CN210520102U - 一种通过pwm输出表示气流强度的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种通过PWM输出表示气流强度的电路及其实现方法，在开关控制模块的SW端外接一个可变电容C2，将振荡器连接到鉴频电路，从而产生频率变化率，再通过PWM产生电路将频率变化率转化成频率信号，PWM产生电路为脉冲宽度可调电路，产生占空比不同的波形；本实用新型由于采用了PWM产生电路，监测用户吸烟时的气流值，能为MCU模块后续的处理带来好处，可以判断电子烟不工作时是否为用户吸气不足所造成，有效的提高了电子烟使用时的可靠性。

Description

一种通过PWM输出表示气流强度的电路

技术领域

本发明涉及电子烟领域，尤其是一种通过PWM输出实现的电路及其实现方法。

背景技术

电子烟作为模拟香烟的一种电子设备，通过模拟真实香烟的口感和烟雾，从而取代了传统香烟，节省了消费者的开支，降低了“二手烟”对身体的危害。目前市面上大多数电子烟通过开关控制模块、雾化器、锂电池等组成，连接方式如图1所示。滤波电容C1并联在直流电源P1两端，电源的正极连接MCU模块的VDD端与开关控制模块的VDD端，负极连接开关控制模块的GND端与MCU模块的GND端，在开关控制模块的SW端外接一个可变电容C2，开关控制模块输出端SN直接与MCU模块的GATE端级联连接。开关控制模块内部结构连接方式如图2所示，当用户吸烟时，可变电容检测到气流，电容值发生变化，再通过开关控制模块内置的振荡器产生时钟信号f，时钟信号通过鉴频电路产生一个频率变化率：

其中f₁表示未吸烟时的频率，f₂表示吸烟时的频率，Δf/f₁表示频率变化率。通过比较器将Δf/f₁与内部阈值ΔVth做比较，若大于内部阈值，开关控制模块开始工作，SN端输出高电平，GATE端为高电平，MCU模块执行雾化工作。当用户不吸烟时或吸烟气流较小时，频率变化率低于内部阈值，开关控制模块停止工作，SN端输出低电平，GATE端为低电平，进而MCU模块也停止工作，输出逻辑图如图3所示，高电平表示吸烟，低电平表示未吸烟。

目前阶段的电子烟控制系统虽然基本上都可以实现电子烟的功能，但是有一个主要的弊端：当用户吸烟时，可变电容阻值变化，开关控制模块通过电容值的变化检测到用户吸烟气流，从而在SN端输出一个控制MCU的使能信号，使雾化器发出模拟的烟雾；当用户不使用时，没有气流产生，开关控制模块进入待机状态，MCU模块也随之进入待机状态。这一过程仅仅只是完成气流的检测，即只能通过是否达到阈值气流判断用户是否在进行吸烟动作，输出的情况只有接通和断开两种情况，无法根据用户吸烟气流的大小给出线性的反馈，达到模拟真实吸烟的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种通过PWM输出表示气流强度的电路及其实现方法，通过复用输出SN管脚，不仅能检测到用户吸烟时气流的通断，还能检测出该气流的幅值大小，以便MCU模块做后续的其他处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种通过PWM输出表示气流强度的电路，包括开关控制模块、MCU模块、电源P1以及相应的外围元件，外围元件包括滤波电容C1和可变电容C2；滤波电容C1并联在直流电源P1两端，电源的正极连接MCU模块的VDD端与开关控制模块的VDD端，电源的负极连接开关控制模块的GND端与MCU模块的GND端，在开关控制模块的SW端外接一个可变电容C2，开关控制模块输出端SN直接与MCU模块的GATE端级联连接，用于控制MCU模块；所述开关控制模块中，将振荡器连接到鉴频电路，从而产生频率变化率，再通过PWM产生电路将频率变化率转化成频率信号，所述PWM产生电路为脉冲宽度可调电路，产生占空比不同的波形；所述电源P1为开关控制模块及MCU模块供电，开关控制模块、MCU模块、可变电容C2共同接地；开关控制模块实时监测用户吸烟时气流值的大小，从而判断电子烟不工作是否为用户吸气不足所造成。

用户吸烟时，气流经过可变电容C2时，可变电容C2的电容值发生变化，电容值的变化通过振荡器内部转换，产生时钟信号f，时钟信号f通过鉴频电路产生一个频率变化率：

其中f₁表示未吸烟时的频率，f₂表示吸烟时的频率，Δf/f₁表示频率变化率，鉴频电路通过式(2)将气流值转化为频率变化率，通过PWM产生电路将频率变化率转化为相应的频率信号，具体为：

其中Duty表示占空比，将频率变化率转化成随K值变化的信号，从而得到不同占空比的逻辑信号。

本发明的有益效果在于由于采用了PWM产生电路，传统的电子烟仅仅只能判断用户有无吸烟，本发明在此基础上监测用户吸烟时的气流值，能为MCU模块后续的处理带来好处，可以判断电子烟不工作时是否为用户吸气不足所造成，有效的提高了电子烟使用时的可靠性。

附图说明

图1为现有电子烟开关控制模块与MCU模块的连接示意图。

图2为现有电子烟开关控制模块内部结构连接方式示意图。

图3为现有电子烟开关控制模块GATE端输出波形示意图。

图4为本发明电子烟开关控制模块内部结构连接方式示意图。

图5为本发明电子烟开关控制模块GATE端输出波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明通过在开关控制模块内置一个PWM产生电路，设计出一种通过PWM输出表示气流强度的电路，在现有电路的基础上改进并优化出了的一种新型电子烟电路。

一种通过PWM输出表示气流强度的电路，包括开关控制模块、MCU模块、电源P1以及相应的外围元件，外围元件包括滤波电容C1和可变电容C2；滤波电容C1并联在直流电源P1两端，电源的正极连接MCU模块的VDD端与开关控制模块的VDD端，电源的负极连接开关控制模块的GND端与MCU模块的GND端，在开关控制模块的SW端外接一个可变电容C2，开关控制模块输出端SN直接与MCU模块的GATE端级联连接，用于控制MCU模块；所述开关控制模块中，将振荡器连接到鉴频电路，从而产生频率变化率，再通过PWM产生电路将频率变化率转化成频率信号，所述PWM产生电路为脉冲宽度可调电路，产生占空比不同的波形；所述电源P1为开关控制模块及MCU模块供电，开关控制模块、MCU模块、可变电容C2共同接地；开关控制模块实时监测用户吸烟时气流值的大小，从而判断电子烟不工作是否为用户吸气不足所造成。

用户吸烟时，气流经过可变电容C2改变电容值，电容值的变化通过振荡器内部转换，产生时钟信号f，时钟信号f通过鉴频电路产生一个频率变化率：

其中f₁表示未吸烟时的频率，f₂表示吸烟时的频率，Δf/f₁表示频率变化率，而气流的大小影响频率变化率；用户吸烟或未吸烟时，气流值的范围在0％～20％之间，芯片内部设定一个阈值为3％的气流变化点，若气流值大于3％，表示用户吸烟，气流值小于3％，则表示用户未吸烟；通过频率变化率反应吸烟时气流的大小。鉴频电路仅仅只是判断呼气或吸气的频率，通过式(2)将气流值转化为频率变化率，用户吸烟时，产生的频率变化率将大于3％，用户不吸烟时，频率变化率为0％；通过图4中的PWM产生电路将频率变化率转化为相应的频率信号，具体为：

其中Duty表示占空比，是将频率变化率转化成随K值变化的信号，从而可以得到不同占空比的逻辑信号，如图5所示，不同占空比表示吸烟时气流的大小。由图5可以看出，当用户开始吸烟时，有气流产生(呼气或吸气)，但气流量较小，则可变电容C2值较小，频率变化率也较小，相应的输出波形图占空比也小，如占空比1部分；随着用户吸烟时气流量的增加，可变电容阻值也随之变化，频率变化率也相应较大，输出波形图占空比大，如占空比2、占空比3部分；当用户停止吸烟时气流减小或消失，没有达到内部设置的阈值范围时，由式(3)可以看出，此时占空比为0，因此GATE端为低电平，从而MCU模块停止工作。由此可见通过对时钟信号占空比的计算可以知道用户吸气或呼气时气流值的大小。

如图4所示，用户吸烟时，可变电容C2的阻值发生变化，通过监频电路将阻值的变化转化为频率的变化，然后再通过PWM产生电路，将频率的变化转化为频率信号，与传统电子烟相比，本发明的改进之处在于PWM产生电路，根据吸烟时不同的气流值从而产生不同的占空比。

Claims (1)

1.一种通过PWM输出表示气流强度的电路，其特征在于：

所述通过PWM输出表示气流强度的电路，包括开关控制模块、MCU模块、电源P1以及相应的外围元件，外围元件包括滤波电容C1和可变电容C2；滤波电容C1并联在直流电源P1两端，电源的正极连接MCU模块的VDD端与开关控制模块的VDD端，电源的负极连接开关控制模块的GND端与MCU模块的GND端，在开关控制模块的SW端外接一个可变电容C2，开关控制模块输出端SN直接与MCU模块的GATE端级联连接，用于控制MCU模块；所述开关控制模块中，将振荡器连接到鉴频电路，从而产生频率变化率，再通过PWM产生电路将频率变化率转化成频率信号，所述PWM产生电路为脉冲宽度可调电路，产生占空比不同的波形；所述电源P1为开关控制模块及MCU模块供电，开关控制模块、MCU模块、可变电容C2共同接地；开关控制模块实时监测用户吸烟时气流值的大小，从而判断电子烟不工作是否为用户吸气不足所造成；

用户吸烟时，气流经过可变电容C2时，可变电容C2的电容值发生变化，电容值的变化通过振荡器内部转换，产生时钟信号f，时钟信号f通过鉴频电路产生一个频率变化率：

其中f₁表示未吸烟时的频率，f₂表示吸烟时的频率，Δf/f₁表示频率变化率，鉴频电路通过式(2)将气流值转化为频率变化率，通过PWM产生电路将频率变化率转化为相应的频率信号，具体为：

其中Duty表示占空比，将频率变化率转化成随K值变化的信号，从而得到不同占空比的逻辑信号。

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