JP2024059920A - エアロゾル生成装置の電源ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
ロッド500は、所定温度で加熱されてエアロゾルを生成するエアロゾル源を含有する充填物を含む。
続いて、吸引器100の全体構成について、図1~図4を参照しながら説明する。
吸引器100は、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を備える略直方体形状のケース110を備える。ケース110は、前面、後面、上面、下面、及び右面が一体に形成された有底筒状のケース本体112と、ケース本体112の開口部114(図4参照)を封止し左面を構成するアウターパネル115及びインナーパネル118と、スライダ119と、を備える。
吸引器100の内部ユニット140について図5~図8を参照しながら説明する。
図5は、吸引器100の内部ユニット140の斜視図である。図6は、図5の内部ユニット140の分解斜視図である。図7は、電源BAT及びシャーシ150を取り除いた内部ユニット140の斜視図である。図8は、電源BAT及びシャーシ150を取り除いた内部ユニット140の他の斜視図である。
図9は、吸引器100の動作モードを説明するための模式図である。図9に示すように、吸引器100の動作モードには、充電モード、スリープモード、アクティブモード、加熱初期設定モード、加熱モード、及び加熱終了モードが含まれる。
図10、図11、及び図12は、内部ユニット140の電気回路の概略構成を示す図である。図11は、図10に示す電気回路のうち、MCU搭載基板161に搭載される範囲161A(太い破線で囲まれた範囲)と、LED搭載基板163に搭載される範囲163A(太い実線で囲まれた範囲)とを追加した点を除いては、図10と同じである。図12は、図10に示す電気回路のうち、レセプタクル搭載基板162に搭載される範囲162Aと、ホールIC搭載基板164に搭載される範囲164Aとを追加した点を除いては、図10と同じである。
以下、図10を参照しながら各電子部品の接続関係等について説明する。
LSW3に接続されたバイポーラトランジスタS2は、USB接続がなされると、MCU1によってオフされる。バイポーラトランジスタS2がオフすることで、分圧回路Pfによって分圧されたUSB電圧VUSBがLSW3の制御端子ONに入力される。このため、USB接続がなされ且つバイポーラトランジスタS2がオフされると、LSW3の制御端子ONには、ハイレベルの信号が入力される。これにより、LSW3は、USBケーブルから供給されるUSB電圧VUSBを出力端子VOUTから出力する。なお、バイポーラトランジスタS2がオフされていない状態でUSB接続がなされても、LSW3の制御端子ONは、バイポーラトランジスタS2を介してグランドラインへ接続されている。このため、MCU1がバイポーラトランジスタS2をオフしない限り、LSW3の制御端子ONにはローレベルの信号が入力され続ける点に留意されたい。
なお、サーミスタT3としてPTC特性を持つものを用いる場合には、オペアンプOP2の非反転入力端子に、サーミスタT3及び抵抗器Rt3の分圧回路の出力を接続し、オペアンプOP2の反転入力端子に、分圧回路Pdの出力を接続すればよい。
なお、サーミスタT4としてPTC特性を持つものを用いる場合には、オペアンプOP3の非反転入力端子に、サーミスタT4及び抵抗器Rt4の分圧回路の出力を接続し、オペアンプOP3の反転入力端子に、分圧回路Peの出力を接続すればよい。
以下、図13~図19を参照して、図10に示す電気回路の動作を説明する。図13は、スリープモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図14は、アクティブモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図15は、加熱初期設定モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図16は、加熱モードにおけるヒータHTRの加熱時の電気回路の動作を説明するための図である。図17は、加熱モードにおけるヒータHTRの温度検出時の電気回路の動作を説明するための図である。図18は、充電モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図19は、MCU1のリセット(再起動)時の電気回路の動作を説明するための図である。図13~図19の各々において、チップ化された電子部品の端子のうち、破線の楕円で囲まれた端子は、電源電圧VBAT、USB電圧VUSB、及びシステム電源電圧等の入力又は出力がなされている端子を示している。
MCU1は、充電IC2のVBATパワーパス機能を有効とし、OTG機能と充電機能を無効とする。充電IC2の入力端子VBUSにUSB電圧VUSBが入力されないことで、充電IC2のVBATパワーパス機能は有効になる。通信線LNからOTG機能を有効にするための信号がMCU1から充電IC2へ出力されないため、OTG機能は無効になる。このため、充電IC2は、充電端子batに入力された電源電圧VBATからシステム電源電圧Vcc0を生成して、出力端子SYSから出力する。出力端子SYSから出力されたシステム電源電圧Vcc0は、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VIN及びイネーブル端子ENに入力される。昇降圧DC/DCコンバータ8は、正論理であるイネーブル端子ENにハイレベルのシステム電源電圧Vcc0が入力されることでイネーブルとなり、システム電源電圧Vcc0からシステム電源電圧Vcc1を生成して、出力端子VOUTから出力する。昇降圧DC/DCコンバータ8の出力端子VOUTから出力されたシステム電源電圧Vcc1は、LSW4の入力端子VINと、LSW4の制御端子ONと、スイッチドライバ7の入力端子VINと、FF16の電源端子VCC及びD端子と、にそれぞれ供給される。
MCU1は、図13のスリープモードの状態から、端子P8に入力される信号がハイレベルとなり、スライダ119が開いたことを検出すると、端子P23からLSW5の制御端子ONにハイレベルの信号を入力する。これにより、LSW5は入力端子VINに入力されているシステム電源電圧Vcc2を、システム電源電圧Vcc3として、出力端子VOUTから出力する。LSW5の出力端子VOUTから出力されたシステム電源電圧Vcc3は、サーミスタT2と、サーミスタT3と、サーミスタT4と、に供給される。
LED L1~L8に供給される。
図14の状態から、端子P4に入力される信号がローレベルになる(操作スイッチOPSの押下がなされる)と、MCU1は、加熱に必要な各種の設定を行った後、端子P14から、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENにハイレベルのイネーブル信号を入力する。これにより、昇圧DC/DCコンバータ9は、電源電圧VBATを昇圧して得られる駆動電圧Vbstを出力端子VOUTから出力する。駆動電圧Vbstは、スイッチS3とスイッチS4に供給される。この状態では、スイッチS3とスイッチS4はオフとなっている。また、端子P14から出力されたハイレベルのイネーブル信号によってスイッチS6はオンされる。これにより、ヒータHTRの負極側端子がグランドラインに接続されて、スイッチS3をONにすればヒータHTRを加熱可能な状態になる。MCU1の端子P14からハイレベルの信号のイネーブル信号が出力された後、加熱モードに移行する。
図15の状態において、MCU1は、端子P16に接続されたスイッチS3のスイッチング制御と、端子P15に接続されたスイッチS4のスイッチング制御を開始する。これらスイッチング制御は、上述した加熱初期設定モードが完了すれば自動的に開始されてもよいし、さらなる操作スイッチOPSの押下によって開始されてもよい。具体的には、MCU1は、図16のように、スイッチS3をオンし、スイッチS4をオフして、駆動電圧VbstをヒータHTRに供給し、エアロゾル生成のためのヒータHTRの加熱を行う加熱制御と、図17のように、スイッチS3をオフし、スイッチS4をオンして、ヒータHTRの温度を検出する温度検出制御と、を行う。
図17に示すように、温度検出制御時には、駆動電圧VbstがオペアンプOP1の正電源端子に入力されると共に、分圧回路Pbに入力される。分圧回路Pbによって分圧された電圧は、MCU1の端子P18に入力される。MCU1は、端子P18に入力される電圧に基づいて、温度検出制御時における抵抗器RsとヒータHTRの直列回路に印加される基準電圧Vtempを取得する。
図18は、スリープモードの状態でUSB接続がなされた場合を例示している。USB接続がなされると、USB電圧VUSBが過電圧保護IC11を介してLSW3の入力端子VINに入力される。USB電圧VUSBは、LSW3の入力端子VINに接続された分圧回路Pfにも供給される。USB接続がなされた直後の時点では、バイポーラトランジスタS2がオンとなっているため、LSW3の制御端子ONに入力される信号はローレベルのままとなる。USB電圧VUSBは、MCU1の端子P17に接続された分圧回路Pcにも供給され、この分圧回路Pcで分圧された電圧が端子P17に入力される。MCU1は、端子P17に入力された電圧に基づいて、USB接続がなされたことを検出する。
アウターパネル115が外されてホールIC13の出力がローレベルとなり、操作スイッチOPSのオン操作がなされてMCU1の端子P4に入力される信号がローレベルになると、スイッチドライバ7の端子SW1と端子SW2が共にローレベルとなる。これにより、スイッチドライバ7は、リセット入力端子RSTBからローレベルの信号を出力する。リセット入力端子RSTBから出力されたローレベルの信号はLSW4の制御端子ONに入力される。これにより、LSW4は、出力端子VOUTからのシステム電源電圧Vcc2の出力を停止する。システム電源電圧Vcc2の出力が停止されることで、MCU1の電源端子VDDにシステム電源電圧Vcc2が入力されなくなるため、MCU1は停止する。
図20は、充電IC2の内部の概略構成を示す図である。充電IC2は、プロセッサ21と、ゲートドライバ22と、Nチャネル型MOSFETで構成されたスイッチQ1~Q4と、を備える。
電源電圧VBAT(公称電圧)=3.7V
システム電源電圧Vcc1=3.3V
システム電源電圧Vcc2=3.3V
システム電源電圧Vcc3=3.3V
システム電源電圧Vcc4=5.0V
USB電圧VUSB=5.0V
駆動電圧Vbst=4.9V
プロセッサ21は、スイッチQ1をオン、スイッチQ3をオフに制御した状態で、スイッチQ2及びスイッチQ4のオンオフ制御を行う。スイッチQ4のオンオフ制御は、電源BATの充電電流を調整するために行われる。プロセッサ21は、出力端子SYSの電圧が電源BATの充電に適した電圧と同じになるようにスイッチQ2のオンオフ制御を行う。これにより、入力端子VBUSに入力されたUSB電圧VUSBは降圧されて出力端子SYSから出力される。出力端子SYSから出力される電圧は、システム電源電圧Vcc0として昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに入力されると共に、充電IC2の充電端子batから出力される。これにより、USB電圧VUSBを降圧して得た電圧による電源BATの充電が行われる。なお、充電機能の有効時には、システム電源電圧Vcc0は、最終的に、電源BATの満充電電圧と同じ値になる。このため、昇降圧DC/DCコンバータ8は、入力端子VINに入力される4.2Vのシステム電源電圧Vcc0を降圧して、3.3Vのシステム電源電圧Vcc1を生成して出力することになる。充電機能の有効時には、充電IC2において、入力端子VBUSの電位が出力端子SYSの電位よりも高電位となるため、電源BATからの電力が入力端子VBUSから出力されることはない。
VUSBパワーパス機能は、例えば、電源BATが過放電等の理由で利用できない場合に有効となる。プロセッサ21は、スイッチQ1をオン、スイッチQ2をオン、スイッチQ3をオフ、スイッチQ4をオフに制御する。これにより、入力端子VBUSに入力されたUSB電圧VUSBは、降圧されることなく、そのままスイッチング端子SWから出力される。スイッチング端子SWから出力された電圧は、システム電源電圧Vcc0として昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに入力される。この場合も、昇降圧DC/DCコンバータ8は、入力端子VINに入力される5Vのシステム電源電圧Vcc0を降圧して、3.3Vのシステム電源電圧Vcc1を生成して出力することになる。なお、VUSBパワーパス機能を有効とする場合であっても、プロセッサ21は、スイッチQ1をオン、スイッチQ3をオフ、スイッチQ4をオンに制御した状態で、スイッチQ2のオンオフ制御を行ってもよい。このようにすれば、5.0VのUSB電圧VUSBから3.3Vのシステム電源電圧Vcc1までの降圧を、充電IC2と昇降圧DC/DCコンバータ8が分け合って行うことができる。このため、昇降圧DC/DCコンバータ8へ負荷や発熱が集中することを抑制できる。
VUSB&VBATパワーパス機能は、例えば、電源BATの充電が完了しており且つUSB接続が継続されている場合に有効となる。プロセッサ21は、スイッチQ1をオン、スイッチQ3をオフ、スイッチQ4をオンに制御した状態で、スイッチQ2のオンオフ制御を行う。プロセッサ21は、出力端子SYSの電圧が、電源BATの電圧(電源電圧VBAT)と同じになるようにスイッチQ2を制御する。これにより、入力端子VBUSに入力されたUSB電圧VUSBは降圧されて出力端子SYSから出力される。入力端子VBUSに入力されたUSB電圧VUSBが降圧されて出力端子SYSから出力される電圧と、電源BATから充電端子batを経由して出力端子SYSから出力される電圧は同じ値となる。このため、USB電圧VUSBを降圧して得た電圧を含む電力と、出力端子SYSから出力される電源電圧VBATを含む電力が合成されて、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに供給される。VUSB&VBATパワーパス機能の有効時には、充電IC2において、入力端子VBUSの電位が出力端子SYSの電位よりも高電位となるため、電源BATからの電力が入力端子VBUSから出力されることはない。
VBATパワーパス機能は、充電モード以外のモード(例えば、スリープモード)にて有効となる。プロセッサ21は、スイッチQ1とスイッチQ3をオフに制御する。これにより、充電端子batに入力された電源電圧VBATは、そのまま、出力端子SYSから出力され、システム電源電圧Vcc0として、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに入力される。この制御により、充電IC2の入力端子VBUSとスイッチング端子SWの間の電力伝達経路は、スイッチQ1の寄生ダイオードによりブロックされる。このため、出力端子SYSから出力される電源電圧VBATが、入力端子VBUSから出力されることはない。
OTG機能は、VBATパワーパス機能と同時に有効となり、例えば、アクティブモードにて有効となる。OTG機能とVBATパワーパス機能の両方の有効時には、プロセッサ21は、スイッチQ1をオンに制御した状態で、スイッチQ3をオンオフ制御する。これにより、充電端子batに入力された電源電圧VBATは、そのまま、出力端子SYSから出力され、システム電源電圧Vcc0として、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに入力される。また、出力端子SYSから出力された電源電圧VBATは、充電IC2のスイッチング端子SWに入力される。プロセッサ21は、スイッチング端子SWに入力される電源電圧VBATがシステム電源電圧Vcc4と同じになるように、スイッチQ3を制御する。これにより、スイッチング端子SWに入力された電源電圧VBATは昇圧されて入力端子VBUSから出力される。入力端子VBUSから出力された電圧は、システム電源電圧Vcc4としてLED L1~L8に入力される。
吸引器100では、電源サーミスタT1の抵抗値(出力値)によって電源BATの温度(以下、電源温度TBATと記載)を取得可能であり、ヒータサーミスタT3の抵抗値(出力値)によってヒータHTRの温度(以下、ヒータ温度THTRと記載)を取得可能であり、ケースサーミスタT4の抵抗値(出力値)によってケース110の温度(以下、ケース温度TCASEと記載)を取得可能である。そして、吸引器100は、電源温度TBAT、ヒータ温度THTR、及びケース温度TCASEの少なくともいずれかが、吸引器100の使用される推奨環境下での値とかけ離れた状態になった場合に、電源BATの充電及び電源BATからヒータHTRへの放電(以下、充放電とも記載)を禁止する保護制御を実行して、安全性を高めるように構成されている。この保護制御は、MCU1とFF17によって行われる。
以下では、保護制御として充放電を禁止する例を説明するが、保護制御は、安全性の向上という観点から、充電のみを禁止する制御としてもよいし、放電のみを禁止する制御としてもよい。
手動復帰保護制御の実行により動作モードがエラーモードに移行した場合、又は、MCU1が何らかの原因によって正常に動作しなくなった場合(フリーズした場合)には、MCU1のリセット(再起動)が必要となる。
図22は、図1に示す吸引器100のケースサーミスタT4を通る切断面での断面図である。図22に示すように、加熱部170は、断熱機能を持つ円筒状のロッド収容部172と、ロッド収容部172の内側に配置された円筒状のヒータ支持部材174と、ヒータ支持部材174の内周面に支持された筒状のヒータHTRと、を備える。
電源(電源BAT)と、
上記電源から供給される電力を消費してエアロゾル源(ロッド500)を加熱するヒータ(ヒータHTR)が接続されるヒータコネクタ(ヒータコネクタCn)と、
上記電源から上記ヒータへの電力の供給を制御可能に構成され、且つ、動作するための電力が入力される電源端子(電源端子VDD)を含むコントローラ(MCU1)と、
上記コントローラを再起動可能な再起動回路(スイッチドライバ7)と、
動作するための電力が入力される電源端子(電源端子VCC)を含み、且つ、上記コントローラとは別体であるIC(FF16)と、を備え、
上記コントローラの電源端子には、上記電源から生成される第2システム電圧(システム電源電圧Vcc2)が供給可能であり、
上記ICの電源端子には、上記再起動回路によって上記コントローラが再起動されている間も、上記電源から生成される第1システム電圧(システム電源電圧Vcc1)が供給される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(1)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記第2システム電圧は、上記第1システム電圧から生成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(2)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記第2システム電圧の電圧値は、上記第1システム電圧の電圧値と等しい、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(2)又は(3)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
入力端子(入力端子VIN)と、上記コントローラの電源端子へ接続され且つ上記第2システム電圧を出力する出力端子(出力端子VOUT)と、制御端子(制御端子ON)と、を含むスイッチ(LSW4)を備え、
上記スイッチは、上記スイッチの制御端子へハイレベルの電圧が入力されると、上記スイッチの入力端子と上記スイッチの出力端子の間の電気的な接続を閉じるように構成され、
上記第1システム電圧は、上記入力端子と上記制御端子へ入力される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(4)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記再起動回路は、上記スイッチの制御端子へローレベルの信号を入力可能に構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(1)から(5)のいずれかに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
入力された情報を記憶可能な記憶IC(FF16)を含み、
上記ICは、上記記憶ICを含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(6)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記再起動回路により再起動した上記コントローラは、上記記憶ICに記憶された情報に基づき、所定の機能を実行するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(7)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記所定の機能は、上記電源の充電と上記電源の上記ヒータへの放電の少なくとも一方の永久的な禁止である、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(1)から(8)のいずれかに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記電源から供給される電圧を変換して、上記第1システム電圧を生成する電圧変換回路を含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(9)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記電圧変換回路は、昇降圧DC/DCコンバータ(昇降圧DC/DCコンバータ8)を含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(10)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
外部電源へ電気的に接続可能なレセプタクル(レセプタクルRCP)を備え、
上記電圧変換回路は、上記レセプタクルから供給される電圧を変換して、上記第1システム電圧を生成可能に構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
112 ケース本体
115 アウターパネル
118 インナーパネル
119 スライダ
170 加熱部
1 MCU
8 昇降圧DC/DCコンバータ
16 フリップフロップ
HTR ヒータ
BAT 電源
Cn ヒータコネクタ
Cn(m) モータコネクタ
OPS 操作スイッチ
M 振動モータ
Claims (11)
- 電源と、
前記電源から供給される電力を消費してエアロゾル源を加熱するヒータが接続されるヒータコネクタと、
前記電源から前記ヒータへの電力の供給を制御可能に構成され、且つ、動作するための電力が入力される電源端子を含むコントローラと、
前記コントローラを再起動可能な再起動回路と、
動作するための電力が入力される電源端子を含み、且つ、前記コントローラとは別体であるICと、を備え、
前記コントローラの電源端子には、前記電源から生成される第2システム電圧が供給可能であり、
前記ICの電源端子には、前記再起動回路によって前記コントローラが再起動されている間も、前記電源から生成される第1システム電圧が供給される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項1に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記第2システム電圧は、前記第1システム電圧から生成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項2に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記第2システム電圧の電圧値は、前記第1システム電圧の電圧値と等しい、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項2又は3に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
入力端子と、前記コントローラの電源端子へ接続され且つ前記第2システム電圧を出力する出力端子と、制御端子と、を含むスイッチを備え、
前記スイッチは、前記スイッチの制御端子へハイレベルの電圧が入力されると、前記スイッチの入力端子と前記スイッチの出力端子の間の電気的な接続を閉じるように構成され、
前記第1システム電圧は、前記入力端子と前記制御端子へ入力される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項4に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記再起動回路は、前記スイッチの制御端子へローレベルの信号を入力可能に構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
入力された情報を記憶可能な記憶ICを含み、
前記ICは、前記記憶ICを含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項6に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記再起動回路により再起動した前記コントローラは、前記記憶ICに記憶された情報に基づき、所定の機能を実行するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項7に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記所定の機能は、前記電源の充電と前記電源の前記ヒータへの放電の少なくとも一方の永久的な禁止である、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記電源から供給される電圧を変換して、前記第1システム電圧を生成する電圧変換回路を含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項9に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記電圧変換回路は、昇降圧DC/DCコンバータを含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。 - 請求項10に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
外部電源へ電気的に接続可能なレセプタクルを備え、
前記電圧変換回路は、前記レセプタクルから供給される電圧を変換して、前記第1システム電圧を生成可能に構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
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