CN116326847A - 气溶胶生成装置 - Google Patents

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Abstract

一种气溶胶生成装置，在气溶胶生成装置中形成有用于容纳气溶胶生成基质的容纳空间，包括在气溶胶生成基质中的感热体通过感应加热方法被加热，气溶胶发生装置包括：电池，电池用于提供直流电力；电力转换器，电力转换器包括至少一个开关元件并且被配置成将直流电力转换成交流电力；线圈，线圈沿着容纳空间缠绕、沿气溶胶生成装置的长度方向延伸，以及线圈被配置成通过根据由电力转换器所转换的交流电力将方向周期性改变的交变磁场施加至包括在气溶胶生成基质中的感热体来对感热体进行加热；以及控制器，控制器被配置成：在电流的占空比和频率被固定的状态下，对向线圈提供电流的时间进行控制，使得感热体的温度达到预设的目标温度。

Description

气溶胶生成装置
本申请是申请日为2021年9月6日、申请号为2021800100525(PCT/KR2021/012058)、发明名称为“气溶胶生成装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种气溶胶生成装置，更具体而言，涉及一种感应加热式气溶胶生成装置。
背景技术
近来，对克服普通卷烟缺点的替代方法的需求增加。例如，对通过加热卷烟或者液体存储器中的气溶胶生成物质而不是通过燃烧来生成气溶胶的气溶胶生成装置的需求正在增加。
与在容纳于气溶胶生成装置的卷烟内部或外部设置诸如电阻器等加热器，并通过向加热器供电来加热卷烟的方法不同的方法正在被提出。尤其，对通过感应加热的方式加热卷烟的方法的研究正在积极地进行。
感应加热式气溶胶生成装置通过将直流(DC)电源转换为交流(AC)电源来产生交变磁场并将交流电传输到感应线圈。然而，由于现有的气溶胶生成装置在工作期间以相同的方式控制开关元件，因此能量效率大大降低。
发明内容
发明要解决的问题
本公开所要解决的技术问题在于提供一种能够通过改变向感应线圈提供交流电的电力转换器的工作模式来大大减少能量损失的气溶胶生成装置。
本发明的技术问题不限于上面的描述，可以从下面将进行描述的实施例中推出其他技术问题。
用于解决问题的手段
根据一实施例，气溶胶生成装置包括：电池，加热单元，配置成加热气溶胶生成基质，电力转换器，包括多个开关元件，并且配置成转换由所述电池供给的电力并将转换后的电力传输至所述加热单元，以及控制器，配置成基于包括预热区间和吸烟区间的温度曲线控制多个所述开关元件，从而改变所述电力转换器的工作模式。
在一些实施方式中提供了一种气溶胶生成装置，在气溶胶生成装置中形成有用于容纳气溶胶生成基质的容纳空间，包括在气溶胶生成基质中的感热体通过感应加热方法被加热，气溶胶发生装置包括：电池，电池用于提供直流电力；电力转换器，电力转换器包括至少一个开关元件并且被配置成将直流电力转换成交流电力；线圈，线圈沿着容纳空间缠绕、沿气溶胶生成装置的长度方向延伸，以及线圈被配置成通过根据由电力转换器所转换的交流电力将方向周期性改变的交变磁场施加至包括在气溶胶生成基质中的感热体来对感热体进行加热；以及控制器，控制器被配置成：在电流的占空比和频率被固定的状态下，对向线圈提供电流的时间进行控制，使得感热体的温度达到预设的目标温度。
发明效果
本公开的气溶胶生成装置在需进行快速预热的预热区间以输出功率高的第一模式工作，并且在持续加热温度比快速加热更为重要的吸烟区间以相比于第一模式，输出功率低，但是能量效率高的第二模式工作，从而最大化能量效率。
另外，气溶胶生成装置可以同步温度曲线的区间改变和工作模式改变，并且将区间改变之前的目标温度设置成高于区间改变之后的目标温度，从而可以补偿工作模式改变所造成的温度下降。换言之，气溶胶生成装置可以通过在目标温度降低时改变工作模式来最小化达到目标温度所需的额外电力。
另外，由于气溶胶生成装置在第二模式下基于电力转换器的效率最高的占空比控制开关元件，因此能量效率可以大大增加。
如果从预热初始点开始根据比例积分微分(PID)控制方法加热加热单元，则电池可能因电流的波纹分量而发生过载。然而，本公开的气溶胶生成装置在预热区间初期设置有电流上限，从而可以防止电池损坏。
本发明的效果不限于以上效果，本领域所属普通技术人员能够根据本说明书和附图清楚地理解未提及的效果。
附图说明
图1和图2是示出感应加热式气溶胶生成装置的图。
图3和图4示出了卷烟的示例。
图5和图6示出了插入到气溶胶生成装置中的卷烟的示例。
图7是一实施例的气溶胶生成装置的框图。
图8是示出图7的驱动控制器的工作方法的图。
图9是一实施例的电力转换器和加热单元的内部电路图。
图10是示出一实施例的根据温度曲线改变工作模式的方法的图。
图11是示出第一模式下开关元件的工作方法的图。
图12和图13是示出根据第一模式下开关元件的工作的电流流动的图。
图14是示出第二模式下开关元件的工作方法的图。
图15和图16是示出根据第二模式下开关元件的工作的电流流动的图。
图17是一实施例的气溶胶生成装置的工作方法的流程图。
具体实施方式
根据本公开的一方面，气溶胶生成装置包括：电池，加热单元，配置成加热气溶胶生成基质，电力转换器，包括多个开关元件，并且配置成转换由所述电池供给的电力并将转换后的电力传输至所述加热单元，以及控制器，配置成基于包括预热区间和吸烟区间的温度曲线控制多个所述开关元件，从而改变所述电力转换器的工作模式。
所述控制器可以配置成在所述预热区间改变为所述吸烟区间时改变所述电力转换器的所述工作模式。
所述控制器可以配置成，在所述预热区间，基于第一目标温度对所述加热单元进行预热，在所述吸烟区间，基于不同于所述第一目标温度的第二目标温度对所述加热单元进行加热，以及在所述第一目标温度改变为所述第二目标温度时，改变所述电力转换器的所述工作模式。
所述控制器可以配置成将所述第一目标温度设置成大于所述第二目标温度。
所述控制器可以配置成控制多个所述开关元件，从而使得所述电力转换器在所述预热区间以第一模式工作，并且控制多个所述开关元件，从而使得所述电力转换器在吸烟区间以不同于所述第一模式的第二模式工作。
所述控制器可以配置成控制多个所述开关元件，从而使得所述电力转换器在所述第一模式下作为全桥电路工作，并且控制多个所述开关元件，从而使得所述电力转换器在所述第二模式下作为半桥电路工作。
所述预热区间可以包括第一子区间和在所述第一子区间之后的第二子区间，以及所述控制器可以配置成在所述第一子区间控制所述电力转换器，从而使得供给到所述加热单元的电流不超过预设上限。
所述控制器可以配置成在所述第二子区间基于第一占空比控制所述电力转换器。
所述控制器可以配置成在所述第二子区间之后的所述吸烟区间中，基于不同于所述第一占空比的第二占空比控制所述电力转换器。
所述第一占空比可以低于所述第二占空比。
所述电力转换器可以包括：第一链路聚合组，包括第一开关元件和第二开关元件，以及第二链路聚合组，包括第三开关元件和第四开关元件，并且与所述第一链路聚合组并联连接；所述加热单元可以连接至所述第一开关元件和所述第二开关元件之间的节点并且可以连接至所述第三开关元件和所述第四开关元件之间的节点。
所述控制器可以配置成在所述预热区间使所述第一开关元件和所述第二开关元件以互补方式工作，并且使所述第三开关元件和所述第四开关元件以互补方式工作。
所述控制器可以配置成在所述吸烟区间使所述第一开关元件和所述第二开关元件以互补方式工作，同时使所述第三开关元件断开，所述第四开关元件接通。
所述电力转换器可以配置成将来自所述电池的直流电转换成交流电，所述加热单元可以包括配置成基于所述交流电产生交变磁场的线圈。
所述加热单元还可以包括配置成通过所述交变磁场而产生热的感热体。
关于用于描述各种实施例的术语，考虑到本发明的各种实施例中的结构元件的功能来选择当前广泛使用的通用术语。然而，可以根据意图、判例、新技术的出现等来改变术语的含义。另外，在某些情况下，可以选择不常用的术语。在这种情况下，将在本发明的描述中的相应部分处详细描述该术语的含义。因此，应基于术语的含义以及在本文提供的描述来定义在本发明的各种实施例中使用的术语。
另外，除非另外明确指出，否则术语“包括”将被理解为暗示包括所描述的要素，但不排除任何其他要素。另外，在本说明书中描述的术语“部”和“模块”可以指用于处理至少一个功能和/或工作的单元，并且可以由硬件部件或软件部件及其组合来实现。
如本文中所使用的，如“…中的至少一者”的表达，在位于元件列表后时修改了整个元件列表并且不修改列表中的各个元件。例如，表述“a，b和c中的至少一者”应理解为包括仅“a”、仅“b”、仅“c”、“a和b”、“a和c”、“b和c”或“a、b、c”全部。
术语“卷烟”可以指任何装载到气溶胶生成装置中从而发挥使用者的烟嘴的作用的物品。卷烟可以具有类似于传统的燃烧型卷烟的形状和结构。这种卷烟可以包含通过气溶胶生成装置的工作(例如，加热)生成气溶胶的气溶胶生成物质。或者，卷烟可以不包含气溶胶生成物质，并且将从安装于气溶胶生成装置的另一物品(例如，烟弹)生成的气溶胶传递至使用者的嘴部。
下面参照附图，对本发明的实施例进行更加充分地说明，其中，示出了本发明的示例性实施例以使本领域的普通技术人员能够容易实施本发明。然而本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文中所说明的实施例。
下面参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。
图1和图2是示出感应加热式气溶胶生成装置的图。
参照图1，气溶胶生成装置100可以包括感热体110、线圈130、电池140以及控制器150。根据一实施例，感热体110可以包括在卷烟(例如，图3和图4的卷烟200)中。在这种情况下，如图2所示，气溶胶生成装置100可以不包括感热体110。
图1和图2的气溶胶生成装置100包括与本实施例有关的部件。因此，本领域所属普通技术人员能够理解，气溶胶生成装置100还可以包括除了图1和图2的部件之外的额外的通用部件。
气溶胶生成装置100可以通过根据感应加热方法加热容纳于容纳空间120的卷烟200来生成气溶胶。感应加热方法可以指通过方向周期性变化的交变磁场来加热磁性物质的方法。
当交变磁场施加到磁性物质时，涡流和磁滞损失可能造成磁性物质的能量损失，损失的能量可以作为热能从磁性物质释放出来。随着施加到磁性物质的交变磁场的振幅或者频率增加，更多的热能可以从磁性物质释放出来。热能可以传递至卷烟200。
由外部磁场加热的磁性物质可以是感热体110。感热体110可以是块状、片状或者条状。
感热体110可以包含金属或者碳。感热体110可以包含铁氧体、铁磁合金、不锈钢以及铝(Al)中的至少一者。另外，感热体110可以包含诸如石墨、钼、碳化硅、铌、镍合金、金属膜，或者氧化锆的陶瓷，诸如镍(Ni)、钴(Co)的过渡元素以及诸如硼(B)或者磷(P)的非金属中的至少一者。
气溶胶生成装置100可以包括用于容纳卷烟200的容纳空间120。容纳空间120可以包括用于接纳卷烟200的开口。卷烟200可以通过容纳空间120的开口插入到气溶胶生成装置100中。
如图1所示，感热体110可以设置于容纳空间120中。感热体110可以附着至容纳空间120的底部。卷烟200可以被推向容纳空间120的底部以使感热体110插入到卷烟200中。
或者，如图2所示，气溶胶生成装置100可以不包括感热体110。在这种情况下，感热体110可以包括在卷烟200中。
气溶胶生成装置100可以包括线圈130，该线圈130向感热体110施加交变磁场，并且根据感热体110的温度变化而改变共振频率，其中，感热体110的温度变化是由感热体110的感应加热引起的。
线圈130可以是螺线管。线圈130可以是缠绕在容纳空间120周围的螺线管，并且卷烟200可以容纳于螺线管的内部空间。形成螺线管的导线材料可以包含铜(Cu)。然而，材料不限于此。所述材料可以是比电阻值低从而允许高电流流动的材料，作为材料的示例，可以包含银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)，或者包含至少一种以上所列材料的合金。
线圈130可以缠绕在容纳空间120的周围，并且位于与感热体110对应的位置处。
电池140可以向线圈130供电。电池140可以是磷酸铁锂(LiFePO4)电池，但不限于此。例如，电池可以是钴酸锂(LiCoO2)电池、钛酸锂电池等。
控制器150可以控制供应至线圈130的电力。控制器150可以改变线圈130的驱动频率。控制器150可以通过控制驱动频率来控制感热体110的感应加热。
图3和图4示出了卷烟的示例。
参照图3和图4，卷烟200可以包括烟草棒210和过滤棒220。过滤棒220可以包括一个或多个段。例如，过滤棒220可以包括配置成冷却气溶胶的第一段和配置成过滤气溶胶中所含的特定成分的第二段。另外，过滤棒220还可以包括配置成执行其他功能的至少一个段。
卷烟200可以由至少一个包装纸240包装。包装纸240上可以具有能够引入外部空气或者排出内部空气的至少一个孔。例如，卷烟200可以由单个包装纸包装。作为另一示例，如图3和图4所示，卷烟200可以由至少两个包装纸240双重包装。例如，烟草棒210可以由第一包装纸包装，并且过滤棒220可以由第二包装纸包装。另外，分别由单独的包装纸包装的烟草棒210和过滤棒220可以组合在一起，并且整个卷烟200可以由第三包装纸包装。
烟草棒210可以包括气溶胶生成物质。例如，气溶胶生成物质可包括甘油、丙二醇、乙二醇、二丙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇和油醇中的至少一者，但不限于此。另外，烟草棒210可含有如调味剂、湿润剂和/或有机酸的其他添加物质。另外，可以以向烟草棒210喷射的方式，对烟草棒210添加薄荷醇或者保湿剂等加香液。
烟草棒210可以以多种方式制得。例如，烟草棒210可由烟草片制成，也可由烟草丝制成。而且，烟草棒210可通过将烟草片切细而得的烟叶制得。
根据一实施例，卷烟200还可以包括感热体110。在这种情况下，如图4所示，感热体110可以设置在烟草棒210中。感热体110可以从烟草棒210的端部沿朝向过滤棒220的方向延伸。
烟草棒210可被导热物质包裹。例如，导热物质可以为如铝箔的金属箔，但不限于此。作为一例，包围烟草棒210的导热物质能够均匀分散传递到烟草棒210的热，从而提高施加到烟草棒的导热率，并且能够改善从烟草棒210生成的气溶胶的味道。
过滤棒220可以包括醋酸纤维素过滤器。此外，过滤棒220的形状可以改变。例如，过滤棒220可以为圆筒型棒，还可以为内部中空的管型棒。另外，过滤棒220还可以为包括空腔的凹入型棒。如果过滤棒220由多个段构成，则多个段还可制作成不同的形状。
过滤棒220可以形成为产生香味。例如，调味液可以注入到过滤棒220上，或者，涂覆有调味液的附加纤维可以插入到过滤棒220。
另外，过滤棒220可包括至少一个胶囊230。胶囊230能够发挥生成香味的功能，也能够发挥生成气溶胶的功能。例如，胶囊230可以是用被膜包裹含有香料的液体而成的结构。胶囊230可具有球形或者圆筒形的形状，但不限于此。
当过滤棒220包括配置成冷却气溶胶的段时，冷却段可以包含聚合物材料或者生物降解性高分子材料。例如，冷却段可以仅包含纯聚乳酸。在一些实施例中，冷却段可以包括具有多个孔的醋酸纤维素过滤器。然而，冷却段不限于此，可以包括冷却气溶胶的结构和气溶胶冷却材料。
图5和图6示出了插入到气溶胶生成装置中的卷烟的示例。
更详细而言，图5示出感热体110设置在气溶胶生成装置100上的示例，并且图6示出感热体110设置在卷烟200上的示例。
参照图5，卷烟200可以在卷烟200的长度方向上容纳于容纳空间120中。感热体110可以插入到容纳于气溶胶生成装置100的卷烟200中，从而烟草棒210可以与感热体110接触。感热体110可以在气溶胶生成装置100的长度方向上延伸，从而感热体110可以插入到卷烟200中。
感热体110可以位于容纳空间120的中心以插入到卷烟200的中心部分。图5示出了单个感热体110，但是感热体110的数量不限于此。换言之，气溶胶生成装置100可以包括在气溶胶生成装置100的长度方向上延伸以插入到卷烟200中的多个感热体。
线圈130可以沿容纳空间120的长度方向缠绕在容纳空间120周围。线圈130可以在容纳空间120的长度方向上延伸至对应于感热体110的长度，并且可以位于对应于感热体110的位置处。
参照图6，卷烟200可以在卷烟200的长度方向上容纳于容纳空间120中。随着卷烟200容纳于容纳空间120，感热体110可以被线圈130包围。
感热体110可以位于烟草棒210的中心以进行均匀的热传递。图6示出了单个感热体110，但是感热体110的数量不限于此。换言之，多个感热体可以包括在卷烟200中。
线圈130可以沿容纳空间120的长度方向缠绕在容纳空间120周围。线圈130可以在长度方向上延伸至对应于感热体110的长度，并且可以位于对应于感热体110的位置处。
图7是一实施例的气溶胶生成装置的框图。
参照图7，气溶胶生成装置100可以包括输入单元710、输出单元720、检测器730、接口单元740、电力转换器751、加热单元752、电池760、存储器770以及控制器780。图7的电池760和控制器780可以分别对应于图1和图2的电池140和控制器150。图7的加热单元752可以对应于图1和图2的线圈130。根据一实施例，图7的加热单元752可以包括图1的感热体110。
输入单元710可以接收使用者输入。例如，输入单元710可以是按压式按钮，但不限于此。当输入单元710接收到使用者输入时，对应于使用者输入的控制信号可以被传输至控制器780。控制器780可以响应于控制信号而控制气溶胶生成装置100的内部部件。例如，控制器780可以响应于控制信号而向加热单元752供电。
输出单元720可以输出与气溶胶生成装置100相关的视觉信息和/或触觉信息。为此，输出单元720可以包括显示器(未图示)、振动电机(未图示)等。
检测器730可以检测与气溶胶生成装置100的工作有关的信息。在一实施例中，检测器730可以包括用于检测加热单元752的温度的温度检测器731。温度检测器731可以包括至少一个温度传感器，并且温度传感器可以设置成与加热单元752相邻。根据一实施例，检测器730还可以包括用于检测使用者抽吸的抽吸传感器。
接口单元740可以用作通向连接到气溶胶生成装置100的各种类型的外部装置的通道。例如，接口单元740可以包括可以连接到外部装置的端口，气溶胶生成装置100可以通过端口连接到外部装置。当连接到外部装置时，气溶胶生成装置100可以与外部装置交换数据。接口单元740可以用作外部电力供给通道。例如，接口单元740可以包括可以连接到外部装置的端口，并且当气溶胶生成装置100连接到外部电源时气溶胶生成装置100可以从外部电源接收外部电力。
加热单元752可以加热气溶胶生成基质。随着气溶胶生成基质被加热，可以生成气溶胶。气溶胶生成基质可以是图3和图4的卷烟200。
加热单元752可以包括线圈130。另外，加热单元752还可以包括与感热体110感应耦合的电容器(图9的C)。根据一实施例，加热单元752还可以包括感热体110。
当电流施加到线圈130时，感热体110可以被线圈130中产生的交变磁场加热。被加热的感热体110可以加热气溶胶生成基质，从而可以生成气溶胶。
根据一实施例，加热单元752可以不包括感热体110，并且感热体110可以包括在气溶胶生成基质中。在这种情况下，加热单元752可以被称为磁场发生器。
电池760可以在控制器780的控制下向加热单元752供电。在这种情况下，电力转换器751可以转换电池760供给的电力并将经转换的电力传输至加热单元752。
电力转换器751可以将电池760供给的直流电转换为交流电，并且可以将交流电传输至加热单元752。电力转换器751可以包括用于将直流电转换为交流电的开关元件。
存储器770可以存储用于工作气溶胶生成装置100的信息。在一实施例中，存储器770可以存储温度曲线相关信息。
温度曲线可以包括与对应于加热区间的目标温度有关的信息。加热区间可以包括：预热区间，感热体110的温度上升至预先设定的预热温度；以及吸烟区间，感热体110的温度保持在一定的范围内。预热区间中的目标温度可以设置成高于吸烟区间中的目标温度。例如，预热区间中的目标温度可以设置成约340℃，并且吸烟区间中的目标温度可以设置成约335℃。
控制器780可以基于加热单元752的温度和目标温度的差异控制加热单元752的温度。换言之，控制器780可以基于加热单元752的温度信息执行反馈控制。
详细而言，控制器780可以根据利用加热单元752的温度和目标温度的差异，差值随时间的积分值，差值随时间的微分值的反馈控制方法来控制供给到加热单元752的电力。
在一实施例中，控制器780可以根据比例积分微分(PID)控制方法来控制加热单元752的温度。PID控制系数可以通过实验预先设置以通过最佳的方式控制加热单元752的温度。控制器780可以根据PID控制系数控制加热单元752的温度以使加热单元752的温度达到目标温度。
控制器780可以通过控制电力转换器751来控制供应至加热单元752的电力。控制器780可以以脉冲宽度调制(PWM)方法控制电力转换器751。控制器780可以以PWM方法控制电力转换器751中的开关元件。为此，控制器780可以包括控制开关元件的驱动控制器781。根据一实施例，驱动控制器781可以形成为不同于控制器780的单独的部件。
通常，电力转换器751可以在特定占空比下具有最大效率。例如，电力转换器751可以在约50％的占空比下以最大功率效率工作。占空比是指在一个开关周期中，开关元件接通时间的百分比。因此，在本说明书中，占空比等同于占空率。
根据相关技术，在电力转换器751包括全桥电路后，开关元件仅在全桥模式下工作。或者，根据相关技术，当电力转换器751包括半桥电路时，开关元件仅在半桥模式下工作。然而，如果电力转换器751包括全桥电路并且在整个加热区间被控制在固定占空比下的最大功率效率，则在吸烟区间中难以降低加热单元752的温度。在另一方面，如果电力转换器751包括半桥电路并且在整个加热区间被控制在固定占空比下的最大功率效率，则由于半桥电路的输出功率低，因此难以在预热区间实现快速预热。
为了解决上述问题，根据实施例，包括全桥电路的电力转换器751可以根据温度曲线改变工作模式，以改善电力转换器751的功率效率。
更详细而言，控制器780可以基于预热区间和吸烟区间相关温度曲线控制开关元件，从而改变电力转换器751的工作模式。
控制器780可以通过改变电力转换器751的工作模式来使得气溶胶生成装置100以最大效率工作。工作模式可以包括第一模式和第二模式。在一实施例中，第一模式可以是电力转换器751作为全桥电路工作的模式。另外，第二模式可以是电力转换器751作为半桥电路工作的模式。电力转换器751可以在第一模式下输出第一功率并且在第二模式下输出第二功率，其中，第二功率小于第一功率。
控制器780可以基于温度曲线来改变电力转换器751的模式。在预热区间中，控制器780可以通过控制包括在电力转换器751中的开关元件来使得电力转换器751在第一模式下工作。另外，在预热区间后的吸烟区间中，控制器780可以通过控制包括在电力转换器751中的开关元件来使得电力转换器751在不同于第一模式的第二模式下工作。
预热区间和吸烟区间可以具有不同的目标温度和/或加热时间。控制器780可以通过控制电力转换器751来使得感热体110的温度达到目标温度。在第一加热时间期间，控制器780可以基于第一目标温度控制电力转换器751。另外，在第二加热时间期间，控制器780可以基于第二目标温度控制电力转换器751。第一加热时间可以对应于预热区间，并且第二加热时间可以对应于吸烟区间。第一加热时间可以小于第二加热时间。
在预热区间的部分区间中，控制器780可以基于第一占空比来控制电力转换器751。另外，在吸烟区间中，控制器780可以基于不同于第一占空比的第二占空比来控制电力转换器751。可以设置第二占空比以使得电力转换器751可以以最大功率效率工作。例如，第二占空比可以为约50％。第一占空比可以小于第二占空比。例如，第一占空比可以为约40％。虽然功率效率在第二占空比下最大，但是将第一占空比设置成小于第二占空比的理由为方便在吸烟区间降低加热单元752的温度。
由于电力转换器751包括开关元件，存在诸如信号延迟的软件问题和诸如开关元件接通/断开延迟的硬件问题，因此难以在改变工作模式期间精确控制感热体110的温度。例如，在改变工作模式期间，感热体110的温度可能下降。即使温度下降，为了将目标温度保持一致，需要额外的电力来将感热体110的温度增加到目标温度。这种额外的电力是不期望的并且造成能量损失。
根据一实施例，为了解决这种问题，第一目标温度可以设置成高于第二目标温度，并且可以在目标温度下降时改变工作模式。换言之，气溶胶生成装置100可以通过同步温度曲线切换和工作模式切换来最小化能量损失。
更详细而言，控制器780可以在当第一目标温度改变为第二目标温度时改变电力转换器751的工作模式。由于第二目标温度小于第一目标温度，因此可以大大减少电力转换器751所需的额外的电力。从而，可以最小化电力转换器751的能量损失。
图8是图7的驱动控制器的工作方法的图。
参照图8，驱动控制器781可以向电力转换器751提供开关信号sw1、sw2。开关信号可以包括开关元件的接通/断开信息，占空比信息等。电力转换器751可以响应于开关信号sw1、sw2而在第一模式或第二模式下工作。
驱动控制器781可以输出第一开关信号sw1以使电力转换器751在预热区间，以第一模式工作。电力转换器751可以响应于第一开关信号sw1而作为全桥电路工作。
驱动控制器781可以输出第二开关信号sw2以使电力转换器751在吸烟区间以第二模式工作。电力转换器751可以响应于第二开关信号sw2而作为半桥电路工作。
图9是一实施例的电力转换器和加热单元的内部电路图。
参照图9，电力转换器751可以包括：第一链路聚合组910，包括第一开关元件S1和第二开关元件S2；和第二链路聚合组920，包括第三开关元件S3和第四开关元件S4，并且与第一链路聚合组910并联连接。
第一至第四开关元件S1至S4可以是双向开关元件。例如，第一至第四开关元件S1至S4分别可以是场效应晶体管(FET)，但不限于此。
第一开关元件S1和第二开关元件S2可以彼此串联连接。另外，第三开关元件S3和第四开关元件S4可以彼此串联连接。包括第一开关元件S1和第二开关元件S2的第一链路聚合组910可以与包括第三开关元件S3和第四开关元件S4的第二链路聚合组920并联连接。第一链路聚合组910和第二链路聚合组920可以与电池760并联连接。
加热单元752可以连接在第一节点n1和第二节点n2之间，其中，所述第一节点n1位于第一开关元件S1和第二开关元件S2之间，并且所述第二节点n2位于第三开关元件S3和第四开关元件S4之间。
更详细而言，加热单元752可以包括线圈130和与线圈130串联连接的电容器C。电容器C可以是用于与感热体110发生共振的设备。根据一实施例，电容器C可以与线圈130并联连接。
第一节点n1可以位于第一开关元件S1和第二开关元件S2之间，第二节点n2可以位于第三开关元件S3和第四开关元件S4之间。另外，线圈130和电容器C可以连接在第一节点n1和第二节点n2之间。
控制器780可以通过控制第一至第四开关元件S1至S4的工作来控制供给到线圈130的电力。
图9仅示出了与本实施例有关的特定部件。因此，本领域所属普通技术人员将理解除了图9中的部件之外的其他通用部件还可以包括在气溶胶生成装置100中。例如，电力转换器751还可以包括分别与第一至第四开关元件S1至S4并联连接以防止反向电流的二极管器件。
图10是示出一实施例的根据温度曲线改变工作模式的方法的图。
参照图10，图示出了感热体110的目标温度1010，感热体110的温度1020，供给到线圈130的电流1030，线圈130和感热体110之间的匹配频率1040以及电力转换器751的占空比1050。参照图10，x轴表示时间，并且y轴表示电流(A)、频率(Hz)、温度(℃)以及占空比(％)中的任意一种。
控制器780可以根据温度曲线来加热感热体110。温度曲线可以包括目标温度1010和加热时间相关信息。温度曲线可以基于目标温度1010和/或加热时间而被划分为预热区间和吸烟区间。预热区间是指感热体110的温度1020增加到预设预热温度的区间。例如，预热温度可以为约340℃，但不限于此。吸烟区间是指使用者的抽吸实际进行以及感热体110的温度1020维持在预设吸烟温度范围内的区间。例如，吸烟温度的范围可以在约330℃和约340℃之间，但不限于此。
根据温度曲线，控制器780可以基于第一目标温度Te1预热感热体110直到时间点t1。时间点t1可以对应于预热区间的终点。在预热区间中，控制器780可以通过控制电力转换器751来使得感热体110的温度1020达到第一目标温度Te1。
时间点t1过后，控制器780可以基于低于第一目标温度Te1的第二目标温度Te2加热感热体110直到时间点t2。时间点t1和时间点t2之间的区间可以对应于吸烟区间。在吸烟区间中，控制器780可以通过控制电力转换器751来将感热体110的温度1020维持在第二目标温度Te2。
在预热区间，控制器780可以通过控制开关元件来使得电力转换器751在第一模式下工作。第一模式可以是电力转换器751作为全桥电路工作的模式。
预热区间可以被划分为第一子区间和在第一子区间之后的第二子区间。第一子区间和第二子区间可以根据感热体110的温度1020来确定。控制器780可以基于第一目标温度Te1来加热感热体110直到时间点t1之前的时间点t3。例如，时间点t3可以设置成使得第一子区间内感热体110的温度1020在(Te1-200)℃至(Te1-30)℃范围内。
在第一子区间中，控制器780可以以第一子模式控制电力转换器751。第一子模式可以是设置供给到线圈130的电流1030的上限以去除波纹分量的模式。另外，第一子模式可以是未执行温度反馈控制的模式。
在第一子区间中，控制器780可以设置供给电流1030的上限。另外，在第一子区间中，控制器780可以固定匹配频率1040。在第一子区间中，控制器780可以通过基于第一目标温度Te1控制电力转换器751的占空比1050来加热感热体110。
详细而言，控制器780可以在第一子区间中将供给电流1030的大小限制为小于或等于预设参考电流。例如，参考电流可以设置为约1A至约4A范围内的值。将下限设置成1A的原因是加热线圈130所需的最小电流是1A。另外，将参考电流的上限设置成4A的原因是电池760的额定电流是6A，并且除加热单元752之外的部件所需的电流总和为2A。例如，参考电流可以设置成约1.95A。
另外，控制器780可以固定第一子区间中的匹配频率1040。匹配频率1040可以基于线圈130和电容器C的共振频率来设置。在一实施例中，匹配频率1040可以设置成高于共振频率预设值，但不限于此。
在第一子区间中，控制器780可以不执行温度反馈控制。另外，在第一子区间中，控制单元780可以通过增加电力转换器751的占空比1050来增加感热体110的温度1020，同时供给电流1030的大小保持低于上限并且匹配频率1040保持恒定。例如，控制器780可以将电力转换器751的占空比1050增加至约45％。
在第二子区间中，控制器780可以基于第二子模式控制电力转换器751。第二子模式可以是不限制电流以允许快速预热的模式。另外，第二子模式可以是执行温度反馈控制以使感热体110的温度1020达到第一目标温度Te1的模式。在第二子模式中，电力转换器751的输出功率可以大于以下描述的第二模式。不从预热开始以第二子模式控制电力转换器751的原因是为了防止电池760因电流的波纹分量而损伤。
控制器780可以在第二子区间固定电力转换器751的占空比1050。在一实施例中，在第二子区间中，控制器780可以将电力转换器751的占空比1050维持在第一占空比。第一占空比可以设置成比第一子区间中的最大占空比值低5％。例如，第一占空比可以设置成约40％。控制器780可以在第二子区间中，通过基于第一目标温度Te1控制供应到线圈130的电流1030和/或匹配频率1040来加热感热体110。
详细而言，在第二子区间中，控制器780可以将电力转换器751的占空比1050维持在第一占空比。另外，在第二子区间中，控制器780可以基于感热体110的温度1020和第一目标温度Te1的差异执行反馈控制。控制器780可以通过PID控制方法控制感热体110的温度1020。控制器780可以通过根据PID控制系数控制供给到线圈130的电流1030和/或匹配频率1040来使得感热体110的温度1020达到第一目标温度Te1。
在吸烟区间中，控制器780可以通过控制开关元件来使得电力转换器751以不同于第一模式的第二模式工作。第二模式可指电力转换器751作为半桥电路工作的模式。另外，第二模式可指感热体110的温度1020保持在最大功率效率的模式。在第二模式中，电力转换器751的输出功率可以小于第一模式并且可以以最大功率效率工作。
在吸烟区间中，控制器780可以固定电力转换器751的占空比1050。在一实施例中，在吸烟区间中，控制器780可以将电力转换器751的占空比1050保持在第二占空比。第二占空比可以大于第一占空比。第二占空比可以设置成实现电力转换器751的最大功率效率。例如，第二占空比可以设置为约50％。在吸烟区间中，控制器780可以根据第二目标温度Te2，通过控制供应到线圈130的电流1030和/或匹配频率1040来加热感热体110。
根据一实施例，在吸烟区间中，电力转换器751的占空比1050保持在第二占空比的同时，控制器780可以基于感热体110的温度1020和第二目标温度Te2之间的差异来执行反馈控制。
如上所述，一实施例的气溶胶生成装置100可以通过根据温度曲线改变电力转换器751的工作模式来改善其功率效率。
气溶胶生成装置100可以通过将第一目标温度Te1设置成大于第二目标温度Te2，并且同步温度曲线的区间改变与工作模式改变来最大化能量效率。
详细而言，由于电力转换器751包括开关元件，存在诸如信号延迟的软件问题和诸如开关元件的接通/断开延迟的硬件问题，因此感热体110的温度可能在工作模式改变时下降。
为此，控制器780可以将第一目标温度Te1设置成高于第二目标温度Te2，并且可以在当第一目标温度Te1改变为第二目标温度Te2时改变电力转换器751的工作模式。由于第二目标温度Te2低于第一目标温度Te1，因此可以大大减少将感热体110温度1020维持在目标温度1010所需的额外电力。从而可以最小化电力转换器751的能量损失。
图11是示出第一模式下开关元件的工作方法的图。图12和图13是示出根据第一模式下开关元件的工作的电流的图。
参照图11至13，控制器780可以在第一模式下，通过控制开关元件S1至S4来使得电力转换器751作为全桥电路工作。在第一模式下，控制器780可以使各个链路聚合组中的开关元件S1至S4互补地工作。
控制器780可以在开关周期Ts的半周期Ts/2中接通第一开关元件S1和第四开关元件S4且断开第二开关元件S2和第三开关元件S3。因此，电流可以沿第一电流路径Path1(参照图12)流经电池760、第一开关元件S1、线圈130、电容器C以及第四开关元件S4。
控制器780可以在开关周期Ts的另一半周期Ts/2中接通第二开关元件S2和第三开关元件S3且断开第一开关元件S1和第四开关元件S4。因此，电流可以沿第二电流路径Path2流经电池760、第三开关元件S3、电容器C、线圈130以及第二开关元件S2。
第一模式下电力转换器751的输出可以大于下面将说明的第二模式下的电力转换器751的输出。因此，第一模式下的占空比可以小于第二模式下的占空比以容易地减少感热体110的温度。在预热区间中，由于电力转换器751作为全桥电路以较大的输出工作，因此可以执行快速预热。
图14是示出第二模式下开关元件的工作方法的图。图15和图16示出根据开关元件的工作的电流流动的图。
参照图14至16，控制器780可以在第二模式下通过控制开关元件S1至S4来使得电力转换器751作为半桥电路工作。控制器780可以在第二模式下保持任一链路聚合组中的开关元件S3、S4的接通/断开，并且可以使另一链路聚合组中的开关元件S1、S2互补地工作。
控制器780可以在开关周期Ts的半周期Ts/2中接通第一开关元件S1和第四开关元件S4并且断开第二开关元件S2和第三开关元件S3。因此，电流可以沿第三电流路径Path3(参照图15)流经电池760、第一开关元件S1、线圈130、电容器C以及第四开关元件S4。
控制器780可以在开关周期Ts的另一半周期Ts/2中接通第二开关元件S2和第四开关元件S4且断开第一开关元件S1和第三开关元件S3。因此，电流可以沿第四电流路径Path4(参照图16)流经第四开关元件S4、电容器C、线圈130以及第二开关元件S2。第四电流路径Path4可以由在开关周期Ts的第一半周期Ts/2期间存储在电容器C中的能量形成。
图15和图16仅示出在整个开关周期Ts中，第四开关元件S4接通，并且第三开关元件S3断开。然而，根据一实施例，第四开关元件S4可以断开，并且第三开关元件S3可以接通。
在第二模式中，可以以使电力转换器751的效率最大化的方式设置第二占空比。例如，在第二模式中，第二占空比可以设置成约50％。
图17是一实施例的气溶胶生成装置的工作方法的流程图。
参照图17，在步骤S1710中，在预热区间，控制器780可以通过控制开关元件来使得电力转换器751以第一模式工作。
预热区间可以是感热体110的温度1020增加到第一目标温度的区间。第一模式可以是电力转换器751作为全桥电路工作的模式。
以下描述的半桥电路的输出可以低于全桥电路，因此，如果电力转换器751从预热区间作为半桥电路工作，则预热性能(例如，预热时间、预热温度等。)可能不满足所需程度。因此，在气溶胶生成装置100中，电力转换器751在预热区间作为输出值较高的全桥电路工作是优选的。
控制器780可以通过控制电力转换器751来使得感热体110的温度在预热区间增加到第一目标温度。
预热区间可以划分为第一子区间和在第一子区间之后的第二子区间。第一子区间可以对应于感热体110的温度在约(Te1-200)℃至约(Te1-30)℃范围内的区间。
在第一子区间中，控制器780可以基于第一子模式来控制电力转换器751。第一子模式可以是供给到线圈130的电流维持低于上限以去除波纹分量的模式。
在第一子区间中，控制器780可以基于目标温度控制占空比，同时限制供给到线圈130的电流的上限并将匹配频率维持在固定值。在第一子区间中，由于供应电流的大小被限制成小于或者等于预设参考电流，因此可以防止电池460损坏。
在第一子区间之后的第二子区间中，控制器780可以基于第二子模式控制电力转换器751。第二子模式可以是未限制电流以进行快速预热的模式。另外，第二子模式可以是执行温度反馈控制，从而使得感热体110的温度1020达到第一目标温度的模式。
在第二子区间中，在电力转换器751的占空比被固定在第一占空比的状态下控制器780可以通过基于第一目标温度控制供给到线圈130的电流和匹配频率中的至少任意一种来加热感热体110。在第二子模式中，控制器780可以基于感热体110的温度和第一目标温度的差异执行反馈控制。
由于第一子模式和第二子模式对应于预热区间中的工作模式，因此电力转换器751可以在全部第一子模式和第二子模式中，作为全桥电路工作。
在步骤S1720中，控制器780可以在预热区间之后的吸烟区间中，通过控制开关元件来使得电力转换器751以第二模式工作。
吸烟区间可以是使用者的抽吸实际发生并且感热体110的温度维持在预设吸烟温度范围内的区间。第二模式可以是电力转换器751作为半桥电路工作的模式。另外，第二模式可以是电力转换器751以最大功率效率工作以维持感热体110的温度的模式。
在吸烟区间中，控制器780可以通过控制电力转换器751来将感热体110的温度维持在第二目标温度。
控制器780可以在吸烟区间期间将电力转换器751的占空比固定在第二占空比。第二占空比可以设置成大于第一占空比。第二占空比可以以使电力转换器751的功率效率最大化的方式设置。例如，第二占空比可以设置成约50％。
在吸烟区间中，在电力转换器751的占空比被固定在第二占空比的状态下，控制器780可以通过基于第二目标温度控制供给到线圈130的电流和匹配频率中的至少任意一种来加热感热体110。根据一实施例，在吸烟区间期间，控制器780可以在电力转换器751的占空比被固定在第二占空比的状态下基于感热体110的温度和第二目标温度的差异执行反馈控制。
半桥电路的输出低于全桥电路，但是在吸烟区间中，与快速预热相比，维持吸烟温度更加重要，并因此，半桥电路足够适合维持温度。另外，与电力转换器751在整个加热区间中仅作为全桥电路工作的情况相比能量效率可以大大增加。
因此，一实施例的气溶胶生成装置100可以通过根据温度曲线改变电力转换器751的工作模式来改善功率效率。
对于最大能量效率，气溶胶生成装置100可以将第一目标温度设置成高于第二目标温度，并且同步温度曲线的区间改变和工作模式改变。
详细而言，控制器780可以在当预热区间改变为吸烟区间时将电力转换器751的工作模式从第一模式改变为第二模式。目标温度可以在预热区间中设置成第一目标温度并且在吸烟区间中设置成第二目标温度。因此，预热区间改变为吸烟区间时的时间点可以与第一目标温度改变为第二目标温度时的时间点相同。换言之，控制器780可以在当第一目标温度改变为第二目标温度时改变电力转换器751的工作模式。由于工作模式在目标温度降低时改变，因此能量效率可以最大化。
本实施例所属技术领域的普通技术人员可以理解，在不脱离所述特性的前提下，可以在形式上或者细节上对本发明进行各种修改。因此，所公开的方法仅应被视为说明性的，而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求书而不是上面的说明限定，并且与其所处等同范围内的所有差异都应当被视为包括于本发明中。

Claims (9)

1.一种气溶胶生成装置，在所述气溶胶生成装置中形成有用于容纳气溶胶生成基质的容纳空间，其中，包括在所述气溶胶生成基质中的感热体通过感应加热方法被加热，所述气溶胶发生装置包括：
电池，所述电池用于提供直流电力；
电力转换器，所述电力转换器包括至少一个开关元件并且被配置成将所述直流电力转换成交流电力；
线圈，所述线圈沿着所述容纳空间缠绕、沿所述气溶胶生成装置的长度方向延伸，以及所述线圈被配置成通过根据由所述电力转换器所转换的交流电力将方向周期性改变的交变磁场施加至包括在所述气溶胶生成基质中的所述感热体来对所述感热体进行加热；以及
控制器，所述控制器被配置成：在所述电流的占空比和频率被固定的状态下，对向所述线圈提供电流的时间进行控制，使得所述感热体的温度达到预设的目标温度。
2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中，所述控制器还被配置成：在所述电流的占空比被固定成预设的第一占空比的状态下，基于所述目标温度对向所述线圈提供电流的时间进行控制。
3.根据权利要求2所述的气溶胶生成装置，其中，所述第一占空比被设置为50％。
4.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，还包括电容器元件，所述电容器元件串联或并联连接至所述线圈，从而以电感的方式联接至所述感热体。
5.根据权利要求4所述的气溶胶生成装置，其中，所述电流的频率是基于所述线圈和所述电容器元件的谐振频率来设置的。
6.根据权利要求5所述的气溶胶生成装置，其中，所述电流的频率被设置成比所述线圈和所述电容器元件的谐振频率高预设幅度。
7.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中，所述线圈是沿着所述容纳空间缠绕的螺线管，并且所述线圈包括铜、银、金、铝、钨、锌和镍中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中，所述电池包括磷酸铁锂。
9.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，还包括接口单元，所述接口单元包括用于与外部装置交换数据或从外部电源接收电力的端口。
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