CN116439439A - 一种电子烟的烟油量损耗检测电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子烟的烟油量损耗检测电路及其方法，其包括电阻阻值检测单元、功率输出控制单元、电容容值检测单元，电阻阻值检测单元用于在每个功率输出周期前检测对发热丝进行电阻值检测，功率输出控制单元根据电阻阻值检测单元检测到的电阻值和输出电压的大小，向功率MOS管输出功率控制需要的占空比，电容容值检测单元与电容式驻极体咪头连接，用于检测电容式驻极体咪头的电容变化量；根据功率输出控制单元控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。本发明可以控制吸烟过程输出功率恒定，并结合吸烟流量大小，使得烟油损耗的计算精度在实际使用环境下得到提高。

Description

一种电子烟的烟油量损耗检测电路及其方法

技术领域

本发明涉及电子烟技术领域，具体涉及一种电子烟的烟油量损耗检测电路以及应用于该电路的检测方法。

背景技术

随着人们对健康的越来越重视，很多人会选择用电子烟来替代香烟，电子烟具有无害和大烟雾的特点，可以模拟吸食香烟，并能从中体会到吸烟的乐趣。

在电子烟产品中可充电一次性电子烟产品的烟油是注入到内部吸油棉腔体内。为了保持外观美观，产品通常无法直接看到内部吸油棉。

可充电一次性电子烟是可以进行循环充电使用，因此在烟油耗尽时还可以有功率输出。此时发热丝会进入干烧状态加热吸油棉分解其他化学物质，导致人体吸入吸油棉分解出的物质，危害健康。

当前常用的解决方法有如下几种：

a)通过计算抽吸口数到设定最大口数时进行过吸保护。

i.这种方法的好处是：不需要改变硬件电路，软件实现简单。

ii.这种方法的坏处是：用户使用时每一口吸烟时长不确定，因此会有较大的误差，容易出现剩余烟油过多，或者干烧情况。

b)根据固定流量大小测试单位时间损耗量，再累计时间换算烟油损耗。累计到设定的最大损耗后停止输出。

i.这种方法的好处是：不需要改变硬件电路，软件实现简单。

ii.这种方法的坏处是：单位时间的损耗量是固定流量下测量到的损耗，在实际产品使用时，人抽吸流量是不确定的。因此还是会容易有加大偏差。

发明内容

本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测电路及其方法，主要用于解决现有技术中误差较大，计算精度不高的问题，该电路和方法用于控制吸烟过程输出功率恒定，并获取吸烟流量大小，可使烟油损耗的计算精度在实际使用环境下得到提高。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种电子烟的烟油量损耗检测电路，包括电阻阻值检测单元、功率输出控制单元、电容容值检测单元，所述电阻阻值检测单元与所述功率输出控制单元连接，用于在每个功率输出周期前检测对发热丝进行电阻值检测，所述功率输出控制单元根据所述电阻阻值检测单元检测到的电阻值和输出电压的大小，向功率MOS管输出功率控制需要的占空比，所述电容容值检测单元与电容式驻极体咪头连接，用于检测电容式驻极体咪头的电容变化量；

根据功率输出控制单元控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过所述电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

进一步的方案是，所述电阻检测单元包括高精度恒流源模块和ADC检测模块，所述高精度恒流源模块用于向发热丝提供恒流电流，所述ADC检测模块用于检测所述发热丝上的电压值。

更进一步的方案是，所述功率输出控制单元包括BUCK/BOOST电源电路，所述BUCK/BOOST电源电路设有升压模块和降压模块。

更进一步的方案是，所述功率输出控制单元包括处理器，所述处理器上包括一个时分复用检测端口，所述时分复用检测端口通过所述上拉电阻连接电子烟电池，所述时分复用检测端口通过烟弹接口连接电子烟电池的负极，所述烟弹接口一端接地；在烟弹插入后，当所述处理器检测到吸烟动作信号时，所述时分复用检测端口配置为非模数转换输入模式，所述时分复用检测端口检测电子烟的工作状态，并反馈至用户；在烟弹拔出所述烟弹接口后，所述时分复用检测端口检测到高电平，断开开关，用于检测是否有烟弹插入。可见，本申请方案还可实现电子烟电量和工作状态的检测，减少IO口消耗，从而减少电子烟体积，降低成本。

一种电子烟的烟油量损耗检测方法，应用于上述的一种电子烟的烟油量损耗检测电路，该方法包括：通过电阻阻值检测单元检测电子烟内发热丝的电阻值并生成检测数据，其中，在每个功率输出周期前都进行一次电阻值检测；在进行完一次电阻值检测后，使用电阻检测单元的ADC检测模块进行一次输出电压VOUT采样；基于获取到的电阻值R和输出电压VOUT，设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，功率输出控制单元根据前一个周期计算的占空比控制输出，从而得到稳定的输出功率；由电容容值检测单元提供稳定的恒流源I_CHG对电容式驻极体咪头进行充放电处理，获取电容式驻极体咪头的电容变化量，其中，电容式驻极体咪头的电容变化和吸烟流量大小是呈现稳定的对应关系；控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过所述电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

根据本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，利用电容式驻极体咪头两侧压力不同使内部结构薄膜发生形变，从而产生一定的变容变化量。

根据本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，所述设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，表示为公式(1)和(2)：

根据本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，在对电容式驻极体咪头进行充放电处理时，充放电过程设置恒定电压ΔV，得到电容C和时间T_CHG的关系如公式(3)：

通过电容C和时间T_CHG的关系，获得电容的实时变化情况。

根据本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，判断电容容值检测单元检测到的电容值是否小于预设电容值；

若判断结果为是，则电子烟的当前状态为无烟油状态；

若判断结果为否，则电子烟的当前状态为有烟油状态；

其中，在电子烟内剩余的油烟量小于预设阈值时，判断电子烟当前的状态是否为工作状态；若是，则控制电子烟停止工作，并且锁定电子烟。

根据本发明提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，当进行阻值检测时，功率输出控制单元在确定电子烟的阻值处于预设阻值范围时，即电子烟处于正常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路开始工作，并驱动电子烟，此时电阻阻值检测单元处于停止工作状态以减少能耗；当电子烟的阻值处于预设阻值范围外时，即电子烟处于异常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路停止工作，并在反馈模块进行阻值显示，以提示用户进行更换或者维护。

由此可见，本发明通过控制吸烟过程输出功率恒定，根据检测负压传感器的电容变化电路，并获取吸烟流量大小，根据变化量大小和抽吸时间，可使烟油损耗的计算精度在实际使用环境下得到提高，具体表现为：

(1)在任何抽吸流量下都可以得到稳定的烟油损耗；

(2)可以得到每一口不同抽烟时长的累计损耗。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明一种电子烟的烟油量损耗检测电路实施例的原理图。

图2是本发明一种电子烟的烟油量损耗检测电路实施例中关于功率输出的时序示意图。

图3是本发明一种电子烟的烟油量损耗检测方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种电子烟的烟油量损耗检测电路实施例

参见图1与图2，本发明所涉及的一种电子烟的烟油量损耗检测电路，包括电阻阻值检测单元、功率输出控制单元、电容容值检测单元，电阻阻值检测单元与功率输出控制单元连接，用于在每个功率输出周期前检测对发热丝进行电阻值检测，功率输出控制单元根据电阻阻值检测单元检测到的电阻值和输出电压的大小，向功率MOS管输出功率控制需要的占空比，电容容值检测单元与电容式驻极体咪头连接，用于检测电容式驻极体咪头的电容变化量；

其中，本实施例根据功率输出控制单元控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

在本实施例中，电阻检测单元包括高精度恒流源模块和ADC检测模块，高精度恒流源模块用于向发热丝提供恒流电流，ADC检测模块用于检测发热丝上的电压值。

在本实施例中，功率输出控制单元包括BUCK/BOOST电源电路，BUCK/BOOST电源电路设有升压模块和降压模块。具体的，当电阻值符合预定的值时，通过BUCK/BOOST电源电路升压或降压，或停止输出电压，以保护电子烟。

在本实施例中，功率输出控制单元包括温度检测电路，温度检测电路将检测的检测温度传输至处理器，处理器将检测温度与预设温度比较，调整对加热器的加热状态，例如启动对加热器加热、关闭对加热器加热、增加对加热器的加热功率、减小对加热器的加热功率等。

在本实施例中，功率输出控制单元包括处理器，处理器上包括一个时分复用检测端口，时分复用检测端口通过上拉电阻连接电子烟电池，时分复用检测端口通过烟弹接口连接电子烟电池的负极，烟弹接口一端接地；在烟弹插入后，当处理器检测到吸烟动作信号时，时分复用检测端口配置为非模数转换输入模式，时分复用检测端口检测电子烟的工作状态，并反馈至用户；在烟弹拔出烟弹接口后，时分复用检测端口检测到高电平，断开开关，用于检测是否有烟弹插入。可见，本申请方案还可实现电子烟电量和工作状态的检测，减少IO口消耗，从而减少电子烟体积，降低成本。

在本实施例中，还包括用于将检测得到的电子烟电量结果和工作状态反馈至用户的反馈模块。反馈模块可选用指示灯、音频播放器或显示屏中的至少一种。例如，通过指示灯数量、或指示灯颜色、音频播放器或显示屏反馈至用户。

一种电子烟的烟油量损耗检测方法实施例

如图3所示，一种电子烟的烟油量损耗检测方法，应用于上述的一种电子烟的烟油量损耗检测电路，该方法包括：

步骤S1，通过电阻阻值检测单元检测电子烟内发热丝的电阻值并生成检测数据，其中，在每个功率输出周期前都进行一次电阻值检测；

步骤S2，在进行完一次电阻值检测后，使用电阻检测单元的ADC检测模块进行一次输出电压VOUT采样；

步骤S3，基于获取到的电阻值R和输出电压VOUT，设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，功率输出控制单元根据前一个周期计算的占空比控制输出，从而得到稳定的输出功率；

步骤S4，由电容容值检测单元提供稳定的恒流源I_CHG对电容式驻极体咪头进行充放电处理，获取电容式驻极体咪头的电容变化量，其中，电容式驻极体咪头的电容变化和吸烟流量大小是呈现稳定的对应关系；

步骤S5，控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

根据本实施例提供的一种电子烟的烟油量损耗检测方法，利用电容式驻极体咪头两侧压力不同使内部结构薄膜发生形变，从而产生一定的变容变化量。

在上述步骤S3中，设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，表示为公式(1)和(2)：

在上述步骤S4中，在对电容式驻极体咪头进行充放电处理时，充放电过程设置恒定电压ΔV，得到电容C和时间T_CHG的关系如公式(3)：

通过电容C和时间T_CHG的关系，获得电容的实时变化情况。

在本实施例中，还包括判断电容容值检测单元检测到的电容值是否小于预设电容值；

若判断结果为是，则电子烟的当前状态为无烟油状态；

若判断结果为否，则电子烟的当前状态为有烟油状态；

其中，在电子烟内剩余的油烟量小于预设阈值时，判断电子烟当前的状态是否为工作状态；若是，则控制电子烟停止工作，并且锁定电子烟。

油烟量会引起电容值的变化，即有无烟油情况下，电容值不同；烟油的存量不同，电容值不同；判断检测电容值是否处于预设电容范围，即装满烟油状态下的电容值为最大电容值，耗尽烟油情况下的电容值为最小电容值，则电容值范围是在最小电容值和最大电容值之间。例如，将预设电容范围根据电容值大小划分为高、中、低三挡，对应多烟油、充足烟油、少烟油三种烟草状态。可通过判断检测电容值处于哪个范围内，得出对应的烟油状态，进而通过反馈单元发出多烟油、充足烟油、少烟油的反馈。可以理解，为精确化，可将预设电容范围划分为多个区间，例如50个，实现更加精确的显示烟油量，提高用户体验。

当进行阻值检测时，功率输出控制单元在确定电子烟的阻值处于预设阻值范围时，即电子烟处于正常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路开始工作，并驱动电子烟，此时电阻阻值检测单元处于停止工作状态以减少能耗；当电子烟的阻值处于预设阻值范围外时，即电子烟处于异常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路停止工作，并在反馈模块进行阻值显示，以提示用户进行更换或者维护。

具体的，本实施例通过检测单元需要与功率输出控制单元进行联动，保证在每个功率输出周期前都进行一次电阻值检测，如图1中的电阻检测信号和功率控制信号的时序关系。

在本实施例中，电阻检测单元包括高精度恒流源模块和ADC检测模块，在功率控制MOS Q1关闭时，高精度恒流源模块输出恒定电流I_R，ADC检测模块读取此时发热丝电阻R1上的电压V_R，根据已知流过电阻的电流和电压，可算得电阻R值大小，如公式(11)所示：

由于电子烟设备都为锂电池供电产品，锂电池自身内部阻抗以及产品接线和PCB走线阻抗、Q1内阻，会导致在功率输出时实际到发热丝R1上的电压有一定压降。

因此为了得到准备的功率输出结果，需要在检测完一次电阻后，使用电阻检测单元的ADC模块进行一次输出电压VOUT采样。如图2所示的时序进行。

通过得到电阻R和输出电压VOUT大小，根据产品设定目标有效功率P；可以计算得到功率控制需要的占空比D，表示为上述公式(1)和(2)。

通过以上两个公式推导可以达到需要输出的占空比D大小。

功率输出控制单元根据前一个周期计算的占空比控制输出，保证得到稳定的输出功率。

由于电子烟吸力是通过电容式驻极体咪头实现，原理是利用驻极体咪头两侧压力不同使内部结构薄膜发生形变，从而产生一定的变容变化量。

电容容值检测单元提供稳定的恒流源I_CHG对被测量电容器C进行充放电，充放电过程设置恒定电压ΔV，可得到电容C和时间T_CHG的关系如下。

通过电容C和时间TCHG的关系，便可获得电容的实时变化情况。

在同一个产品结构下，驻极体咪头的电容变化和流量大小是呈现稳定的对应关系。

由于影响烟油损耗主要因素有发热功率大小、烟油密度、抽吸流量大小。烟油密度需要根据实际使用选择且密度是稳定的，通过本实施例控制吸烟过程输出功率恒定，并获取吸烟流量大小。可使烟油损耗的计算精度在实际使用环境下得到提高。

综上，本实施例通过控制吸烟过程输出功率恒定，根据检测负压传感器的电容变化电路，并获取吸烟流量大小，根据变化量大小和抽吸时间，可使烟油损耗的计算精度在实际使用环境下得到提高，具体表现为：在任何抽吸流量下都可以得到稳定的烟油损耗；可以得到每一口不同抽烟时长的累计损耗。

在本实施例中，还包括：使用处理器的时分复用检测端口检测接收的电平。电子烟在停止工作状态下，处理器的时分复用检测端口处于烟弹检测状态，用于检测是否有烟弹插入。在没有插入烟弹时，输入口电平为高电平；当有插入烟弹时，输入口电平会变为低电平，处理器通过检测接收的电平变化判断有无烟弹插入。

通过检测电容值变化判断是否有吸烟动作信号，将检测到的电容值与预设电容值进行比较，判断用户是否有吸烟动作。可以理解，预设电容值需要通过实验提前得到，将预设电容值与吸烟状态的对照表存储在电子烟的存储器中。

若检测到吸烟动作信号，则通过时分复用检测端口检测电子烟的工作状态，并反馈至用户。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电子烟的烟油量损耗检测电路，其特征在于，包括：

电阻阻值检测单元、功率输出控制单元、电容容值检测单元，所述电阻阻值检测单元与所述功率输出控制单元连接，用于在每个功率输出周期前检测对发热丝进行电阻值检测，所述功率输出控制单元根据所述电阻阻值检测单元检测到的电阻值和输出电压的大小，向功率MOS管输出功率控制需要的占空比，所述电容容值检测单元与电容式驻极体咪头连接，用于检测电容式驻极体咪头的电容变化量；

根据功率输出控制单元控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过所述电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

2.根据权利要求1所述的电子烟的烟油量损耗检测电路，其特征在于：

所述电阻检测单元包括高精度恒流源模块和ADC检测模块，所述高精度恒流源模块用于向发热丝提供恒流电流，所述ADC检测模块用于检测所述发热丝上的电压值。

3.根据权利要求1所述的电子烟的烟油量损耗检测电路，其特征在于：

所述功率输出控制单元包括BUCK/BOOST电源电路，所述BUCK/BOOST电源电路设有升压模块和降压模块。

4.根据权利要求1所述的电子烟的烟油量损耗检测电路，其特征在于：

所述功率输出控制单元包括处理器，所述处理器上包括一个时分复用检测端口，所述时分复用检测端口通过所述上拉电阻连接电子烟电池，所述时分复用检测端口通过烟弹接口连接电子烟电池的负极，所述烟弹接口一端接地；

在烟弹插入后，当所述处理器检测到吸烟动作信号时，所述时分复用检测端口配置为非模数转换输入模式，所述时分复用检测端口检测电子烟的工作状态，并反馈至用户；

在烟弹拔出所述烟弹接口后，所述时分复用检测端口检测到高电平，断开开关，用于检测是否有烟弹插入。

5.一种电子烟的烟油量损耗检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一项所述的一种电子烟的烟油量损耗检测电路，该方法包括：

通过电阻阻值检测单元检测电子烟内发热丝的电阻值并生成检测数据，其中，在每个功率输出周期前都进行一次电阻值检测；

在进行完一次电阻值检测后，使用电阻检测单元的ADC检测模块进行一次输出电压VOUT采样；

基于获取到的电阻值R和输出电压VOUT，设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，功率输出控制单元根据前一个周期计算的占空比控制输出，从而得到稳定的输出功率；

由电容容值检测单元提供稳定的恒流源I_CHG对电容式驻极体咪头进行充放电处理，获取电容式驻极体咪头的电容变化量，其中，电容式驻极体咪头的电容变化和吸烟流量大小是呈现稳定的对应关系；

控制电子烟吸烟过程中输出功率恒定，并通过所述电容容值检测单元获取吸烟流量大小，从而确定电子烟雾化腔内剩余的烟油量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

利用电容式驻极体咪头两侧压力不同使内部结构薄膜发生形变，从而产生一定的变容变化量。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设定目标有效功率P，以及计算得到功率控制需要的占空比D，表示为公式(1)和(2)：

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：

在对电容式驻极体咪头进行充放电处理时，充放电过程设置恒定电压ΔV，得到电容C和时间T_CHG的关系如公式(3)：

通过电容C和时间T_CHG的关系，获得电容的实时变化情况。

9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还执行：

判断电容容值检测单元检测到的电容值是否小于预设电容值；

若判断结果为是，则电子烟的当前状态为无烟油状态；

若判断结果为否，则电子烟的当前状态为有烟油状态；

其中，在电子烟内剩余的油烟量小于预设阈值时，判断电子烟当前的状态是否为工作状态；若是，则控制电子烟停止工作，并且锁定电子烟。

10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：

当进行阻值检测时，功率输出控制单元在确定电子烟的阻值处于预设阻值范围时，即电子烟处于正常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路开始工作，并驱动电子烟，此时电阻阻值检测单元处于停止工作状态以减少能耗；当电子烟的阻值处于预设阻值范围外时，即电子烟处于异常工作状态时，功率输出控制单元输出控制信号至电源电路以控制电源电路停止工作，并在反馈模块进行阻值显示，以提示用户进行更换或者维护。