CN219248102U - 加热电路及加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加热电路，包括：第一可控开关，第一可控开关的一端与加热电路的电源连接：振荡电路，振荡电路的一端与第一可控开关的另一端连接，振荡电路的另一端接地；其中，振荡电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括第一电容，第二支路包括串联的电感线圈和第二电容，电感线圈在通电时能够在发热元件中产生感应电流。本实用新型提供的加热电路避免了可控开关全部导通时，电源对地短路而引发的高温发热问题。本实用新型还提供了一种加热装置。

Description

加热电路及加热装置

技术领域

本实用新型涉及新型烟草领域，具体涉及一种加热电路及加热装置。

背景技术

传统烟草危害使用者身体健康，新型气溶胶生成装置作为传统烟草的替代商品，近年来的发展势头迅猛。常见的气溶胶生成装置按照气溶胶产生材料的形式大致可以分为电子烟、加热卷烟等大类。电子烟中用于产生气溶胶的是液体材料，而加热卷烟中用于产生气溶胶的是固体材料，即固态的气溶胶形成基质，例如是烟草薄片、烟草颗粒、烟丝、再造烟草等。

现有的气溶胶生成装置的加热方式主要有电阻加热和电磁加热。电阻加热的气溶胶生成装置原理是利用电流的焦耳效应将电能转变成热能，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上。电磁加热的气溶胶生成装置原理是利用高频率的交变电压作用于绕在加热物体表面的电磁加热线圈从而产生磁场，磁场作用于需要加热的物体表面使得内部产生涡流，使得被加热的物体产生热量。

其中，电磁驱动常见的方式有单管式驱动、半桥式驱动、全桥驱动以及E型功放驱动等几种方式。半桥式驱动采用了上、下桥臂分别控制，通过上下桥臂分时导通，控制线圈中电流的流动方向，以实现线圈内的电场交变，形成稳定的变化磁场，使位于磁场中的感受器发热加热烟媒。现有的半桥式驱动电路中，上、下桥臂分别连接着电源和地，当系统出错时，可能会使上下桥臂同时处于开启状态，导致电源对地短路，进而引发高温发热风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有半桥式驱动电路中，上、下桥臂同时导通时，电源对地短路，进而引发高温发热风险。

第一方面，本实用新型提供的加热电路避免了可控开关全部导通时，电源对地短路而引发的高温发热问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种加热电路，包括：第一可控开关，第一可控开关的一端与加热电路的电源连接：振荡电路，振荡电路的一端与第一可控开关的另一端连接，振荡电路的另一端接地；其中，振荡电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括第一电容，第二支路包括串联的电感线圈和第二电容，电感线圈在通电时能够在发热元件中产生感应电流。

采用上述技术方案，本实用新型提供的加热电路在电源和接地之间的回路上设有第一电容和第二电容，且第一电容和第二电容并联第一电容和第二电容，电容隔直通交的特性，因而即便同时导通可控开关，加热电路也不存在短路，以及由此引发的高温问题。

根据本实用新型的另一具体实施方式，第一支路还包括与第一电容相串联的第二可控开关。

根据本实用新型的另一具体实施方式，第二支路还包括与电感线圈和第二电容相串联的第二可控开关。

第二方面，本实用新型提供了一种加热装置，包括：如前所述的加热电路；和发热元件，其中，所述加热电路中的所述电感线圈用于在所述发热元件中产生感应电流。

采用上述技术方案，加热装置能够通过加热电路利用电磁加热原理为发热元件进行加热，加热电路能够避免短路，以减少过热对加热装置的损伤，同时满足用户的感官体验，防止用户损伤的意外事故的发生。

附图说明

图1示出本实用新型第一实施例中的加热电路的电路图；

图2示出本实用新型第二实施例中的加热电路的电路图一；

图3示出本实用新型第二实施例中的加热电路的电路图二；

图4示出本实用新型第二实施例中的加热电路的电路图三；

图5示出本实用新型一个实施例中的电流波形图一；

图6示出本实用新型一个实施例中的电流波形图二；

图7示出本实用新型第三实施例中的加热电路的电路图；

图8示出本实用新型一个实施例中的加热方法的流程图一；

图9示出本实用新型一个实施例中的加热方法的流程图二。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包括许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

参考图1，本实用新型的第一实施例中，提供了一种加热电路1，即经典的电磁半桥驱动电路。加热电路1包括两个并联的支路，即上桥支路和下桥支路。

其中，上桥支路包括串联的上臂电子开关IGBT1(绝缘栅双极型晶体管，英文为Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)、第一电容C1、电感线圈L。下桥支路包括串联的下臂电子开关IGBT2、第二电容C2、电感线圈L。在加热电路1中，加热电路1的电源分别与上桥支路的上臂电子开关IGBT1、第一电容C1相连接；加热电路1的接地端分别与下臂电子开关IGBT2、第二电容C2相连接。

其中，第一电容C1、第二电容C2为无极性电容；L为电感线圈；上臂电子开关、下臂电子开关可以用IGBT、MOS或达灵顿管；VCC为加热电路1的电源，电源为加热电路1提供供电电压；GND为加热电路的地，或称参考面，即接地端。

参考图1，加热电路1的工作原理为：

当上臂电子开关IGBT1导通时，下臂电子开关IGBT2断开，电流从电源VCC出发，流经上臂电子开关IGBT1、电感线圈L、第二电容C2后接地，即流过电感线圈L的电流自左向右，由于电感线圈L有保持电流的特性，在电感线圈L中的电流会逐步增大直至达到峰值。保持上臂电子开关IGBT1处于导通状态，第二电容C2在充电过程中，第二电容C2两端电压逐渐升高，使得电感线圈L两端的压差逐步减少，由于电感线圈L有保持电流的特性，电感线圈L持续输出电流，且从峰值逐渐减少。然后，断开上臂电子开关IGBT1。

当下臂电子开关IGBT2导通时，上臂电子开关IGBT1断开，电流从电源VCC出发，流经第一电容C1、电感线圈L、下臂电子开关IGBT2后接地。电感线圈L的电流方向为自右向左，由于电感线圈L有保持电流的特性，在电感线圈L中的电流会逐步增大直至达到峰值。保持下臂电子开关IGBT2处于导通状态，由于电感线圈L有保持电流的特性，电感线圈L持续输出电流，由于第二电容C2通过电感线圈L和下桥臂开关IGBT2对地GND放电，随着第二电容C2储能的减少，流过电感线圈L的电流从峰值逐渐减少，直至电感线圈L内的能量放光。通过上臂电子开关IGBT1、下臂电子开关IGBT2的导通和断开控制加热电路1处于不同的工作状态，实现了电感线圈L的电场交变，产生变化的磁场以对位于磁场内的发热元件进行加热。

在本实施例中，加热电路1中，如果同时导通上臂电子开关IGBT1、下臂电子开关IGBT2，会导致电源VCC对接地端GND短路。即由于上臂电子开关IGBT1、下臂电子开关IGBT2的电阻较小、电流过大，使得上臂电子开关IGBT1、下臂电子开关IGBT2上形成大量的热，导致上臂电子开关IGBT1、下臂电子开关IGBT2高温，造成严重的系统风险，具有安全隐患。

为此，参考图2至图4，本实用新型的第二实施例中，提供了一种加热电路2。加热电路2包括可控开关。在本实用新型提供的一些可能的实施例中，可控开关为单极开关、IGBT、MOS管(金属-氧化物半导体场效应晶体管，英文为Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写为MOSFET，简称为MOS管)、达灵顿管中的任意一种。图2示出了可控开关为IGBT的加热电路21。图3示出了可控开关为单极开关的加热电路22。图4示出了可控开关为MOS管的加热电路23。

参考图2，加热电路21包括第一可控开关IGBT1和振荡电路。第一可控开关IGBT1的一端与加热电路21的电源VCC连接。振荡电路的一端与第一可控开关IGBT1的另一端连接，振荡电路的另一端接地GND。其中，振荡电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括第一电容C1，第二支路包括串联的电感线圈L和第二电容C2，电感线圈L在通电时能够在发热元件中产生感应电流。

采用上述技术方案，在电源VCC和接地端GND之间设有第一电容C1和第二电容C2，且第一电容C1和第二电容C2并联设置，实现加热电路21的对目标物体加热功能的同时，防止电源VCC对地GND短路，并防止由此造成的高温发热风险。

在加热电路21中，第一电容C1、第二电容C2为无极性电容；L为电感线圈；上臂电子开关、下臂电子开关可以用IGBT、MOS或达灵顿管；VCC为加热电路1的电源，电源为加热电路1提供供电电压；GND为接地端，CTL为信号输入端，该信号输入端与微控制单元MCU相互连接，用于接收微控制单元MCU的控制信号以导通或断开第一可控开关或第二可控开关。

在加热电路21中，控制第一可控开关IGBT1导通，以使得电源VCC对第一电容C1充电；控制第一可控开关IGBT1断开，以使得第一支路和第二支路形成振荡回路，电感线圈L通入电流以加热设有发热元件的目标物体。

本实用新型提供的一些其他可能的实施例中，第二支路还包括与电感线圈L1和第二电容C2相串联的第二可控开关IGBT2。即第二支路还包括第二可控开关IGBT2，第二电容C2通过第二可控开关IGBT2接地。

参考图2，加热电路21的工作原理为：

第一可控开关IGBT1导通、第二可控开关IGBT2断开，A点电压等于电源VCC的电压，电流从电源VCC出发，流经第一可控开关IGBT1、第一电容C1，到接地端GND。在这个过程中，电源VCC对第一电容C1进行充电，使第一电容C1的A端对接地GND的电压等于电源VCC的电压。(此处假设第一可控开关IGBT1、第二可控开关IGBT2都是理想开关，无内阻)。

第一可控开关IGBT1断开、第二可控开关IGBT2导通，C点电压等于接地端GND的电压。第一电容C1、电感线圈L1、第二电容C2、第二可控开关IGBT2形成回路，由于第一电容C1储有电，第二电容C2中无储电，所以A点电压高于B点，第一电容C1会通过电感线圈L1对第二电容C2充电，此时电流方向为第一电容C1、电感线圈L1、第二电容C2、第二可控开关IGBT2、接地端GND。由于电感线圈L1是感性元件，有阻碍电流变化的特性，故电流会逐步增大。当A、B两点的电压相等时，电感线圈L1上的电流达到最大值。由于电感线圈的保持电流的特性，第一电容C1会继续向第二电容C2充电，充电电流会逐步减小，B点电压逐步升高，当电感线圈L1上的电流为零时，第二电容C2充电截止。

由于电感线圈L1电流为零，且第二电容C2电压高于第一电容C1电压，第二电容C2通过电感线圈L1对第一电容C1充电，此时流过电感线圈L1的电流的方向与前述由第一电容C1给第二电容C2充电时流过电感线圈L1的电流方向相反。

第一可控开关IGBT1断开、第二可控开关IGBT2导通时，不断循环重复上述第一电容C1给第二电容C2充电、第二电容C2给第一电容C1充电，通过上述过程，电感线圈L1上形成了交变的电流，而电感线圈L1内交变的电流，又形成交变的磁场，使得位于磁场中的发热元件表面产生涡流，进而发热，用于加热目标物体。

本实用新型提供的一些可能的实施例中，如前所述，第一可控开关为单极开关、IGBT、MOS管、达灵顿管中的任意一种，第二可控开关为单极开关、IGBT、MOS管、达灵顿管中的任意一种。

在加热电路21中，即便第一可控开关IGBT1和第二可控开关IGBT2同时导通，由于在电源VCC和接地端GND之间设有并联的第一电容C1和第二电容C2，也能够防止电源VCC对地GND短路，并防止由此造成的高温发热风险。

参考图3，本实用新型提供了一种加热电路22，加热电路22与加热电路21的不同之处仅在于，第一可控开关和第二可控开关均为单极开关。加热电路22的加热原理与加热电路21相同，在此不做赘述。

参考图4，本实用新型提供了一种加热电路23，加热电路23与加热电路22和加热电路21的不同之处仅在于，第一可控开关和第二可控开关均为MOS管。在加热电路23中，第一可控开关Q1的源极S与电源相连接，栅极G与信号输入端相连接，漏极D与振荡电路的一端相连接。第二可控开关Q2的源极S接地，栅极G与信号输入端相连接，漏极D与第二电容C2相连接。加热电路23的加热原理与加热电路21、加热电路22的加热原理相同，在此不做赘述。

参考图5，示出了加热电路2连续工作时，B点(如图2所示)的电流波形，电流波形呈近似正弦波。

参考图6，示出了加热电路2连续工作时，B点(如图2所示)的单次电流振荡波形。即只给加热电路2充一次电时所形成的电流波形，其波形为阻尼振荡状，其特点为随着时间，振荡波形越来越小直至消失。

参考图7，本实用新型的第三实施例中，加热电路3包括第一可控开关Q1和振荡电路。

第一可控开关Q1的一端与加热电路3的电源VCC连接。振荡电路的一端与第一可控开关Q1的另一端连接，振荡电路的另一端接地GND。其中，振荡电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括串联的第一电容C1和第二可控开关Q2，第一电容C1通过第二可控开关Q2接地GND。第二支路包括串联的电感线圈L1和第二电容C2，电感线圈L1在通电时能够在发热元件中产生感应电流。

当第一可控开关Q1导通，由于电感线圈L1具有隔交通直的特性，电源VCC给第二电容C2充电。

当第一可控开关Q1断开、第二可控开关Q2导通，振荡电路(即第一支路和第二支路)不断循环重复前述第二电容C2给第一电容C1充电、第一电容C1给第二电容C2充电，通过上述过程，电感线圈L1上形成了交变的电流，而电感线圈L1内交变的电流，又形成交变的磁场，使得位于磁场中的发热元件表面产生涡流，进而发热，用于加热目标物体。即加热电路3的加热原理与加热电路2的加热原理相同，在此不做赘述。

当第一可控开关Q1和第二可控开关Q2同时导通，电源VCC和接地端GND之间串联有第一电容C1和第二可控开关Q2，电源VCC给第一电容C1充电，防止电源VCC对地GND短路，并防止由此造成的高温发热风险。

第二方面，参考图8，本实用新型提供了一种加热方法，用于加热电路。加热电路为前述任一实施例中的加热电路。加热方法包括：

S1：控制第一可控开关IGBT1导通，以使得电源VCC对第一电容C1充电；

S2：基于确定第一电容C1满足第一条件，控制第一可控开关IGBT1断开，以使得振荡电路中产生振荡电流。电感线圈L1通入电流以加热发热元件。

采用上述技术方案，在电源VCC和接地端GND之间设有并联的第一电容C1和第二电容C2，实现加热电路2的对发热元件加热功能的同时，防止电源VCC对地GND短路，并防止由此造成的高温发热风险。

示例性地，比如，本实用新型提供的一些可能的实施例中，第一条件包括：第一电容C1的电压大于预设阈值。即直至第一电容C1充满电，控制第一可控开关IGBT1断开。又如，本实用新型提供的一些可能的实施例中，第一条件包括：第一电容C1的电流大于预设阈值，控制第一可控开关IGBT1断开。再如，第一条件包括：第一电容C1的功率大于预设阈值，控制第一可控开关IGBT1断开。

本实用新型提供的一些其他可能的实施例中，参考图2至图5，加热电路为第二实施例所述的加热电路2和第三实施例中所述的加热电路3，参考图2，在S2：基于确定第一电容C1满足第一条件，控制第一可控开关IGBT1断开之后，加热方法进一步包括：控制第二可控开关IGBT2导通。

具体地，参考图9并结合图2，加热电路21的加热方法为：

S11：控制第一可控开关IGBT1导通、第二可控开关IGBT2断开，以使得电源VCC对第一电容C1充电；

S12：基于确定第一电容C1满足第一条件，控制第一可控开关IGBT1断开、第二可控开关IGBT2导通，以使得振荡电路中产生振荡电流，电感线圈L1能够在发热元件中产生感应电流。

示例性地，如前所述，第一条件包括：第一电容C1的电压大于预设阈值，或者第一电容C1的电流大于预设阈值，或者第一电容C1的功率大于预设阈值。本实用新型对此不作限定。

第三方面，本实用新型提供了一种加热装置(图中未示出)，加热装置包括如前所述的加热电路2或加热电路3和发热元件。其中，加热电路2或加热电路3中的电感线圈L1用于在发热元件中产生感应电流。采用上述技术方案，加热装置能够通过加热电路2或加热电路3利用电磁加热原理为发热元件进行加热，加热电路2或加热电路3能够避免短路，以减少过热对加热装置的损伤，同时满足用户的感官体验，防止用户损伤的意外事故的发生。

在本实用新型中，以图2示出的第二实施例的加热电路21为例，说明加热装置的工作过程：

加热装置包括加热电路21和微控制单元MCU。微控制单元MCU与加热电路21的CTL1、CTL2信号接收端相连接。

将加热装置开机，通过程序设定以使微控制单元MCU发出控制第一可控开关IGBT1导通的信号，CTL1接收该信号并导通第一可控开关IGBT1，在加热电路21中，电源VCC给第一电容C1充电，直至第一电容C1充满电，微控制单元MCU通过CTL1控制第一可控开关IGBT1断开。

接着，微控制单元MCU发出控制第二可控开关IGBT2导通的信号，由于第一电容C1内的电平与第二电容C2电平不一致，即第一电容C1内的电平高于第二电容C2电平，第一电容C1通过电感线圈L1向第二电容C2充电，电感线圈L1上通过了变化的电流。由于电感线圈L1是感性负载，其有维持电流不变的特性，在第一电容C1向第二电容C2充电过程会产生过冲，即第二电容C2的电平会高于第一电容C1。这时，第二电容C2又通过电感线圈L1向第一电容C1充电，如此往复，即在电感线圈L1上产生了交变的电流，通过电磁加热原理对位于磁场内的发热元件进行加热。

加热装置还包括测温单元，测温单元能够测量发热元件的加热温度，当发热元件的加热温度超过预设温度时，微控制单元MCU控制第二可控开关IGBT2断开，停止对发热元件进行加热，以使发热元件降温。

接着，当发热元件的加热温度低于预设温度时，微控制单元MCU通过CTL1控制第一可控开关IGBT1保持断开的状态，同时通过CTL2控制第二可控开关IGBT2导通，即振荡电路工作以使加热电路21给发热元件继续加热。

或者，如前所述，加热装置还包括测温单元，测温单元能够测量发热元件的加热温度，当发热元件的加热温度超过预设温度时，微控制单元MCU控制第一可控开关IGBT1导通、第二可控开关IGBT2导通，以使发热元件降温。在此过程中，由于电源VCC与接地端GND之间的回路上设有并联的第一电容C1和第二电容C2，电容具有隔直通交的特性，所以，即便同时第一可控开关IGBT1、第二可控开关IGBT2全部导通也不会出现因短路导致的高温风险。

接着，当发热元件的加热温度低于预设温度时，微控制单元MCU通过CTL1控制第一可控开关IGBT1断开、通过CTL2控制第二可控开关IGBT2导通，即振荡电路工作以使加热电路21给发热元件继续加热。

在上述过程中，加热装置还包括电量监测单元，用于监测第一电容C1和第二电容C2的实时电量，当第一电容C1的实时电量低于预设阈值时，微控制单元MCU控制第一可控开关IGBT1导通，以使电源VCC为第一电容C1充电，直到第一电容C1充满电，微控制单元MCU控制第一可控开关IGBT1断开。

当加热装置使用完毕，微控制单元MCU通过CTL1控制第一可控开关IGBT1断开、通过CTL2控制第二可控开关IGBT2断开，关闭加热电路21。

第四方面，本实用新型提供了一种采用前述加热方法的加热装置(图中未示出)，包括如前所述的发热元件，其中，加热电路中的电感线圈L1用于在发热元件中产生感应电流用于加热目标物体。

采用上述技术方案，采用前述加热方法的加热装置能够通过加热电路2利用电磁加热原理为发热元件进行加热，加热电路2能够避免短路，以减少过热对加热装置的损伤，同时满足用户的感官体验，防止用户损伤的意外事故的发生。

在本实用新型提供的一些可能的实施例中，加热装置为气溶胶生成装置。示例性地，比如，气溶胶生成装置是电子烟，通过加热电路2对电子烟液加热，以满足用户的抽吸体验；又如，气溶胶生成装置是加热不燃烧烟具，通过加热电路2对加热卷烟加热，以满足用户的抽吸体验。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (4)

1.一种加热电路，其特征在于，包括：

第一可控开关，所述第一可控开关的一端与所述加热电路的电源连接：

振荡电路，所述振荡电路的一端与所述第一可控开关的另一端连接，所述振荡电路的另一端接地；

其中，所述振荡电路包括并联的第一支路和第二支路，所述第一支路包括第一电容，所述第二支路包括串联的电感线圈和第二电容，所述电感线圈在通电时能够在发热元件中产生感应电流。

2.如权利要求1所述的加热电路，其特征在于，所述第一支路还包括与所述第一电容相串联的第二可控开关。

3.如权利要求1所述的加热电路，其特征在于，所述第二支路还包括与所述电感线圈和所述第二电容相串联的第二可控开关。

4.一种加热装置，包括：

如权利要求1至3任一项所述的加热电路；和

发热元件，其中，所述加热电路中的所述电感线圈用于在所述发热元件中产生感应电流。

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