CN211129752U - 一种新型的电子烟控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型的电子烟控制系统，在用户吸烟时气流传感器SW闭合使得开关控制的VDD与SN相连，驱动MOS管Q1使得MCU的GATE端的电压值升高，从而MCU开始执行雾化操作，同时由于自举电路的存在电容C1可以持续的为开关控制模块、气流传感器SW以及MOS管供电，逻辑控制模块对用户的吸烟动作进行切割，即采用1kHz，占空比为99％的的脉冲波进行调制。本实用新型将电路中的自举电容更换为现有通用容量的千分之一，既减少了系统的生产成本，同时可以缓解电路的布线压力，同时本电路在实现完善的电路功能的同时，对现有电路改动很小，很多电路模块无需重新设计，降低了项目的研发成本。

Description

一种新型的电子烟控制系统

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其是一种电子烟控制系统。

背景技术

电子烟的设计经过不断地改进和创新，取得了长足进步，现阶段电子烟开关控制与MCU的电路如图1所示，通过引入自举电容的方式，在用户吸烟时气流传感器SW闭合使得开关控制的VDD与SN相连，驱动MOS管Q1使得MCU的GATE端的电压值升高，从而MCU开始执行雾化操作，同时由于自举电路的存在电容C1可以持续的为开关控制模块、气流传感器SW以及MOS管供电，从而维持整个系统的正常工作。这样的设计方案既使得电路的开关控制部分与MCU部分之间的连线从传统电子烟的三线变为两线，同时可以减少开关控制内的电路设计，无需恒流源，而仅仅需要在VDD和SN之间加一开关即可，同时MCU的GATE端检测的是电压信号的有无，对于MCU的要求较低。

但是这种设计仍然存在一个严重的问题，在用户进行吸烟动作时，自举电容C1由于需要同时给气流检测开关SW、开关控制模块以及MOS管Q1供电，由计算与实际验证可知，需要超过22uF的电容才能维持5S以上的导通时间，电子烟的设计和尺寸决定了无法使用电解电容，而这样容值的陶瓷电容常见封装为0805或更大，且价格较高，因此PCB板设计和产品成本控制都存在问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新型的电子烟控制系统，在继承现有电子烟控制电路优势的基础上，对用户的吸烟动作进行切割，即采用1kHz，占空比为99％的的脉冲波进行调制，因此电路中的自举电容可以由22uF更换为22nF甚至更低，这种容值的电容价格低，封装尺寸小，设计生产时减小电路面积同时降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型的电子烟控制系统，包括开关控制模块、逻辑控制模块、MCU模块、反向隔离模块及外围元器件，外围元器件包括直流电源、定值电阻R1、NMOS管Q1、开关SW以及nF级陶瓷电容C1；所述直流电源直接连在MCU模块的VDD和GND两侧，为MCU模块供电；直流电源的负极经过定值电阻R1后分别连接到MCU的GATE端、开关控制模块的GND以及NMOS管Q1的源端；直流电源的正极连接NMOS管Q1的漏端，并经过反向隔离模块连接到开关控制模块的VDD端；所述开关控制模块内置开关连接VDD和逻辑控制模块，所述逻辑控制模块的开关与开关控制模块的引脚SN相连，受到SW通断状态的控制；开关控制模块的引脚SN经过逻辑控制模块连接到MOS管Q1的栅端；开关SW为气流检测开关，默认开关打开，当有气流经过时开关闭合；开关控制模块中的开关默认打开，当SW闭合时VDD与SN之间连通；所述逻辑控制模块连接在开关控制模块与NMOS管Q1之间，在用户吸烟时，逻辑控制模块对吸烟动作产生的电信号进行切割，采用1kHz，占空比为99％的脉冲波信号对NMOS管进行调制。

所述新型的电子烟控制系统上电后，直流电源为整个电路供电，电子烟控制系统进入待机模式，此时SW默认打开，开关控制内部的VDD与SN脚之间断开，MOS管Q1处于断开状态，直流电源接在电容C1两端为其充电，MCU的GATE端电势为零。

当用户进行吸烟时，SW生效，开关控制模块内的开关闭合，将VDD与SN连接在一起，SN电位升高经过逻辑控制驱动NMOS管Q1，此时NMOS管Q1闭合后，直流电源的正极直接接到定值电阻R1、开关控制的GND以及电容C1的低电势端，电容C1的高电势端电压进一步升高，为开关控制模块供电，同时NMOS端的栅极的电势升高到直流电源电压两倍，高于源极电压，继续驱动NMOS管Q1工作。

在工作过程中，逻辑控制模块持续进行电路的开关控制，将用户的一次吸烟动作产生的电信号进行上千次的切割，即通过占空比为99％的脉冲波信号控制NMOS管Q1的通断，在NMOS管Q1关断时电源为C1充电。

本发明的有益之处在于通过上述连接和工作方式，即可将电路中的自举电容更换为现有通用容量的千分之一，既减少了系统的生产成本，同时可以缓解电路的布线压力，同时本电路在实现完善的电路功能的同时，对现有电路改动很小，很多电路模块无需重新设计，降低了项目的研发成本。

附图说明

图1为现有的电子烟开关控制与MCU的连线示意图。

图2为本发明电子烟开关控制与MCU的连线示意图，其中虚线框中为IC内部结构。

图3为现有电子烟工作时MOS管的开关波形图。

图4为现有电子烟工作时的电容电压曲线。

图5为本发明电子烟工作时MOS管开关波形图。

图6为本发明电子烟工作时的电容电压曲线。

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。

本发明通过引入自举电路的设计，设计出一种新型的开关控制与MCU之间的连线控制方式，使得现有电路中所需的自举电容的容值降低到现有技术所需的千分之一。

一种新型的电子烟控制系统，如图2所示，包括开关控制模块、逻辑控制模块、MCU模块、反向隔离模块以及相应的外围元器件，外围元器件包括直流电源、定值电阻R1、NMOS管Q1、开关SW以及nF级陶瓷电容C1；所述直流电源直接连在MCU模块的VDD和GND两侧，为MCU模块供电；直流电源的负极经过定值电阻R1后分别连接到MCU的GATE端、开关控制模块的GND以及NMOS管Q1的源端；直流电源的正极连接NMOS管Q1的漏端，并经过反向隔离模块连接到开关控制模块的VDD端；所述开关控制模块内置开关连接VDD和逻辑控制模块，所述逻辑控制模块的开关与开关控制模块的引脚SN相连，受到SW通断状态的控制；开关控制模块的引脚SN经过逻辑控制模块连接到MOS管Q1的栅端；开关SW为气流检测开关，默认开关打开，当有气流经过时开关闭合；开关控制模块中的开关默认打开，当SW闭合时VDD与SN之间连通；所述逻辑控制模块连接在开关控制模块与NMOS管Q1之间，在用户吸烟时，逻辑控制模块对吸烟动作产生的电信号进行切割，采用1kHz，占空比为99％的脉冲波信号对NMOS管进行调制，从而使nF级陶瓷电容C1的使用成为可能；nF级陶瓷电容C1为自举电容，C1连接在开关控制模块的VDD与GND之间，在电路工作时为开关控制模块供电。

所述新型的电子烟控制系统上电后，直流电源为整个电路供电，电子烟控制系统进入待机模式，此时SW默认打开，开关控制内部的VDD与SN脚之间断开，MOS管Q1处于断开状态，直流电源接在电容C1两端为其充电，由于没有电流回路，定值电阻R1不产生压降，因此MCU的GATE端电势为零。

当用户进行吸烟时，SW生效，开关控制模块内的开关闭合，将VDD与SN连接在一起，SN电位升高经过逻辑控制驱动NMOS管Q1，此时NMOS管Q1闭合后，直流电源的正极直接接到定值电阻R1、开关控制的GND以及电容C1的低电势端，由于反向隔离模块的存在，电容C1的高电势端电压进一步升高，为开关控制模块供电，同时NMOS端的栅极的电势升高到直流电源电压两倍，高于源极电压，继续驱动NMOS管Q1工作。

在工作过程中，逻辑控制模块持续进行电路的开关控制，将用户的一次吸烟动作产生的电信号进行上千次的切割，即通过占空比为99％的脉冲波信号控制NMOS管Q1的通断，如附图5所示，在NMOS管Q1关断时电源为C1充电，Q1导通的时间内则正常进行雾化。而nF级的电容可在Q1关断的1‰时间内完成充电；同时由于对一次吸烟动作(约为3～5s)进行了千次分割，因此nF级的电容可以稳定的在电路导通的3～5ms时间内为NMOS管Q1及电路的考官控制模块供电。

如图2所示，整个电路包括电源P1、开关控制模块、MCU、反向隔离模块、电容C1、NMOS管Q1、逻辑控制、开关SW、定值电阻R1以及相应的连接线。其中电源Q1为直流电源，在电子烟的实际应用中通常为可充电锂电池；反向隔离模块的主要作用为允许电流由电源流向开关控制的VDD端，但是无法倒流。开关SW为气流检测开关，默认开关打开，当超过阈值的气流经过时开关闭合。开关控制模块内置另一开关，连接在VDD和SN之间，用于经过逻辑控制驱动MOS管Q1的开关，其中逻辑控制在用户吸烟的过程中发送预设的高占空比脉冲波。

电路的具体连接方式为：直流电源P1的正极直接接在MCU模块的VDD端、MOS管Q1的漏端，同时经过反向隔离模块后接在开关控制模块的VDD端与电容C1一端；电源P1的负极直接接在MCU的GND端，同时经过定值电阻R1后接在MCU的GATE端、MOS管Q1的源端、开关控制模块的GND端以及电容C1的另一侧；开关SW与开关控制模块相连；开关控制的SN脚经过逻辑控制连接在MOS管Q1的栅极。为方便说明，图中标注了三处电压标记点，分别记为①、②、③。

电路连接完成后，直流电源P1为整个电路系统供电，记电源电压值为V，此时MCU的VDD与GND直连电源正负极，进入待机状态；由于此时没有用户吸烟动作，SW默认断开，开关控制内部的开关断开，VDD与SN位连接，即SN电势为低，因此Q1打开。由于没有电流经过，定值电阻R1上的压降为零，因此图中三处标记点的电压分别为：①＝V,②＝V,③＝0。由于MCU的GATE端电压值等于③处电压值，因此此时MCU不会执行雾化操作。

当使用者开始吸烟时，产生的气流使得开关SW闭合，此时开关控制模块内置的开关闭合，VDD与SN相连，SN电势升高，驱动MOS管，使得Q1闭合。此时③处的电势等于电源P1的电压值V，即MCU的GATE端电压值变为V，MCU检测到该电压值时开始驱动电子烟雾化。同时电容C1的下侧的电势变为V，由于电容的电压值不能突变，因此电容C上侧的电势会上升到2*V，即②处的电势变为2*V，由于反向隔离的存在，电容C1上的放电通路只能通过开关控制模块，此时SN的电位进一步升高，仍然高于MOS管源级的电位，因此SN可以继续驱动Q1。此时逻辑控制持续的产生预设的高占空比的脉冲波，例如频率为1kHz，占空比为95％的脉冲波。在信号为高时逻辑控制等效为通路，允许SN脚位驱动MOS管Q1，信号为低时等效为断路，SN无法驱动Q1，此时直流电源为电容C重新充电。

当使用者结束吸烟动作时，开关SW打开，开关控制模块内置的开关重新打开，SN电势变为0，不再驱动MOS管，此时各点的状态变回开始吸烟之前的状态，MCU不再驱动雾化器工作，系统重新进入待机状态。

图3和图5分别表示了电子烟和本发明电子烟工作时的MOS管开关波形，该波形即可展示出电子烟实际的输出情况，图4和图6为两种不同设计的电容电压曲线，由于本发明逻辑控制发送的脉冲波信号使得电容在一秒内可以补电上千次，因此使用极小的电容即可保证在用户使用过程中需要的供电，同时，较高的占空比信号使得用户在使用过程中的感受与之前的方案基本一致，该频率的开关速度远大于人类可感知的范围，用户无法察觉到系统的开关，综上，本发明在保证了用户相同的使用体验上有效地降低了电路所需的容值。

Claims (1)

1.一种新型的电子烟控制系统，其特征在于：

所述新型的电子烟控制系统，包括开关控制模块、逻辑控制模块、MCU模块、反向隔离模块及外围元器件，外围元器件包括直流电源、定值电阻R1、NMOS管Q1、开关SW以及nF级陶瓷电容C1；所述直流电源直接连在MCU模块的VDD和GND两侧，为MCU模块供电；直流电源的负极经过定值电阻R1后分别连接到MCU的GATE端、开关控制模块的GND以及NMOS管Q1的源端；直流电源的正极连接NMOS管Q1的漏端，并经过反向隔离模块连接到开关控制模块的VDD端；所述开关控制模块内置开关连接VDD和逻辑控制模块，所述逻辑控制模块的开关与开关控制模块的引脚SN相连，受到SW通断状态的控制；开关控制模块的引脚SN经过逻辑控制模块连接到MOS管Q1的栅端；开关SW为气流检测开关，默认开关打开，当有气流经过时开关闭合；开关控制模块中的开关默认打开，当SW闭合时VDD与SN之间连通；所述逻辑控制模块连接在开关控制模块与NMOS管Q1之间，在用户吸烟时，逻辑控制模块对吸烟动作产生的电信号进行切割，采用1kHz，占空比为99％的脉冲波信号对NMOS管进行调制，

所述新型的电子烟控制系统上电后，直流电源为整个电路供电，电子烟控制系统进入待机模式，此时SW默认打开，开关控制内部的VDD与SN脚之间断开，MOS管Q1处于断开状态，直流电源接在电容C1两端为其充电，MCU的GATE端电势为零。

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