CN117279527A - 气溶胶生成装置的电源单元 - Google Patents

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CN117279527A CN202280032241.7A CN202280032241A CN117279527A CN 117279527 A CN117279527 A CN 117279527A CN 202280032241 A CN202280032241 A CN 202280032241A CN 117279527 A CN117279527 A CN 117279527A
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长浜彻
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Abstract

非燃烧式吸入器(100)具备:电源BAT;加热器连接器Cn;升压DC/DC转换器(9);插口搭载基板(162),在副面(162b)配置有升压DC/DC转换器(9);输出电容器C8~C12;电源接地PGND,设置在插口搭载基板(162)的内部并与输出电容器C8~C12连接;信号接地AGND,在插口搭载基板(162)的内部与电源接地PGND绝缘并与升压DC/DC转换器(9)的反馈端子FB连接;以及公共接地CGND。在插口搭载基板(162)的副面(162b)上,在与公共接地CGND重叠的公共接地投影区域(167)未设置电子部件。

Description

气溶胶生成装置的电源单元
技术领域
本发明涉及气溶胶生成装置的电源单元。
背景技术
在专利文献1、2中记载了搭载有对电力进行升压以及/或者降压的电压转换IC的气溶胶生成装置的电源单元。在这些气溶胶生成装置的电源单元中,为了提高气溶胶的生成效率,在通过电压转换IC转换电源电压之后向加热器供给。与电压转换IC的输入输出线连接的元件的接地产生电压变动、噪声,因此优选与其他信号用的接地分开。
在将电源用的接地和信号用的接地分开的情况下,为了消除这些接地间的电位的偏差,考虑设置公共接地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:中国专利申请公开第110547516号说明书
专利文献2:中国专利申请公开第104664605号说明书
发明内容
发明要解决的课题
然而,如果设置公共接地,则伴随消除电位的偏差而产生热、噪声,因此存在研究如何在电路基板上配置电子部件的余地。
本发明提供在电路基板上适当地配置有电子部件的气溶胶生成装置的电源单元。
用于解决课题的手段
本发明的气溶胶生成装置的电源单元具备:
电源;
加热器连接器,连接消耗从所述电源供给的电力来加热气溶胶源的加热器;
电压转换IC,包括与所述加热器连接器连接且转换所输入的电压并输出的输出端子和检测从所述输出端子输出的电压的检测端子;
电路基板,包括配置有所述电压转换IC的第一面和作为所述第一面的背面的第二面;
电容器,一端与所述输出端子连接;
第一接地,设置在所述电路基板的内部并与所述电容器的另一端连接;
第二接地,设置在所述电路基板的内部,在所述电路基板的内部与所述第一接地绝缘并与所述检测端子连接;以及
公共接地,电连接所述第一接地和所述第二接地,
在所述第二面上,在从与所述电路基板正交的方向观察与所述公共接地重叠的公共接地投影区域未设置电子部件。
发明的效果
根据本发明,能够在电路基板上适当地配置电子部件,使气溶胶生成装置的电源单元的动作稳定。
附图说明
图1是非燃烧式吸入器的立体图。
图2是示出安装了杆的状态的非燃烧式吸入器的立体图。
图3是非燃烧式吸入器的其他立体图。
图4是非燃烧式吸入器的分解立体图。
图5是非燃烧式吸入器的内部单元的立体图。
图6是图5的内部单元的分解立体图。
图7是去除了电源以及底板的内部单元的立体图。
图8是去除了电源以及底板的内部单元的其他立体图。
图9是用于说明吸入器的动作模式的示意图。
图10是示出内部单元的电路的概略结构的图。
图11是示出内部单元的电路的概略结构的图。
图12是示出内部单元的电路的概略结构的图。
图13是用于说明休眠模式下的电路的动作的图。
图14是用于说明激活模式下的电路的动作的图。
图15是用于说明加热初始设定模式下的电路的动作的图。
图16是用于说明加热模式下的加热器加热时的电路的动作的图。
图17是用于说明加热模式下的加热器的温度检测时的电路的动作的图。
图18是用于说明充电模式下的电路的动作的图。
图19是用于说明MCU的复位(重新启动)时的电路的动作的图。
图20是更具体地示出升压DC/DC转换器的周边电路的主要部分电路图。
图21是非燃烧式吸入器的剖视图。
图22是示出插口搭载基板的主面的图。
图23是示出插口搭载基板的副面的图。
图24是说明插口搭载基板的内部结构的图。
图25是示出MCU搭载基板的主面的图。
图26是示出MCU搭载基板的副面的图。
具体实施方式
下面,参照附图对作为本发明中的气溶胶生成装置的一实施方式的吸入系统进行说明。该吸入系统具备作为本发明的电源单元的一实施方式的非燃烧式吸入器100(以下,简称为“吸入器100”)和由吸入器100加热的杆500。在以下的说明中,以吸入器100不能装拆地容纳加热部的结构为例进行说明。然而,也可以相对于吸入器100装拆自如地构成加热部。例如,也可以将杆500和加热部一体化后的构件构成为相对于吸入器100装拆自如地。即,气溶胶生成装置的电源单元也可以是不包括加热部作为构成要素的结构。另外,不能装拆是指在所设想的用途的范围内不能进行拆卸的形态。或者,也可以是内置于杆500的发热片与设置于吸入器100的感应加热用线圈协作而构成加热部。
图1是示出吸入器100的整体结构的立体图。图2是示出安装了杆500的状态的吸入器100的立体图。图3是吸入器100的其他立体图。图4是吸入器100的分解立体图。此外,在以下的说明中,为了方便,使用将相互正交的三个方向设为前后方向、左右方向、上下方向的三维空间的正交坐标系进行说明。图中,将前方表示为Fr,将后方表示为Rr,将右侧表示为R,将左侧表示为L,将上方表示为U,将下方表示为D。
吸入器100被构成为通过加热作为香味成分生成基材的一例的细长的大致圆柱状的杆500(参照图2)来生成含有香味的气溶胶,该香味成分生成基材具有包含气溶胶源以及香味源的填充物等。
<香味成分生成基材(杆)>
杆500包括填充物,该填充物含有以规定温度被加热而生成气溶胶的气溶胶源。
气溶胶源的种类没有特别限定,能够根据用途选择来自各种天然物的提取物质以及/或者它们的构成成分。气溶胶源既可以是固体,也可以是例如甘油、丙二醇那样的多元醇、水等液体。气溶胶源也可以包含通过加热而释放香味成分的香烟原料或来源于香烟原料的提取物等香味源。附加香味成分的气体不限定于气溶胶,例如也可以生成不可见的蒸汽。
杆500的填充物可以含有烟丝作为香味源。烟丝的材料没有特别限定,能够使用叶片、中梗等公知的材料。填充物也可以包含一种或两种以上的香料。该香料的种类没有特别限定,从赋予良好的口味的观点出发,优选为薄荷醇。香味源可以包含烟草以外的植物(例如,薄荷、中药或香草等)。根据用途,杆500也可以不包含香味源。
<非燃烧式吸入器的整体结构>
接着,参照图1~图4对吸入器100的整体结构进行说明。
吸入器100具备大致长方体形状的壳体110,该壳体110具备前表面、后表面,左表面、右表面、上表面以及下表面。壳体110具备:有底筒状的壳体主体112,一体地形成有前表面、后表面、上表面、下表面以及右表面;封闭壳体主体112的开口部114(参照图4)并构成左表面的外部面板115以及内部面板118,;以及滑块119。
内部面板118通过螺栓120固定于壳体主体112。外部面板115通过磁铁124以覆盖内部面板118的外表面的方式固定于壳体主体112,该磁铁124保持于容纳于壳体主体112的后述的绝缘性的底板150(参照图5)。外部面板115由磁铁124固定,由此用户能够根据喜好更换外部面板115。
在内部面板118设置有形成为供磁铁124贯通的两个贯通孔126。在内部面板118上,在上下配置的两个贯通孔126之间还设置有纵向长的长孔127以及圆形的圆孔128。该长孔127用于使从内置于壳体主体112的八个LED(发光二极管(Light Emitting Diode))L1~L8射出的光透过。内置于壳体主体112的按钮式的操作开关OPS贯通圆孔128。由此,用户能够经由外部面板115的LED窗116检测从八个LED L1~L8射出的光。此外,用户能够经由外部面板115的按压部117按下操作开关OPS。
如图2所示,在壳体主体112的上表面设置有能够供杆500插入的开口132。滑块119以能够在关闭开口132的位置(参照图1)和敞开开口132的位置(参照图2)之间沿前后方向移动的方式与壳体主体112结合。
操作开关OPS用于进行吸入器100的各种操作。例如,如图2所示,用户在将杆500插入并安装到开口132中的状态下,经由按压部117对操作开关OPS进行操作。由此,通过加热部170(参照图5)不燃烧地加热杆500。如果杆500被加热,则从杆500中包含的气溶胶源生成气溶胶,杆500中包含的香味源的香味附加于该气溶胶。用户通过衔住从开口132突出的杆500的吸口502进行吸入,能够吸入含有香味的气溶胶。
如图3所示,在壳体主体112的下表面设置有充电端子134,该充电端子134用于与插座或移动电池等外部电源电连接而接受电力供给。在本实施方式中,充电端子134设为USB(通用串行总线(Universal Serial Bus))Type-C形状的插口,但不限定于此。以下,将充电端子134也记载为插口RCP。
另外,充电端子134例如也可以被构成为具备受电线圈,能够以非接触方式接受从外部电源输送的电力。该情况下的电力传输(无线电力传输(Wireless Power Transfer))的方式既可以是电磁感应型,也可以是磁共振型,还可以是组合了电磁感应型和磁共振型的方式。作为另一个例子,也可以是充电端子134能够供各种USB端子等连接,并具有上述的受电线圈。
图1~图4所示的吸入器100的结构只不过是一例。吸入器100能够以以下那样的各种方式构成:通过保持杆500并施加例如加热等作用,从杆500生成赋予了香味成分的气体,用户能够吸入所生成的气体。
<非燃烧式吸入器的内部结构>
参照图5~图8对吸入器100的内部单元140进行说明。
图5是吸入器100的内部单元140的立体图。图6是图5的内部单元140的分解立体图。图7是去除了电源BAT以及底板150的内部单元140的立体图。图8是去除了电源BAT以及底板150的内部单元140的其他立体图。
容纳于壳体110的内部空间的内部单元140具备底板150、电源BAT、电路部160、加热部170、通知部180和各种传感器。
底板150由具有难以使热通过的性质即绝缘性的材料、例如树脂构成。底板150具备:板状的底板主体151,在前后方向上配置在壳体110的内部空间的大致中央,在上下方向且前后方向上延伸设置;板状的前后分割壁152,在前后方向上配置在壳体110的内部空间的大致中央,在上下方向且左右方向上延伸;板状的上下分割壁153,在上下方向上从前后分割壁152的大致中央向前方延伸;板状的底板上壁154,从前后分割壁152以及底板主体151的上缘部向后方延伸;以及板状的底板下壁155,从前后分割壁152以及底板主体151的下缘部向后方延伸。底板主体151的左表面被上述的壳体110的内部面板118以及外部面板115覆盖。
壳体110的内部空间通过底板150在前方上部隔开形成有加热部容纳区域142,在前方下部隔开形成有基板容纳区域144,在后方遍及上下方向隔开形成有电源容纳空间146。
容纳于加热部容纳区域142的加热部170由多个筒状的构件构成,通过将它们配置为同心圆状,作为整体形成筒状体。加热部170具有能够在其内部收纳杆500的一部分的杆容纳部172和从外周或中心加热杆500的加热器HTR(参照图10~图19)。优选杆容纳部172由隔热材料构成,或者通过在杆容纳部172的内部设置隔热材料,杆容纳部172的表面与加热器HTR被隔热。加热器HTR只要是能够加热杆500的元件即可。加热器HTR例如是发热元件。作为发热元件可以举出发热电阻体、陶瓷加热器以及感应加热式的加热器等。作为加热器HTR,例如优选使用具有电阻值随着温度的增加而增加的PTC(正温度系数(PositiveTemperature Coefficient))特性的加热器HTR。代替于此,也可以使用具有电阻值随着温度的增加而降低的NTC(负温度系数(Negative Temperature Coefficient))特性的加热器HTR。加热部170具有划定向杆500供给的空气的流路的功能以及加热杆500的功能。在壳体110形成有用于使空气流入的通气口(未图示),被构成为空气能够流入加热部170。
容纳于电源容纳空间146的电源BAT是能够充电的二次电池、双电层电容器等,优选为锂离子二次电池。电源BAT的电解质也可以由凝胶状的电解质、电解液、固体电解质、离子液体中的一种或它们的组合构成。
通知部180通知表示电源BAT的充电状态的SOC(充电状态(State Of Charge))、吸入时的预热时间、能够吸入的期间等各种信息。本实施方式的通知部180包括八个LED L1~L8和振动电动机M。通知部180既可以由LED L1~L8那样的发光元件构成,也可以由振动电动机M那样的振动元件构成,还可以由声音输出元件构成。通知部180也可以是发光元件、振动元件以及声音输出元件中的两个以上的元件的组合。
各种传感器包括:检测用户的抽吸动作(吸入动作)的吸气传感器、检测电源BAT的温度的电源温度传感器、检测加热器HTR的温度的加热器温度传感器、检测壳体110的温度的壳体温度传感器、检测滑块119的位置的盖位置传感器、以及检测外部面板115的装拆的面板检测传感器等。
吸气传感器例如以配置在开口132附近的热敏电阻T2为主体而构成。电源温度传感器例如以配置在电源BAT附近的热敏电阻T1为主体而构成。加热器温度传感器例如以配置在加热器HTR附近的热敏电阻T3为主体而构成。如上所述,杆容纳部172优选与加热器HTR隔热。在该情况下,热敏电阻T3优选在杆容纳部172的内部与加热器HTR接触或接近。在加热器HTR具有PTC特性或NTC特性的情况下,也可以将加热器HTR本身用于加热器温度传感器。壳体温度传感器例如以配置在壳体110的左表面附近的热敏电阻T4为主体而构成。盖位置传感器以包括配置在滑块119附近的霍尔元件的霍尔IC14为主体而构成。面板检测传感器以包括配置在内部面板118的内侧面附近的霍尔元件的霍尔IC13为主体而构成。
电路部160具备四个电路基板、多个IC(集成电路(Integrate Circuit))、多个元件。四个电路基板具备:MCU搭载基板161,主要配置有后述的MCU(微控制单元(MicroController Unit))1以及充电IC2;插口搭载基板162,主要配置有充电端子134;LED搭载基板163,配置有操作开关OPS、LED L1~L8以及后述的通信IC15;以及霍尔IC搭载基板164,配置有包括构成盖位置传感器的霍尔元件的后述的霍尔IC14。
MCU搭载基板161以及插口搭载基板162在基板容纳区域144中相互平行配置。具体地进行说明,MCU搭载基板161以及插口搭载基板162各自的元件配置面沿左右方向以及上下方向配置,MCU搭载基板161配置在比插口搭载基板162靠向前方的位置。在MCU搭载基板161以及插口搭载基板162分别设置有开口部。MCU搭载基板161以及插口搭载基板162在使圆筒状的间隔件173介于这些开口部的周缘部彼此之间的状态下,利用螺栓136紧固于前后分割壁152的基板固定部156。即,间隔件173与底板150一起固定壳体110的内部的MCU搭载基板161以及插口搭载基板162的位置,并且机械地连接MCU搭载基板161和插口搭载基板162。由此,能够抑制MCU搭载基板161与插口搭载基板162接触而在它们之间产生短路电流。此外,间隔件173也可以具有导电性,MCU搭载基板161的接地和插口搭载基板162的接地经由间隔件173连接。
为了方便,如果将MCU搭载基板161以及插口搭载基板162的朝向前方的面设为各自的主面161a、162a,将主面161a、162a的相反面设为各自的副面161b、162b,则MCU搭载基板161的副面161b与插口搭载基板162的主面162a隔着规定的间隙相对。MCU搭载基板161的主面161a与壳体110的前表面相对,插口搭载基板162的副面162b与底板150的前后分割壁152相对。MCU搭载基板161和插口搭载基板162经由柔性布线板165电连接。在插口搭载基板162的副面162b设置有后述的热扩散构件300。
LED搭载基板163配置在底板主体151的左侧面且上下配置的两个磁铁124之间。LED搭载基板163的元件配置面沿上下方向以及前后方向配置。换言之,MCU搭载基板161以及插口搭载基板162各自的元件配置面与LED搭载基板163的元件配置面正交。这样,MCU搭载基板161以及插口搭载基板162各自的元件配置面与LED搭载基板163的元件配置面不限于正交,优选交叉(非平行)。另外,与LED L1~L8一起构成通知部180的振动电动机M固定于底板下壁155的下表面并与MCU搭载基板161电连接。
霍尔IC搭载基板164配置在底板上壁154的上表面。
<吸入器的动作模式>
图9是用于说明吸入器100的动作模式的示意图。如图9所示,在吸入器100的动作模式中包括充电模式、休眠模式、激活模式、加热初始设定模式、加热模式以及加热结束模式。
休眠模式是主要停止向加热器HTR的加热控制所需的电子部件的电力供给而实现省电化的模式。
激活模式是除了加热器HTR的加热控制之外的大部分功能成为有效的模式。吸入器100在以休眠模式动作的状态下,如果滑块119被打开,则将动作模式切换为激活模式。吸入器100在以激活模式动作的状态下,如果滑块119被关闭或操作开关OPS的无操作时间达到规定时间,则将动作模式切换为休眠模式。
加热初始设定模式是进行用于开始加热器HTR的加热控制的控制参数等的初始设定的模式。吸入器100在以激活模式动作的状态下,如果检测到操作开关OPS的操作,则将动作模式切换为加热初始设定模式,如果初始设定结束,则将动作模式切换为加热模式。
加热模式是执行加热器HTR的加热控制(用于气溶胶生成的加热控制和用于温度检测的加热控制)的模式。如果动作模式被切换为加热模式,则吸入器100开始加热器HTR的加热控制。
加热结束模式是执行加热器HTR的加热控制的结束处理(加热历史记录的存储处理等)的模式。吸入器100在以加热模式动作的状态下,如果向加热器HTR的通电时间或用户的吸入次数达到上限、或滑块119被关闭,则将动作模式切换为加热结束模式,如果结束处理结束,则将动作模式切换为激活模式。吸入器100在以加热模式动作的状态下,如果进行USB连接,则将动作模式切换为加热结束模式,如果结束处理结束,则将动作模式切换为充电模式。如图9所示,在该情况下,也可以在将动作模式切换为充电模式之前,将动作模式切换为激活模式。换言之,吸入器100也可以在以加热模式动作的状态下,如果进行USB连接,则以加热结束模式、激活模式、充电模式的顺序切换动作模式。
充电模式是通过从与插口RCP连接的外部电源供给的电力来进行电源BAT的充电的模式。吸入器100在以休眠模式或激活模式动作的状态下,如果外部电源与插口RCP连接(USB连接),则将动作模式切换为充电模式。吸入器100在以充电模式动作的状态下,如果电源BAT的充电完成或解除了插口RCP与外部电源的连接,则将动作模式切换为休眠模式。
<内部单元的电路的概略>
图10、图11以及图12是示出内部单元140的电路的概略结构的图。图11除了在图10所示的电路中追加了搭载于MCU搭载基板161的范围161A(由粗虚线包围的范围)和搭载于LED搭载基板163的范围163A(由粗实线包围的范围)这一点之外与图10相同。图12除了在图10所示的电路中追加了搭载于插口搭载基板162的范围162A和搭载于霍尔IC搭载基板164的范围164A这一点之外与图10相同。
在图10中由粗实线表示的布线是与成为内部单元140的基准电位(接地电位)同电位的布线(设置于内部单元140的接地的布线),以下将该布线记载为地线。在图10中,以矩形表示将多个电路元件芯片化的电子部件,在该矩形的内侧记载有各种端子的符号。搭载于芯片的电源端子VCC以及电源端子VDD分别表示高电位侧的电源端子。搭载于芯片的电源端子VSS以及接地端子GND分别表示低电位侧(基准电位侧)的电源端子。芯片化的电子部件的高电位侧的电源端子的电位与低电位侧的电源端子的电位的差值成为电源电压。芯片化的电子部件使用该电源电压来执行各种功能。
如图11所示,在MCU搭载基板161(范围161A)上,作为主要电子部件,设置有:总体控制吸入器100的整体的MCU1、进行电源BAT的充电控制的充电IC2、将电容器、电阻器以及晶体管等进行组合而构成的负载开关(以下,称为LSW)3、4、5、ROM(只读存储器(Read OnlyMemory))6、开关驱动器7、升降压DC/DC转换器8(在图中记载为升降压DC/DC8)、运算放大器OP2、运算放大器OP3、触发器(以下,称为FF)16、17、与构成吸气传感器的热敏电阻T2电连接的连接器Cn(t2)(在图中记载与该连接器连接的热敏电阻T2)、与构成加热器温度传感器的热敏电阻T3电连接的连接器Cn(t3)(在图中记载与该连接器连接的热敏电阻T3)、与构成壳体温度传感器的热敏电阻T4电连接的连接器Cn(t4)(在图中记载与该连接器连接的热敏电阻T4)、USB连接检测用的分压电路Pc。
充电IC2、LSW3、LSW4、LSW5、开关驱动器7、升降压DC/DC转换器8、FF16以及FF17各自的接地端子GND与地线连接。ROM6的电源端子VSS与地线连接。运算放大器OP2以及运算放大器OP3各自的负电源端子与地线连接。
如图11所示,在LED搭载基板163(范围163A)上,作为主要电子部件,设置有:包括构成面板检测传感器的霍尔元件的霍尔IC13、LED L1~L8、操作开关OPS、通信IC15。通信IC15是用于进行与智能手机等电子设备的通信的通信模块。霍尔IC13的电源端子VSS以及通信IC15的接地端子GND的每一个与地线连接。通信IC15和MCU1被构成为能够通过通信线LN进行通信。操作开关OPS的一端与地线连接,操作开关OPS的另一端与MCU1的端子P4连接。
如图12所示,在插口搭载基板162(范围162A)上,作为主要电子部件,设置有:与电源BAT电连接的电源连接器(在图中记载与该电源连接器连接的电源BAT)、与构成电源温度传感器的热敏电阻T1电连接的连接器(在图中记载与该连接器连接的热敏电阻T1)、升压DC/DC转换器9(在图中记载为升压DC/DC9)、保护IC10、过电压保护IC11、余量计IC12、插口RCP、由MOSFET构成的开关S3~S6、运算放大器OP1、与加热器HTR电连接的一对(正极侧和负极侧)加热器连接器Cn。
插口RCP的两个接地端子GND、升压DC/DC转换器9的接地端子GND、保护IC10的电源端子VSS、余量计IC12的电源端子VSS、过电压保护IC11的接地端子GND、运算放大器OP1的负电源端子分别与地线连接。
如图12所示,在霍尔IC搭载基板164(范围164A)上设置有包括构成盖位置传感器的霍尔元件的霍尔IC14。霍尔IC14的电源端子VSS与地线连接。霍尔IC14的输出端子OUT与MCU1的端子P8连接。MCU1根据输入到端子P8的信号来检测滑块119的开闭。
如图11所示,与振动电动机M电连接的连接器设置于MCU搭载基板161。
<内部单元的电路的详细情况>
以下,参照图10对各电子部件的连接关系等进行说明。
插口RCP的两个电源输入端子VBUS分别经由熔丝Fs与过电压保护IC11的输入端子IN连接。如果USB插头与插口RCP连接、且包括该USB插头的USB电缆与外部电源连接,则向插口RCP的两个电源输入端子VBUS供给USB电压VUSB
在过电压保护IC11的输入端子IN上连接有由两个电阻器的串联电路构成的分压电路Pa的一端。分压电路Pa的另一端与地线连接。构成分压电路Pa的两个电阻器的连接点与过电压保护IC11的电压检测端子OVLo连接。过电压保护IC11在输入到电压检测端子OVLo的电压小于阈值的状态下,从输出端子OUT输出输入到输入端子IN的电压。在输入到电压检测端子OVLo的电压成为阈值以上(过电压)的情况下,过电压保护IC11通过停止来自输出端子OUT的电压输出(切断LSW3与插口RCP的电连接),实现比过电压保护IC11靠向下游的电子部件的保护。过电压保护IC11的输出端子OUT与LSW3的输入端子VIN和与MCU1连接的分压电路Pc(两个电阻器的串联电路)的一端连接。分压电路Pc的另一端与地线连接。构成分压电路Pc的两个电阻器的连接点与MCU1的端子P17连接。
在LSW3的输入端子VIN上连接有由两个电阻器的串联电路构成的分压电路Pf的一端。分压电路Pf的另一端与地线连接。构成分压电路Pf的两个电阻器的连接点与LSW3的控制端子ON连接。在LSW3的控制端子ON上连接有双极晶体管S2的集电极端子。双极晶体管S2的发射极端子与地线连接。双极晶体管S2的基极端子与MCU1的端子P19连接。如果输入到控制端子ON的信号成为高电平,则LSW3从输出端子VOUT输出输入到输入端子VIN的电压。LSW3的输出端子VOUT与充电IC2的输入端子VBUS连接。
MCU1在未进行USB连接的期间,使双极晶体管S2接通。由此,LSW3的控制端子ON经由双极晶体管S2与地线连接,因此向LSW3的控制端子ON输入低电平的信号。
如果进行USB连接,则与LSW3连接的双极晶体管S2通过MCU1被断开。通过双极晶体管S2断开,由分压电路Pf分压的USB电压VUSB被输入到LSW3的控制端子ON。因此,如果进行USB连接且双极晶体管S2断开,则向LSW3的控制端子ON输入高电平的信号。由此,LSW3从输出端子VOUT输出从USB电缆供给的USB电压VUSB。另外,即使在双极晶体管S2未断开的状态下进行USB连接,LSW3的控制端子ON也经由双极晶S2与地线连接。因此,需要注意的是,只要MCU1不使双极晶体管S2断开,就继续向LSW3的控制端子ON输入低电平的信号。
电源BAT的正极端子与保护IC10的电源端子VDD、升压DC/DC转换器9的输入端子VIN、充电IC2的充电端子bat连接。因此,电源BAT的电源电压VBAT被供给到保护IC10、充电IC2、升压DC/DC转换器9。在电源BAT的负极端子上依次串联连接有电阻器Ra、由MOSFET构成的开关Sa、由MOSFET构成的开关Sb、电阻器Rb。在电阻器Ra和开关Sa的连接点连接有保护IC10的电流检测端子CS。开关Sa和开关Sb各自的控制端子与保护IC10连接。电阻器Rb的两端与余量计IC12连接。
保护IC10根据输入到电流检测端子CS的电压(施加于电阻器Ra的两端的电压),取得在电源BAT的充放电时流过电阻器Ra的电流值,在该电流值变得过大的情况下(过电流),进行开关Sa和开关Sb的开闭控制,使电源BAT的充电或放电停止,由此实现电源BAT的保护。更具体而言,在电源BAT的充电时取得了过大的电流值的情况下,保护IC10通过使开关Sb断开,使电源BAT的充电停止。在电源BAT的放电时取得了过大的电流值的情况下,保护IC10通过使开关Sa断开,使电源BAT的放电停止。此外,保护IC10根据输入到电源端子VDD的电压,在电源BAT的电压值变为异常的情况(过充电或过电压的情况)下,进行开关Sa和开关Sb的开闭控制,使电源BAT的充电或放电停止,由此实现电源BAT的保护。更具体而言,在检测到电源BAT的过充电的情况下,保护IC10通过使开关Sb断开,使电源BAT的充电停止。在检测到电源BAT的过放电的情况下,保护IC10通过使开关Sa断开,使电源BAT的放电停止。
在与配置在电源BAT附近的热敏电阻T1连接的连接器上连接有电阻器Rt1。电阻器Rt1和热敏电阻T1的串联电路与地线和余量计IC12的调节器端子TREG连接。热敏电阻T1和电阻器Rt1的连接点与余量计IC12的热敏电阻端子THM连接。热敏电阻T1既可以是电阻值随着温度的增加而增大的PTC(正温度系数(Positive Temperature Coefficient))热敏电阻,也可以是电阻值随着温度的增加而减小的NTC(负温度系数(Negative TemperatureCoefficient))热敏电阻。
余量计IC12检测流过电阻器Rb的电流,并基于检测出的电流值,导出电源BAT的剩余电容、表示充电状态的SOC(充电状态(State Of Charge))以及表示健全状态的SOH(健康状态(State Of Health))等电池信息。余量计IC12从与调节器端子TREG连接的内置调节器向热敏电阻T1和电阻器Rt1的分压电路供给电压。余量计IC12从热敏电阻端子THM取得由该分压电路分压的电压,并基于该电压取得与电源BAT的温度相关的温度信息。余量计IC12通过用于进行串行通信的通信线LN与MCU1连接,被构成为能够与MCU1进行通信。余量计IC12根据来自MCU1的请求,将所导出的电池信息、所取得的电源BAT的温度信息发送到MCU1。MCU1基于余量计IC12所取得的电源BAT的剩余电容来控制从电源BAT向加热器HTR的放电。即,在电源BAT的剩余电容为规定值以下的情况下,MCU1禁止向加热器HTR的放电并进行促使充电的显示。另外,为了进行串行通信,需要数据发送用的数据线、同步用的时钟线等多个信号线。需要注意的是,在图10-图19中,为了简化,仅图示了一条信号线。
余量计IC12具备通知端子12a。通知端子12a与MCU1的端子P6和后述的二极管D2的阴极连接。如果检测到电源BAT的温度变得过高等异常,则余量计IC12通过从通知端子12a输出低电平的信号,将该异常发生通知给MCU1。该低电平的信号经由二极管D2也被输入到FF17的CLR( ̄)端子。
在升压DC/DC转换器9的开关端子SW上连接有电抗器Lc的一端。该电抗器Lc的另一端与升压DC/DC转换器9的输入端子VIN连接。升压DC/DC转换器9通过进行与开关端子SW连接的内置晶体管的接通断开控制,使所输入的电压升压并进行从输出端子VOUT输出的电压转换控制。另外,升压DC/DC转换器9的输入端子VIN与电源BAT连接,构成升压DC/DC转换器9的高电位侧的电源端子。升压DC/DC在输入到使能端子EN的信号为高电平的情况下进行升压动作。在USB连接的状态下,输入到升压DC/DC转换器9的使能端子EN的信号也可以通过MCU1被控制为低电平。或者,在USB连接的状态下,也可以通过MCU1不控制输入到升压DC/DC转换器9的使能端子EN的信号,使使能端子EN的电位不确定。
在升压DC/DC转换器9的输出端子VOUT上连接有由P沟道型MOSFET构成的开关S4的源极端子。开关S4的栅极端子与MCU1的端子P15连接。在开关S4的漏极端子上连接有电阻器Rs的一端。电阻器Rs的另一端与连接于加热器HTR的一端的正极侧的加热器连接器Cn连接。在开关S4和电阻器Rs的连接点连接有由两个电阻器构成的分压电路Pb。构成分压电路Pb的两个电阻器的连接点与MCU1的端子P18连接。开关S4和电阻器Rs的连接点还与运算放大器OP1的正电源端子连接。
在升压DC/DC转换器9的输出端子VOUT和开关S4的源极端子的连接线上连接有由P沟道型MOSFET构成的开关S3的源极端子。开关S3的栅极端子与MCU1的端子P16连接。开关S3的漏极端子与电阻器Rs和正极侧的加热器连接器Cn的连接线连接。这样,在升压DC/DC转换器9的输出端子VOUT与加热器连接器Cn的正极侧之间并联连接有包括开关S3的电路和包括开关S4以及电阻器Rs的电路。包括开关S3的电路不具有电阻器,因此是电阻比包括开关S4以及电阻器Rs的电路低的电路。
运算放大器OP1的同相输入端子与电阻器Rs和正极侧的加热器连接器Cn的连接线连接。运算放大器OP1的反相输入端子与连接于加热器HTR的另一端的负极侧的加热器连接器Cn和由N沟道型MOSFET构成的开关S6的漏极端子连接。开关S6的源极端子与地线连接。开关S6的栅极端子与MCU1的端子P14、二极管D4的阳极、升压DC/DC转换器9的使能端子EN连接。二极管D4的阴极与FF17的Q端子连接。在运算放大器OP1的输出端子上连接有电阻器R4的一端。电阻器R4的另一端与MCU1的端子P9和由N沟道型MOSFET构成的开关S5的漏极端子连接。开关S5的源极端子与地线连接。开关S5的栅极端子与电阻器Rs和正极侧的加热器连接器Cn的连接线连接。
充电IC2的输入端子VBUS与LED L1~L8各自的阳极连接。LED L1~L8各自的阴极经由用于电流限制的电阻器与MCU1的控制端子PD1~PD8连接。即,在输入端子VBUS上并联连接有LED L1~L8。LED L1~L8被构成为能够通过从与插口RCP连接的USB电缆供给的USB电压VUSB和从电源BAT经由充电IC2供给的电压的每一个而动作。在MCU1中内置有与控制端子PD1~PD8的每一个和接地端子GND连接的晶体管(开关元件)。MCU1通过使与控制端子PD1连接的晶体管接通来对LED L1通电而使其点亮,通过使与控制端子PD1连接的晶体管断开而使LED L1熄灭。通过高速切换与控制端子PD1连接的晶体管的接通和断开,能够动态地控制LED L1的亮度、发光模式。LED L2~L8也同样地由MCU1进行点亮控制。
充电IC2具备基于输入到输入端子VBUS的USB电压VUSB对电源BAT进行充电的充电功能。充电IC2从未图示的端子、布线取得电源BAT的充电电流、充电电压,并基于它们进行电源BAT的充电控制(从充电端子bat向电源BAT的电力供给控制)。此外,充电IC2也可以通过利用了通信线LN的串行通信,从MCU1取得从余量计IC12发送到MCU1的电源BAT的温度信息,并用于充电控制。
充电IC2还具备VBAT功率路径功能和OTG功能。VBAT功率路径功能是如下功能:从输出端子SYS输出与输入到充电端子bat的电源电压VBAT大致一致的系统电源电压Vcc0。OTG功能是如下功能:从输入端子VBUS输出使输入到充电端子bat的电源电压VBAT升压而得到的系统电源电压Vcc4。充电IC2的OTG功能的开启关闭通过利用了通信线LN的串行通信,由MCU1控制。另外,在OTG功能中,也可以从输入端子VBUS直接输出输入到充电端子bat的电源电压VBAT。在该情况下,电源电压VBAT与系统电源电压Vcc4大致一致。
充电IC2的输出端子SYS与升降压DC/DC转换器8的输入端子VIN连接。在充电IC2的开关端子SW上连接有电抗器La的一端。电抗器La的另一端与充电IC2的输出端子SYS连接。充电IC2的充电使能端子CE( ̄)经由电阻器与MCU1的端子P22连接。进而,在充电IC2的充电使能端子CE( ̄)上连接有双极晶体管S1的集电极端子。双极晶体管S1的发射极端子与后述的LSW4的输出端子VOUT连接。双极晶体管S1的基极端子与FF17的Q端子连接。进而,在充电IC2的充电使能端子CE( ̄)上连接有电阻器Rc的一端。电阻器Rc的另一端与LSW4的输出端子VOUT连接。
在升降压DC/DC转换器8的输入端子VIN和使能端子EN上连接有电阻器。通过从充电IC2的输出端子SYS向升降压DC/DC转换器8的输入端子VIN输入系统电源电压Vcc0,输入到升降压DC/DC转换器8的使能端子EN的信号成为高电平,升降压DC/DC转换器8开始升压动作或降压动作。升降压DC/DC转换器8通过与电抗器Lb连接的内置晶体管的开关控制,使输入到输入端子VIN的系统电源电压Vcc0升压或降压,生成系统电源电压Vcc1,并从输出端子VOUT输出。升降压DC/DC转换器8的输出端子VOUT与升降压DC/DC转换器8的反馈端子FB、LSW4的输入端子VIN、开关驱动器7的输入端子VIN、FF16的电源端子VCC以及D端子连接。将供给从升降压DC/DC转换器8的输出端子VOUT输出的系统电源电压Vcc1的布线记载为电源线PL1。
如果输入到控制端子ON的信号成为高电平,则LSW4从输出端子VOUT输出输入到输入端子VIN的系统电源电压Vcc1。LSW4的控制端子ON和电源线PL1经由电阻器连接。因此,通过向电源线PL1供给系统电源电压Vcc1,向LSW4的控制端子ON输入高电平的信号。如果忽略布线电阻等,则LSW4输出的电压与系统电源电压Vcc1相同,但为了与系统电源电压Vcc1区别,以下将从LSW4的输出端子VOUT输出的电压记载为系统电源电压Vcc2。
LSW4的输出端子VOUT与MCU1的电源端子VDD、LSW5的输入端子VIN、余量计IC12的电源端子VDD、ROM6的电源端子VCC、双极晶体管S1的发射极端子、电阻器Rc、FF17的电源端子VCC连接。将供给从LSW4的输出端子VOUT输出的系统电源电压Vcc2的布线记载为电源线PL2。
如果输入到控制端子ON的信号成为高电平,则LSW5从输出端子VOUT输出输入到输入端子VIN的系统电源电压Vcc2。LSW5的控制端子ON与MCU1的端子P23连接。如果忽略布线电阻等,则LSW5所输出的电压与系统电源电压Vcc2相同,但为了与系统电源电压Vcc2区别,以下将从LSW5的输出端子VOUT输出的电压记载为系统电源电压Vcc3。将供给从LSW5的输出端子VOUT输出的系统电源电压Vcc3的布线记载为电源线PL3。
在电源线PL3上连接有热敏电阻T2和电阻器Rt2的串联电路,电阻器Rt2与地线连接。热敏电阻T2和电阻器Rt2构成分压电路,它们的连接点与MCU1的端子P21连接。MCU1基于输入到端子P21的电压来检测热敏电阻T2的温度变动(电阻值变动),并基于该温度变动量来判断有无抽吸动作。
在电源线PL3上连接有热敏电阻T3和电阻器Rt3的串联电路,电阻器Rt3与地线连接。热敏电阻T3和电阻器Rt3构成分压电路,它们的连接点与MCU1的端子P13和运算放大器OP2的反相输入端子连接。MCU1基于输入到端子P13的电压来检测热敏电阻T3的温度(相当于加热器HTR的温度)。
在电源线PL3上连接有热敏电阻T4和电阻器Rt4的串联电路,电阻器Rt4与地线连接。热敏电阻T4和电阻器Rt4构成分压电路,它们的连接点与MCU1的端子P12和运算放大器OP3的反相输入端子连接。MCU1基于输入到端子P12的电压来检测热敏电阻T4的温度(相当于壳体110的温度)。
在电源线PL2上连接有由MOSFET构成的开关S7的源极端子。开关S7的栅极端子与MCU1的端子P20连接。开关S7的漏极端子与连接振动电动机M的一对连接器的一者连接。该一对连接器的另一者与地线连接。MCU1通过操作端子P20的电位来控制开关S7的开闭,能够使振动电动机M以特定的模式振动。也可以使用专用的驱动器IC来代替开关S7。
在电源线PL2上连接有运算放大器OP2的正电源端子和与运算放大器OP2的同相输入端子连接的分压电路Pd(两个电阻器的串联电路)。构成分压电路Pd的两个电阻器的连接点与运算放大器OP2的同相输入端子连接。运算放大器OP2输出与加热器HTR的温度对应的信号(与热敏电阻T3的电阻值对应的信号)。在本实施方式中,作为热敏电阻T3使用具有NTC特性的热敏电阻,因此加热器HTR的温度(热敏电阻T3的温度)越高,运算放大器OP2的输出电压越低。这是因为,运算放大器OP2的负电源端子与地线连接,如果输入到运算放大器OP2的反相输入端子的电压值(基于热敏电阻T3和电阻器Rt3的分压值)比输入到运算放大器OP2的同相输入端子的电压值(基于分压电路Pd的分压值)高,则运算放大器OP2的输出电压的值与接地电位的值大致相等。即,如果加热器HTR的温度(热敏电阻T3的温度)成为高温,则运算放大器OP2的输出电压成为低电平。
另外,在作为热敏电阻T3使用具有PTC特性的热敏电阻的情况下,只要在运算放大器OP2的同相输入端子上连接热敏电阻T3以及电阻器Rt3的分压电路的输出,在运算放大器OP2的反相输入端子上连接分压电路Pd的输出即可。
在电源线PL2上连接有运算放大器OP3的正电源端子和与运算放大器OP3的同相输入端子连接的分压电路Pe(两个电阻器的串联电路)。构成分压电路Pe的两个电阻器的连接点与运算放大器OP3的同相输入端子连接。运算放大器OP3输出与壳体110的温度对应的信号(与热敏电阻T4的电阻值对应的信号)。在本实施方式中,作为热敏电阻T4使用具有NTC特性的热敏电阻,因此壳体110的温度越高,运算放大器OP3的输出电压越低。这是因为,运算放大器OP3的负电源端子与地线连接,如果输入到运算放大器OP3的反相输入端子的电压值(基于热敏电阻T4和电阻器Rt4的分压值)比输入到运算放大器OP3的同相输入端子的电压值(基于分压电路Pe的分压值)高,则运算放大器OP3的输出电压的值与接地电位的值大致相等。即,如果热敏电阻T4的温度成为高温,则运算放大器OP3的输出电压成为低电平。
另外,在作为热敏电阻T4使用具有PTC特性的热敏电阻的情况下,只要在运算放大器OP3的同相输入端子上连接热敏电阻T4以及电阻器Rt4的分压电路的输出,在运算放大器OP3的反相输入端子上连接分压电路Pe的输出即可。
在运算放大器OP2的输出端子上连接有电阻器R1。在电阻器R1上连接有二极管D1的阴极。二极管D1的阳极与运算放大器OP3的输出端子、FF17的D端子、FF17的CLR( ̄)端子连接。在电阻器R1和二极管D1的连接线上连接有与电源线PL1连接的电阻器R2。此外,在该连接线上连接有FF16的CLR( ̄)端子。
在二极管D1的阳极以及运算放大器OP3的输出端子的连接点和FF17的D端子的连接线上连接有电阻器R3的一端。电阻器R3的另一端与电源线PL2连接。进而,在该连接线上连接有与余量计IC12的通知端子12a连接的二极管D2的阳极、二极管D3的阳极、FF17的CLR( ̄)端子。二极管D3的阴极与MCU1的端子P5连接。
如果加热器HTR的温度变得过高,则FF16从运算放大器OP2输出的信号变小,如果输入到CLR( ̄)端子的信号成为低电平,则从Q( ̄)端子向MCU1的端子P11输入高电平的信号。电源线PL1向FF16的D端子供给高电平的系统电源电压Vcc1。因此,在FF16中,只要输入到以负逻辑动作的CLR( ̄)端子的信号不成为低电平,就从Q( ̄)端子持续输出低电平的信号。
在加热器HTR的温度变得过高的情况、壳体110的温度变得过高的情况、从余量计IC12的通知端子12a输出了表示异常检测的低电平的信号的情况中的任一情况下,输入到FF17的CLR( ̄)端子的信号成为低电平。如果输入到CLR( ̄)端子的信号成为低电平,则FF17从Q端子输出低电平的信号。该低电平的信号分别被输入到MCU1的端子P10、开关S6的栅极端子、升压DC/DC转换器9的使能端子EN、与充电IC2连接的双极晶体管S1的基极端子。如果低电平的信号被输入到开关S6的栅极端子,则构成开关S6的N沟道型MOSFET的栅极-源极间电压低于阈值电压,因此开关S6断开。如果低电平的信号被输入到升压DC/DC转换器9的使能端子EN,则升压DC/DC转换器9的使能端子EN为正逻辑,因此升压动作停止。如果低电平的信号被输入到双极晶体管S1的基极端子,则双极晶体管S1接通(从集电极端子输出放大后的电流)。如果双极晶体管S1接通,则高电平的系统电源电压Vcc2经由双极晶体管S1被输入到充电IC2的CE( ̄)端子。充电IC2的CE( ̄)端子为负逻辑,因此停止电源BAT的充电。由此,停止加热器HTR的加热和电源BAT的充电。另外,即使MCU1从端子P22对充电IC2的充电使能端子CE( ̄)输出低电平的使能信号,如果双极晶体管S1接通,则放大后的电流也从集电极端子被输入到MCU1的端子P22以及充电IC2的充电使能端子CE( ̄)。由此,需要注意的是,高电平的信号被输入到充电IC2的充电使能端子CE( ̄)。
从电源线PL2向FF17的D端子供给高电平的系统电源电压Vcc2。因此,在FF17中,只要输入到以负逻辑动作的CLR( ̄)端子的信号不成为低电平,就从Q端子持续输出高电平的信号。如果从运算放大器OP3的输出端子输出低电平的信号,则与从运算放大器OP2的输出端子输出的信号的电平无关,低电平的信号被输入到FF17的CLR( ̄)端子。需要注意的是,在从运算放大器OP2的输出端子输出高电平的信号的情况下,从运算放大器OP3的输出端子输出的低电平的信号由于二极管D1而不会受到该高电平的信号的影响。此外,在从运算放大器OP2的输出端子输出低电平的信号的情况下,即使从运算放大器OP3的输出端子输出高电平的信号,该高电平的信号也经由二极管D1被置换为低电平的信号。
电源线PL2从MCU搭载基板161向LED搭载基板163以及霍尔IC搭载基板164侧进一步分支。在该分支后的电源线PL2上连接有霍尔IC13的电源端子VDD、通信IC15的电源端子VCC、霍尔IC14的电源端子VDD。
霍尔IC13的输出端子OUT与MCU1的端子P3和开关驱动器7的端子SW2连接。如果外部面板115被拆下,则从霍尔IC13的输出端子OUT输出低电平的信号。MCU1根据输入到端子P3的信号来判断外部面板115是否安装。
在LED搭载基板163设置有与操作开关OPS连接的串联电路(电阻器和电容器的串联电路)。该串联电路与电源线PL2连接。该串联电路的电阻器和电容器的连接点与MCU1的端子P4、操作开关OPS、开关驱动器7的端子SW1连接。在操作开关OPS未被按下的状态下,操作开关OPS不导通,分别输入到MCU1的端子P4和开关驱动器7的端子SW1的信号通过系统电源电压Vcc2而成为高电平。如果操作开关OPS被按下而操作开关OPS成为导通状态,则分别输入到MCU1的端子P4和开关驱动器7的端子SW1的信号与地线连接而成为低电平。MCU1根据输入到端子P4的信号来检测操作开关OPS的操作。
在开关驱动器7设置有复位输入端子RSTB。复位输入端子RSTB与LSW4的控制端子ON连接。在输入到端子SW1和端子SW2的信号的电平均成为低电平的情况(外部面板115被拆下且操作开关OPS被按下的状态)下,开关驱动器7通过从复位输入端子RSTB输出低电平的信号,使LSW4的输出动作停止。即,如果本来经由外部面板115的按压部117被按下的操作开关OPS在外部面板115被拆下的状态下由用户直接按下,则输入到开关驱动器7的端子SW1和端子SW2的信号的电平均成为低电平。
<吸入器的每个动作模式的动作>
以下,参照图13~图19对图10所示的电路的动作进行说明。图13是用于说明休眠模式下的电路的动作的图。图14是用于说明激活模式下的电路的动作的图。图15是用于说明加热初始设定模式下的电路的动作的图。图16是用于说明加热模式下的加热器HTR加热时的电路的动作的图。图17是用于说明加热模式下的加热器HTR的温度检测时的电路的动作的图。图18是用于说明充电模式下的电路的动作的图。图19是用于说明MCU1的复位(重新启动)时的电路的动作的图。在图13~图19的每一个中,被芯片化的电子部件的端子中的由虚线的椭圆包围的端子表示进行电源电压VBAT、USB电压VUSB以及系统电源电压等的输入或输出的端子。
在任一动作模式下,电源电压VBAT都被输入到保护IC10的电源端子VDD、升压DC/DC转换器9的输入端子VIN、充电IC2的充电端子bat。
<休眠模式:图13>
MCU1使充电IC2的VBAT功率路径功能有效,使OTG功能和充电功能无效。通过不向充电IC2的输入端子VBUS输入USB电压VUSB,充电IC2的VBAT功率路径功能有效。用于从通信线LN使OTG功能有效的信号不从MCU1输出到充电IC2,因此OTG功能无效。因此,充电IC2根据输入到充电端子bat的电源电压VBAT来生成系统电源电压Vcc0,并从输出端子SYS输出。从输出端子SYS输出的系统电源电压Vcc0被输入到升降压DC/DC转换器8的输入端子VIN以及使能端子EN。升降压DC/DC转换器8通过向作为正逻辑的使能端子EN输入高电平的系统电源电压Vcc0而成为使能,根据系统电源电压Vcc0来生成系统电源电压Vcc1,并从输出端子VOUT输出。从升降压DC/DC转换器8的输出端子VOUT输出的系统电源电压Vcc1分别被供给到LSW4的输入端子VIN、LSW4的控制端子ON、开关驱动器7的输入端子VIN、FF16的电源端子VCC以及D端子。
LSW4通过向控制端子ON输入系统电源电压Vcc1,将输入到输入端子VIN的系统电源电压Vcc1作为系统电源电压Vcc2从输出端子VOUT输出。从LSW4输出的系统电源电压Vcc2被输入到MCU1的电源端子VDD、LSW5的输入端子VIN、霍尔IC13的电源端子VDD、通信IC15的电源端子VCC、霍尔IC14的电源端子VDD。进而,系统电源电压Vcc2分别被供给到余量计IC12的电源端子VDD、ROM6的电源端子VCC、与充电IC2的充电使能端子CE( ̄)连接的电阻器Rc以及双极晶体管S1、FF17的电源端子VCC、运算放大器OP3的正电源端子、分压电路Pe、运算放大器OP2的正电源端子、分压电路Pd。只要不从FF17的Q端子输出低电平的信号,与充电IC2连接的双极晶体管S1就断开。因此,由LSW4生成的系统电源电压Vcc2也被输入到充电IC2的充电使能端子CE( ̄)。充电IC2的充电使能端子CE( ̄)为负逻辑,因此在该状态下,基于充电IC2的充电功能关闭。
这样,在休眠模式下,LSW5停止系统电源电压Vcc3的输出,因此停止向与电源线PL3连接的电子部件的电力供给。此外,在休眠模式下,充电IC2的OTG功能停止,因此停止向LED L1~L8的电力供给。
<激活模式:图14>
如果从图13的休眠模式的状态,输入到端子P8的信号变为高电平并检测到滑块119打开,则MCU1从端子P23向LSW5的控制端子ON输入高电平的信号。由此,LSW5将输入到输入端子VIN的系统电源电压Vcc2作为系统电源电压Vcc3从输出端子VOUT输出。从LSW5的输出端子VOUT输出的系统电源电压Vcc3被供给到热敏电阻T2、热敏电阻T3、热敏电阻T4。
进而,如果检测到滑块119打开,则MCU1经由通信线LN使充电IC2的OTG功能有效化。由此,充电IC2从输入端子VBUS输出使从充电端子bat输入的电源电压VBAT升压而得到的系统电源电压Vcc4。从输入端子VBUS输出的系统电源电压Vcc4被供给到LED L1~L8。
<加热初始设定模式:图15>
如果从图14的状态,输入到端子P4的信号变为低电平(进行操作开关OPS的按下),则MCU1在进行加热所需的各种设定之后,从端子P14向升压DC/DC转换器9的使能端子EN输入高电平的使能信号。由此,升压DC/DC转换器9从输出端子VOUT输出使电源电压VBAT升压而得到的驱动电压Vbst。驱动电压Vbst被供给到开关S3和开关S4。在该状态下,开关S3和开关S4断开。此外,开关S6通过从端子P14输出的高电平的使能信号而被接通。由此,如果加热器HTR的负极侧端子与地线连接而接通(ON)开关S3,则使加热器HTR成为能够加热的状态。在从MCU1的端子P14输出高电平的信号的使能信号之后,转移至加热模式。
<加热模式时的加热器加热:图16>
在图15的状态下,MCU1开始与端子P16连接的开关S3的开关控制和与端子P15连接的开关S4的开关控制。这些开关控制既可以在上述的加热初始设定模式完成时自动开始,也可以通过进一步的操作开关OPS的按下而开始。具体而言,MCU1进行加热控制和温度检测控,该加热控制如图16那样使开关S3接通、使开关S4断开,将驱动电压Vbst供给到加热器HTR,进行用于气溶胶生成的加热器HTR的加热,该温度检测控制如图17那样使开关S3断开、使开关S4接通,检测加热器HTR的温度。
如图16所示,在加热控制时,驱动电压Vbst也被供给到开关S5的栅极,开关S5接通。此外,在加热控制时,通过了开关S3的驱动电压Vbst经由电阻器Rs也被输入到运算放大器OP1的正电源端子。电阻器Rs的电阻值与运算放大器OP1的内部电阻值相比小到能够忽视的程度。因此,在加热控制时,输入到运算放大器OP1的正电源端子的电压与驱动电压Vbst大致同等。
另外,电阻器R4的电阻值大于开关S5的接通电阻值。即使在加热控制时运算放大器OP1也动作,但在加热控制时开关S5接通。在开关S5接通的状态下,运算放大器OP1的输出电压通过电阻器R4和开关S5的分压电路被分压,并输入到MCU1的端子P9。电阻器R4的电阻值大于开关S5的接通电阻值,由此输入到MCU1的端子P9的电压变得足够小。由此,能够防止从运算放大器OP1对MCU1输入大的电压。
<加热模式时的加热器温度检测:图17>
如图17所示,在温度检测控制时,驱动电压Vbst被输入到运算放大器OP1的正电源端子,并被输入到分压电路Pb。由分压电路Pb分压的电压被输入到MCU1的端子P18。MCU1基于输入到端子P18的电压,取得温度检测控制时的施加于电阻器Rs和加热器HTR的串联电路的基准电压Vtemp
此外,在温度检测控制时,驱动电压Vbst(基准电压Vtemp)被供给到电阻器Rs和加热器HTR的串联电路。然后,通过电阻器Rs和加热器HTR对该驱动电压Vbst(基准电压Vtemp)进行了分压的电压Vheat被输入到运算放大器OP1的同相输入端子。电阻器Rs的电阻值与加热器HTR的电阻值相比足够大,因此电压Vheat是与驱动电压Vbst相比足够低的值。在温度检测控制时,该低的电压Vheat也被供给到开关S5的栅极端子,由此开关S5断开。运算放大器OP1将输入到反相输入端子的电压与输入到同相输入端子的电压Vheat之差放大并输出。
运算放大器OP1的输出信号被输入到MCU1的端子P9。MCU1基于输入到端子P9的信号、基于端子P18的输入电压而取得的基准电压Vtemp、已知的电阻器Rs的电阻值,取得加热器HTR的温度。MCU1基于所取得的加热器HTR的温度,进行加热器HTR的加热控制。加热器HTR的加热控制包括从电源BAT向加热器HTR的放电的控制、加热器HTR的温度成为目标温度的控制等。
另外,即使在使开关S3和开关S4分别断开的期间(没有进行向加热器HTR的通电的期间),MCU1也能够取得加热器HTR的温度。具体而言,MCU1基于输入到端子P13的电压(由热敏电阻T3和电阻器Rt3构成的分压电路的输出电压),取得加热器HTR的温度。
此外,MCU1在任意的定时都能够取得壳体110的温度。具体而言,MCU1基于输入到端子P12的电压(由热敏电阻T4和电阻器Rt4构成的分压电路的输出电压),取得壳体110的温度。
<充电模式:图18>
图18例示了在休眠模式的状态下进行了USB连接的情况。如果进行USB连接,则USB电压VUSB经由过电压保护IC11被输入到LSW3的输入端子VIN。USB电压VUSB也被供给到与LSW3的输入端子VIN连接的分压电路Pf。在刚进行USB连接之后的时间点,双极晶体管S2接通,因此输入到LSW3的控制端子ON的信号成为低电平的状态。USB电压VUSB也被供给到与MCU1的端子P17连接的分压电路Pc,由该分压电路Pc分压的电压被输入到端子P17。MCU1基于被输入到端子P17的电压,检测到进行了USB连接。
如果检测到进行了USB连接,则MCU1使与端子P19连接的双极晶体管S2断开。如果向双极晶体管S2的栅极端子输入低电平的信号,则由分压电路Pf分压的USB电压VUSB被输入到LSW3的控制端子ON。由此,高电平的信号被输入到LSW3的控制端子ON,LSW3从输出端子VOUT输出USB电压VUSB。从LSW3输出的USB电压VUSB被输入到充电IC2的输入端子VBUS。此外,从LSW3输出的USB电压VUSB直接作为系统电源电压Vcc4被供给到LED L1~L8。
如果检测到进行了USB连接,则MCU1进一步从端子P22对充电IC2的充电使能端子CE( ̄)输出低电平的使能信号。由此,充电IC2使电源BAT的充电功能有效化,开始基于输入到输入端子VBUS的USB电压VUSB的电源BAT的充电。此时,MCU1在开关S3和开关S4保持断开的状态下不进行用于气溶胶生成的加热器HTR的加热。换言之,在基于输入到端子P17的电压检测到进行了USB连接的情况下,MCU1禁止从电源BAT向加热器连接器Cn的电力供给。因此,作为仅在充电时发挥功能的电子部件的插口RCP以及过电压保护IC11是在未执行伴随加热控制的电压转换控制时发挥功能的电子部件。
另外,在激活模式的状态下进行了USB连接的情况下,如果检测到进行了USB连接,则MCU1使与端子P19连接的双极晶体管S2断开,进而,从端子P22对充电IC2的充电使能端子CE( ̄)输出低电平的使能信号,进而,通过利用了通信线LN的串行通信,使充电IC2的OTG功能关闭。由此,供给到LED L1~L8的系统电源电压Vcc4从由充电IC2的OTG功能生成的电压(基于电源电压VBAT的电压)被切换到从LSW3输出的USB电压VUSB。只要不由MCU1进行内置晶体管的接通控制,LED L1~L8就不动作。因此,防止了OTG功能的从开启到关闭的过渡期的不稳定的电压被供给到LED L1~L8。
<MCU的复位:图19>
如果外部面板115被拆下而霍尔IC13的输出成为低电平,进行操作开关OPS的接通操作而输入到MCU1的端子P4的信号成为低电平,则开关驱动器7的端子SW1和端子SW2都成为低电平。由此,开关驱动器7从复位输入端子RSTB输出低电平的信号。从复位输入端子RSTB输出的低电平的信号被输入到LSW4的控制端子ON。由此,LSW4停止来自输出端子VOUT的系统电源电压Vcc2的输出。通过停止系统电源电压Vcc2的输出,不向MCU1的电源端子VDD输入系统电源电压Vcc2,因此MCU1停止。
如果从复位输入端子RSTB输出低电平的信号的时间达到既定时间,或者输入到端子SW1和端子SW2中的任一个的信号成为高电平,则开关驱动器7使从复位输入端子RSTB输出的信号返回到高电平。由此,LSW4的控制端子ON成为高电平,恢复到系统电源电压Vcc2被供给到各部分的状态。
<升压DC/DC转换器的周边电路>
图20是更具体地示出了图10所示的电路中的升压DC/DC转换器9的周边电路的主要部分电路图。
在图20中作为在图10中省略了图示或附图标记的电子部件、节点示出了电容器C1~C12、电阻器R11~R14、节点N1、N2。
此外,在图20中作为升压DC/DC转换器9的端子,示出了第一控制端子P31、第二控制端子P32、第三控制端子P33、反馈端子FB,并且分别示出了多个连接电抗器Lc的一端的开关端子SW以及与加热器连接器Cn连接的输出端子VOUT。
进而,在图20中,作为接地端子GND,示出了与后述的电源接地PGND连接的电源接地端子PGP和与后述的信号接地AGND连接的信号接地端子AGP。图10所示的接地端子GND以及地线是电源接地端子PGP以及电源接地PGND,在插口搭载基板162除了电源接地PGND之外还设置有信号接地AGND。
节点N1连接输入端子VIN和电抗器Lc的一端。节点N1与连接于电源BAT的电源连接器(在图中记载与该电源连接器连接的电源BAT)连接。电容器C1、C2的一端并联连接在节点N1与输入端子VIN之间,电容器C1、C2的另一端与信号接地AGND连接。一端与输入端子VIN连接的电容器C1、C2是不向输入端子VIN输入波动电流、波动电压等的旁路电容器(所谓旁路电容器)。以下,将电容器C1、C2也称为旁路电容器C1、C2,进而,有时将电容器C1称为第一旁路电容器C1,将电容器C2称为第二旁路电容器C2。
电容器C3~C5的一端并联连接在节点N1与电抗器Lc的一端之间,电容器C3~C5的另一端与电源接地PGND连接。一端与电抗器Lc连接的电容器C3~C5是不向电抗器Lc输入波动电流、波动电压等的电抗器用电容器。以下,有时将电容器C3~C5称为电抗器用电容器。
节点N2连接开关S3的源极端子和开关S4的源极端子。节点N2与升压DC/DC转换器9的输出端子VOUT连接。电容器C8~C12的一端并联连接在输出端子VOUT与节点N2之间,电容器C8~C12的另一端与电源接地PGND连接。一端与输出端子VOUT连接的电容器C8~C12是去除从输出端子VOUT输出的电流、电压的波动的输出电容器。以下,有时将电容器C8~C12称为输出电容器。
在输出端子VOUT与输出电容器C8~C12之间连接有由两个电阻器R12、R13的串联电路构成的分压电路Pg的一端。分压电路Pg的另一端与信号接地AGND连接。构成分压电路Pg的两个电阻器R12、R13的连接点与反馈端子FB连接。升压DC/DC转换器9基于输入到反馈端子FB的电压,执行转换输入到输入端子VIN的电压并从输出端子VOUT输出的电压转换控制。即,升压DC/DC转换器9基于输入到反馈端子FB的电压来进行控制,以使电源电压VBAT升压,驱动电压Vbst成为目标电压。
在第一控制端子P31上连接有电容器C6的一端,电容器C6的另一端与信号接地AGND连接。第一控制端子P31例如是软启动控制端子,根据电容器C6的电容进行升压DC/DC转换器9的软启动。
在第二控制端子P32上连接有电阻器R11的一端,电阻器R11的另一端与信号接地AGND连接。第二控制端子P32例如是输出电流限制编程端子,根据电阻器R11的电阻值对输出电流的限制值进行编程。
在第三控制端子P33上连接有电阻器R14和电容器C7的串联电路的一端,电阻器R14和电容器C7的串联电路的另一端与信号接地AGND连接。第三控制端子P33是例如相位保障连接端子,电阻器R14和电容器C7的串联电路是相位补偿用的部件。
<热扩散构件>
如图21所示,在插口搭载基板162的副面162b上,在与底板150之间设置有热扩散构件300。配置有热扩散构件300的插口搭载基板162的副面162b与底板150的前后分割壁152相对,因此热扩散构件300位于升压DC/DC转换器9与底板150之间。
热扩散构件300由具有比空气高的热扩散率的材料、例如金属、陶瓷、石墨、粘土等热扩散材料构成。也可以将散热片用于热扩散构件300。用于热扩散构件300的散热片的一部分也可以是凝胶状。热扩散构件300整体或部分地覆盖配置于插口搭载基板162的副面162b的多个电子部件,使热分散并扩散到空气中。因此,被热扩散构件300覆盖的电子部件的温度不易变高。此外,被热扩散构件300覆盖的电子部件由于底板150也不易受到来自电源BAT的热的影响,因此动作稳定。另一方面,热扩散构件300所扩散的热被底板150抑制向其他部件传递,因此吸入器100的耐久性提高。
热扩散构件300的形状没有特别限定,但从成本的观点出发,优选俯视为正方形、长方形、圆形、椭圆形等简单的形状。热扩散构件300也可以设置两个以上。在本实施方式中,设置有具有大致矩形形状的一个热扩散构件300。关于被热扩散构件300覆盖的电子部件,与搭载于MCU搭载基板161以及插口搭载基板162的元件以及IC的说明一起在后面叙述。
如图21所示,通过在插口搭载基板162的副面162b设置热扩散构件300,在壳体110的内部空间中,MCU搭载基板161、插口搭载基板162、热扩散构件300、底板150以及电源BAT在前后方向上从前方以该顺序排列配置。因此,插口搭载基板162中的局部的热由热扩散构件300散发,所散发的热由于绝缘性的底板150而不会向电源BAT传递。此外,电源BAT中的发热也由于绝缘性的底板150而不会向插口搭载基板162传递,因此电源BAT、插口搭载基板162的温度不易变高,吸入器100的动作稳定。
热扩散构件300通过粘着、粘接、熔敷等方法配置于插口搭载基板162的副面162b。优选在热扩散构件300与底板150之间形成有规定的间隙。
<基板的详细说明>
接着,对配置于MCU搭载基板161以及插口搭载基板162的IC以及元件的配置进行说明。
[插口搭载基板]
图22是示出插口搭载基板162的主面162a的图。在上下方向上延伸设置的插口搭载基板162的主面162a上,在上端部附近配置有加热器连接器Cn,在下端部配置有插口RCP,在加热器连接器Cn与插口RCP之间配置有升压DC/DC转换器9的电抗器Lc以及电抗器用电容器C3~C5。
此外,在插口RCP的附近,在右侧配置有正极侧的电池连接器222(以下,称为正极侧电池连接器222),在左侧配置有固定间隔件173的开口部176。进而,在电抗器Lc的左侧配置有负极侧的电池连接器224(以下,称为负极侧电池连接器224)以及与构成电源温度传感器的热敏电阻T1连接的电源温度检测用连接器Cn(t1)。在正极侧电池连接器222上连接有从电源BAT的正极端子延伸的正极侧电源母线236(参照图7、图8),在负极侧电池连接器224上连接有从电源BAT的负极端子延伸的负极侧电源母线238(参照图7、图8)。
图23是示出插口搭载基板162的副面162b的图。在插口搭载基板162的副面162b上,在上下方向上在大致中央部设置有搭载主要的IC等的大致矩形状的IC搭载区域191,在该IC搭载区域191配置有升压DC/DC转换器9、余量计IC12、运算放大器OP1以及保护IC10。此外,在IC搭载区域191配置有作为控制用元件的电阻器R11、R12、R13以及电容器C1、C2、C6。这些控制用元件与升压DC/DC转换器9配置于同一面,因此能够简化布线图案。另外,在副面162b中,将IC搭载区域191以外的区域称为剩余区域192。
如上述那样,IC搭载区域191的至少一部分被具有比空气高的热扩散率的热扩散构件300覆盖。在图23中,由粗虚线示出了被热扩散构件300覆盖的区域。
热扩散构件300仅覆盖副面162b的IC搭载区域191和剩余区域192中的IC搭载区域191,进而仅覆盖IC搭载区域191中的一部分区域。由此,即使不使热扩散构件300的尺寸、重量过大,也能够有效地消除热的集中,能够抑制吸入器100的成本、重量的增加,并且能够使其动作稳定。
更具体而言,热扩散构件300覆盖升压DC/DC转换器9、余量计IC12、保护IC10、电阻器R11、电容器C2、C6、运算放大器OP1的至少一部分。在图20中,由粗虚线的内部示出了被热扩散构件300覆盖的电子部件。电子部件是包含IC(集成电路)、元件(有源元件、无源元件)、插口的概念。
通过热扩散构件300至少部分地覆盖运算放大器OP1、余量计IC12、保护IC10,这些电子部件不易受到热的影响,因此吸入器100的动作稳定。
通过热扩散构件300覆盖升压DC/DC转换器9的至少一部分,升压DC/DC转换器9的温度由于热扩散构件300而不易变高,使升压DC/DC转换器9的动作稳定。由此,能够使所生成的气溶胶的量、烟香味稳定。热扩散构件300优选覆盖升压DC/DC转换器9的整体。通过面积大的热扩散构件300,不仅能够更有效地散发由升压DC/DC转换器9等产生的热,而且能够抑制底板150局部变热,因此提高吸入器100的耐久性。
另一方面,热扩散构件300不覆盖与检测端子连接的电阻器R12、R13。如上述那样,电阻器R12、R13用于反馈端子FB检测电压,升压DC/DC转换器9基于输入到反馈端子FB的电压,执行从输出端子VOUT输出的电压转换控制。电阻器R12、R13是其电阻值几乎不随温度变化的固定电阻器,但如果成为高温,则其电阻值有可能稍微变化。通过热扩散构件300不覆盖电阻器R12、R13,电阻器R12、R13不易受到热的影响,电阻器R12、R13检测的输出电压稳定。
此外,热扩散构件300至少部分地覆盖与和升压DC/DC转换器9的反馈端子FB不同的多个控制端子连接的多个控制用元件中的一半。在本实施方式中,如图20所示,升压DC/DC转换器9具备第一~第三控制端子P31、P32、P33作为主要的控制用端子,作为与这些控制用端子连接的控制用元件,设置有电容器C6、电阻器R11、电阻器R14、电容器C7。热扩散构件300至少部分地覆盖这些四个控制用元件中的电阻器R11以及电容器C6。这样,通过覆盖一半的控制用元件,能够有效利用热扩散构件300的面积,提高热扩散的效果。另外,热扩散构件300也可以部分地覆盖电阻器R14和电容器C7的至少一部分。这样,由于覆盖过半数的控制用元件,所以能够进一步有效利用热扩散构件300的面积,进一步提高热扩散的效果。
此外,热扩散构件300不覆盖升压DC/DC转换器9的电抗器Lc。如上述那样,升压DC/DC转换器9的电抗器Lc配置于插口搭载基板162的主面162a。与升压DC/DC转换器9连接的电抗器Lc的尺寸根据升压DC/DC转换器9输出的电流而变大。在吸入器100中,加热器HTR是消耗电流以及消耗电力最大的部件,因此电抗器Lc容易比升压DC/DC转换器9本身大。此外,与内置有升压时被开关的开关的升压DC/DC转换器9相比,电抗器Lc的发热少。因此,由于热扩散构件300不覆盖该电抗器Lc,所以能够避免热扩散构件300的尺寸变得过大或形状变得复杂。这样,通过使用简单形状的热扩散构件300来保护适当的电子部件,能够使吸入器100的动作稳定。此外,与将在基板上占据较大面积的升压DC/DC转换器9和电抗器Lc配置于电路基板的同一面的情况相比,能够减小基板的尺寸,因此能够削减吸入器100的成本、尺寸。
此外,热扩散构件300不覆盖电抗器用电容器C3~C5,与电抗器Lc同样地,电抗器用电容器C3~C5也配置于插口搭载基板162的主面162a。通过热扩散构件300不覆盖发热较少的电抗器用电容器C3~C5,能够避免热扩散构件300的尺寸变得过大或形状变得复杂。能够使用简单形状的热扩散构件300来保护适当的电子部件,因此能够使吸入器100的动作稳定。此外,与将在基板上占据较大面积的升压DC/DC转换器9和电抗器用电容器C3~C5配置于同一面的情况相比,能够减小基板的尺寸,因此能够削减吸入器100的成本、尺寸。
此外,热扩散构件300不覆盖输出电容器C8~C12。输出电容器C8~C12一般使用电容大的电容器,以便能够充分地去除波动电流、波动电压。电容器的尺寸大致取决于其电容。如果覆盖这些输出电容器C8~C12,则热扩散构件300大型化。此外,输出电容器C8~C12在去除电流、电压的波动时发热。通过热扩散构件300不覆盖这样的输出电容器C8~C12,能够有效地使升压DC/DC转换器9的发热扩散,并且能够降低吸入器100的成本。
输出电容器C9~C12是配置于副面162b的电子部件中高度最高的电子部件。这些输出电容器C9~C12配置于未配置热扩散构件300的剩余区域192,不被热扩散构件300覆盖。通过热扩散构件300不覆盖高度最高的电子部件,能够避免热扩散构件300的尺寸变得过大或形状变得复杂。另外,如图23所示,在剩余区域192中,除了输出电容器C9~C12之外,还配置有电容器C7、输出电容器C8、电阻器R14以及过电压保护IC11等。
此外,热扩散构件300部分地覆盖旁路电容器C1、C2。更具体而言,热扩散构件300不覆盖多个旁路电容器C1、C2中的第一旁路电容器C1而覆盖第二旁路电容器C2。旁路电容器C1、C2不向升压DC/DC转换器9的输入端子VIN输入波动电流、波动电压等。为了充分地平滑化,优选设置多个平滑电容器作为旁路电容器。然而,如果旁路电容器C1、C2成为高温,则有可能无法充分地去除波动电流、波动电压。另一方面,如果热扩散构件300覆盖全部旁路电容器C1、C2,则热扩散构件300的尺寸变得过大或形状变得复杂。因此,通过热扩散构件300至少仅部分地覆盖多个旁路电容器C1、C2中的一部分电容器(在本实施方式中为第二旁路电容器C2),通过热扩散构件300抑制第二旁路电容器C2成为高温,升压DC/DC转换器9不易发生故障或误动作。进而,通过仅覆盖第二旁路电容器C2,能够避免热扩散构件300的尺寸变得过大或形状变得复杂。
这里,第二旁路电容器C2是电容小于第一旁路电容器C1的电容器。如前述那样,电容器的尺寸大致取决于其电容。即,可以说电容越小的电容器越容易产生局部的热。因此,优选通过热扩散构件300优先保护电容小的第二旁路电容器C2。这样,能够通过使用简单形状的热扩散构件300来保护适当的电子部件,能够使吸入器100的动作稳定。另外,代替本实施方式,热扩散构件300也可以不覆盖多个旁路电容器C1、C2中的第二旁路电容器C2而覆盖第一旁路电容器C1。此外,热扩散构件300也可以仅覆盖第一旁路电容器C1的一部分以及/或者第二旁路电容器C2的一部分。
[接地]
接着,参照图24对插口搭载基板162的接地进行说明。图24是说明插口搭载基板162的内部结构的图,(A)部分是(B)部分的A-A线剖视图。此外,(B)部分是插口搭载基板162的前后方向上的剖视图。
如图24所示,插口搭载基板162是层叠多个层而构成的多层基板,具备构成主面162a的主面侧表面层402、设置有相互绝缘的两个接地PGND、AGND的接地层404、构成副面162b的副面侧表面层406、设置在主面侧表面层402与接地层404之间的主面侧电源层403、设置在副面侧表面层406与接地层404之间的副面侧电源层405。在各层之间设置有未图示的预浸料,相邻的层彼此被维持为绝缘状态。
主面侧电源层403和副面侧电源层405经由未图示的通孔(贯通孔)适当地电连接,构成图12的搭载于插口搭载基板162的范围162A所示的细实线所示的电路。在升压DC/DC转换器9的周边,在主面侧电源层403以及副面侧电源层405连接有升压DC/DC转换器9的输入端子VIN、开关端子SW、旁路电容器C1、C2的一端、电抗器Lc的两端、电抗器用电容器C3~C5的一端、输出电容器C8~C12的一端、输出端子VOUT。
在接地层404设置有与流过较大的电流的电路连接的电源接地PGND和与流过较小的电流的电路连接的信号接地AGND这两个接地。接地层404中的电源接地PGND与信号接地AGND之间的区域是由绝缘材料构成的绝缘部194。
如图20所示,在电源接地PGND上连接有升压DC/DC转换器9的电源接地端子PGP(图10的升压DC/DC转换器9的接地端子GND)、一端与连接节点N1和电抗器Lc的布线连接的电抗器用电容器C3~C5的另一端、以及一端与连接输出端子VOUT和节点N2的布线连接的输出电容器C8~C12的另一端。
此外,如上述那样,电源接地PGND是图10所示的地线,在电源接地PGND上连接有图12的搭载于插口搭载基板162的范围162A中包含的保护IC10、过电压保护IC11、余量计IC12、插口RCP的电源端子VSS以及接地端子GND。
进而,如图10所示,在电源接地PGND上连接有与加热器连接器Cn负极连接的晶体管即开关S6,进而连接有插口RCP的接地端子GND。升压DC/DC转换器9的输出端子VOUT和其他IC、开关S6以及插口RCP与相同的接地连接,它们具有共同的基准电位(=电源接地PGND的电位)。因此,吸入器100的动作稳定,并且在它们之间不易发生短路,由此吸入器100的安全性也提高。
此外,如上述那样,在插口搭载基板162的电源接地PGND上经由间隔件173连接有MCU搭载基板161的接地。由此,能够使MCU搭载基板161和插口搭载基板162的接地电位一致,能够使MCU搭载基板161与插口搭载基板162之间的充电用电力、动作用电力的供给以及通信稳定。另一方面,MCU搭载基板161的接地不直接与信号接地AGND连接。因此,信号接地AGND不易受到使电源接地PGND与MCU搭载基板161的接地的电位一致时产生的热或噪声的影响。
在信号接地AGND上连接有:升压DC/DC转换器9的信号接地端子AGP、一端与第二控制端子P32连接的电阻器R11的另一端、一端与节点N1和输入端子VIN的连接线连接的旁路电容器C1、C2的另一端、一端与连接于第三控制端子P33的电阻器R14和电容器C7的串联电路的另一端、一端与输出端子VOUT和输出电容器C8~C12的连接线连接且连接点与反馈端子FB连接的分压电路Pg的另一端、一端与第一控制端子P31连接的电容器C6的另一端。即,电阻器R11~R14、电容器C6、C7以及旁路电容器C1、C2配置在升压DC/DC转换器9与信号接地AGND之间的电力路径上。这些电子部件是在通过升压DC/DC转换器9执行电压转换控制时发挥功能的电子部件。
这样,在信号接地AGND上连接有在执行电压转换控制时发挥功能的电子部件,更优选仅连接有在执行电压转换控制时发挥功能的电子部件。通过在信号接地AGND上不连接与升压DC/DC转换器9相关性低的电子部件,信号接地AGND的电位稳定,反馈端子FB检测出的电压值也稳定。因此,升压DC/DC转换器9向加热器HTR施加的电压稳定,能够使所生成的气溶胶的量、烟香味稳定。相反地,配置于插口搭载基板162的电子部件中的在不执行电压转换控制时发挥功能的电子部件即插口RCP以及过电压保护IC11与电源接地PGND连接(参照图10)。
另外,也可以在信号接地AGND上连接与升压DC/DC转换器9相关性低的电子部件。但是,优选在通过升压DC/DC转换器9执行电压转换控制时发挥功能且与信号接地AGND连接的电子部件的数量多于在不执行电压转换控制时发挥功能且与信号接地AGND连接的电子部件的数量。由此,信号接地AGND的电位稳定,反馈端子FB检测出的电压值也稳定,因此升压DC/DC转换器9向加热器HTR施加的电压稳定,能够使所生成的气溶胶的量、烟香味稳定。
优选配置在升压DC/DC转换器9与信号接地AGND之间的电力路径上的元件即电阻器R11~R14、电容器C6、C7以及旁路电容器C1、C2的中的、配置于副面162b的元件的数量多于配置于主面162a的元件的数量,更优选全部元件配置于副面162b。在本实施方式中,电阻器R11~R14、电容器C6、C7以及旁路电容器C1、C2全部配置于副面162b。由此,能够减少将信号接地AGND形成为连接配置于各自的面的元件那样的形状的状况,因此能够使信号接地AGND小型化,并且减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性。此外,能够使电源接地PGND大面积化,并且能够使电源接地PGND的电位稳定。
此外,这些电阻器R11~R14、电容器C6、C7以及旁路电容器C1、C2优选集中配置。在本实施方式中,如图23所示,如果将从与副面162b正交的方向(在本实施方式中为前后方向)观察以四边形的升压DC/DC转换器9的中心为始点,以包含升压DC/DC转换器9的顶点的方式延伸的四条对角线隔开形成的电路基板上的四个区域设为第一区域AR1~第4区域AR4,则旁路电容器C1、C2以及电容器C6配置于第一区域AR1,电阻器R11、R12、R14以及电容器C7配置于第三区域AR3。此外,电阻器R13配置于第二区域AR2,在第四区域AR4没有配置任何元件。这样,设置配置有多个配置在升压DC/DC转换器9与信号接地AGND之间的电力路径上的元件的区域和没有配置元件的区域,在基板上集中配置与信号接地AGND连接的元件,由此能够减小信号接地AGND的面积,能够减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性。此外,能够使电源接地PGND大面积化,并且能够使电源接地PGND的电位稳定。
如图24所示,电源接地PGND的面积((A)的由点涂成阴影的区域)大于信号接地AGND的面积((A)的由斜线涂成阴影的区域)。电源接地PGND具有大的面积,因此电源接地PGND的电位稳定。由此,能够从升压DC/DC转换器9输出的波形中更有效地去除电流、电压的波动,因此升压DC/DC转换器9输出的电压的波形接近理想的驻波,能够使所生成的气溶胶的量、烟香味稳定。
此外,信号接地AGND至少部分地被电源接地PGND包围。在本实施方式中,电源接地PGND以包围信号接地AGND的整周的方式配置。由此,通过电源接地PGND保护信号接地AGND不受来自外部的噪声等的影响。
此外,在本实施方式中,在作为多层基板的插口搭载基板162中,电源接地PGND和信号接地AGND设置于同一层,但不限于此,也可以设置于不同的层。通过设为同一层,能够减少多层基板的层数。
此外,电源接地PGND和信号接地AGND由公共接地CGND电连接。通过公共接地CGND,两个接地具有公共的电位。公共接地CGND既可以设置于插口搭载基板162,也可以设置于插口搭载基板162的外部。通过设置于插口搭载基板162的外部,电源接地PGND以及信号接地AGND从公共接地CGND分离,电源接地PGND以及信号接地AGND不易受到来自公共接地的热、噪声的影响。由此,与电源接地PGND以及信号接地AGND连接的电子部件不易受到伴随消除电位的偏差而产生的热、噪声的影响,吸入器100的动作容易稳定。作为插口搭载基板162的外部的一例,本实施方式的公共接地CGND设置于升压DC/DC转换器9的底面。
这里,在插口搭载基板162的主面162a上,在从与主面162a正交的方向(在本实施方式中为前后方向)观察与公共接地CGND重叠的公共接地投影区域167没有设置电子部件。在图22中记载了公共接地投影区域167。两个接地PGND、AGND在电路基板内被绝缘,因此电位容易不同。在用于消除该电位的偏差的公共接地CGND中,伴随消除电位的偏差而产生热、噪声。该热、噪声有可能传递到公共接地CGND的附近、例如公共接地CGND的正背面。通过不在这样的部位配置电子部件,电子部件不易受到伴随消除电位的偏差而产生的热、噪声的影响,吸入器100的动作容易稳定。
另一方面,也可以在升压DC/DC转换器9的主面162a上,在从与主面162a正交的方向(在本实施方式中为前后方向)观察与升压DC/DC转换器9的底面中的、不包含在公共接地CGND中的剩余部90(参照图20)重叠的剩余部投影区域168配置电子部件。在图22中与公共接地投影区域167一起记载了剩余部投影区域168。在剩余部投影区域168配置电子部件的情况下,与在与升压DC/DC转换器9的底面重叠的区域整体不配置电子部件的情况相比,电路基板中的电子部件的配置的方式的自由度提高,因此电路基板的利用效率提高,能够避免电路基板的大型化。另外,该电子部件既可以包括IC、开关等有源元件,也可以包括电阻器、电容器等无源元件,但在电子部件中,优选不包括精密的IC和开关中的至少一者,更优选不包括IC和开关这两者,在电子部件中,进一步优选为不易受到噪声、热的影响的无源元件。由此,提高电路基板的利用效率,并且吸入器100的动作容易稳定。
进而,配置于主面162a的升压DC/DC转换器9的电抗器Lc优选不配置于公共接地投影区域167,进一步优选不配置于公共接地投影区域167以及剩余部投影区域168。通过电抗器Lc不配置于公共接地投影区域167,电抗器Lc不易受到来自公共接地CGND的热、噪声的影响,因此升压DC/DC转换器9中的电压转换容易稳定,作为结果,所生成的气溶胶的量、烟香味也稳定。
[MCU搭载基板]
图25是示出MCU搭载基板161的主面161a的图。在上下方向上延伸设置的MCU搭载基板161的主面161a上,在上端部配置有经由导线连接构成加热器温度传感器的热敏电阻T3的加热器温度检测用连接器Cn(t3),在其下侧配置有充电IC2。此外,在与插口搭载基板162的开口部176对应的位置配置有固定间隔件173的开口部175,在开口部175的附近配置有MCU1。
通过相对于配置有插口RCP的插口搭载基板162,将MCU1配置于MCU搭载基板161,MCU1从插口RCP分离,因此不易受到有可能从插口RCP侵入的静电等的影响。由此,能够使吸入器100的动作更稳定。
此外,MCU1配置于比主面161a更远离插口搭载基板162的副面162b的副面161b,因此能够使MCU1尽可能地远离能够成为热源的插口搭载基板162和电源BAT,吸入器100的动作稳定。
图26是示出MCU搭载基板161的副面161b的图。在MCU搭载基板161的副面161b上,在开口部175的上侧配置有经由导线连接振动电动机M的电动机连接器226,进而在上端部配置有经由导线连接构成壳体温度传感器的热敏电阻T4的壳体温度检测用连接器Cn(t4)、以及经由导线连接构成吸气传感器的热敏电阻T2的吸气检测用连接器Cn(t2)。
电连接MCU搭载基板161和插口搭载基板162的柔性布线板165将MCU搭载基板161以及插口搭载基板162的FPC连接部231、232彼此连接。FPC连接部231、232位于MCU搭载基板161以及插口搭载基板162各自的右端部、且在上下方向上从大致中央部朝向下方到达开口部175、176附近的部位。
以上,参照附图对各种实施方式进行了说明,但本发明当然不限于上述例子。本领域技术人员应当理解,能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或修正例是显而易见的,这些当然属于本发明的技术范围。此外,在不脱离发明的宗旨的范围内,也可以任意组合上述实施方式中各构成要素。
例如,在上述的实施方式中,电抗器用电容器C3~C5并联连接在节点N1与电抗器Lc的一端之间,但也可以并联连接在电抗器Lc的另一端与开关端子SW之间。
在本说明书中至少记载了以下事项。另外,在括号内表示了在上述的实施方式中对应的构成要素等,但不限定于此。
(1)一种气溶胶生成装置的电源单元(非燃烧式吸入器100),具备:
电源(电源BAT);
加热器连接器(加热器连接器Cn),连接消耗从所述电源供给的电力来加热气溶胶源的加热器(加热器HTR);
电压转换IC(升压DC/DC转换器9),包括与所述加热器连接器连接且转换所输入的电压并输出的输出端子(输出端子VOUT)和检测从所述输出端子输出的电压的检测端子(反馈端子FB);
电路基板(插口搭载基板162),包括配置有所述电压转换IC的第一面(副面162b)和作为所述第一面的背面的第二面(主面162a);
电容器(输出电容器C8~C12),一端与所述输出端子连接;
第一接地(电源接地PGND),设置在所述电路基板的内部并与所述电容器的另一端连接;
第二接地(信号接地AGND),设置在所述电路基板的内部,在所述电路基板的内部与所述第一接地绝缘并与所述检测端子连接;以及
公共接地(公共接地CGND),电连接所述第一接地和所述第二接地,
在所述第二面上,在从与所述电路基板正交的方向观察与所述公共接地重叠的公共接地投影区域(公共接地投影区域167)未设置电子部件。
两个接地在电路基板内被绝缘,因此电位有时不同。在用于消除该电位的偏差的公共接地中,伴随消除电位的偏差而产生热、噪声。该热、噪声有可能传递到公共接地的附近、例如公共接地的正背面。根据(1),通过不在这样的部位配置电子部件,电子部件不易受到伴随消除电位的偏差而产生的热、噪声的影响,气溶胶生成装置的电源单元的动作稳定。
(2)如(1)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述公共接地设置于所述电压转换IC的底面。
根据(2),通过公共接地设置在与其他电子部件隔离的场所,其他电子部件不易受到来自公共接地的热、噪声的影响,气溶胶生成装置的电源单元的动作更容易稳定。
(3)如(2)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述公共接地设置于所述电压转换IC的底面的一部分,
在所述第二面上,在从与所述电路基板正交的方向观察与所述电压转换IC的底面中的不包含在所述一部分中的剩余部(剩余部90)重叠的剩余部投影区域(剩余部投影区域168)配置有第一电子部件。
根据(3),与在与电压转换IC的底面重叠的区域整体不配置电子部件的情况相比,电路基板中的电子部件的配置的方式的自由度提高,因此基板的利用效率提高,能够避免电路基板的大型化。
(4)如(3)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一电子部件不包括IC和开关中的至少一者。
根据(4),在不像公共接地投影区域那样没有、但或多或少有可能受到噪声、热的影响的剩余部投影区域不配置电子部件中的精密的IC、开关,由此避免基板的大型化,并且气溶胶生成装置的动作也容易稳定。
(5)如(3)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一电子部件是无源元件。
根据(5),在不像公共接地投影区域那样没有、但或多或少有可能受到噪声、热的影响的剩余部投影区域配置电子部件中不易受到噪声、热的影响的无源元件,气溶胶生成装置的动作容易稳定。
(6)如(1)至(5)中的任一项所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元具备配置在所述电压转换IC与所述第二接地之间的电力路径上的多个第一元件(电阻器R11~R14、电容器C1、C2、C6、C7),
所述多个第一元件中的配置于所述第一面的元件的数量多于所述第一元件中的配置于所述第二面的元件的数量。
根据(6),能够减少将第二接地形成为连接配置于各自的面的元件那样的形状的状况,因此能够使第二接地小型化,减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性,并且能够使第一接地大面积化,使第一接地的电位稳定。
(7)如(6)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一元件全部配置于所述第一面。
根据(7),可以不将第二接地形成为连接配置于各自的面的元件那样的形状,因此能够使第二接地小型化,减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性,并且能够使第一接地大面积化,使第一接地的电位稳定。
(8)如(6)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元具备多个第一元件(电阻器R11~R14、电容器C1、C2、C6、C7),所述多个第一元件配置在电压转换IC与所述第二接地之间的电力路径上,并且配置在所述电路基板上,
所述电压转换IC从与所述电路基板正交的方向观察具有N边形的形状,
由以所述电压转换IC的中心为始点,以包含所述电压转换IC的顶点的方式延伸的N条假想线隔开形成的所述电路基板上的N个区域(区域AR1~AR4)中的至少一个(区域AR1、AR3)包含所述多个第一元件中的多个元件。
根据(8),通过将与第二接地连接的元件集中配置在基板上,能够减小第二接地的面积,因此能够减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性,并且能够使第一接地大面积化,使第一接地的电位稳定。
(9)如(8)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述N个区域中的至少一个(区域AR4)不包含所述第一元件。
根据(9),通过将与第二接地连接的元件集中配置在基板上,能够减小第二接地的面积,因此能够减少噪声从基板的其他部位侵入的可能性,并且能够使第一接地大面积化,使第一接地的电位稳定。
(10)如(1)至(9)中任一项所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元包括一端与所述电源连接、另一端与所述电压转换IC连接的电抗器,
所述电抗器配置于所述第二面。
根据(10),电压转换IC和电抗器是在电压转换中都发热的元件,通过将它们配置于不同的面,能够避免热的集中,因此能够提高气溶胶生成装置的电源单元的耐久性。
(11)如(10)所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述电抗器配置于不包含在从与所述电路基板正交的方向观察与所述公共接地重叠的公共接地投影区域中的区域。
根据(11),电抗器不易受到来自公共接地的热、噪声的影响,因此电压转换IC中的电压转换容易稳定,作为结果,所生成的气溶胶的量、烟香味也稳定。
另外,本申请基于2021年5月10日申请的日本专利申请(日本特愿2021-079882),该内容作为参考以引用方式并入本申请中。
附图标记说明
9 升压DC/DC转换器
90 剩余部
100 非燃烧式吸入器(气溶胶生成装置的电源单元)
162a 主面(第二面)
162b 副面(第一面)
162 插口搭载基板(电路基板)
167 公共接地投影区域
168 剩余部投影区域
R11 电阻器(第一元件)
R12 电阻器(第一元件)
R13 电阻器(第一元件)
R14 电阻器(第一元件)
C6 电容器(第一元件)
C7 电容器(第一元件)
C8 输出电容器
C9 输出电容器
C10 输出电容器
C11 输出电容器
C12 输出电容器
BAT 电源
HTR 加热器
Cn 加热器连接器
VOUT 输出端子
FB 反馈端子(检测端子)
PGND 电源接地(第一接地)
AGND 信号接地(第二接地)
CGND 公共接地。

Claims (11)

1.一种气溶胶生成装置的电源单元,具备:
电源;
加热器连接器,连接消耗从所述电源供给的电力来加热气溶胶源的加热器;
电压转换IC,包括与所述加热器连接器连接且转换所输入的电压并输出的输出端子和检测从所述输出端子输出的电压的检测端子;
电路基板,包括配置有所述电压转换IC的第一面和作为所述第一面的背面的第二面;
电容器,一端与所述输出端子连接;
第一接地,设置在所述电路基板的内部并与所述电容器的另一端连接;
第二接地,设置在所述电路基板的内部,在所述电路基板的内部与所述第一接地绝缘并与所述检测端子连接;以及
公共接地,电连接所述第一接地和所述第二接地,
在所述第二面上,在从与所述电路基板正交的方向观察与所述公共接地重叠的公共接地投影区域未设置电子部件。
2.如权利要求1所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述公共接地设置于所述电压转换IC的底面。
3.如权利要求2所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述公共接地设置于所述电压转换IC的底面的一部分,
在所述第二面上,在从与所述电路基板正交的方向观察与所述电压转换IC的底面中的不包含在所述一部分中的剩余部重叠的剩余部投影区域配置有第一电子部件。
4.如权利要求3所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一电子部件不包括IC和开关中的至少一者。
5.如权利要求3所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一电子部件是无源元件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元具备配置在所述电压转换IC与所述第二接地之间的电力路径上的多个第一元件,
所述多个第一元件中的配置于所述第一面的元件的数量多于所述第一元件中的配置于所述第二面的元件的数量。
7.如权利要求6所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述第一元件全部配置于所述第一面。
8.如权利要求6所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元具备多个第一元件,所述多个第一元件配置在所述电压转换IC与所述第二接地之间的电力路径上,并且配置在所述电路基板上,
所述电压转换IC从与所述电路基板正交的方向观察具有N边形的形状,
由以所述电压转换IC的中心为始点,以包含所述电压转换IC的顶点的方式延伸的N条假想线隔开形成的所述电路基板上的N个区域中的至少一个包含所述多个第一元件中的多个元件。
9.如权利要求8所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述N个区域中的至少一个不包含所述第一元件。
10.如权利要求1至9中任一项所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述气溶胶生成装置的电源单元包括一端与所述电源连接、另一端与所述电压转换IC连接的电抗器,
所述电抗器配置于所述第二面。
11.如权利要求10所述的气溶胶生成装置的电源单元,其中,
所述电抗器配置于不包含在从与所述电路基板正交的方向观察与所述公共接地重叠的公共接地投影区域中的区域。
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