JP2022044541A - エアロゾル生成装置の電源ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エアロゾル生成装置の電源ユニットに関する。
電子たばこ等のエアロゾル生成装置はバッテリ等の内部電源を有しており、この内部電源からヒータに電力が供給される。エアロゾル生成装置には、内部電源を充電するために、外部の充電器に接続されるものもある。特許文献1は、充電器がエアロゾル生成装置のコントローラと通信し、通信結果に基づいて電力供給を開始する技術を提案する。
外部機器と通信可能なエアロゾル生成装置の電源ユニットは、外部機器と通信するための通信端子を有する。電源ユニットが外部機器に接続されていない間に、通信端子に静電気が印加されたり通信端子がショートしたりすると、電源ユニット内の回路に予期しない電流が流れる可能性がある。このような電流は、故障や誤動作、余計な電力消費などのような不具合の原因となりうる。本発明の1つの側面は、エアロゾル生成装置の電源ユニットが外部機器との通信のための通信端子を有することに起因する不具合の発生を低減することを目的とする。
上記課題に鑑みて、第1態様によれば、
エアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
エアロゾル源を加熱するためのヒータに供給される電力を保持するための内部電源と、
外部機器に接続可能であり、第1通信端子を有する第1コネクタと、
前記内部電源から前記ヒータへの電力供給を制御し、第2通信端子を有するコントローラと、
前記第1コネクタの前記第1通信端子と、前記コントローラの前記第2通信端子との間の第1通信経路と、
前記第1通信経路上に位置し、前記第1通信経路を導通状態又は切断状態にする開閉器と、
を備える電源ユニットが提供される。
第2態様によれば、
前記電源ユニットは、
第3通信端子を有する集積回路と、
前記コントローラの前記第2通信端子と、前記集積回路の前記第3通信端子との間の第2通信経路と、をさらに備え、
前記第1通信経路が導通状態である場合と切断状態である場合とのそれぞれにおいて、前記第2通信経路は導通状態である、第2態様に記載の電源ユニットが提供される。
第3態様によれば、前記第1コネクタは、第4通信端子をさらに有し、
前記第1コネクタの前記第4通信端子は、前記第1通信経路のうち、前記第1コネクタの前記第1通信端子と前記開閉器との間のノードに接続され、
前記外部機器は、第5通信端子を有する第2コネクタを有し、
前記第1コネクタが第1の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第1通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続され、
前記第1コネクタが前記第1の向きとは異なる第2の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第4通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続される、第1又は2態様に記載の電源ユニットが提供される。
第4態様によれば、
前記開閉器は、前記第1コネクタに前記外部機器が接続されていない場合に、前記第1通信経路を切断状態にする、第1乃至3態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第5態様によれば、
前記外部機器は、前記電源ユニットに電力を供給する外部電源として機能し、
前記第1コネクタは、前記外部機器から電源電位の供給を受けるための第1電源端子を更に有する、第1乃至4態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第6態様によれば、
前記開閉器は、
イネーブル端子を有し、
前記イネーブル端子にハイレベルの信号が入力されたことに応じて前記第1通信経路を導通状態にし、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1コネクタの前記第1電源端子に前記外部機器から前記電源電位が供給された場合にハイレベルとなる、第5態様に記載の電源ユニットが提供される。
第7態様によれば、
前記電源ユニットは、前記外部機器から前記内部電源に電力を供給するための第1給電経路をさらに備え、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1給電経路に接続されている、第6態様に記載の電源ユニットが提供される。
第8態様によれば、
前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記内部電源から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第2給電経路をさらに備える、第6又は7態様に記載の電源ユニットが提供される。
第9態様によれば、
前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記外部機器から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第3給電経路をさらに備える、第5乃至8態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第10態様によれば、
前記電源ユニットは、前記第3給電経路上にレギュレータをさらに備え、
前記外部機器から前記レギュレータの入力端子に電力が供給され、前記レギュレータの出力端子から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力が供給される、第9態様に記載の電源ユニットが提供される。
第11態様によれば、
前記電源ユニットは、前記第3給電経路のうち、前記第1コネクタの前記第1電源端子と前記レギュレータとの間の部分に、前記第1コネクタの第1電源端子から前記レギュレータへ向かう方向が順方向となるダイオードをさらに備える、第10態様に記載の電源ユニットが提供される。
エアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
エアロゾル源を加熱するためのヒータに供給される電力を保持するための内部電源と、
外部機器に接続可能であり、第1通信端子を有する第1コネクタと、
前記内部電源から前記ヒータへの電力供給を制御し、第2通信端子を有するコントローラと、
前記第1コネクタの前記第1通信端子と、前記コントローラの前記第2通信端子との間の第1通信経路と、
前記第1通信経路上に位置し、前記第1通信経路を導通状態又は切断状態にする開閉器と、
を備える電源ユニットが提供される。
第2態様によれば、
前記電源ユニットは、
第3通信端子を有する集積回路と、
前記コントローラの前記第2通信端子と、前記集積回路の前記第3通信端子との間の第2通信経路と、をさらに備え、
前記第1通信経路が導通状態である場合と切断状態である場合とのそれぞれにおいて、前記第2通信経路は導通状態である、第2態様に記載の電源ユニットが提供される。
第3態様によれば、前記第1コネクタは、第4通信端子をさらに有し、
前記第1コネクタの前記第4通信端子は、前記第1通信経路のうち、前記第1コネクタの前記第1通信端子と前記開閉器との間のノードに接続され、
前記外部機器は、第5通信端子を有する第2コネクタを有し、
前記第1コネクタが第1の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第1通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続され、
前記第1コネクタが前記第1の向きとは異なる第2の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第4通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続される、第1又は2態様に記載の電源ユニットが提供される。
第4態様によれば、
前記開閉器は、前記第1コネクタに前記外部機器が接続されていない場合に、前記第1通信経路を切断状態にする、第1乃至3態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第5態様によれば、
前記外部機器は、前記電源ユニットに電力を供給する外部電源として機能し、
前記第1コネクタは、前記外部機器から電源電位の供給を受けるための第1電源端子を更に有する、第1乃至4態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第6態様によれば、
前記開閉器は、
イネーブル端子を有し、
前記イネーブル端子にハイレベルの信号が入力されたことに応じて前記第1通信経路を導通状態にし、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1コネクタの前記第1電源端子に前記外部機器から前記電源電位が供給された場合にハイレベルとなる、第5態様に記載の電源ユニットが提供される。
第7態様によれば、
前記電源ユニットは、前記外部機器から前記内部電源に電力を供給するための第1給電経路をさらに備え、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1給電経路に接続されている、第6態様に記載の電源ユニットが提供される。
第8態様によれば、
前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記内部電源から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第2給電経路をさらに備える、第6又は7態様に記載の電源ユニットが提供される。
第9態様によれば、
前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記外部機器から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第3給電経路をさらに備える、第5乃至8態様の何れか1つに記載の電源ユニットが提供される。
第10態様によれば、
前記電源ユニットは、前記第3給電経路上にレギュレータをさらに備え、
前記外部機器から前記レギュレータの入力端子に電力が供給され、前記レギュレータの出力端子から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力が供給される、第9態様に記載の電源ユニットが提供される。
第11態様によれば、
前記電源ユニットは、前記第3給電経路のうち、前記第1コネクタの前記第1電源端子と前記レギュレータとの間の部分に、前記第1コネクタの第1電源端子から前記レギュレータへ向かう方向が順方向となるダイオードをさらに備える、第10態様に記載の電源ユニットが提供される。
上記手段により、エアロゾル生成装置の電源ユニットが外部機器との通信のための通信端子を有することに起因する不具合の発生が低減する。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図1には、一実施形態のエアロゾル生成装置100の構成が模式的に示されている。エアロゾル生成装置100は、ユーザによる吸引動作などのエアロゾルを要求する動作(以下、エアロゾル要求動作ともいう)に応じて、エアロゾルを含む気体、または、エアロゾルおよび香味物質を含む気体または、エアロゾル、または、香味物質を含むエアロゾルを、吸口部130を通してユーザに提供するように構成されうる。エアロゾル生成装置100は、電源ユニット102と、霧化器104とを備えうる。エアロゾル生成装置100は、霧化器104を取り外し可能な状態で保持する保持部103を備えうる。電源ユニット102は、吸引器用コントローラとして理解されてもよい。霧化器104は、エアロゾル源を霧化するように構成されうる。エアロゾル源は、例えば、グリセリンまたはプロピレングリコール等の多価アルコール等の液体でありうる。あるいは、エアロゾル源は、薬剤を含んでもよい。エアロゾル源は、液体であってもよいし、固体であってもよいし、液体および固体の混合物であってもよい。エアロゾル源に代えて、水等の蒸気源が用いられてもよい。
エアロゾル生成装置100は、香味源131を含むカプセル106を更に備えてもよく、霧化器104は、カプセル106を取り外し可能な状態で保持するカプセルホルダ105を含みうる。香味源131は、例えば、たばこ材料を成形した成形体でありうる。あるいは、香味源131は、たばこ以外の植物(例えば、ミント、ハーブ、漢方、コーヒー豆等)によって構成されてもよい。香味源には、メントールなどの香料が付与されていてもよい。香味源131は、エアロゾル源に添加されてもよい。なお、カプセルホルダ105は、霧化器104ではなく電源ユニット102に設けられていてもよい。吸引器100又は霧化器104がカプセルホルダ105を含む構成に代えて、霧化器104とカプセルホルダ105を一体としてもよい。
電源ユニット102は、電気部品110を含みうる。電気部品110は、ユーザインターフェース116を含みうる。あるいは、電源ユニット102は、電気部品110およびユーザインターフェース116を含むものとして理解されてもよい。ユーザインターフェース116は、例えば、表示部DISP(例えば、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子、および/または、LCD等の画像表示器)、および/または、操作部OP(例えば、ボタンスイッチ等のスイッチ、および/または、タッチディスプレイ)を含みうる。
電源ユニット102の保持部103は、電気接点C1および電気接点C2を含みうる。保持部103によって霧化器104が保持された状態において、保持部103の電気接点C1は、霧化器104の電気接点C3に接し、また、保持部103の電気接点C2は、霧化器104の電気接点C4に接しうる。電源ユニット102は、電気接点C1および電気接点C2を通して霧化器104に電力を供給しうる。
霧化器104は、前述の電気接点C3および電気接点C4を含みうる。また、霧化器104は、エアロゾル源を加熱するヒータHTと、液体のエアロゾル源を保持する容器125と、容器125によって保持されたエアロゾル源をヒータHTによる加熱領域に輸送し且つ当該加熱領域でエアロゾル源を保持する輸送部126とを含みうる。輸送部126は、ウィックとも呼ばれうる。ヒータHTの加熱領域の少なくとも一部は、霧化器104内に設けられた流路128に配置されうる。電気接点C1、電気接点C3、ヒータHT、電気接点C4および電気接点C2は、ヒータHTに電流を流すための電流経路を形成する。輸送部126は、例えば、ガラス繊維のような繊維素材またはセラミックのような多孔質素材またはこれらの組合せで構成されうる。なお、容器125に保持されたエアロゾル源を加熱領域に輸送する手段はウィックに限られず、スプレーのような噴霧装置やポンプのような輸送手段を代わりに用いてもよい。
霧化器104は、前述のように、カプセル106を取り外し可能に保持するカプセルホルダ105を含むことができる。カプセルホルダ105は、一例において、カプセル106の一部をカプセルホルダ105内または霧化器104内に収容し、他の一部を露出させるようにカプセル106を保持しうる。ユーザは、吸口部130を口で銜えて、エアロゾルを含有する気体を吸引することができる。取り外し可能なカプセル106が吸口部130を備えることで、エアロゾル生成装置100を清潔に保つことができる。
ユーザが吸口部130を銜えて吸引動作を行うと、矢印で例示されるように、霧化器104の流路128に空気が流入し、ヒータHTがエアロゾル源を加熱することによって蒸気化及び/又はエアロゾル化されたエアロゾル源がその空気によって吸口部130に向けて輸送される。吸口部130に向けて輸送される過程において、蒸気化及び/又はエアロゾル化されたエアロゾル源が冷却されて微小な液滴が形成されることで、エアロゾル化が促進される。そして、香味源131が配置されている構成においては、そのエアロゾルに香味源131が発生する香味物質が添加されて吸口部130に輸送され、ユーザの口に吸い込まれる。香味源131が発生する香味物質はエアロゾルに添加されるため、ユーザの口腔内に留まらず、ユーザの肺まで効率的に香味物質を輸送することができる。
電源ユニット102は、外部機器(図1では不図示)と接続するためのコネクタPGをさらに有する。電源ユニット102に接続される外部機器は、例えば電源ユニット102の充電器であってもよい。この場合に、外部機器は、電源ユニット102に電力を供給する外部電源として機能する。外部機器は、コネクタPGを通じて、電源ユニット102と通信してもよい。
図1の例では、電源ユニット102から取り外し可能な霧化器104がヒータHTを有する。これにかえて、ヒータHTは、霧化器104ではなく電源ユニット102に取り付けられていてもよい。この場合に、エアロゾル源を保持するエアロゾル基材と、フィルタとを有するエアロゾル発生物品が電源ユニット102に交換可能に取り付けられてもよい。エアロゾル発生物品は、電源ユニット102のヒータHTに差し込まれ、これによってヒータHTがエアロゾル基材内のエアロゾル源を加熱可能な状態となる。使用し終わったエアロゾル発生物品は、ヒータHTが電源ユニット102に結合した状態で電源ユニット102から取り外し可能である。
図2は、電源ユニット102の全体的な回路構成の例を示す。一部の実施形態において、電源ユニット102は、図2に示すような複数の回路部品を有する。図2を参照して各回路部品の構成の概要について説明し、一部の回路部品の構成の詳細については別の図面を参照して後述する。
コントローラ14は、電源ユニット102の全体的な動作を制御する。コントローラ14は、例えば集積回路(IC:Integrated Circuit)で構成されたマイクロコントローラユニットであってもよい。具体的に、コントローラ14は、電源ユニット102内の各回路部品に制御信号を供給することによって、各回路部品の動作を制御する。さらに、コントローラ14は、内部電源BATからヒータHTへの電力供給を制御する。
内部電源BATは、エアロゾル源を加熱するためのヒータHTに供給される電力を保持するための電源である。内部電源BATは、乾電池などの一次電池で構成されてもよいし、リチウムイオンバッテリーなどの二次電池で構成されてもよいし、電気二重層キャパシタなどのキャパシタで構成されてもよい。以下の説明では、別段の記載がない限り、内部電源BATが二次電池で構成された場合について説明する。
コネクタ23は、外部機器CGに接続可能なコネクタである。外部機器CGはコネクタ24を有する。電源ユニット102のコネクタ23と外部機器CGのコネクタ24とが互いに物理的に接続(結合)することによって、電源ユニット102と外部機器CGとが互いに電気的に接続される。コネクタ23とコネクタ24とは、複数の異なる向きで接続可能であってもよい。
外部機器CGは、コネクタ23、24を通じて、内部電源BATに電力を供給可能であってもよい。さらに、外部機器CGは、電源ユニット102内の回路部品と通信可能であってもよい。図2の例で、外部機器CGと電源ユニット102とは、シリアル通信方式の一種であるI2C(Inter-Integrated Circuit)通信を行う。そのため、電源ユニット102内の通信を行う各回路部品は、クロック信号を送受信するための通信端子(図2の「SCL」)と、データ信号を送受信するための通信端子(図2の「SDA」)を有する。また、各回路部品のクロック信号用の通信端子は相互に接続されており、各回路部品のデータ信号用の通信端子は相互に接続されている。図2の例では、I2C通信が行われるが、これにかえて他のシリアル通信方式、例えばUART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)やSPI(Serial Peripheral Interface)が使用されてもよい。外部機器CGは、コントローラ14の書き込み端子(図2の「WRT」)にデータを送信可能であってもよい。
内部電源BATが一次電池で構成される場合に、外部機器CGは充電機能を有さず、通信機能のみを有してもよい。また、外部機器CGは通信機能を有さず充電機能のみを有してもよいし、通信機能と充電機能との両方を有してもよい。外部機器CGが充電機能を有する場合に、外部機器CGは外部電源と呼ばれてもよい。以下の説明では、別段の記載がない限り、外部機器CGが充電機能と通信機能との両方を有する場合について説明する。
極性統一回路BCは、コネクタ23の極性を統一するための回路部品である。極性統一回路BCは、コネクタ23の2つの電源端子に接続されている。極性統一回路BCは、コネクタ23の2つの電源端子に供給された電位のうち、高い方の電位(例えば、外部機器CGの電源電位VBUS)を内部電源BATの正極に(他の電気部品を介して)接続し、低い方の電位(例えば、外部機器CGのグランド電位)を内部電源BATの負極に(他の電気部品を介して)接続する。極性統一回路BCとコネクタ23との間にヒューズFSが配置されている。極性統一回路BCとコネクタ23との間に流れる電流が閾値を超えた場合にヒューズFSが切断される。これによって、外部機器CGから電源ユニット102への電力供給が停止する。
保護IC16は、電源ユニット102内の回路部品を過剰な電流から保護するための回路部品である。保護IC16は、外部機器CGから内部電源BATへ電力を供給するための給電経路上に位置する。保護IC16は、自身を通る電流が閾値を所定期間以上超えた場合に、自身を通る給電経路を切断状態にする。これによって、外部機器CGから電源ユニット102への電力供給が停止し、後続の回路(トランジスタQ3など)が保護される。保護IC16は、電源ユニット102のグランド線GLに接続されている。グランド線GLは、電源ユニット102の各回路部品(例えば、コントローラ14)が実装された回路基板のグランドに接続されている。具体的一例として、回路基板のグランドは金属板で構成される。
トランジスタQ4は、内部電源BATからヒータHTへの電力の供給中にコネクタ23へ電流が流れるのを防ぐための回路部品である。トランジスタQ4は、FET(電界効果トランジスタ)やIGBT(絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)であってもよい。トランジスタQ4は、NチャネルMOSトランジスタであってもよい。後述する他のトランジスタについても同様である。トランジスタQ4は、外部機器CGから内部電源BATへ電力を供給するための給電経路上に位置する。トランジスタQ4は、外部機器CGから内部電源BATへ向かう方向がトランジスタQ4の寄生ダイオードの順方向となるように配置されている。トランジスタQ4のゲートはコントローラ14に接続されている。
トランジスタQ3は、外部機器CGから内部電源BATへ供給される電力の量を調整するための回路部品である。保護IC16は、外部機器CGから内部電源BATへ電力を供給するための給電経路上に位置する。トランジスタQ3は、外部機器CGから内部電源BATへ向かう方向がトランジスタQ3の寄生ダイオードの逆方向となるように配置されている。トランジスタQ3のゲートはコントローラ14に接続されている。トランジスタQ3に並列にショットキーダイオードSDが接続されている。具体的に、ショットキーダイオードSDのカソードはトランジスタQ3のソースに接続され、ショットキーダイオードSDのアノードはトランジスタQ3のドレインに接続されている。
保護IC17は、内部電源BATを過剰な電流から保護するための回路部品である。具体的に、保護IC17は、内部電源BATの負極に接続された抵抗器RPの両端の電圧を測定し、この抵抗器RPに流れる電流を決定する。この電流が閾値を超えた場合に、保護IC17は、トランジスタペアSPを操作することによって、内部電源BATの負極から流出する又は負極へ流入する電流を停止する。
電圧コンバータ13は、内部電源BATから供給される電源電圧をヒータ駆動電圧に変換する回路部品である。電圧コンバータ13の入力端子(図2の「VIN」)に内部電源BATから電源電圧が供給され、電圧コンバータ13の出力端子(図2の「VOUT」)からヒータ駆動電圧が出力される。電圧コンバータ13のイネーブル端子(図2「EN」)にコントローラ14の制御端子(図2の「EN2」)からイネーブル信号が供給される。電圧コンバータ13のグランド端子(図2の「GND」)はグランド線GLに接続されている。電圧コンバータ13は、I2C通信によってコントローラ14と通信可能である。好ましくは、電圧コンバータ13は、DC/DCコンバータによって構成される。より好ましくは、電圧コンバータ13は、昇降圧DC/DCコンバータによって構成される。
電圧コンバータ13の出力端子は、トランジスタQ1を介してヒータHTに接続されている。トランジスタQ1のゲートはコントローラ14に接続されている。コントローラ14は、トランジスタQ1のゲートへ供給する制御信号のレベルを切り替えることによって、トランジスタQ1のオン・オフを切り替える。トランジスタQ1がオンの間に、ヒータHTにヒータ駆動電圧が印加され、これによってヒータHTが加熱される。
レギュレータ12は、内部電源BATから供給される電源電圧をオペアンプ15の電源電圧に変換する回路部品である。オペアンプ15の電源電圧は、ヒータHTの抵抗値を測定するためにも使用される。レギュレータ12は、リニアレギュレータ、具体的に低ドロップアウト(LDO)レギュレータであってもよい。レギュレータ12の入力端子(図2の「IN」)に内部電源BATから電源電圧が供給され、レギュレータ12の出力端子(図2の「OUT」)からオペアンプ15の電源電圧が出力される。レギュレータ12のイネーブル端子(図2「EN」)にコントローラ14の制御端子(図2の「EN2」)からイネーブル信号が供給される。レギュレータ12のグランド端子(図2の「GND」)はグランド線GLに接続されている。本実施形態においては、電圧コンバータ13のイネーブル端子とレギュレータ12のイネーブル端子は、共に同一のコントローラ14の制御端子(図2の「EN2」)へ接続される。これに代えて、コントローラ14は、電圧コンバータ13のイネーブル端子へ接続される制御端子と、レギュレータ12のイネーブル端子へ接続される制御端子を個別に有していてもよい。好ましくは、レギュレータ12の出力端子から出力される電圧は一定に維持される。
レギュレータ12の出力端子は、ダイオードBE、トランジスタQ2及び抵抗器Rsを介してヒータHTに接続されている。ダイオードBEは、トランジスタQ2からレギュレータ12への電流の逆流を防止する。トランジスタQ2のゲートはコントローラ14に接続されている。コントローラ14は、トランジスタQ2のゲートへ供給する制御信号のレベルを切り替えることによって、トランジスタQ2のオン・オフを切り替える。トランジスタQ2がオンの間に、レギュレータ12の出力電圧がヒータHTに印加される。トランジスタQ2と抵抗器Rsとの間のノードは、抵抗器R2及び抵抗器R1を介してグランド線GLに接続されている。コントローラ14は、抵抗器R2と抵抗器R1との間のノードに接続されている。
オペアンプ15の非反転入力端子は、ヒータHTの一端に接続されている。オペアンプ15の反転入力端子は、ヒータHTの別の一端に接続されている。オペアンプ15の出力端子は、コントローラ14に接続されている。オペアンプ15は、ヒータHTに印加されている電圧をコントローラ14に供給する。抵抗値が自身の温度に応じて変化する正又は負の温度係数特性をヒータHTが有している場合、ヒータHTに印加されている電圧は、ヒータHTの温度と強い相関を有する。コントローラ14は、この電圧に基づいてヒータHTの温度を推定し、この推定温度に基づいてヒータHTに供給する電力の量を調整し、それによってヒータHTの温度を制御する。本実施形態においては、オペアンプ15の非反転入力端子には、レギュレータ12が出力する一定電圧を抵抗器RsとヒータHTで分圧した電圧が入力される。この分圧された電圧は、ヒータHTの温度と強い相関を有するため、コントローラ14は、オペアンプ15の出力端子から出力される電圧(信号)から、ヒータHTの温度を高精度に推定することができる。
レギュレータ11は、外部電源CG又は内部電源BATから供給される電圧を開閉器20、パフセンサ21及びタッチセンサ22のそれぞれの電源電圧に変換する回路部品である。レギュレータ11が出力する電圧は、I2C通信の電源電圧としても使用される。レギュレータ11は、リニアレギュレータであってもよい。レギュレータ11の入力端子に外部電源CG又は内部電源BATから電源電圧が供給され、レギュレータ11の出力端子から上述の各回路部品の電源電圧が出力される。本実施形態においては、後述するようにLEDドライバ18とLED19の電源電圧は、レギュレータ11の出力端子から供給されない。本実施形態に代えて、LEDドライバ18とLED19の電源電圧は、レギュレータ11の出力端子から供給されてもよい。レギュレータ11のイネーブル端子にコントローラ14の制御端子(図2の「EN1」)からイネーブル信号が供給される。レギュレータ11のグランド端子はグランド線GLに接続されている。レギュレータ11は、外部機器CGからの電力の供給中と、電源BATの放電中とのどちらにおいても使用される。一方、レギュレータ12は、外部機器CGからの電力の供給中に使用されず、内部電源BATの放電中(具体的に、ユーザによる吸引動作中)に使用される。そのため、レギュレータ11は、レギュレータ12よりも省電力なものであってもよい。レギュレータ12は、オペアンプ15の動作電圧を生成する。オペアンプ15の動作電圧は、コントローラ14によるヒータHTの温度推定の精度や速度に影響する。そのため、レギュレータ12は、レギュレータ11よりも応答性に優れるものであってもよい。
LEDドライバ18は、LED19の動作を制御する回路部品である。LED19は、図1の表示部DISPに相当する。LEDドライバ18の電源端子に外部電源CG又は内部電源BATから電源電圧が供給される。LEDドライバ18のグランド端子はグランド線GLに接続されている。LEDドライバ18は、I2C通信によってコントローラ14と通信可能である。LEDドライバ18はLED19の点灯状態を切り替えることによって、エアロゾル生成装置100の状態をユーザに通知できる。より具体的には、LED19の点灯・消灯・点滅を切替えてもよいし、LED19が複数のLEDである場合には動作させるLEDの数を増減させてもよい。
開閉器20は、コネクタ23とコントローラ14との間のI2C通信の通信経路を切断状態と導通状態とに切り替えるための回路部品である。開閉器20の電源端子にレギュレータ11から電源電圧が供給される。開閉器20のグランド端子はグランド線GLに接続されている。開閉器20のイネーブル端子(図2の「EN」)は、抵抗器R4と抵抗器R3との間のノードの接続されている。抵抗器R4及び抵抗器R3は、外部電源CGから電源電圧が供給されるラインと、グランド線GLとの間に直列に接続されている。そのため、抵抗器R4と抵抗器R3との間のノードは、外部電源CGから電源電圧が供給されている間にハイレベルとなる。このノードは、コントローラ14の検出端子(図2の「VBUS」)にも接続されている。コントローラ14は、検出端子の電位を測定することによって、外部電源CGから電源電圧が供給されていることを検出できる。開閉器20は、イネーブル端子に印加された電圧がハイレベルの場合にコネクタ23とコントローラ14との間のI2C通信の通信経路を導通状態にする。一方、開閉器20は、イネーブル端子に印加された電圧がローレベルの場合にコネクタ23とコントローラ14との間のI2C通信の通信経路を切断状態にする。これにより、コネクタ23の通信端子に静電気が印加されたり通信端子がショートしたりしても、電源ユニット102内の回路部品に予期しない電流が流れることはない。そのため、電源ユニット102の安全性が向上する。
パフセンサ21は、ユーザによる吸引動作を検出するための回路部品である。具体的一例として、パフセンサ21は、マイクロフォンコンデンサ、流量センサ、1つ又は複数の圧力センサ等で構成される。パフセンサ21の電源端子にレギュレータ11から電源電圧が供給される。パフセンサ21のグランド端子はグランド線GLに接続されている。パフセンサ21は、I2C通信によってコントローラ14と通信可能である。
タッチセンサ22は、ユーザによるタッチ動作を検出するための回路部品である。タッチセンサ22の電源端子にレギュレータ11から電源電圧が供給される。タッチセンサ22のグランド端子はグランド線GLに接続されている。タッチセンサ22は、タッチ動作の検出結果をコントローラ14に通知する。
温度センサTMは、内部電源BATの付近の温度を測定するための回路部品である。温度センサTMは、サーミスタ、熱電対、測温抵抗帯、IC温度センサなどであってもよい。例えば、コントローラ14は、出力端子(図2の「VO」)から温度センサTMに電圧を印加する。この電圧は、抵抗器R5と温度センサTMで分圧された後、コントローラ14の入力端子(図2の「VI」)へ入力される。コントローラ14は、入力端子の電位を測定することによって温度センサTMの抵抗値を決定し、この抵抗値に基づいて温度センサTMの温度を決定する。温度センサTMを内部電源BATの表面又は近傍に設置すれば、温度センサTMの温度は、内部電源BATの温度として用いることができる。
コントローラ14は、内部電源BATの負極に接続された抵抗器RDの両端の電圧を測定し、この抵抗器RDに流れる電流を決定する。この電流が閾値を超えた場合に、コントローラ14は、トランジスタQ3又は電圧コンバータ13を操作することによって、内部電源BATの負極から流出する又は負極へ流入する電流を停止する。なお、コントローラ14の内部における処理によって、内部電源BATの負極から流出する電流と内部電源BATの負極へ流入する電流は共に正の値を示すものとする。従って、コントローラ14は、電流が閾値を越える場合に内部電源BATの負極から流出する又は負極へ流入する電流を停止すれば、エアロゾル生成装置100の安全性を向上させることができる。
また、コントローラ14は、トランジスタQ1を操作することによって内部電源BATの負極へ流入する電流を停止してもよいし、電圧コンバータ13とトランジスタQ1を操作することによって内部電源BATの負極へ流入する電流を停止してもよい。
また、コントローラ14は、トランジスタQ1を操作することによって内部電源BATの負極へ流入する電流を停止してもよいし、電圧コンバータ13とトランジスタQ1を操作することによって内部電源BATの負極へ流入する電流を停止してもよい。
図3を参照して、外部電源CGから電源ユニット102へ電源電圧を供給中の電流の流れについて説明する。電源ユニット102のコネクタ23に外部機器CGのコネクタ24が接続されると、外部機器CGは、電源ユニット102のコネクタ23の2つの電源端子の一方に電源電位VBUSを供給し、他方にグランド電位を供給する。当該グランド電位は、外部機器CGに設けられた不図示のグランドからもたらされる。コネクタ23の高電位側の電源端子から流入した電流は、極性統一回路BC及び保護IC16を通ってノードN1の電位をハイレベルにする。ノードN1は、保護IC16と、トランジスタQ4のドレインと、抵抗器R4とに接続されたノードである。ノードN1がハイレベルになると、トランジスタQ4の寄生ダイオードを順方向に電流が流れ、ノードN2もハイレベルになる。ノードN2は、トランジスタQ4のソースと、トランジスタQ3のソースと、ショットキーダイオードSDのカソードとに接続されたノードである。この段階ではトランジスタQ3がオフであるため、トランジスタQ3を超えて電流は流れない。換言すれば、この段階では内部電源BATは充電されない。
ノードN1の電位がハイレベルになったことに応じて、ノードN1から抵抗器R4及び抵抗器R3を通ってグランド線GLに電流が流れ、それによってノードN3もハイレベルとなる。ノードN3は、抵抗器R4と、抵抗器R3と、開閉器20のイネーブル端子と、コントローラ14の検出端子とに接続されたノードである。ノードN3がハイレベルとなると、開閉器20のイネーブル端子と、コントローラ14の検出端子とにハイレベルの信号(電圧信号)が同時に供給される。すなわち、開閉器20のイネーブル端子は、コネクタ23の電源端子に外部機器CGから電源電位が供給された場合に自動的にハイレベルとなる。
ノードN2は、コントローラ14の電源端子と、レギュレータ11の入力端子と、LEDドライバ18の電源端子と、LED19の電源端子とにも接続されている。したがって、ノードN2がハイレベルになることによって、コントローラ14と、LEDドライバ18と、LED19に動作電力が供給され、これらの回路部品が起動する。起動されたコントローラ14は、レギュレータ11のイネーブル端子にハイレベルの信号を供給する。これによって、レギュレータ11は、開閉器20の電源端子、パフセンサ21の電源端子及びタッチセンサ22の電源端子に動作電力を供給する。
開閉器20は、動作電力が供給されると、イネーブル端子のレベルがハイレベルであるので、コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路を導通状態とする。これにより、コントローラ14は外部機器CGと通信可能となる。コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路は必要な場合のみ導通状態となるため、この通信経路を介した異常の発生を抑制できる。また、コントローラ14は、LEDドライバ18及びパフセンサ21とも通信可能である。
コントローラ14がトランジスタQ3をオンにすると、ノードN3から内部電源BATの正極に電流が流れる。この電流によって、内部電源BATが充電される。具体的に、コネクタ23から内部電源BATの正極へ向けて、ヒューズFS、極性統一回路BC、保護IC16、トランジスタQ4、及びトランジスタQ3をこの順番に通る給電経路301を通じて、外部機器CGから内部電流BATへ電力が供給される。内部電源BATの負極から流出した電流は、給電経路302を通ってコネクタ23の低電位側の電源端子から外部機器CGのグランドに流出する。給電経路302は、内部電源BATの負極からコネクタ23へ向けて、抵抗器RP、トランジスタペアSP、抵抗器RD、及び極性統一回路BCをこの順番に通る。
給電経路301において、コネクタ23からの電流がトランジスタQ3のソースに供給され、トランジスタQ3のドレインからの電流が内部電源BATの正極に供給される。そのため、コントローラ14は、トランジスタQ3のゲートの電圧を制御することによって、外部機器CGから内部電源BATに供給される電力を供給できる。このように、トランジスタQ3は、ドロッパ方式(シリーズ方式やレギュレータ方式とも呼ばれる)によって内部電源BATの充電を制御するために使用されるため、充電トランジスタと呼ばれてもよい。ドロッパ方式で制御されるトランジスタQ3は、コネクタ23から供給される電力の不要な分を熱として捨てることで、内部電源BATの充電に用いる電圧や電流を生成する。コントローラ14は、トランジスタQ3から供給される電流や電圧を取得可能に構成されていてもよい。コントローラ14は、取得した電流や電圧と内部電源BATの充電に用いるべき電圧や電流の差分を、ドロッパ方式の制御にフィードバックすることで、内部電源BATの充電の精度を向上させてもよい。トランジスタQ3で充電を制御することによって、充電用の集積回路が不要となるため、回路規模を低減できる。
コントローラ14は、内部電源BATの状態を取得可能であってもよい。内部電源BATの状態は、内部電源BATの温度と、内部電源BATの健全状態(SOH:State Of Health)との少なくとも一方を含んでもよい。内部電源BATの温度及び内部電源BATの健全状態は、温度センサTMの温度や充電に要した時間に基づいて決定されてもよい。内部電源BATの温度及び内部電源BATの健全状態は、専用のICによって取得され、この専用のICからI2C通信によってコントローラ14が取得してもよい。コントローラ14は、内部電源BATの状態に基づいてトランジスタQ3のドレイン電流とドレイン電圧との少なくとも一方を変更することによって、外部機器CGから内部電源BATに供給される電力を調整してもよい。これにより、コントローラ14は、大きな自由度で内部電源BATの充電を制御できるようになる。
トランジスタQ4の寄生ダイオードは、極性統一回路BCと、内部電源BATの正極との間の経路上に配置されている。トランジスタQ4の寄生ダイオードの順方向は、極性統一回路BCから内部電源BATの正極へ向かう方向である。そのため、ノードN1の電位(すなわち、電源電位VBUS)は、トランジスタQ4(の寄生ダイオード)の順方向電圧だけ低減されてトランジスタQ3に供給される。前述した通り、ドロッパ方式で制御されるトランジスタQ3は、供給される電力の不要な分を熱として捨てることで、内部電源BATの充電に用いる電圧や電流を生成する。つまり、トランジスタQ4(の寄生ダイオード)によって適切に低減された電力をトランジスタQ3に供給できれば、トランジスタQ3が内部電源BATを充電するための電圧を生成する際に発生する熱を低減できる。また、電源ユニット102内において充電時に発生する熱を、トランジスタQ3とトランジスタQ4に分散できるため、トランジスタQ3および電源ユニット102の耐久性を向上させることができる。トランジスタQ4にかえて、ダイオードを使用してもよい。トランジスタQ4の寄生ダイオードの順方向電圧はダイオードの順方向電圧よりも大きいため、トランジスタQ4の寄生ダイオードを利用することによって、トランジスタQ3に供給される電位を効率よく低減できる。
内部電源BATの負極は、グランド線GL(すなわち、電源ユニット102のグランド)に接続されない。したがって、内部電源BATの負極からの電流は、コネクタ23を通って外部機器CGのグランドへ流れる。給電経路302上に、抵抗器RP及び抵抗器RDが直列接続されている。内部電流BATの充電時に内部電流BATの負極から流れ出る電流は、抵抗器RP及び抵抗器RDをそれぞれ通る。保護IC17は、抵抗器RPの両端の電圧を測定し、この電圧に基づいて抵抗器RPを流れる電流値を決定する。コントローラ14と同様に、保護IC17の内部における処理によって、内部電源BATの負極から流出する電流と内部電源BATの負極へ流入する電流は共に正の値を示すものとする。保護IC17は、この電流値に基づいて、外部機器CGから内部電源BATへの電力の供給を停止する。例えば、保護IC17は、この電流値が閾値を上回った場合に、トランジスタペアSPの両方又は一方のトランジスタをオフにすることによって、給電経路302を流れる電流を遮断してもよい。
コントローラ14は、抵抗器RDの両端の電圧を測定し、この電圧に基づいて抵抗器RDを流れる電流値を決定する。前述した通り、コントローラ14の内部における処理によって、内部電源BATの負極から流出する電流と内部電源BATの負極へ流入する電流は共に正の値を示すものとする。コントローラ14は、この電流値に基づいて、外部機器CGから内部電源BATへの電力の供給を停止する。例えば、コントローラ14は、この電流値が閾値を上回った場合に、トランジスタQ3をオフにすることによって、給電経路301を流れる電流を遮断してもよい。このように、保護ICとコントローラ14との両方で給電経路302を流れる電流を監視することによって、電源ユニット102の安全性がいっそう向上する。これにかえて、抵抗器RPと抵抗器RDとの一方のみが給電経路302上に配置されていてもよい。
内部電源BATへの充電が終了すると、コントローラ14は、I2C通信によって、外部機器CGに電源電位の供給を停止するように指示する。内部電源BATの過放電時に、コントローラ14は、外部機器CGから電源電位が供給されたとしても、トランジスタQ3をオフのままとする。なお、具体的一例として、内部電源BATの過放電時とは、内部電源BATの電圧が放電終止電圧を下回り、コントローラ14の電源端子へコントローラ14を動作するための電圧を供給できない時を示す。換言すれば、内部電源BATの過放電時には、内部電源BATが供給する電力のみでは、コントローラ14は動作することができない。トランジスタQ3がオフであっても、外部機器CGからコントローラ14へ給電経路305を通じて動作電力が供給される。給電経路305は、コネクタ23から、ヒューズFS、極性統一回路BC、保護IC16、トランジスタQ4をこの順番に通る経路であり、トランジスタQ3を通らない。また、トランジスタQ3がオフであっても、外部機器CGから開閉器20の電源端子へ給電経路304を通じて動作電力が供給される。より詳述すれば、内部電源BATの過放電時にコントローラ14は動作できないため、レギュレータ11のイネーブル端子(図2の「EN」)にコントローラ14の制御端子(図2の「EN1」)からイネーブル信号が供給されない。これにより、レギュレータ11は動作を停止するため、開閉器20の電源端子へ動作電力が供給されない。しかし、外部機器CGからコントローラ14へ給電経路305を通じで動作電力が供給されれば、コントローラ14は、制御端子からレギュレータ11のイネーブル端子へイネーブル信号を供給することができる。さらに、外部機器CGからレギュレータ11の入力端子へも給電経路304を通じで動作電力が供給される。これにより、開閉器20の電源端子へ、レギュレータ11から動作電力が供給される。給電経路304は、コネクタ23から、ヒューズFS、極性統一回路BC、保護IC16、トランジスタQ4、レギュレータ11をこの順番に通る経路であり、トランジスタQ3を通らない。さらに、開閉器20のイネーブル端子にハイレベルの信号が供給される。したがって、コントローラ14は、トランジスタQ3がオフであっても外部機器CGと通信することができ、例えばエラー状態を送信できる。さらに、トランジスタQ3がオフであっても、レギュレータ11からLEDドライバ18に電力が供給されるため、コントローラ14はLED19を使用してユーザにエラーを通知できる。
送信されたエラー状態が軽微なものであった場合には、コントローラ14は、外部機器CGから供給される動作電力で動作しつつ、トランジスタQ3を制御することで電源BATを過放電から復旧させることも可能となる。この場合においても、コントローラ14は、トランジスタQ3をドロッパ方式で制御すればよい。ただし、少なくとも電源BATの電圧が放電終止電圧以上になる前までは、通常時よりも電源BATへ供給される電圧や電流が小さいものになるように、コントローラ14は、トランジスタQ3を制御することが好ましい。なお、具体的一例として、通常時とは、電源BATの電圧が放電終止電圧以上の時を指す。
図4を参照して、外部機器CGから電源ユニット102へ電源電位が供給されていない場合の電流の流れについて説明する。コントローラ14が外部機器CGに電源電位を供給しないように指示した場合や、外部機器CGが電源ユニット102に接続されていない場合に、外部機器CGから電源ユニット102へ電源電位が供給されていない。
内部電源BATの正極から流出した電流は、ノードN4、ショットキーダイオードSD、及びノードN2を通る給電経路403を通じて、コントローラ14の電源端子に供給される。この電流によって、コントローラ14は動作電力を供給される。ショットキーダイオードSDの順方向抵抗はトランジスタQ3の順方向抵抗よりも低いため、ノードN4からノードN2にかけて、電流は主にショットキーダイオードSDを流れる。このようにショットキーダイオードSDを設けることによって、トランジスタQ3の寄生ダイオードへ電流を流す場合よりも、高効率(すなわち、低損失)でコントローラ14に電力を供給できる。
ノードN2は、レギュレータ11の入力端子と、LEDドライバ18の電源端子と、LED19の電源端子とにも接続されている。したがって、ノードN2がハイレベルになることによって、LEDドライバ18と、LED19に動作電力が供給される。コントローラ14は、レギュレータ11のイネーブル端子にハイレベルの信号を供給する。これによって、レギュレータ11は、開閉器20の電源端子、パフセンサ21の電源端子及びタッチセンサ22の電源端子に動作電力を供給する。
トランジスタQ4の寄生ダイオードは、ノードN2とコネクタ23との間の経路上に配置されている。トランジスタQ4の寄生ダイオードの逆方向は、ノードN2からコネクタ23へ向かう方向である。そのため、ノードN2からコネクタ23へ電流が流れない。このように、トランジスタQ4の寄生ダイオードは、逆流防止素子として機能する。つまり、トランジスタQ4は、逆流防止素子であり、充電時におけるトランジスタQ3の発熱を抑制する素子でもあり、充電時における電源ユニット102内の熱の集中を抑制する素子でもある。ノードN2からノードN1へ電流が流れないので、外部機器CGから電源ユニット102へ電源電位が供給されていない場合に、ノードN1の電位はローレベルとなり、それゆえ開閉器20のイネーブル端子にローレベルの信号が供給される。そこで、開閉器20は、コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路を切断状態にする。これにより、コネクタ23の通信端子は、コントローラ14の通信端子や、他の回路部品(例えば、パフセンサ21)の通信端子から切断された状態となる。そのため、コネクタ23の通信端子に静電気が印加されたり通信端子がショートしたりしても、電源ユニット102内の回路部品に予期しない電流が流れることはない。そのため、電源ユニット102の安全性が向上する。
コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路が切断状態であっても、コントローラ14は、電源ユニット102内の他の回路部品(例えば、パフセンサ21)と通信可能である。すなわち、コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路が導通状態である場合と切断状態である場合とのそれぞれにおいて、コントローラ14の通信端子と、他の集積回路(例えば、パフセンサ21)の通信端子との間の通信経路は導通状態である。なお、コントローラ14と他の集積回路と通信経路に、別の開閉器を設け、コネクタ23とコントローラ14との間の通信経路とは別に状態が切り替わってもよい。
コントローラ14は、ヒータHTを加熱する場合に、トランジスタQ1をオンにする。これによって、給電経路401を通じて、内部電源BATの正極からヒータHTへ電流が流れる。給電経路401は、内部電源BATの正極から、電圧コンバータ13を通って電気接点C1まで至る経路である。給電経路401は、トランジスタQ3を通らない。これにより、内部電源BATからヒータHTに供給される電力の低下を抑制できるので、高効率なエアロゾル生成が可能となる。特に、電圧コンバータ13を昇圧DC/DCコンバータ又は昇降圧DC/DCコンバータによって構成する場合、より高い電圧をヒータHTに供給できるため、生成されるエアロゾルの量も向上させることができる。
ヒータHTを通過した電流は、給電経路402を通って内部電源BATの負極に流入する。給電経路402は、電気接点C2から、抵抗器RD、トランジスタペアSP、抵抗器RPを通って内部電源BATの負極まで至る経路である。内部電源BATの負極はグランド線GLに接続されていないため、ヒータHTを通過した電流は、このように抵抗器RD及び抵抗器RPを通る。
そこで、保護IC17は、抵抗器RPの両端の電圧を測定し、この電圧に基づいて抵抗器RPを流れる電流値を決定する。保護IC17は、この電流値に基づいて、内部電源BATからヒータHTへの電力の供給を停止する。例えば、保護IC17は、この電流値が閾値を上回った場合に、トランジスタペアSPの両方のトランジスタをオフにすることによって、給電経路402を流れる電流を遮断してもよい。
コントローラ14は、抵抗器RDの両端の電圧を測定し、この電圧に基づいて抵抗器RDを流れる電流値を決定する。コントローラ14は、この電流値に基づいて、内部電源BATからヒータHTへの電力の供給を停止する。例えば、コントローラ14は、この電流値が閾値を上回った場合に、トランジスタQ1をオフにすること及び/又は制御端子(図2中の「EN2」)から電圧コンバータ13のイネーブル端子(図2中の「EN」)へイネーブル信号を供給しないことによって、給電経路401を流れる電流を遮断してもよい。このように、保護ICとコントローラ14との両方で給電経路302を流れる電流を監視することによって、電源ユニット102の安全性がいっそう向上する。これにかえて、抵抗器RPと抵抗器RDとの一方のみが給電経路402上に配置されていてもよい。
上述の実施形態で、抵抗器RP及び抵抗器RDは、給電経路302と給電経路402との共通部分に配置されている。これにかえて、抵抗器RP及び抵抗器RDの少なくとも一方は、給電経路302と給電経路402との一方のみを通るように配置されてもよい。また、電源ユニット102は抵抗器RP及び抵抗器RDを通る電流の監視を行わなくてもよい。または、抵抗器RP又は抵抗器RDは、給電経路401に配置されてもよい。一方、図2に示す実施形態のように、抵抗器RP及び抵抗器RDを給電経路302と給電経路402との共通部分に配置すれば、オペアンプのコモンモード電圧を低く又は0にできる。コモンモード電圧が低いと差動増幅器の選択肢が広がるため、コストの観点から有利である。本実施形態において、保護IC17とコントローラ14は、それぞれ抵抗器RPと抵抗器RDに印加される電圧を取得するためのオペアンプを搭載していてもよい。
上述の実施形態で、トランジスタQ4は別の位置にあってもよい。例えば、トランジスタQ4は、極性統一回路BCと保護IC16との間にあってもよい。また、保護IC16は別の位置にあってもよい。例えば、保護IC16は、ノードN1とトランジスタQ4との間にあってもよい。
図5を参照して、極性統一回路BC及びコネクタ23の詳細について説明する。図5では、図2の一部の回路部品を省略する。電源ユニット102のコネクタ23は、外部機器CG(具体的に、そのコネクタ24)に接続可能である。コネクタ23は、書き込み端子501と、2つの電源端子502、503と、4つの通信端子504~507とを有する。書き込み端子501は、外部機器CGが電源ユニット102のコントローラ14にデータを書き込むために使用される端子である。電源端子502、503は、電源ユニット102が外部機器CGから電力の供給を受けるための端子である。通信端子504~507は、電源ユニット102のコントローラ14が外部機器CGと通信するために使用される端子である。上述のとおり、一部の実施形態で、電源ユニット102と外部機器CGとの間の通信はI2C通信によって行われる。通信端子504、505は、I2C通信のクロック信号を通信するために使用される。通信端子506、507は、I2C通信のデータ信号を通信するために使用される。
コネクタ23の書き込み端子501は、コントローラ14の書き込み端子553に接続されている。コネクタ23の電源端子502、503はどちらも極性統一回路BCに接続されている。コネクタ23の通信端子504、505はどちらも開閉器20の端子541に接続されている。コネクタ24の通信端子506、507はどちらも開閉器20の端子542に接続されている。
開閉器20の端子543は、コントローラ14の通信端子551に接続されている。開閉器20の端子544は、コントローラ14の通信端子552に接続されている。開閉器20は、端子541と端子543との間に接続されたスイッチ546と、端子542と端子544との間に接続されたスイッチ547とを有する。スイッチ546がオンの場合に、端子541と端子543との間の経路が導通状態となり、スイッチ546がオフの場合に、端子541と端子543との間の経路が切断状態となる。スイッチ547がオンの場合に、端子542と端子544との間の経路が導通状態となり、スイッチ547がオフの場合に、端子542と端子544との間の経路が切断状態となる。開閉器20は、イネーブル端子ENにハイレベルの信号が入力されたことに応じてスイッチ546、547をそれぞれオンにする。開閉器20は、イネーブル端子ENにローレベルの信号が入力されたことに応じてスイッチ546、547をそれぞれオフにする。
コネクタ23の通信端子504とコントローラ14の通信端子551との間に、クロック信号を通信するための通信経路571が形成される。この通信経路571上にスイッチ546が位置しているため、スイッチ546がオンになると通信経路571が導通状態になり、スイッチ546がオフになると通信経路571が切断状態になる。コネクタ23の通信端子505は、通信経路571のうち、コネクタ23の通信端子504とスイッチ546との間のノード536に接続されている。したがって、コントローラ14の通信端子551から送信されたクロック信号は、コネクタ23の通信端子504と通信端子505との両方から外部機器CGへ出力される。
コネクタ23の通信端子506とコントローラ14の通信端子552との間に、データ信号を通信するための通信経路572が形成される。この通信経路572上にスイッチ547が位置しているため、スイッチ547がオンになると通信経路572が導通状態になり、スイッチ547がオフになると通信経路572が切断状態になる。コネクタ23の通信端子507は、通信経路572のうち、コネクタ23の通信端子506とスイッチ547との間のノード535に接続されている。したがって、コントローラ14の通信端子552から送信されたデータ信号は、コネクタ23の通信端子506と通信端子507との両方から外部機器CGへ出力される。
外部機器CGのコネクタ24は、書き込み端子511と、2つの電源端子512、513と、4つの通信端子514~517とを有する。書き込み端子511は、外部機器CGが電源ユニット102のコントローラ14にデータを書き込むために使用される端子である。書き込み端子511は、外部機器CGのコントローラ580の書き込み端子583に接続されている。電源端子512、513は、外部機器CGが電源ユニット102へ電力を供給するための端子である。外部機器CG(具体的に、その電圧生成回路590)は、電源端子512に電源電位を供給する。電源端子513は、外部機器CGのグランドに接続されている。通信端子514~517は、外部機器CGが電源ユニット102のコントローラ14と通信するために使用される端子である。通信端子514、515は、I2C通信のクロック信号を通信するために使用される。通信端子516、517は、I2C通信のデータ信号を通信するために使用される。コネクタ24の通信端子514、515はどちらも外部機器CGのコントローラ580の通信端子581に接続されている。コネクタ24の通信端子516、517はどちらも外部機器CGのコントローラ580の通信端子582に接続されている。
コネクタ23とコネクタ24とは、2つの互いに異なる向きで接続可能である。具体的に、コネクタ23とコネクタ24とは、図5(A)に示す向きと、図5(B)に示す向きとで接続可能である。図5(B)のコネクタ24の向きは、図5(A)のコネクタ24の向きに対して180°回転した向きである。
図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続された場合に、図5(A)の破線で示すように両コネクタの各端子が接続される。具体的に、書き込み端子501と書き込み端子511とが接続され、電源端子502と電源端子512とが接続され、電源端子503と電源端子513とが接続され、通信端子504と通信端子514とが接続され、通信端子505と通信端子515とが接続され、通信端子506と通信端子516とが接続され、通信端子507と通信端子517とが接続される。この場合に、コネクタ23の電源端子502に電源電位が供給され、コネクタ23の電源端子503にグランド電位が供給される。
図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続された場合に、図5(B)の破線で示すように両コネクタの各端子が接続される。具体的に、書き込み端子501と書き込み端子511とが接続され、電源端子502と電源端子513とが接続され、電源端子503と電源端子512とが接続され、通信端子504と通信端子515とが接続され、通信端子505と通信端子514とが接続され、通信端子506と通信端子517とが接続され、通信端子507と通信端子516とが接続される。この場合に、コネクタ23の電源端子503に電源電位が供給され、コネクタ23の電源端子502にグランド電位が供給される。
書き込み端子501がコネクタ23の中央に位置し、書き込み端子511がコネクタ24の中央に位置するため、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、書き込み端子501と書き込み端子511とが接続される。そのため、外部機器CGのコントローラ580の書き込み端子511から出力されたデータは、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、電源ユニット102のコントローラ14の書き込み端子553に書き込まれる。このようにコネクタ23、24の中心に端子を配置することによって、複数の向きで接続可能にするために必要な端子の個数を低減できる。
コネクタ23の通信端子504、505と、コネクタ24の通信端子514、515とは、何れもクロック信号の通信に使用される。したがって、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、外部機器CGのコントローラ580の通信端子581と電源ユニット102のコントローラ14の通信端子551との間で、クロック信号を通信可能である。コネクタ23の通信端子506、507と、コネクタ24の通信端子516、517とは、何れもデータ信号の通信に使用される。したがって、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、外部機器CGのコントローラ580の通信端子582と電源ユニット102のコントローラ14の通信端子552との間で、データ信号を通信可能である。
本実施形態では、コネクタ23とコネクタ24が、それぞれクロック信号の通信に用いられる通信端子とデータ信号の通信に用いられる通信端子を2つずつ有する。これに代えて、コネクタ23とコネクタ24いずれか一方は、クロック信号の通信に用いられる通信端子及び/又はデータ信号の通信に用いられる通信端子を1つずつ有してもよい。
コネクタ23がクロック信号の通信に用いられる通信端子として通信端子504のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子504は通信端子514に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子504は通信端子515に接続される。コネクタ23がクロック信号の通信に用いられる通信端子として通信端子505のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子505は通信端子515に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子505は通信端子514に接続される。コネクタ23がデータ信号の通信に用いられる通信端子として通信端子506のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子506は通信端子516に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子506は通信端子517に接続される。コネクタ23がデータ信号の通信に用いられる通信端子として通信端子507のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子506は通信端子517に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子507は通信端子516に接続される。このように、コネクタ23がクロック信号の通信に用いられる通信端子及び/又はデータ信号の通信に用いられる通信端子を1つずつ有しても、コネクタ24がクロック信号の通信に用いられる通信端子及び/又はデータ信号の通信に用いられる通信端子を2つずつ有していれば、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、外部機器CGのコントローラ580と電源ユニット102のコントローラ14との間で、通信可能である。
コネクタ24がクロック信号の通信に用いられる通信端子として通信端子514のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子514は通信端子504に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子514は通信端子505に接続される。コネクタ23がクロック信号の通信に用いられる通信端子として通信端子515のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子515は通信端子505に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子515は通信端子504に接続される。コネクタ23がデータ信号の通信に用いられる通信端子として通信端子516のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子516は通信端子506に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子516は通信端子507に接続される。コネクタ23がデータ信号の通信に用いられる通信端子として通信端子517のみ有する場合、図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子517は通信端子507に接続され、図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されれば通信端子517は通信端子506に接続される。このように、コネクタ24がクロック信号の通信に用いられる通信端子及び/又はデータ信号の通信に用いられる通信端子を1つずつ有しても、コネクタ23がクロック信号の通信に用いられる通信端子及び/又はデータ信号の通信に用いられる通信端子を2つずつ有していれば、コネクタ23とコネクタ24とがどの向きで接続されても、外部機器CGのコントローラ580と電源ユニット102のコントローラ14との間で、通信可能である。
極性統一回路BCは、4つのダイオード521~524と、4つのノード531~534とを有する。ノード531は、ダイオード521のカソード及びダイオード522のカソードに接続されている。ノード534は、ダイオード523のアノード及びダイオード524のアノードに接続されている。ノード532は、コネクタ23の電源端子502、ダイオード521のアノード及びダイオード523のカソードに接続されている。ノード533は、コネクタ23の電源端子503、ダイオード522のアノード及びダイオード524のカソードに接続されている。
図5(A)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続された場合に、外部機器CGのコネクタ24の電源端子512からダイオード521及びノード531を通って(すなわち、給電経路301で)内部電源BATの正極561に電流が流れ、内部電源BATの負極562からノード534及びダイオード524を通って(すなわち、給電経路302で)外部電源CGのコネクタ24の電源端子513に電流が流れる。図5(B)に示す向きでコネクタ23がコネクタ24に接続された場合に、外部機器CGのコネクタ24の電源端子512からダイオード522及びノード531を通って(すなわち、給電経路301で)内部電源BATの正極561に電流が流れ、内部電源BATの負極562からノード534及びダイオード523を通って(すなわち、給電経路302で)外部電源CGのコネクタ24の電源端子513に電流が流れる。このように、どちらの向きでコネクタ23がコネクタ24に接続されても、外部機器CGから内部電源BATに電力を供給可能である。なお、給電経路302の一部が外部機器CGのグランドと同電位になる場合、コネクタ24の電源端子512から流れ出た電流は、外部機器CGのグランドに流れ込まず、外部機器CGのグランドと同電位になる給電経路302の一部に流れ込む。これは図3に示した電流の流れにおいても同様である。
本実施形態で、電源ユニット102は、ノード532と電源端子502との間の経路上にヒューズFSを有する。そのため、給電経路301(図5(A)の場合)又は給電経路302(図5(B)の場合)に過度な電流が流れた場合に、ヒューズFSが切断され、電源供給が停止する。これによって、電源ユニット102の安全性が向上する。ノード532と電源端子502との間の経路上のヒューズFSに加えて、又はこれにかえて、ノード533と電源端子503との間の経路上にヒューズが配置されてもよい。ノード532と電源端子502との間の経路上と、ノード533と電源端子503との間の経路上との両方にヒューズを配置することによって、電源ユニット102の安全性が一層向上する。一方、ノード532と電源端子502との間の経路上と、ノード533と電源端子503との間の経路上との一方のみにヒューズを配置することによって、電源ユニット102の安全性を向上しつつ、コストを低減できる。本実施形態で、ヒューズFSは、ノード532と電源端子502との間の経路上に配置された。これにかえて、ヒューズFSは、給電経路301及び給電経路302のどの位置に配置されてもよい。何れの位置にあっても、過度な電流を抑制できる。
なお、上述した通り、コネクタ24の電源端子512から供給される電流が、電源端子502とノード532を結ぶ経路と電源端子503とノード533を接続する経路のうちどちらを先に通るかは、コネクタ23とコネクタ24を接続する方向に依存する。つまり、図5(A)で示す向きでコネクタ23がコネクタ24へ接続されると、コネクタ24の電源端子512から供給される電流は最初に電源端子502とノード532を結ぶ経路を流れる。図5(B)で示す向きでコネクタ23がコネクタ24へ接続されると、コネクタ24の電源端子512から供給される電流は最初に電源端子503とノード533を結ぶ経路を流れる。図5(A)で示す向きでコネクタ23がコネクタ24へ接続され、且つ、電源端子502とノード532を結ぶ経路上にヒューズFSが配置される場合は、給電経路301及び給電経路302に存在する他の素子を過度な電流から適切に保護できる。しかし、図5(B)で示す向きでコネクタ23がコネクタ24へ接続され、且つ、電源端子503とノード533を結ぶ経路上にのみヒューズFSが配置される場合は、ヒューズFSが切断されるまで給電経路301及び給電経路302に存在する他の素子へ電流が流れ得る。図5(A)で示す向きでコネクタ23がコネクタ24へ接続され、且つ、電源端子503とノード533を結ぶ経路上にのみヒューズFSが配置される場合にも同様の事象が生じ得る。電源端子502とノード532を結ぶ経路上及び電源端子503とノード533を結ぶ経路上それぞれにヒューズFSを有すれば、この事象を抑制することができる。しかし、複数のヒューズを有することは、電源ユニット102の体積を増大させることにつながりかねない。
そこで、複数のヒューズを有する代わりに、図2に示されるように極性統一回路BCとノードN2の間に保護IC16があれば、コネクタ23とコネクタ24を接続する方向によらず、保護IC16の出力側に接続される素子を保護することができる。また、保護IC16とヒューズFSを有することで、保護IC16に何らかの不具合が生じた場合でも、過度な電流を抑制できる。また、極性統一回路BCから供給される電流の流れから見て、トランジスタQ4は保護IC16よりも下流側にあることで、内部電源BATから供給される電力が保護IC16へ流れ込むことが抑制される。これにより、保護IC16が動作したり故障したりすることを抑制することができる。
ヒューズFSと保護IC16とトランジスタQ4から構成される一群の保護素子は、図2で示されるように、ヒューズFSはコネクタ23と極性統一回路BCの間に、保護IC16とトランジスタQ4は極性統一回路BCとノードN2の間にそれぞれあることが好ましい。また、極性統一回路BCから供給される電流の流れから見て、トランジスタQ4は保護IC16よりも下流側にあることが好ましい。
以上のように、電源ユニット102が上述のようなコネクタ23の構成及び極性統一回路BCの構成を有することによって、電源ユニット102のコネクタ23を外部機器CGのコネクタ24の2つの向きの何れでも接続することが可能となり、ユーザの利便性が向上する。
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
100 エアロゾル生成装置、110 電源ユニット、CG 外部機器
Claims (11)
- エアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
エアロゾル源を加熱するためのヒータに供給される電力を保持するための内部電源と、
外部機器に接続可能であり、第1通信端子を有する第1コネクタと、
前記内部電源から前記ヒータへの電力供給を制御し、第2通信端子を有するコントローラと、
前記第1コネクタの前記第1通信端子と、前記コントローラの前記第2通信端子との間の第1通信経路と、
前記第1通信経路上に位置し、前記第1通信経路を導通状態又は切断状態にする開閉器と、
を備える電源ユニット。 - 前記電源ユニットは、
第3通信端子を有する集積回路と、
前記コントローラの前記第2通信端子と、前記集積回路の前記第3通信端子との間の第2通信経路と、をさらに備え、
前記第1通信経路が導通状態である場合と切断状態である場合とのそれぞれにおいて、前記第2通信経路は導通状態である、請求項1に記載の電源ユニット。 - 前記第1コネクタは、第4通信端子をさらに有し、
前記第1コネクタの前記第4通信端子は、前記第1通信経路のうち、前記第1コネクタの前記第1通信端子と前記開閉器との間のノードに接続され、
前記外部機器は、第5通信端子を有する第2コネクタを有し、
前記第1コネクタが第1の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第1通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続され、
前記第1コネクタが前記第1の向きとは異なる第2の向きで前記外部機器の前記第2コネクタに接続された場合に、前記第1コネクタの前記第4通信端子が前記第2コネクタの前記第5通信端子に接続される、請求項1又は2に記載の電源ユニット。 - 前記開閉器は、前記第1コネクタに前記外部機器が接続されていない場合に、前記第1通信経路を切断状態にする、請求項1乃至3の何れか1項に記載の電源ユニット。
- 前記外部機器は、前記電源ユニットに電力を供給する外部電源として機能し、
前記第1コネクタは、前記外部機器から電源電位の供給を受けるための第1電源端子を更に有する、請求項1乃至4の何れか1項に記載の電源ユニット。 - 前記開閉器は、
イネーブル端子を有し、
前記イネーブル端子にハイレベルの信号が入力されたことに応じて前記第1通信経路を導通状態にし、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1コネクタの前記第1電源端子に前記外部機器から前記電源電位が供給された場合にハイレベルとなる、請求項5に記載の電源ユニット。 - 前記電源ユニットは、前記外部機器から前記内部電源に電力を供給するための第1給電経路をさらに備え、
前記開閉器の前記イネーブル端子は、前記第1給電経路に接続されている、請求項6に記載の電源ユニット。 - 前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記内部電源から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第2給電経路をさらに備える、請求項6又は7に記載の電源ユニット。 - 前記開閉器は、動作電力の供給を受けるための第2電源端子をさらに有し、
前記電源ユニットは、前記外部機器から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力を供給するための第3給電経路をさらに備える、請求項5乃至8の何れか1項に記載の電源ユニット。 - 前記電源ユニットは、前記第3給電経路上にレギュレータをさらに備え、
前記外部機器から前記レギュレータの入力端子に電力が供給され、前記レギュレータの出力端子から前記開閉器の前記第2電源端子に動作電力が供給される、請求項9に記載の電源ユニット。 - 前記電源ユニットは、前記第3給電経路のうち、前記第1コネクタの前記第1電源端子と前記レギュレータとの間の部分に、前記第1コネクタの第1電源端子から前記レギュレータへ向かう方向が順方向となるダイオードをさらに備える、請求項10に記載の電源ユニット。
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