执行循环401期间，没有测量数据可用于计算循环，因为仍在进行测量。因此，尚未执行任何计算。因此，主控制单元不会在第一执行循环401的第五数量的步长401-5中更新功率输出以用于下一执行循环。相反，第一功率输出用于第二执行循环402，并且过程返回到S501以进行第二执行循环402。也就是说，在第一执行循环401之后，使用第一功率输出来进行第二执行循环402。
在第二执行循环402中的S501处，主控制单元在在第一数量的步长402-1内将第一功率输出施加到加热线圈。在第二执行循环402中的S502处，主控制单元在第二数量的步长402-2内将加热线圈设置为高电压并且测量第二有载电池电压，之后关断加热线圈从而禁用第一功率输出。在第二执行循环402中的S503处，主控制单元在第三数量的步长402-3中测量加热线圈的第二加热线圈电压。在第二执行循环402中的S504处，主控制单元在第四数量的步长402-4内暂停，其中加热线圈被关断。在第二执行循环402中的S505处，主控制单元在第五数量的步长402-5中测量电池的第二无载电池电压。
在实施第二执行循环的同时，主控制单元在S601处确定可获得新测量数据以用于监测步长451e(即，在完成第一执行循环之后发生的第一监测步长)中的计算循环。然后，图6的过程行进到S602，并且主控制单元使用测量数据来执行第一计算循环451e。
在图4的示例中，第一计算循环比每个执行循环花费显著更长的时间。因此，在第二执行循环402结束时，第一计算循环451e仍在实施并且没有准备好更新的功率输出。也就是说，当第二执行循环402在第二执行循环的第五数量的步长402-5中到达S506时，不能从计算循环获得更新的功率输出，并且因此过程返回到S501以进行第三执行循环403。由于在第二循环402结束时没有准备好更新的功率输出，因此主控制单元在第二执行循环402之后使用第一功率输出来执行第三执行循环403。
在第三执行循环403中的S501处，主控制单元在第一数量的步长403-1内将第一功率输出施加到加热线圈。在第三执行循环403中的S502处，主控制单元在第二数量的步长403-2内将加热线圈设置为高电压并且测量第三有载电池电压，之后关断加热线圈从而禁用第一功率输出。在第三执行循环403中的S503处，主控制单元在第三数量的步长403-3中测量加热线圈的第三加热线圈电压。在第三执行循环403中的S504处，主控制单元在第四数量的步长403-4内暂停，其中加热线圈被关断。在第三执行循环403中的S505处，主控制单元在第五数量的步长403-5中测量电池的第三无载电池电压。
当第三执行循环403到达第五数量的步长403-5时，主控制单元108在S506确定计算循环451e已经完成并且在S603处从计算循环输出了更新的功率输出。这样，执行循环过程行进到S506，并且主控制单元108在第三执行循环403的第五数量的步长403-5处将第一功率输出更新为更新的功率输出。
执行循环过程然后循环回到S501以进行后续(或第四)执行循环。在S501处，主控制单元108在第四执行循环404-1的第一数量的步长内使用更新的功率输出来执行第四执行循环404。在第四执行循环404中的S502处，主控制单元108然后在第二数量的步长404-2内将加热线圈设置为高电压并且测量第四有载电池电压，之后关断加热线圈从而禁用更新的功率输出。在第四执行循环404中的S503处，主控制单元在第三数量的步长404-3中测量加热线圈的第四加热线圈电压。在第四执行循环404中的S504处，主控制单元在第四数量的步长404-4内暂停，其中加热线圈被关断。在第四执行循环404中的S505处，主控制单元在第五数量的步长404-5中测量电池的第四无载电池电压。
在完成第一计算循环之后，在S603处，计算循环过程循环回到S601，并且再次检查是否可从执行循环获得新测量数据。该过程重复，直到可获得新测量数据并且过程可以行进到S602。
如果尚未获得更新的测量数据，例如由于使用更新的功率输出的第四执行循环404尚未完成，则主控制单元108在S601处针对新测量数据执行周期性监测步长452a、452b。主控制单元108确定可获得新测量数据以用于监测步长452c(即，在完成第四执行循环404之后发生的第一监测步长)中的计算循环。计算循环过程然后行进到S602以进行第二计算循环452c，并且主控制单元108使用新测量数据来实施第二计算循环452c。
然后，过程以这种方式重复，当可获得更新的功率输出时就更新功率输出，并且当可获得新测量数据时就计算更新的功率输出。
技术人员将容易理解，第一计算循环与前述示例中相比可以花费更短或更长的时间，并且第一计算循环可以在第二执行循环期间完成，使得功率输出在第二执行循环中更新以用于第三执行循环，或者计算循环可以在第三或以后的执行循环期间完成，使得功率输出在第四或以后的执行循环中更新。在适当的情况下，关于何时相对于执行循环的长度和数量执行计算循环，这同样适用。
本文描述的由主控制单元执行的处理步骤可以存储在与主控制单元相关联的非暂时性计算机可读介质或存储装置中。计算机可读介质可以包括非易失性介质和易失性介质。易失性介质尤其可以包括半导体存储器和动态存储器。非易失性介质尤其可以包括光盘和磁盘。
技术人员应容易理解，前面描述中的前述实施例不是限制性的；每个实施例的特征可以适当地并入到其他实施例中。

Claims (16)

1.一种气溶胶产生装置的控制装置，该控制装置包括主控制单元，并且能够连接到电池和加热线圈，该主控制单元被配置为实施一个或多个执行循环，该一个或多个执行循环中的第一执行循环包括：
在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到该加热线圈；
在该第一执行循环的在该第一数量的步长之后的第二数量的步长中，禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；
在该第一执行循环的在该第二数量的步长之后的第三数量的步长中，测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小；
在该第一执行循环的在该第三数量的步长之后的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及
在该第一执行循环的在该第四数量的步长之后的第五数量的步长中，测量该电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态；
其中，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段；并且
其中，该主控制单元进一步被配置为基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中，该主控制单元进一步被配置为在该第一执行循环之后的后续执行循环中将该更新的功率输出施加到该加热线圈。
3.如任一前述权利要求所述的控制装置，其中，该主控制单元进一步被配置为在与该一个或多个执行循环分开的计算循环中基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算该更新的功率输出。
4.如权利要求3所述的控制装置，其中，该主控制单元被配置为使用单独的处理功能来实施该计算循环和该一个或多个执行循环。
5.如权利要求3或权利要求4所述的控制装置，其中，该主控制单元进一步被配置为实施第二执行循环，其中该第一执行循环与该后续执行循环偏移至少该第二执行循环，并且其中该第二执行循环包括：
在该第二执行循环的第一数量的步长内将该第一功率输出施加到该加热线圈；
并且其中该主控制单元至少部分地与该第二执行循环并行地实施该计算循环。
6.如权利要求3至5中任一项所述的控制装置，其中，该主控制单元进一步被配置为在该第一执行循环和该后续执行循环之间实施第三执行循环，其中该第三执行循环包括：
在该第三执行循环的第一数量的步长内将该第一功率输出施加到该加热线圈；以及
响应于确定能够从该计算循环获得该更新的功率输出，将该第一功率输出更新为该更新的功率输出。
7.如任一前述权利要求所述的控制装置，其中，每个功率输出是具有相关联占空比的脉宽调制输出。
8.如任一前述权利要求所述的控制装置，其中，该主控制单元被配置为基于该加热线圈的电阻来计算该加热线圈的温度，并且进一步被配置为基于计算的加热线圈温度与目标加热线圈温度之间的差异来计算该更新的功率输出。
9.如权利要求8所述的控制装置，进一步包括加热线圈测量子电路，该加热线圈测量子电路包括连接到该加热线圈的电池端子和布置在它们之间的测试电阻器。
10.如权利要求9所述的控制装置，其中，该加热线圈测量子电路被布置成将比该第一功率输出更小的功率施加到该加热线圈以测量该第一加热线圈电压。
11.如权利要求9或权利要求10所述的控制装置，其中，该主控制单元被配置为基于该第一加热线圈电压、该测试电阻器的电阻和该第一无载电池电压来计算该加热线圈的电阻。
12.如任一前述权利要求所述的控制装置，其中，该主控制单元进一步被配置为在该第二数量的步长中将该加热线圈设置为高电压，并且在关断该加热线圈之前测量第一有载电池电压。
13.如任一前述权利要求所述的控制装置，进一步包括第一晶体管，其中，脉宽调制输入切换该第一晶体管以将脉宽调制输出施加到该加热线圈。
14.一种气溶胶产生装置，包括如任一前述权利要求所述的控制装置。
15.一种操作气溶胶产生装置的控制装置的方法，该方法包括：
在第一执行循环中：
在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈；
在该第一执行循环的在该第一数量的步长之后的第二数量的步长中，禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；
在该第一执行循环的在该第二数量的步长之后的第三数量的步长中，测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小；
在该第一执行循环的在该第三数量的步长之后的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及
在该第一执行循环的在该第四数量的步长之后的第五数量的步长中，测量电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态；
其中，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段；并且
该方法进一步包括基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
16.一种非暂时性计算机可读介质，其存储指令，这些指令在被一个或多个处理器执行时致使该一个或多个处理器实施：
在第一执行循环中：
在该第一执行循环的第一数量的步长内将第一功率输出施加到加热线圈；
在该第一执行循环的在该第一数量的步长之后的第二数量的步长中，禁用该第一功率输出并且由此关断该加热线圈；
在该第一执行循环的在该第二数量的步长之后的第三数量的步长中，测量该加热线圈的第一加热线圈电压，其中功率输出比施加到该加热线圈的第一功率输出更小；
在该第一执行循环的在该第三数量的步长之后的第四数量的步长内暂停，其中该加热线圈被关断；以及
在该第一执行循环的在该第四数量的步长之后的第五数量的步长中，测量电池的第一无载电池电压，其中，无载电池电压对应于该电池处于不施加加热负载的无载状态；
其中，该第一数量的步长、该第二数量的步长、该第三数量的步长、该第四数量的步长和该第五数量的步长中的每个步长对应于预定时间段；并且
进一步包括基于该第一加热线圈电压和该第一无载电池电压来计算更新的功率输出。
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