CN204861167U - 电子烟雾化温度控制电路及可控温电子烟雾化芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子烟雾化温度控制电路及可控温电子烟雾化芯。控制电路包括雾化加热装置、温度参数采集转换装置、参考电压调节输出装置、电压比较装置、加热功率控制装置及电子烟电源；所述雾化加热装置通过加热功率控制装置连接到电子烟电源；所述温度参数采集转换装置为测温元件，该测温元件靠近设置在雾化加热装置附近，该测温元件连接到电源装置设置的恒流电源，测温元件两端作为电压降输出采集点，该采集点连接到电压比较装置；所述参考电压调节输出装置连接电源与电压比较装置；所述电压比较装置输出连接到加热功率控制装置。雾化芯包括电极接线板、雾化芯外壳、电热丝、温度采样传感器。

Description

电子烟雾化温度控制电路及可控温电子烟雾化芯

技术领域

本实用新型涉及一种日常生活领域的电路结构，别涉及的是电子烟的雾化加热温度控制电路。

本实用新型还涉及一种可控温的电子烟雾化芯。

背景技术

随着社会发展和人类进步，烟草作为对人体有害的消费品逐渐被具有相同功能的健康物品所取代。如最近兴起的电子烟产品，这种产品是通过高科技手段雾化含有尼古丁等化学物质的液体产生烟雾，实现吸烟目的。同时也可以通过使用不同的化学物质，达到协助戒烟的目的。它不仅有利于吸烟者的身心健康，同时也有利于环境保护，节约社会资源。因而这种产品很受广大“烟民”的喜爱，在市场上有很大的利润空间。

目前市场流行的电子烟产品，一般都是通过电加热的方法将含有尼古丁的电子烟液雾化，人们通过一定的装置吸食已经雾化的电子烟液，进而达到吸烟的目的。由于这种所谓的烟完全不含固体颗粒，其实仅仅是一种雾，因而对人身体和环境的影响是很小的。

目前电子烟的雾化装置一般都采用电阻丝通电发热，用电阻丝的热量去雾化电子烟液，由于雾化一定量的电子烟液需要产生一个瞬时较高的雾化温度，比如一般电子烟液雾化温度要求达到250-450摄氏度之间。这就需要电热丝在短时间内以较大功率做功，一般的电子烟雾化装置的设置方式都是靠经过调整控制的电流流经电热丝而发热的。在吸食时按下按钮则接通电源，不吸时可以暂时断开电源，但是由于多次吸食后，每次吸食都需要接通电源，每次接通电源时都会发热，最终很可能导致雾化加热丝的温度过高。虽然温度高些对于雾化效果是有利的，但是产生的负面作用也是非常大的。比如，如果加热丝温度过高，则产生的烟雾的温度也会过高，会发烫，有时感到烫嘴，甚至烫伤使用者；另外由于雾化加热丝的温度过高，会导致作为电子烟液载体的导油纤维绳高温焦化，失去导油作用，致使雾化芯损坏；还有就是雾化温度过高时电子烟液的雾化温度超出控制范围，可能产生不确定性，例如产生预想不到的有害物质等。

加热温度的自动控制，这在工业应用上已经非常普遍，可以实现精确控制加热温度在恒定温度范围的目的。但是由于电子烟产品属于微型化的电子设备，电子烟雾化芯的体积很小，再加装普通的温度控制装置具有相当的难度。用一般的工业加热控制方法也难以实现。

本实用新型针对上述现有技术缺陷，提出了一种小型化电子烟雾化温度控制电路，可以使用在电子烟产品的雾化芯上。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种电子烟雾化加热温度控制电路，以实现上述方法。

本实用新型的目的之二在于提供一种可控温可调整的电子烟雾化器芯,利用上述电路来控制雾化温度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型的电子烟雾化温度控制电路，包括雾化加热装置、温度参数采集转换装置、参考电压调节输出装置、电压比较装置、加热功率控制装置及电子烟电源；所述雾化加热装置通过加热功率控制装置连接到电子烟电源；所述温度参数采集转换装置为测温元件，该测温元件靠近设置在雾化加热装置附近，该测温元件连接到电源装置设置的恒流电源，测温元件两端作为电压降输出采集点，该采集点连接到电压比较装置；所述参考电压调节输出装置连接电源与电压比较装置；所述电压比较装置输出连接到加热功率控制装置。

上述所述的测温元件为温度正相关的PT100热敏电阻。

上述所述的参考电压调节输出装置包括电压调节器，该电压调节器连接到标准电压源，通过调节电压源输出系列参考电压，该系列参考电压一一对应于系列雾化温度转化成的不同电压降值，以对应于加热器的不同温度。

上述所述的电子烟雾化加热装置加热方式为电热丝加热、电激光加热、红外线加热、电磁加热其中之一，所述温度参数采集转换装置设置在加热装置的加热体附近，雾化加热装置加热体与温度参数采集转换装置的测温元件通过耐热导线与主控制电路连接。

上述所述的参考电压调节输出装置为芯片逻辑记忆输出或者电阻式分压输出其中之一。

上述所述的电压比较器为芯片控制的逻辑记忆比较或者电阻式分压比较方式其中之一。

本实用新型的可控温电子烟雾化芯，包括电极接线板、雾化芯外壳、电热丝、温度采样传感器；所述电极接线板设置在雾化芯外壳内的底部，该电极接线板设置有数个接线端子；所述雾化电热丝设置在雾化芯外壳内；所述温度采样传感器设置在靠近雾化电热丝的位置，且与雾化电热丝绝缘设置；雾化电热丝及温度采样传感器均通过导线分别连接到电极接线板相应接线端子上。

上述所述的雾化芯外壳与雾化电热丝之间设置有电热丝绝缘架，雾化电热丝设置在电热丝绝缘架上；所述雾化电热丝绝缘架上设置温度采样传感器预留位置。

上述所述的电热丝绝缘架上设置的温度采样传感器预留位置设置温度采样传感器绝缘架，温度采样传感器设置在该绝缘架上。

上述所述的雾化电热丝可以是各种导体或者半导体发热丝，所述温度采样传感器为PT100铂热敏电阻传感器。

上述所述的雾化加热丝绝缘架与温度采样传感器绝缘架均为陶瓷制作。

通过使用本实用新型的方法，可以有效的将加热温度控制电路小型化，并方便的安装在电子烟雾化器上，进而能够有效的控制电子烟的雾化温度，同时可以使雾化温度在一定的范围内随意调整和控制，不仅可以避免由于过加热而带来的烫嘴、焦化以及高温雾化带来的不确定性，也可以适应不同雾化温度的电子烟液，以保证最佳的雾化效果。

附图说明

图1是本实用新型的电子烟雾化温度控电路原理示意图；

图2是本实用新型的电子烟雾化温度控制电路模块结构图；

图3是本实用新型的电子烟可控温雾化器芯结构示意图；

图4、图5是本实用新型的电路及雾化芯在使用时的过程示意图；

图6是经过实测获得的温度与电压降值对应关系曲线。

其中：1、PT100热敏电阻；2、热敏电阻陶瓷架；3、热敏电阻连接线；4、电热丝；5、电热丝连接线；6、电热丝陶瓷架开口；7、电热丝陶瓷架；8、雾化芯外壳；9、导油孔；10、通气孔；11、接线端子；12、电极接线板。

具体实施方式

以下根据附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的电子烟雾化温度控制电路是这样工作的。

如图1、图2所示，本实用新型的电子烟雾化温度控制电路中设置电子烟电源，该电子烟电源将产生三路输出，其中一路为恒流输出，供给PT100热敏电阻器件，该热敏电阻器件作为温度参数采集转换装置使用；另一路作为标准电压输出，经过调节器可以产生设定控制温度的对应的参考电压；第三路作为加热电源，通过加热功率控制电路供给雾化器加热装置。其中本控制电路还设有电压比较器，将热敏电阻检测输出的电压降与经过调节器产生的标准参考电压进行比较。设置有加热控制模块，加热控制模块根据实测电压降参数与标准参考电压的比较结构去控制雾化加热装置的加热功率。

图2为本实用新型的电子烟雾化温度控制电路的方框原理图，本控制电路采用STM32L为单片机处理器芯片，与必要的外围电路实现完整的加热及温度控制，即完成整体电子烟的功能控制。

微处理器MCU的外围电路包括：

输入控制电路，即用于对电子烟开关及加热温度调节进行按键输入；

充电电路和电池电压检测电路，完成对电子烟电池的电压检测及充放电控制，检测到电压低时提示进入充电状态进而可以接通充电电源充电，达到预定电压时停止充电；

MCU供电电路连接到电子烟电池，由电子烟电池向控制电路芯片供电；

升降压电路是设置在电源与负载加热器之间的加热功率控制电路，通过MCU控制加热供电电压、供电电流或者电流波形实现不同的加热功率及方法；

温度传感器就是设置在加热丝附近的PT100热敏电阻，所谓的温度检测电路即为将热敏电阻的阻值变化转换为电压降参数的电路，即从热敏电阻两端引出的检测点；

负载检测电路是用于随时监控加热丝的电阻变化，以便于提供更加稳定的加热功率，如加热电阻丝也会在温度变化时发生变化，因此随时检测负载加热丝电阻也是必要的；

断路保护电路是随时检测负载电热丝的加热状态，当检测到短路时即控制关断电源，保护器件，也避免发生事故；

OLED及LED均为输出显示电路，用于显示控制电路的工作状态。

本电路使用的是微处理芯片单片机，具有逻辑记忆功能，因而只要将已经实测获得的温度与电压值作为数据表写入芯片存储器，并经过逻辑设定便可实现本控制方法。

如图3所示，利用上述的温度控制电路，本实用新型还设计了一种可调温电子烟雾化器结构。本实用新型的可调温电子烟雾化器结构，在8毫米内径的金属雾化器外壳8内，设置电热丝陶瓷绝缘架7，在陶瓷绝缘架7上设置电热丝4，该电热丝4为螺旋结构，便于在螺旋内穿过导油纤维绳。在电热丝绝缘架7的顶部设置二开口6，该开口6内适合放置一热敏电阻绝缘架2，热敏电阻1设置在该绝缘架2上，该热敏电阻绝缘架2由于设置在电热丝绝缘架7上，因此热敏电阻与电热丝之间的距离和位置都是固定的，可以通过实际测量而实现温度补偿参数。该热敏电阻使用PT100系列产品，采用的产品长宽高尺寸为长6毫米，宽2毫米，高0.6毫米，可以适用于电子烟雾化器的直径8MM的雾化芯外壳中。由于电热丝4和热敏电阻1均设置在绝缘架上，而雾化器的电极接线板12一般设置在雾化芯外壳的底部，还有一段的距离才能达到接线端子11，因此需要为电热丝和热敏电阻设置耐热、耐油、电阻率小的导线接脚，以便于与接线端子连接，本方案中使用的引脚线为镍丝3和5，满足上述要求。同时为了实现电子烟的功能，还在雾化芯外壳上设置导油孔9和通气孔10。

当使用时将上述的控制电路与雾化芯具体结合，由于PT100系列铂热敏电阻靠近电热丝的位置，因而可以感知电热丝附近的温度，再经过一定的温度补偿后，可以对应于加热丝的具体温度，然后以该温度下对应的铂热敏电阻的电压降与标准参考电压进行比较，进而可以实现对加热丝温度的控制和调整。

具体过程见附图4、附图5和附图6所示。

如图4所示，本发明的电子烟雾化温度控制方法需要经过以下步骤来实现。

步骤S1：以小型高线性热敏电阻设置在电子烟雾化加热装置附近，侦测雾化器加热体温度。

之所以使用小型高线性热敏电阻，是因为雾化器本身体积和容积都非常小。由于电子烟本身体积较小，却需要较高的加热温度，而且还是瞬时加热，因此要求雾化器加热装置的加热功率比较大。控制加热装置的温度所使用的温度敏感器件也是需要小型化而且线性高的器件，如使用PT100铂热敏电阻器件，该器件可以做得比较小，达到毫米级别，且PT100铂热敏电阻的线性范围在-200——650摄氏度，完全能够满足电子烟雾化器的加热温度的控制。具体设置时需要将PT100尽量设置在靠近加热体的位置，以更加准确迅速的感知加热体的温度。

但是在现实使用时无限靠近甚至贴近加热体是不可能的，尤其是使用导体发热丝电加热的电子烟雾化器中，需要通电部件相互绝缘，因此必须需要有一定的距离，当然这一距离以最为接近并且互相不接触为原则。在本发明的电子烟雾化器的温度控制中，可以在电子烟雾化加热丝与PT100之间用陶瓷绝缘架隔离开来，之所以使用绝缘架是为了能够很好的接收热辐射。另外在电子烟雾化器中，也可以将该PT100设置在雾化加热丝螺旋的内部空间，甚至设置在雾化加热丝螺旋内设置的导油绳中，这样更容易使感测的温度接近加热体的温度。

不过，虽然热敏电阻不能无限接近加热体，但是由于热敏电阻处于线性范围工作，可以在确定相同类型的加热体、相同类型的热敏电阻及相互位置关系后，通过实测进行必要的温度补偿实现精确控制。

所以，需要使用小型高线性热敏电阻进行电子烟雾化温度的检测与控制。

步骤S2：将上述雾化器加热体温度参数转换为热敏电阻的电压降参数。

热敏电阻的特性是随着温度变化而电阻阻值呈线性变化的，因而使用热敏电阻检测的温度参数一般是以电阻参数来表示，但是电阻参数的测定又需要使用到电流通过才能实现。因此，实际上是通过测定在一定电压下的电流或者是一定电流条件下的压降来测量电阻的。因而需要将电阻参数转化为电流或则电压参数才能测量和表示出来。

本步骤的温度参数的转化既是将特定温度下的热敏电阻的阻值转化为电压降参数，用电压降参数表述对应的加热体温度。

需要特别注意的是在以电压降作为测量值时，是需要设置恒流电流源的，只有设置恒流电流源后，在R＝U/I的条件下，才能保证电压降与电阻呈线性关系，才具有测量价值。同理，而当需要以电流表示测量的温度时则需要设置稳定的电压源。由于本发明是控制和调整电子烟的雾化加热温度，因而不仅仅是测量的问题，还需要进行测量参数的比较及控制的问题，采用电压降值检测比较简单方便。当然采用测量电流的方法实现时也属于本发明的保护范围。

步骤S3：将电压降参数与预先设置的参考电压降参数对比，产生一个比较值。

为了实现温度控制，就必须设立一个预定温度，使加热体的温度在预设温度上下一定的范围内波动，这就是温度控制的目的。本步骤是采用将热敏电阻两端的压降值作为一个比较参数，与预设的代表一定的温度的电压进行比较，通过比较会产生电压降参数与预设电压产生三个不同的比较结果，即等于、大于或者小于。

为了获得这个比较值，就需要预先设定一个控制温度所对应的参考电压值。因此在该步骤3中又需要预先设定参考电压值的步骤。预设电压值的步骤如图5所示。

步骤S01：采用在雾化温度范围内阻值线性变化好的小型热敏电阻作为热敏器件。

为了保证预设温度对应的电压值的真实度与稳定性，在预设温度电压值时采用同一的或者同样的热敏电阻器件进行实测验证，同时完成温度补偿。本实施例继续采用相同的PT100器件作为热敏器件，其设置位置与雾化器本身的设置位置也相同。

步骤S02：将热敏电阻设置在雾化器加热装置附近特定位置与特定距离。

该步骤即进一步确定了热敏电阻与雾化加热装置之间的位置和距离，必须保证与实际的雾化器的位置和距离一致，才有参考价值。其实就相当于在做空白试验，用于标定数据。

步骤S03：经过实测获得其在一定恒流源通过时不同温度的电压降参数，将实测电压降参数与雾化器加热温度建立一一对应关系。

即进行实测标定温度与电压降值的对应关系，在接通恒流源的时候，该恒流源也要保证与实际电子烟雾化器中的恒流源电流一致性。通过测定雾化器加热体本身的温度和测得的热敏电阻两端的压降值作出数据表，便可以得到在一定电流条件下，一定的位置一定的距离前提下，温度与电压值的对应表。

步骤S04：调用对应某一温度的电压降参数作为参考电压，设定该参考电压对应的温度为欲控制加热温度。

根据上述实测获得的对应的数据表，当我们在需要使用某种电子烟液时，确定一个合适的温度，将该温度对应的电压降值设定为控制参考电压。即可以以该设定参考电压的对应温度为控制温度。

经过上述参考电压的预设定过程后，确定了参考电压数，就可以与从雾化器附近的热敏电阻出检测得出的电压降进行比较，即步骤S3。

步骤S4：将获得的比较值传送给加热功率控制电路，根据比较值大小控制电路输出不同的信号。

通过电压比较会产生三种不同结果，分别是小于，即结果为负；等于，即结果为零；大于即结果为正。这三种不同的结果输入加热功率控制电路，根据控制电路的预先设定将产生三种不同的结果。

步骤S5：该步骤分为三种情况，，分别是小于即结果为负时，说明加热温度尚未达到设定值，此时加热功率控制电路正常工作，继续升温；等于即结果为零时，说明加热温度已经达到了设定温度，此时降低加热功率时；大于即结果为正时，说明已经过了设定温度，此时控制关断加热装置电源。

在获得实验数据时可以将上述部件组装完毕，组装成一个完整的雾化芯，安装在雾化器内，同时在加热丝内设置另外的标准测温机构。在标定实验数据时为热敏电阻接通恒流电源，在加热过程中读取热敏电阻两端的电压降数据，将标准测温机构测得的温度与热敏电阻两端的电压降组成对应的数据表，见表1

记录数	温度	电压mV	记录数	温度°	电压mV
						1	0	100	6	220	183
2	50	119	7	240	192
						3	100	138	8	260	199
4	180	168	9	270	203
						5	200	176	10	280	207

经过上述实测获得的数据，即可以在控制电路中设定同样结构的雾化器的加热温度控制数据了。根据上述表格中的数据，如果做成标准曲线见图6，从标准曲线就可以指导在一定范围内任何温度对应的电压降的毫伏数。进而通过毫伏数的设定去调整加热的温度。

Claims (11)

1.一种电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：包括雾化加热装置、温度参数采集转换装置、参考电压调节输出装置、电压比较装置、加热功率控制装置及电子烟电源；所述雾化加热装置通过加热功率控制装置连接到电子烟电源；所述温度参数采集转换装置为测温元件，该测温元件靠近设置在雾化加热装置附近，该测温元件连接到电源装置设置的恒流电源，测温元件两端作为电压降输出采集点，该采集点连接到电压比较装置；所述参考电压调节输出装置连接电源与电压比较装置；所述电压比较装置输出连接到加热功率控制装置。

2.根据权利要求1所述的电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：所述测温元件为温度正相关的PT100热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：所述参考电压调节输出装置包括电压调节器，该电压调节器连接到标准电压源，通过调节电压源输出系列参考电压，该系列参考电压一一对应于系列雾化温度转化成的不同电压降值，以对应于加热器的不同温度。

4.根据权利要求1所述的电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：所述电子烟雾化加热装置加热方式为电热丝加热、电激光加热、红外线加热、电磁加热其中之一，所述温度参数采集转换装置设置在加热装置的加热体附近，雾化加热装置加热体与温度参数采集转换装置的测温元件通过耐热导线与主控制电路连接。

5.根据权利要求1所述的电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：所述参考电压调节输出装置为芯片逻辑记忆输出或者电阻式分压输出其中之一。

6.根据权利要求1所述的电子烟雾化温度控制电路，其特征在于：所述电压比较器为芯片控制的逻辑记忆比较或者电阻式分压比较方式其中之一。

7.一种可控温电子烟雾化芯，其特征在于：包括电极接线板、雾化芯外壳、电热丝、温度采样传感器；所述电极接线板设置在雾化芯外壳内的底部，该电极接线板设置有数个接线端子；所述雾化电热丝设置在雾化芯外壳内；所述温度采样传感器设置在靠近雾化电热丝的位置，且与雾化电热丝绝缘设置；雾化电热丝及温度采样传感器均通过导线分别连接到电极接线板相应接线端子上。

8.根据权利要求7所述的可控温电子烟雾化芯，其特征在于：所述雾化芯外壳与雾化电热丝之间设置有电热丝绝缘架，雾化电热丝设置在电热丝绝缘架上；所述雾化电热丝绝缘架上设置温度采样传感器预留位置。

9.根据权利要求8所述的可控温电子烟雾化芯，其特征在于：所述电热丝绝缘架上设置的温度采样传感器预留位置设置温度采样传感器绝缘架，温度采样传感器设置在该绝缘架上。

10.根据权利要求7、8或9所述可控温的电子烟雾化芯，其特征在于：所述雾化电热丝可以是各种导体或者半导体发热丝，所述温度采样传感器为PT100铂热敏电阻传感器。

11.根据权利要求9所述的可控温电子烟雾化芯，其特征在于：所述的雾化加热丝绝缘架与温度采样传感器绝缘架均为陶瓷制作。