KR102257113B1 - 에어로졸 흡인기의 전원 유닛 - Google Patents

에어로졸 흡인기의 전원 유닛 Download PDF

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Abstract

[과제] 에어로졸의 생성 효율을 향상시키면서, 에어로졸의 생성에 이용하는 부하의 온도를 높은 정밀도로 검출 가능하게 한다.
[해결수단] 전원 유닛(10)은, 부하(21)에 대해 직렬 접속되는 제1 소자(63)와, 제2 소자(64) 및 제2 소자(64)에 대해 직렬 접속된 제3 소자(65)를 포함하며, 부하(21) 및 제1 소자(63)의 제1 직렬회로(C1)와 병렬로 접속된 제2 직렬회로(C2)와, 비반전 입력단자가 제1 직렬회로(C1)에 접속되고, 또, 반전 입력단자가 제2 직렬회로(C2)에 접속된 오피 앰프(56)와, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 전류가 흐르는 상태에서의 부하(21)에 흐르는 전류보다 큰 전류를 부하(21)로 공급 가능한 가열용 회로를 구비한다.

Description

에어로졸 흡인기의 전원 유닛{A POWER SUPPLY UNIT FOR AN AEROSOL INHALER}
본 발명은, 에어로졸 흡인기(吸引器)의 전원 유닛에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 흡입 가능한 에어로졸을 생성하는 장치에서, 히터의 저항값을 측정하는 회로가 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특표 2017-501805호 공보
에어로졸 흡인기는, 사용자(user)가 입에 물고 이용하는 것이기 때문에, 에어로졸을 생성하기 위해 이용하는 히터의 온도 관리가 중요해진다. 한편, 에어로졸의 생성 효율을 높이는 것도 요구된다. 특허문헌 1에는, 히터의 저항값을 측정하는 것은 기재되어 있지만, 그 구체적인 구성은 개시되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 에어로졸의 생성 효율을 향상시키면서, 에어로졸의 생성에 이용하는 부하(負荷)의 온도를 높은 정밀도로 검출(檢出) 가능하게 하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 에어로졸 흡인기의 전원 유닛은, 에어로졸 생성원을 가열하고 또 온도와 전기저항값이 상관(相關)을 갖는 부하로 방전 가능한 전원을 가지는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서, 상기 부하에 대해서 직렬 접속되는 제1 전기저항값을 가지는 제1 소자와, 제2 전기저항값을 가지는 제2 소자 및 상기 제2 소자에 대해서 직렬 접속된 제3 전기저항값을 가지는 제3 소자를 포함하며, 상기 부하 및 상기 제1 소자의 제1 직렬회로와 병렬 접속된 제2 직렬회로와, 비반전(非反轉) 입력단자와 반전(反轉) 입력단자 중 한쪽이 상기 제1 직렬회로에 접속되고, 또, 비반전 입력단자와 반전 입력단자 중 다른쪽이 상기 제2 직렬회로에 접속된 오피 앰프(Op-amp)와, 상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로에 전류가 흐르는 상태에서의 상기 부하에 흐르는 전류보다 큰 전류를 상기 부하로 공급 가능한 가열용 회로를 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 에어로졸의 생성 효율을 향상시키면서, 에어로졸의 생성에 이용하는 부하의 온도를 높은 정밀도로 검출 가능하게 할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시형태의 전원 유닛이 장착된 에어로졸 흡인기의 사시도이다.
[도 2] 도 1의 에어로졸 흡인기의 다른 사시도이다.
[도 3] 도 1의 에어로졸 흡인기의 단면도이다.
[도 4] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 사시도이다.
[도 5] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 요부(要部) 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 6] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 회로 구성이다.
[도 7] 도 6에 나타내는 전원 유닛의 회로 구성에서의 요부 확대도이다.
[도 8] 도 7에 나타낸 전원 유닛의 전기회로의 요부의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 7에 나타낸 전원 유닛의 전기회로의 요부의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
[도 10] 도 7에 나타낸 전원 유닛의 전기회로의 요부의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
[도 11] 도 7 또는 도 8에 나타내는 요부 구성의 전원 유닛을 가지는 에어로졸 흡인기의 동작의 변형예를 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태인 에어로졸 흡인기의 전원 유닛에 대해서 설명하지만, 먼저, 전원 유닛이 장착된 에어로졸 흡인기에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
(에어로졸 흡인기)
에어로졸 흡인기(1)는, 연소를 수반하지 않고 향미(香味)가 부가된 에어로졸을 흡인하기 위한 기구이며, 소정 방향(이하, 길이방향(X)이라고 한다)을 따라서 연장되는 봉(棒) 형상을 가진다. 에어로졸 흡인기(1)는, 길이방향(X)을 따라서 전원 유닛(10)과, 제1 카트리지(20)와, 제2 카트리지(30)가 이 순서로 설치되어 있다. 제1 카트리지(20)는, 전원 유닛(10)에 대해서 착탈(着脫) 가능하다. 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)에 대해서 착탈 가능하다. 바꿔 말하면, 제1 카트리지(20) 및 제2 카트리지(30)는, 각각 교환 가능하다.
(전원 유닛)
본 실시형태의 전원 유닛(10)은, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 원통 모양의 전원 유닛 케이스(11)의 내부에, 전원(12), 충전 IC(55A), MCU(Micro Controller Unit)(50), 흡기 센서(15) 등의 각종 센서 등을 수용한다. 전원(12)은, 충전 가능한 2차 전지, 전기 2중층 커패시터(capacitor) 등이며, 바람직하게는, 리튬이온 2차 전지이다. 전원(12)의 전해질은, 겔상(gel狀)의 전해질, 전해액, 고체 전해질, 이온 액체 중 하나 또는 이들의 조합으로 구성되어 있어도 된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 전원 유닛 케이스(11)의 길이방향(X)의 일단측(제1 카트리지(20)측)에 위치하는 톱부(top部)(11a)에는, 방전단자(41)가 설치된다. 방전단자(41)는, 톱부(11a)의 상면으로부터 제1 카트리지(20)를 향해 돌출하도록 설치되며, 제1 카트리지(20)의 부하(21)와 전기적으로 접속 가능하게 구성된다.
또한, 톱부(11a)의 상면에는, 방전단자(41)의 근방에, 제1 카트리지(20)의 부하(21)에 공기를 공급하는 공기 공급부(42)가 설치되어 있다.
전원 유닛 케이스(11)의 길이방향(X)의 타단측(제1 카트리지(20)와 반대측)에 위치하는 보텀부(Bottom部)(11b)에는, 전원(12)을 충전 가능한 외부전원(도시 생략)과 전기적으로 접속 가능한 충전단자(43)가 설치된다. 충전단자(43)는, 보텀부(11b)의 측면에 설치되며, 예를 들면, USB 단자, microUSB 단자, 및 라이트닝( Lightning)(등록상표) 단자 중 적어도 하나가 접속 가능하다.
또한,　충전단자(43)는, 외부전원으로부터 송전되는 전력을 비접촉으로 수전 가능한 수전부(受電部)여도 된다. 이와 같은 경우, 충전단자(43)(수전부)는, 수전 코일로 구성되어 있어도 된다. 비접촉에 의한 전력 전송(Wireless Power Transfer) 방식은, 전자 유도형이어도 되고, 자기 공명형이어도 된다. 또한, 충전단자(43)는, 외부전원으로부터 송전되는 전력을 무접점으로 수전 가능한 수전부여도 된다. 다른 일례로서, 충전단자(43)는, USB 단자, microUSB 단자, Lightning 단자 중 적어도 하나가 접속 가능하고, 또 상술한 수전부를 가지고 있어도 된다.
전원 유닛 케이스(11)에는, 사용자가 조작 가능한 조작부(14)가, 톱부(11a)의 측면에 충전단자(43)와는 반대측을 향하도록 설치된다. 더 상술(詳述)하면, 조작부(14)와 충전단자(43)는, 조작부(14)와 충전단자(43)를 잇는 직선과 길이방향(X)에서의 전원 유닛(10)의 중심선의 교점에 대해서 점대칭의 관계에 있다. 조작부(14)는, 버튼식의 스위치, 터치 패널 등으로 구성된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 조작부(14)의 근방에는, 퍼프(puff) 동작을 검출하는 흡기 센서(15)가 설치되어 있다.
충전 IC(55A)는, 충전단자(43)에 근접해서 배치되며, 충전단자(43)로부터 입력되는 전력의 전원(12)으로의 충전 제어를 행한다. 또한, 충전 IC(55A)는, MCU(50)의 근방에 배치되어 있어도 된다.
MCU(50)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 퍼프(흡기) 동작을 검출(檢出)하는 흡기 센서(15) 등의 각종 센서 장치, 조작부(14), 후술(後述)의 알림부(45), 및 퍼프 동작의 횟수 또는 부하(21)로의 통전(通電) 시간 등을 기억하는 메모리(18)에 접속되며, 에어로졸 흡인기(1)의 각종 제어를 행한다. MCU(50)는, 구체적으로는 후술의 프로세서(55)(도 7 참조)를 주체(主體)로 구성되어 있으며, 프로세서(55)의 동작에 필요한 RAM(Random Access Memory)과 각종 정보를 기억하는 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 매체를 더 포함한다. 본 명세서에서의 프로세서란, 더 구체적으로는, 반도체소자 등의 회로소자를 조합한 전기회로이다.
MCU(50)는, 전원(12)의 전원 전압을 측정하는 전압 센서(16)를 가진다. 전압 센서(50)는, 후술하는 오피 앰프(56)와 ADC(57)에 의해 구성되어도 된다. MCU(50)의 내부에서, 전압 센서(16)의 출력 신호는 프로세서(55)에 입력된다. 본 실시형태 대신에, 전압 센서(16)은 MCU(50)의 외부에 설치되어, MCU(50)와 접속되어도 된다.
또한, 전원 유닛 케이스(11)에는, 내부로 외기를 취입하는 도시하지 않은 공기 취입구(intake)가 설치되어 있다. 또한, 공기 취입구는, 조작부(14)의 주위에 설치되어 있어도 되고, 충전단자(43)의 주위에 설치되어 있어도 된다.
(제1 카트리지)
도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 카트리지(20)는, 원통 모양의 카트리지 케이스(27)의 내부에, 에어로졸원(22)을 저류(貯留)하는 리저버(reservoir)(23)와, 에어로졸원(22)을 무화(霧化)하는 전기적인 부하(21)와, 리저버(23)로부터 부하(21)로 에어로졸원을 끌어들이는 심지(wick)(24)와, 에어로졸원(22)이 무화됨으로써 발생한 에어로졸이 제2 카트리지(30)를 향해서 흐르는 에어로졸 유로(流路)(25)와, 제2 카트리지(30)의 일부를 수용하는 엔드 캡(26)을 구비한다.
리저버(23)는, 에어로졸 유로(25)의 주위를 둘러싸도록 구획 형성되며, 에어로졸원(22)을 저류한다. 리저버(23)에는, 수지 웹(resin web) 또는 면(綿) 등의 다공체(多孔體)가 수용되며, 또, 에어로졸원(22)이 다공체에 함침(含浸)되어 있어도 된다. 리저버(23)에는, 수지 웹 또는 면 위의 다공질체가 수용되지 않고, 에어로졸원(22)만 저류되어 있어도 된다. 에어로졸원(22)은, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 또는 물 등의 액체를 포함한다.
심지(24)는, 리저버(23)로부터 모세관 현상을 이용하여 에어로졸원(22)을 부하(21)로 끌어들이는 액보지(液保持) 부재이다. 심지(24)는, 예를 들면, 유리섬유나 다공질 세라믹 등에 의해 구성된다.
부하(21)는, 전원(12)으로부터 방전단자(41)를 통해서 공급되는 전력에 의해, 연소를 수반하지 않고 에어로졸원(22)을 가열함으로써, 에어로졸원(22)을 무화한다. 부하(21)는, 소정 피치로 감아지는 전열선(코일)에 의해서 구성되어 있다.
또한, 부하(21)는, 에어로졸원(22)을 가열함으로써 무화하여 에어로졸을 생성 가능한 소자이면 된다. 부하(21)는, 예를 들면, 발열소자이다. 발열소자로서는, 발열 저항체, 세라믹 히터, 및 유도 가열식의 히터 등을 들 수 있다. 이하에서는, 부하(21)가 갖는 전기저항값을 전기저항값 RH로 기재한다.
부하(21)는, 온도와 전기저항값이 상관을 갖는 것이 이용된다. 부하(21)로서는, 온도의 증가에 수반하여 전기저항값도 증가하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성을 가지는 것이 이용된다. PTC 특성은, 정(正)의 저항 온도 계수 특성으로도 불린다.
부하(21)의 온도의 변화량에 대한, 부하(21)의 전기저항값의 변화량의 크기를 나타내는 계수를, 저항 온도 계수 α[ppm(parts per million)/℃]라고 한다. 저항 온도 계수 α는, 부하(21)의 온도를 T로 하고, 기준 온도를 TREF로 하며, 기준 전기저항값을 RREF로 하여, 이하의 식 (F0)로 표현된다.
[식 1]
Figure 112020111835241-pat00001
에어로졸 유로(25)는, 부하(21)의 하류측으로서, 전원 유닛(10)의 중심선 L 위에 설치된다. 엔드 캡(26)은, 제2 카트리지(30)의 일부를 수용하는 카트리지 수용부(26a)와, 에어로졸 유로(25)와 카트리지 수용부(26a)를 연통시키는 연통로(連通路)(26b)를 구비한다.
(제2 카트리지)
제2 카트리지(30)는, 향미원(香味源)(31)을 저류한다. 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)의 엔드 캡(26)에 설치된 카트리지 수용부(26a)에 착탈 가능하게 수용된다. 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)측과는 반대측의 단부가, 사용자의 흡구(吸口)(32)로 되어 있다. 또한, 흡구(32)는, 제2 카트리지(30)와 일체 불가분으로 구성되는 경우에 한하지 않고, 제2 카트리지(30)와 착탈 가능하게 구성되어도 된다. 이와 같이 흡구(32)를 전원 유닛(10)과 제1 카트리지(20)와는 별체(別體)로 구성함으로써, 흡구(32)를 위생적으로 유지할 수 있다.
제2 카트리지(30)는, 부하(21)에 의해 에어로졸원(22)이 무화됨으로써 발생한 에어로졸을 향미원(31)에 통과시키는 것에 의해서 에어로졸에 향미를 부여한다. 향미원(31)을 구성하는 원료편(原料片)으로서는, 살담배, 또는, 담배원료를 입상(粒狀)으로 성형한 성형체를 사용할 수 있다. 향미원(31)은, 담배 이외의 식물(예를 들면, 민트, 한방, 허브 등)에 의해 구성되어도 된다. 향미원(31)에는, 멘톨 등의 향료가 부여되어 있어도 된다.
본 실시형태의 에어로졸 흡인기(1)에서는, 에어로졸원(22)과 향미원(31)과 부하(21)에 의해, 향미가 부가된 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 에어로졸원(22)과 향미원(31)은, 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 생성원을 구성하고 있다.
에어로졸 흡인기(1)에서의 에어로졸 생성원은, 사용자가 교환하여 사용하는 부분이다. 이 부분은, 예를 들면, 하나의 제1 카트리지(20)와, 하나 또는 복수(예를 들면 5개)의 제2 카트리지(30)가 1세트로서 사용자에게 제공된다.
에어로졸 흡인기(1)에 이용되는 에어로졸 생성원의 구성은, 에어로졸원(22)과 향미원(31)이 별체로 되어 있는 구성 외에, 에어로졸원(22)과 향미원(31)이 일체적으로 형성되어 있는 구성, 향미원(31)이 생략되고 향미원(31)에 포함될 수 있는 물질이 에어로졸원(22)에 부가된 구성, 향미원(31) 대신에 약제 등이 에어로졸원(22)에 부가된 구성 등이어도 된다.
에어로졸원(22)과 향미원(31)이 일체적으로 형성된 에어로졸 생성원을 포함하는 에어로졸 흡인기(1)라면, 예를 들면 하나 또는 복수(예를 들면 20개)의 에어로졸 생성원이 1세트로서 사용자에게 제공된다.
에어로졸원(22)만을 에어로졸 생성원으로서 포함하는 에어로졸 흡인기(1)라면, 예를 들면 하나 또는 복수(예를 들면 20개)의 에어로졸 생성원이 1세트로서 사용자에게 제공된다.
이와 같이 구성된 에어로졸 흡인기(1)에서는, 도 3 중의 화살표 B로 나타내는 바와 같이, 전원 유닛 케이스(11)에 설치된 도시하지 않은 취입구로부터 유입된 공기가, 공기 공급부(42)로부터 제1 카트리지(20)의 부하(21) 부근을 통과한다. 부하(21)는, 심지(24)에 의해서 리저버(23)로부터 끌어들인 에어로졸원(22)을 무화한다. 무화되어 발생한 에어로졸은, 취입구로부터 유입된 공기와 함께 에어로졸 유로(25)를 흐르며, 연통로(26b)를 통해서 제2 카트리지(30)에 공급된다. 제2 카트리지(30)에 공급된 에어로졸은, 향미원(31)을 통과함으로써 향미가 부여되며, 흡구(32)로 공급된다.
또한, 에어로졸 흡인기(1)에는, 각종 정보를 알리는(報知) 알림부(45)가 설치되어 있다(도 5 참조). 알림부(45)는, 발광소자에 의해서 구성되어 있어도 되고, 진동소자에 의해서 구성되어 있어도 되며, 음출력(音出力)소자에 의해서 구성되어 있어도 된다. 알림부(45)는, 발광소자, 진동소자, 및 음출력소자 중, 2 이상의 소자의 조합이어도 된다. 알림부(45)는, 전원 유닛(10), 제1 카트리지(20), 및 제2 카트리지(30) 중 어느 하나에 설치되어도 되지만, 전원 유닛(10)에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 조작부(14)의 주위가 투광성(透光性)을 가지며, LED 등의 발광소자에 의해서 발광하도록 구성된다.
본 형태의 에어로졸 흡인기(1)는, 그 사용시의 권장 온도(동작 보증 온도)로서, 에어로졸을 충분한 양 생성할 수 있고 또 전원(12)의 안전성을 담보할 수 있는 온도범위(溫度域)가 미리 정해져 있다. 이 온도범위는, 예를 들면, 상온(常溫)(구체적으로는, 일본공업규격에서 기정(旣定)되는 5℃ 내지 35℃ 범위의 온도)을 포함하는 -10℃ 이상 45℃ 이하의 범위가 된다. 본 형태의 에어로졸 흡인기(1)에서는, 에어로졸 생성원으로부터 에어로졸을 생성 가능한 부하(21)의 온도(제1 온도)가 상기 온도범위보다 높은 값(예를 들면 약 200℃)으로 되어 있다. 또한, 본 형태의 에어로졸 흡인기(1)에서는, 에어로졸 생성원이 고갈되어 있는 상태에서 부하(21)의 가열을 계속한 경우에만 도달 가능한 부하(21)의 온도(제2 온도)가, 상기 제1 온도보다 높은 값(예를 들면 약 300℃)으로 되어 있다. 또한, 에어로졸 생성원이 고갈되어 있는 상태란, 에어로졸 생성원의 잔량(殘量)이 제로(zero) 또는 거의 제로인 상태를 의미하고 있다.
즉, 에어로졸 흡인기(1)에서, 부하(21)의 온도는, 온도범위, 온도범위보다 높은 제1 온도, 및, 제1 온도보다 높은 제2 온도를 포함하는 범위(구체예로서, -10℃ 이상 300℃ 이하의 범위)에서 변동할 수 있는 것으로 되어 있다. 이 범위를 이하에서는 상용(常用) 온도 범위라고 한다. 또한, 온도범위, 제1 온도, 제2 온도의 수치는 일례이며, 제품의 특징 등에 따른 적절한 값으로 설정된다. 또한, 온도범위는, 상온을 포함하지 않아도 되고, 상온 그 자체여도 된다.
(전기회로)
전원 유닛(10)의 전기회로의 요부(要部)에 대해서 도 6을 참조하면서 설명한다.
전원 유닛(10)은, 주요(主要)한 회로 구성으로서, 전원(12)과, 전술(前述)한 부하(21)를 포함하는 제1 카트리지(20)가 착탈 가능하게 구성된 방전단자(41)와, MCU(50)와, LDO(Low Drop Out) 레귤레이터(60)와, 개폐기(61)와, 개폐기(62)와, 제1 전기저항값 R1을 가지는 제1 소자(63)와, 제2 전기저항값 R2를 가지는 제2 소자(64)와, 제3 전기저항값 R3을 가지는 제3 소자(65)를 구비한다.
제1 소자(63), 제2 소자(64), 및 제3 소자(65)는, 각각, 전기저항값을 갖는 소자이면 되고, 예를 들면 저항기, 다이오드, 또는 트랜지스터 등이다. 도 6의 예에서는, 제1 소자(63), 제2 소자(64), 및 제3 소자(65)가, 각각 저항기로 되어 있다.
개폐기(61, 62)는, 배선로(配線路)의 차단과 도통(導通)을 전환하는 트랜지스터 등의 스위칭소자이다. 도 6의 예에서는, 개폐기(61, 62)는, 각각, MCU(50)로부터 공급되는 하이(high) 레벨의 온(ON) 지령 신호를 받고 온(도통) 하며, MCU(50)로부터 공급되는 로우(low) 레벨의 오프(OFF) 지령 신호를 받아 오프(차단) 하는 노멀리 오프형(型)의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 되어 있다.
LDO 레귤레이터(60)와 MCU(50)는, 전원(12)에 직렬 접속되어 있다. LDO 레귤레이터(60)는, 전원(12)으로부터의 전압을 강압(降壓)하여 출력한다. LDO 레귤레이터(60)의 출력전압(이하, 기준전압 VREF으로 기재한다)은, MCU(50)의 동작전압으로서 MCU(50)에 공급된다. LDO 레귤레이터(60)는, 예를 들면, 전원(12)으로부터의 4.2V의 전압을 3.7V로 강압하여 출력한다. 주정모선(主正母線)(LU)과 주부모선(主負母線)(LD) 중, 주정모선(LU)은 고전위측(高電位側)의 선이며, 주부모선(LD)은 저전위측의 선이다. 주정모선(LU)은, 전원 유닛(10)의 전기회로 중 가장 높은 전위가 되는 선이어도 된다. 주부모선(LD)은, 전원 유닛(10)의 전기회로 중 가장 낮은 전위가 되는 선이어도 된다.
MCU(50)는, LDO 레귤레이터(60)와, 전원(12)의 부극(負極)에 접속된 주부모선(LD)에 접속되어 있다. MCU(50)는, 개폐기(61)와 개폐기(62)에도 접속되어 있으며, 이들의 온오프 제어를 행한다.
전원 유닛(10)에 제1 카트리지(20)가 장착된 상태에서, 제1 소자(63)와 부하(21)는 직렬 접속되며 제1 직렬회로(C1)를 구성하고 있다. 제2 소자(64)와 제3 소자(65)는 직렬 접속되며 제2 직렬회로(C2)를 구성하고 있다. 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)는, 주정모선(LU)과 주부모선(LD) 사이에 병렬 접속되어 있다.
제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)는, 각각, 주정모선(LU)과 주부모선(LD)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 주정모선(LU)에 개폐기(62)의 콜렉터(collector)가 접속되며, 개폐기(62)의 에미터(emitter)에, 제1 소자(63)와 제2 소자(64)가 병렬 접속되어 있다. 또한, 주부모선(LD)에는, 부하(21)와 제3 소자(65)가 병렬 접속되어 있다. 그리고 부하(21)는 제1 소자(63)에 접속되고, 제3 소자(65)는 제2 소자(64)에 접속되어 있다.
이와 같이, 제1 직렬회로(C1)는, 제1 소자(63)가 고전위측의 소자가 되고, 부하(21)가 저전위측의 소자가 되는 구성이다. 또한, 제2 직렬회로(C2)는, 제2 소자(64)가 고전위측의 소자가 되고, 제3 소자(65)가 저전위측의 소자가 되는 구성이다.
제1 직렬회로(C1)는, MCU(50)와 접속되어 있다. 구체적으로는, 제1 직렬회로(C1)는, 제1 소자(63)와 부하(21) 사이에서, MCU(50)와 접속되어 있다.
제2 직렬회로(C2)는, MCU(50)와 접속되어 있다. 구체적으로는, 제2 직렬회로(C2)는, 제2 소자(64)와 제3 소자(65) 사이에서, MCU(50)와 접속되어 있다.
개폐기(61)는, 주정모선(LU)과 제1 직렬회로(C1)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 주정모선(LU)에 개폐기(61)의 콜렉터가 접속되어 있다. 그리고 개폐기(61)의 에미터는, 제1 직렬회로(C1)에서의 제1 소자(63)와 부하(21) 사이 중, MCU(50)와 접속되는 노드(node)보다 저전위측의 위치에 접속되어 있다.
또한, 개폐기(61)의 에미터는, 도 6 중의 파선(破線)으로 나타낸 바와 같이, 제1 직렬회로(C1)에서의 MCU(50)와의 접속 노드보다 고전위측의 위치(PS1)에 접속되는 구성이어도 된다. 또한, 개폐기(61)의 에미터는, 도 6 중의 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 직렬회로(C1)에서의 제1 소자(63)보다 고전위측의 위치(PS2)에 접속되는 구성이어도 된다.
도 6에 나타내는 전원 유닛(10)에서, 주정모선(LU)과 제1 직렬회로(C1)의 제1 소자(63) 및 부하(21) 사이에 접속된, 개폐기(61) 및 배선을 포함하는 회로인 것을 이하에서는 가열용 회로라고 기재한다. 또한, 제1 직렬회로(C1) 및 제2 직렬회로(C2)와 주정모선(LU)을 접속하고 있는, 개폐기(62) 및 배선을 포함하는 회로인 것을, 이하에서는 제1 접속회로라고 기재한다. 또한, 제1 직렬회로(C1) 및 제2 직렬회로(C2)와 주부모선(LD)을 접속하고 있는 배선을 포함하는 회로인 것을, 이하에서는 제2 접속회로라고 기재한다.
(MCU)
다음으로 MCU(50)의 구성에 대해서, 더 구체적으로 설명한다.
MCU(50)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, ROM에 기억된 프로그램을 프로세서가 실행하는 것에 의해 실현되는 기능 블록으로서, 에어로졸 생성 요구 검출부(51)와, 온도 검출부(52)와, 전력 제어부(53)와, 알림 제어부(54)를 구비한다.
에어로졸 생성 요구 검출부(51)는, 흡기 센서(15)의 출력 결과에 근거하여 에어로졸 생성 요구를 검출한다. 흡기 센서(15)는, 흡구(32)를 통한 사용자의 흡인에 의해 생긴 전원 유닛(10) 내의 압력(내압) 변화의 값을 출력하도록 구성되어 있다. 흡기 센서(15)는, 예를 들면, 도시하지 않은 취입구로부터 흡구(32)를 향해서 흡인되는 공기의 유량(즉, 사용자의 퍼프 동작)에 따라 변화하는 내압에 따른 출력값(예를 들면, 전압값 또는 전류값)을 출력하는 압력 센서이다. 흡기 센서(15)는, 콘덴서 마이크로폰 등으로 구성되어 있어도 된다. 흡기 센서(15)는, 아날로그값을 출력해도 되고, 아날로그값으로부터 변환한 디지털값을 출력해도 된다.
온도 검출부(52)는, 상세(詳細)는 후술하지만, 도 6에 나타낸 제1 직렬회로(C1)의 출력 신호와 제2 직렬회로(C2)의 출력 신호에 근거하여, 부하(21)의 온도를 검출한다. 온도 검출부(52)는, 개폐기(62)를 온하고, 개폐기(61)를 오프함으로써, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)의 각각에 전류를 흐르게 하며, 그때의 제1 직렬회로(C1)의 출력 신호와 제2 직렬회로(C2)의 출력 신호에 근거하여, 부하(21)의 온도를 검출한다.
알림 제어부(54)는, 각종 정보를 알리도록 알림부(45)를 제어한다. 예를 들면, 알림 제어부(54)는, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍의 검출에 따라, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍을 알리도록 알림부(45)를 제어한다. 알림 제어부(54)는, 메모리(18)에 기억된 퍼프 동작의 누적 횟수 또는 부하(21)로의 누적 통전 시간에 근거하여, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍을 검출하고, 알린다. 알림 제어부(54)는, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍의 알림에 한하지 않고, 제1 카트리지(20)의 교환 타이밍, 전원(12)의 교환 타이밍, 전원(12)의 충전 타이밍 등을 알려도 된다.
알림 제어부(54)는, 미사용인 하나의 제2 카트리지(30)가 세트된 상태에서, 퍼프 동작이 소정 횟수 행해졌을 경우, 또는, 퍼프 동작에 의한 부하(21)로의 누적 통전 시간이 소정값(예를 들면 120초)에 달했을 경우에, 이 제2 카트리지(30)를 사용 완료(즉, 잔량이 제로 또는 비어 있다)로 판정하고, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍을 알리도록 하고 있다.
또한, 알림 제어부(54)는, 상기 1세트에 포함되는 모든 제2 카트리지(30)가 사용 완료가 되었다고 판정한 경우에, 이 1세트에 포함되는 하나의 제1 카트리지(20)를 사용 완료(즉, 잔량이 제로 또는 비어 있다)로 판정하고, 제1 카트리지(20)의 교환 타이밍을 알리도록 해도 된다.
전력 제어부(53)는, 에어로졸 생성 요구 검출부(51)가 에어로졸 생성 요구를 검출한 때에, 방전단자(41)를 통한 전원(12)의 방전을, 개폐기(61, 62)의 온/오프에 의해서 제어한다. 전력 제어부(53)는, 개폐기(62)를 오프로 하고, 개폐기(61)를 온으로 함으로써, 부하(21)에 많은 전류를 흐르게 하고, 부하(21)로의 방전을 행한다. 이와 같이 부하(21)로의 방전이 행해지는 경우에는, 제1 직렬회로(C1)에서, 제1 소자(63)보다 부하(21) 쪽에 많은 전류가 흐른다. 후술하는 바와 같이, 제1 소자(63)와 제2 소자(64)와 제3 소자(65)는, 부하(21)에 비해 충분히 큰 전지 저항값을 가지기 때문에, 제1 소자(63)에 흐르는 전류는 제로 또는 거의 제로가 되며, 부하(21)에만 전류가 흐르게 된다. 제1 소자(63)에 흐르는 전류가 제로 또는 거의 제로가 됨으로써, 전원(12)으로부터 더 많은 전류를 부하(21)로 흐르게 할 수 있기 때문에, 에어로졸의 생성 효율이 향상된다.
개폐기(61)의 에미터가, 도 6 중의 위치(PS1)에 접속되는 구성에서도, 부하(21)로의 방전이 행해지는 경우에는, 마찬가지로, 제1 직렬회로(C1)에서, 제1 소자(63)보다 부하(21) 쪽으로 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 개폐기(61)의 에미터가, 도 6 중의 위치(PS2)에 접속되는 구성에서는, 부하(21)로의 방전이 행해지는 경우에는, 제1 직렬회로(C1)에서, 제1 소자(63)에도 전류가 흐른다. 그러나 후술하는 바와 같이, 제2 직렬회로(C2)의 전기저항값은 부하(21)의 전기저항값보다 크기 때문에, 부하(21) 쪽으로 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 어떤 경우라도, 부하(21)로의 방전이 행해지는 경우에는, 부하(21)에 큰 전류를 흐르게 할 수 있으며, 부하(21)의 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
(부하의 온도 검출을 위한 구성)
도 7은, 도6에 나타내는 전원 유닛(10)의 회로 구성에서의 요부(要部) 확대도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, MCU(50)는, 오피 앰프(56)와, ADC(아날로그 디지털 변환기)(57)와, 프로세서(55)를 구비한다. 또한, 모든 실시형태에서, 오피 앰프(56)나 ADC(57)는, MCU(50)의 외부에 설치되어 있어도 된다.
오피 앰프(56)는, 비반전(非反轉) 입력단자(+)와 반전(反轉) 입력단자(-)를 가지며, 비반전 입력단자에 입력되는 전압으로부터 반전 입력단자에 입력되는 전압을 감산한 차분(差分)값을, 소정 증폭률 A에 의해 증폭하여 출력한다. 이 차분값은, 부하(21)의 전기저항값이 그 온도에 따라 변화한 경우에, 변화한다. 마찬가지로, 오피 앰프(56)의 출력 신호는, 부하(21)의 전기저항값이 그 온도에 따라 변화한 경우에, 변화한다.
오피 앰프(56)는, 한 쌍의 전원단자를 가진다. 일례로서, 고전위측의 전원단자는, 기준전압 VREF에 접속되어도 된다. 저전위측의 전원단자는, 기준전압 VREF보다 낮은 전압에 접속된다. 일례로서, 저전위측의 전원단자는, 그라운드(ground)에 접속되어도 된다. 이와 같이 오피 앰프(56)의 전원단자를 접속한 경우, 차분값의 상한(上限)값은 고전위측의 전원단자에 접속되는 전압(일례로서 VREF)이 되며, 차분값의 하한(下限)값은 저전위측의 전원단자에 접속되는 전압(일례로서 0)이 된다. 따라서, 차분값이 출력값 VREF을 초과해도, 차분값은 VREF에 고정되게 된다. 마찬가지로, 차분값이 0을 밑돌아도(下回), 차분값은 0으로 고정되게 된다. 환언하면, 오피 앰프(56)의 출력 신호를 이용하여 부하(21)의 전기저항값이나 온도를 정확하게 취득하기 위해서는, 차분값을 VREF와 0 사이에 넣을 필요가 있다.
오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에는, 제1 직렬회로(C1)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 제1 직렬회로(C1)에서의 제1 소자(63)와 부하(21) 사이로서 개폐기(61)와의 접속 노드보다 고전위측에, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자가 접속되어 있다. 오피 앰프(56)의 반전 입력단자에는, 제2 직렬회로(C2)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 제2 직렬회로(C2)에서의 제2 소자(64)와 제3 소자(65) 사이에, 오피 앰프(56)의 반전 입력단자가 접속되어 있다.
ADC(57)는, 오피 앰프(56)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. ADC(57)는, 기준전압 VREF에 의해서 동작하는 N비트의 분해능(分解能)을 가지는 것이 이용된다.
개폐기(62)가 오프 또 개폐기(61)가 온인 상태에서의, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 입력되는 전압 V+와, 오피 앰프(56)의 반전 입력단자에 입력되는 전압 V-는, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)가 구성하는 병렬회로 전체에 인가되는 전압(환언하면, 주정모선(LU)과 주부모선(LD)의 전위차)을 "V"로 하여, 이하의 식 (F1), (F2)에 의해 표현된다.
[식 2]
Figure 112020111835241-pat00002
따라서, 개폐기(62)가 오프 또 개폐기(61)가 온인 상태에서의, 오피 앰프(56)의 출력 신호는, 증폭률 A와 식 (F1), (F2)에 의해, 이하의 식 (F3)에 의해 표현된다. 식 (F3)에서의 증폭률 A를 제외한 부분이, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 입력되는 신호와 반전 입력단자에 입력되는 신호의 차분값을 나타내고 있다. 이하, 이 차분값을 VIN으로도 기재한다. 차분값 VIN은, 부하(21)의 전기저항값 RH의 변화에 따라 변화한다. 이 이후, 부하(21)의 전기저항값 RH의 변화량에 대한 차분값 VIN의 변화량을, 이하에서는 ΔVIN로 기재한다. 또한, 증폭률 A는 1 이상의 자연수이면 된다.
[식 3]
Figure 112020111835241-pat00003
프로세서(55)의 기능 블록인 온도 검출부(52)는, 개폐기(62)가 오프 또 개폐기(61)가 온인 상태에서, 오피 앰프(56)의 출력 신호를 취득한다. 식 (F3)에서, 부하(21)의 전기저항값 RH 이외는 기지(旣知)의 값이다. 따라서, 온도 검출부(52)는, 취득한 오피 앰프(56)의 출력 신호와 식 (F3)으로부터, 부하(21)의 전기저항값 RH를 도출할 수 있다. 온도 검출부(52)는, 이렇게 해서 도출한 부하(21)의 전기저항값 RH와, ROM에 미리 기억되어 있는 부하(21)의 PTC 특성의 정보(예를 들면, 기준 온도 TREF와, 이 기준 온도 TREF에 대응하는 기준 전기저항값 RREF와, 저항 온도 계수 α[ppm/℃]의 정보)에 근거하여, 부하(21)의 온도 T를 검출한다.
여기서, 온도 검출부(52)에 의한 부하(21)의 온도 T의 검출 분해능에 대해서 고찰(考察)한다.
기준전압 VREF가 전원으로서 입력되는 N비트의 ADC(57)에 의한 분해능 Res[V/bit]은, 이하의 식 (F4)으로 표현된다.
[식 4]
Figure 112020111835241-pat00004
식 (F4)를 고쳐 쓰면, 온도 분해능 Res[℃]는, 이하의 식 (F5)로 표현된다. 식 (F5)에서의 ΔTH(ΔRH)는, 부하(21)의 전기저항값 RH의 변화량에 따른, 부하(21)의 온도 T의 변화량을 나타낸다. 따라서, 식 (F5)는, 부하(21)의 저항 온도 계수 α[%]를 이용하여 식 (F6)과 같이 변형할 수 있다. 또한, 식 (F6)의 도출시에는, 저항 온도 계수 α의 단위를 [ppm/℃]로부터 [%]로 변환하기 위해서, 저항 온도 계수 α[ppm/℃]에 102와 10-6을 곱하고 있는 점에 유의하기 바란다.
[식 5]
Figure 112020111835241-pat00005
[식 6]
Figure 112020111835241-pat00006
식 (F6)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 온도 검출부(52)에 의한 부하(21)의 온도 T의 검출 분해능을 높이기 위해서는, 오피 앰프(56)의 차분값 VIN의 변화량 ΔVIN, 환언하면, 증폭률 A와 차분값 VIN의 곱셈 값을 크게 하면 된다는 것을 알 수 있다.
본 형태의 전원 유닛(10)에서는, 식 (F3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 입력되는 신호와 반전 입력단자에 입력되는 신호의 크기가, 반전 입력단자를 그라운드에 접속하는 경우와 비교하여, 대폭으로 작다. 즉, 부하(21)의 전기저항값 RH의 변화량에 대해, 오피 앰프(56)의 차분값 VIN의 변화량은 작게 된다. 한편, 오피 앰프(56)의 출력 신호는 ADC(57)에 입력되며, ADC(57)는 기준전압 VREF에 의해 동작한다. 이 때문에, 오피 앰프(56)의 출력 신호(ADC(57)의 입력 신호)는, 기준전압 VREF 이하로 하는 것이, ADC(57)를 정상적으로 동작시키는 데에 바람직하다.
본 형태의 전원 유닛(10)에서는, 오피 앰프(56)의 차분값 VIN을 작은 값으로 할 수 있다. 이 때문에, 오피 앰프(56)의 출력 신호가 기준전압 VREF를 초과하지 않는 범위에서, 증폭률 A를 큰 값으로 설정할 수 있다. 이 결과, 증폭률 A와 차분값 VIN의 곱셈 값을 큰 값으로 할 수 있고, 온도 T의 검출 분해능을 향상시킬 수 있다.
(부하, 제1 소자, 제2 소자, 제3 소자의 전기저항값의 바람직한 조건)
부하(21)의 온도 검출시에는, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)를 포함하는 브릿지(bridge)회로에 전압 V에 근거한 전류가 흐르게 되며, 이 브릿지회로 자체가 발열원(發熱源)이 된다. 따라서, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 전류가 흐르는 것에 의해 생기는 줄(joule)열이, 부하(21)의 온도에 영향을 주지 않도록 하기 위해서, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)를 포함하는 브릿지회로 전체의 전기저항값(합성 저항값)을 충분히 크게 하는 것이 바람직하다.
한편, 부하(21)의 전기저항값 RH를 큰 값으로 하면, 부하(21)의 온도를 소망 온도까지 상승시키기 위해서 필요한 전력량이 증가하거나, 전력량을 억제하는 경우에는 부하(21)의 온도를 소망 온도까지 상승시키는 데 시간이 걸리거나 하게 된다. 그 때문에, 부하(21)의 전기저항값 RH는, 에어로졸 생성 효율을 높이기 위해, 될 수 있는 한 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
에어로졸 생성 효율을 높이기 위해, 본 형태의 전원 유닛(10)에서는, 제1 소자(63)의 제1 전기저항값 R1, 제2 소자(64)의 제2 전기저항값 R2, 및 제3 소자(65)의 제3 전기저항값 R3이, 각각, 부하(21)의 전기저항값 RH보다 크다고 하는 저항값 조건이 성립하는 구성으로 되어 있다.
다만, 전기저항값 RH는, 부하(21)의 온도에 따라서 변화하는 값이다. 그 때문에, 부하(21)가 상기 상용(常用) 온도 범위에서의 어떤 온도에 있는 상태라도, 상기 저항값 조건이 성립하는 구성으로 되어 있다. 다른 실시형태로서, 전기저항값 RH는, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 일부에 있는 상태에서만, 상기 저항값 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 구체적으로는, 전기저항값 RH는, 전술한 온도범위, 전술한 온도범위와 전술한 제1 온도나, 전술한 온도범위와 전술한 제2 온도에 있는 상태에서, 상기 저항값 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 이러한 구성으로 하면, 부하(21)나 다른 소자의 선택지의 폭을 넓힐 수 있다.
전술한 바와 같이, 부하(21)의 전기저항값이나 온도를 정확히 취득하기 위해서, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 입력되는 전압 V+가, 반전 입력단자에 입력되는 전압 V-보다 낮아지지 않도록 할 필요가 있다. 식 (F3)에서 전기저항값 RH가 최소인 것을 고려하면, 제2 전기저항값 R2를 제3 전기저항값 R3보다 크게 할 필요가 있다. 즉, 전원 유닛(10)에서는, 제1 전기저항값 R1이 전기저항값 RH보다 크고, 또, 제2 전기저항값 R2가 제3 전기저항값 R3보다 큰 구성으로 되어 있다.
여기서, 제1 직렬회로(C1)에서의 고전위측의 소자인 제1 소자(63)의 제1 전기저항값 R1을, 제1 직렬회로(C1)에서의 저전위측의 소자인 부하(21)의 전기저항값 RH로 나눈 값을 "n"으로 한다. 또한, 제2 직렬회로(C2)에서의 고전위측의 소자인 제2 소자(64)의 제2 전기저항값 R2를, 제2 직렬회로(C2)에서의 저전위측의 소자인 제3 소자(65)의 제3 전기저항값 R3로 나눈 값을 "m"으로 한다. 전원 유닛(10)에서는, 제1 전기저항값 R1이 전기저항값 RH보다 크고, 또, 제2 전기저항값 R2가 제3 전기저항값 R3보다 큰 구성으로 되어 있기 때문에, n과 m은, 각각 1 이상의 실수로 되어 있다. 본 형태에서, m은 제1 저항비(抵抗比)를 구성하고, n은 제2 저항비를 구성한다.
이와 같이 n과 m을 정의하면, 식 (F3)에서의 "R1"은 "n·RH"가 되고, "R2"는 "m·R3"이 된다. 그 때문에, 식 (F3)은 다음과 같이 변형할 수 있다.
[식 7]
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식 (F7)에서는, 분모에서의 n과 m의 곱이 크기 때문에, n과 m가 클수록, 환언하면, 고전위측의 R1이나 R2가, 저전위측의 RH나 R3보다 클수록, 오피 앰프(56)의 차분값 VIN을 작게 할 수 있으며, 그만큼, 증폭률 A를 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 식 (F7)로부터, m>n의 조건을 만족시키는 구성으로 함으로써, 비반전 입력단자에 입력되는 전압 V+가, 반전 입력단자에 입력되는 전압 V-보다 낮아지지 않고, 오피 앰프(56)를 안정적으로 동작시켜, 부하(21)의 온도 검출 정밀도를 담보(擔保)할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 형태의 전원 유닛(10)에서는, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 어느 온도에 있는 상태라도, m>n의 조건을 만족시키는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해, 부하(21)가 취할 수 있는 어느 온도에서도, 부하(21)의 온도를 높은 정밀도로 검출 가능하게 하고 있다. 다른 실시형태로서, 전원 유닛(10)은, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 일부에 있는 상태에서만, m>n의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 구체적으로는, 전원 유닛(10)은, 전술한 온도범위, 전술한 온도범위와 전술한 제1 온도나, 전술한 온도범위와 전술한 제2 온도에 있는 상태에서, m>n의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 이러한 구성으로 하면, 부하(21)나 다른 소자의 선택지의 폭을 넓힐 수 있다.
(에어로졸 흡인기의 동작)
이상과 같이 구성된 에어로졸 흡인기(1)의 동작을, 도 6을 참조하여 설명한다. MCU(50)의 프로세서(55)는, 에어로졸 생성 요구를 검출하면, 개폐기(61)에 온 지령을 보내고, 개폐기(62)에 오프 지령을 보낸다. 이들 지령에 따라 개폐기(61)가 온하고, 개폐기(62)가 오프한 상태가 됨으로써, 가열용 회로를 경유하여 부하(21)에 많은 전류가 흐르고, 제1 소자(63)와 제2 소자(64)와 제3 소자(65)에 흐르는 전류는, 제로 또는 거의 제로가 된다. 이에 의해, 부하(21)가 가열되어 에어로졸의 생성이 행해진다.
부하(21)의 가열 개시로부터 소정 시간 경과하면, 프로세서(55)는, 개폐기(61)에 오프 지령을 보내고, 개폐기(62)에 온 지령을 보낸다. 이들 지령에 따라 개폐기(61)가 오프하고, 개폐기(62)가 온 된 상태가 됨으로써, 제1 접속회로를 경유하여, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 전류가 흐른다. 그리고 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)의 각각의 출력 신호의 차분값(VIN)이 오피 앰프(56)에서 증폭되며, ADC(57)에서 디지털 변환되어 프로세서(55)에 입력된다. 프로세서(55)는, ADC(57)로부터의 입력 신호에 근거하여, 부하(21)의 온도를 검출한다.
부하(21)의 온도를 검출한 후, 프로세서(55)는, 개폐기(61)에 온 지령을 보내고, 개폐기(62)에 오프 지령을 보내어 다시 에어로졸의 생성을 개시시킨다. 이상의 동작이 반복됨으로써, 에어로졸 생성 요구에 따른 에어로졸 생성 기간 중에, 높은 빈도로 부하(21)의 온도가 검출된다.
(실시형태의 효과)
이상과 같이, 전원 유닛(10)에 따르면, 상용 온도 범위에서의 부하(21)의 전기저항값 RH가, 제1 전기저항값 R1, 제2 전기저항값 R2, 및 제3 전기저항값 R3보다 작아지게 되어 있다. 이 때문에, 부하(21)의 온도를 상용 온도 범위에서 효율적으로 제어할 수 있으며, 에어로졸을 효율적으로 생성할 수 있다.
또한, 전원 유닛(10)에 따르면, m>n의 관계가 상용 온도 범위에서 성립한다. 이 때문에, 상용 온도 범위에서, 오피 앰프(56)에서 비반전 입력단자에 입력되는 전압 V+가, 반전 입력단자에 입력되는 전압 V-보다 낮아지는 것을 방지할 수 있으며, 부하(21)의 온도를 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 전원 유닛(10)에서는, 제1 직렬회로(C1)가, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 접속되는 구성이다. 이 구성에 따르면, 부하(21)의 온도가 고온이 될수록, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자로의 입력전압을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 고온시에서, 오피 앰프(56)에서 비반전 입력단자로 입력되는 전압 V+가, 반전 입력단자로 입력되는 전압 V-보다 낮아지는 것을 방지하기 쉬워진다. 또한, 고온시에 비반전 입력단자로의 입력전압이 커지게 됨으로써, 노이즈(noise)와의 구별이 용이해져서, 부하(21)의 고온시에서의 온도의 검출을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 전원 유닛(10)에 따르면, 개폐기(61)와 개폐기(62)의 온오프 제어에 의해, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 대한 전력 공급과, 개폐기(61)를 통한 부하(21)로의 전력 공급의 전환을 행할 수 있으며, 에어로졸 생성과 부하(21)의 온도 검출을 적절히 전환할 수 있다.
특히, 에어로졸 생성시에서는, 주정모선(LU)으로부터, 가열용 회로에 의해, 부하(21)로 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 이 때문에, 부하(21)의 온도 제어를 효율적으로 행할 수 있고, 에어로졸 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전원 유닛(10)에서는, 가열용 회로가, 제1 직렬회로(C1)에서의 오피 앰프(56)와의 접속 노드보다 저전위측에 접속되어 있다. 이 구성에 따르면, 부하(21)에만 전류를 흐르게 하는 상태에서, 제1 직렬회로(C1)에서의 오피 앰프(56)와의 접속 노드에서의 전력 손실을 없앨 수 있다. 이 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(실시형태의 더 바람직한 형태)
부하(21)의 전기저항값에는, 부하(21) 그 자체의 제품 오차가 포함될 수 있다. 이 제품 오차는, 커도 ±10% 정도이다. 그 때문에, 이러한 제품 오차의 존재를 고려하여, m의 값을 n보다 크게 해 두는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 어느 온도에 있는 상태에서도, m의 값이 n의 1.2배 이상이 되도록 해 둔다. 이렇게 함으로써, 제품 오차에 따라 부하(21)의 저항 온도 계수 α가 10% 정도 내려간 경우라도, 상용 온도 범위에서, m>n의 관계를 유지하는 것이 가능해진다. 더 제품 오차가 작은 부하(21)를 이용하는 경우에는, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 어느 온도에 있는 상태라도, m의 값이 n의 1.1배 이상 또는 1.05배 이상이 되도록 해 두어도 된다.
또한, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)를 포함하는 브릿지회로에서, 제1 전기저항값 R1, 제2 전기저항값 R2, 및 제3 전기저항값 R3 중 적어도 하나가, 1㏀ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 1㏀ 이상의 전기저항값을 갖는 소자가 하나라도 포함되어 있으면, 브릿지회로 전체의 전기저항값을 충분히 크게 할 수 있다.
또한, 제1 전기저항값 R1, 제2 전기저항값 R2, 및 제3 전기저항값 R3 중, 제2 전기저항값 R2와 제3 전기저항값 R3 중 한쪽 또는 양쪽만이 1㏀ 이상으로 되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 전기저항값 RH를 충분히 작게 하고 또 m>n의 조건을 충족시키는 것을 고려하면, 제2 전기저항값 R2와 제3 전기저항값 R3 중 한쪽 또는 양쪽만을 1㏀ 이상으로 함으로써, n이나 m의 값이 필요 이상으로 커지게 되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
에어로졸 흡인기(1)는, 부하(21)를 가열함으로써 에어로졸을 생성하기 때문에, 부하(21)의 온도가 높아졌을 경우에도, 부하(21)로 흐르는 전류량을 충분히 크게 할 수 있는 것이 에어로졸 생성 효율의 관점에서 바람직하다. 이러한 관점이나 조달 비용의 저렴함 등에서, 부하(21)의 저항 온도 계수 α는, 약 1000[ppm/℃] 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 저항 온도 계수 α가 1000[ppm/℃] 이하인 부하(21)의 재료로서는, 저항 온도 계수 α가 약 1000[ppm/℃]의 SUS(스테인리스강), 저항 온도 계수 α가 약 100[ppm/℃]의 NiCr(니크롬) 등을 들 수 있다. 부하(21)의 온도를 더 높은 정밀도로 검출하기 위해서, 저항 온도 계수 α가 약 2000[ppm/℃] 이하인 부하(21)를 이용해도 된다.
이와 같이, 부하(21)의 저항 온도 계수 α를 낮춤으로써, 부하(21)의 온도 변화에 대한 오피 앰프(56)의 입력 신호의 변화를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 오피 앰프(56)에서 입력전압을 큰 증폭률로 증폭할 수 있고, 부하(21)의 온도의 검출 분해능을 높일 수 있다. 특히, 부하(21)로 NiCr을 이용하는 구성은, 비용이 저렴한 점, 오피 앰프(56)의 입력 신호 VIN를 극력(極力) 작게 할 수 있는 점, 고온시에서의 전기저항값을 작게 할 수 있다는 점 등에서, 더 바람직한 구성이다.
(에어로졸 흡인기의 제1 변형예)
도 8은, 도 7에 나타낸 전원 유닛(10)의 전기회로의 요부의 제1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 8은, 오피 앰프(56)의 반전 입력단자에 제1 직렬회로(C1)가 접속되고, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 제2 직렬회로(C2)가 접속된 점을 제외하고는, 도 7과 동일한 구성이다. 도 8에 나타내는 구성이어도, 부하(21)의 온도를 높은 분해능으로 검출할 수 있다.
또한, 도 8의 구성에서는, 전술한 n과 m의 관계가 반대로 되는 것에 유의하기 바란다. 즉, 도 8의 구성에서는, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 어느 온도에 있는 상태라도, n>m의 조건을 만족시키는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해, 부하(21)가 취할 수 있는 어느 온도에서도, 부하(21)의 온도를 높은 정밀도로 검출 가능하게 하고 있다. 본 변형예에서는, n이 제1 저항비를 구성하고, m이 제2 저항비를 구성한다. 다른 실시형태로서, 전원 유닛(10)은, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 일부에 있는 상태에서만, n>m의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 구체적으로는, 전원 유닛(10)은, 전술한 온도범위, 전술한 온도범위와 전술한 제1 온도나, 전술한 온도범위와 전술한 제2 온도에 있는 상태에서, n>m의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 이러한 구성으로 하면, 부하(21)나 다른 소자의 선택지의 폭을 넓힐 수 있다.
(에어로졸 흡인기의 제2 변형예)
도 9는, 도 7에 나타낸 전원 유닛(10)의 전기회로의 요부의 제2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 9는, 제1 접속회로에 포함되는 개폐기(62)가 다이오드(62A)로 치환된 점을 제외하고는, 도 7과 동일한 구성이다. 다이오드(62A)는, 고전위측으로부터 저전위측을 순방향(順方向)으로 하는 것이며, 구체적으로는, 주정모선(LU)에 애노드(anode)가 접속되고, 제1 직렬회로(C1) 및 제2 직렬회로(C2)에 캐소드(cathode)가 접속된 구성이다. 다이오드(62A)는, 주로 가열용 회로로부터 주정모선(LU)으로 전류가 흘러드는 것을 방지하기 위해서 이용된다.
본 변형예에서는, MCU(50)의 프로세서(55)는, 에어로졸 생성 요구를 검출하면, 개폐기(61)에 온 지령을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(61)가 온함으로써, 가열용 회로를 경유하여 부하(21)로 전류가 흐르고, 부하(21)가 가열되어 에어로졸의 생성이 행해진다. 이때, 제1 접속회로와 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)가 접속되는 노드와, 가열용 회로와 제1 직렬회로(C1)가 접속되는 노드는, 전위가 동일하다. 즉, 제1 소자(63)의 양단의 전위가 같기 때문에, 제1 소자(63)에는 전류가 흐르지 않는다. 이 때문에, 개폐기(61)가 온인 상태에서는, 가열용 회로에만 전류가 흐른다. 따라서, 부하(21)를 효율적으로 가열할 수 있다. 한편, 온도 검출시에는, 프로세서(55)는, 개폐기(61)에 오프 지령을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(61)가 오프함으로써, 다이오드(62A)를 경유하여 브릿지회로에 전류가 흐른다. 이 때문에, 프로세서(55)는, 부하(21)의 온도를 검출 가능하게 된다.
본 변형예에 따르면, 개폐기(62)를 다이오드(62A)로 치환할 수 있기 때문에, 전원 유닛(10)의 제조 비용 삭감, 사이즈 축소가 가능해진다. 또한, 프로세서(55)가 온오프 제어하는 개폐기가 개폐기(61)만으로 이루어지기 때문에, 프로세서(55)의 계산 자원을 절약할 수 있다. 또한, 브릿지회로의 합성 저항값은, 부하(21)의 전기저항값보다 충분히 크기 때문에, 다이오드(62A)는 생략하는 것도 가능하다. 다이오드(62A)를 생략함으로써, 한층 더 비용 삭감과 사이즈 축소가 가능해진다. 한편, 다이오드(62A)가 있는 경우에는, 브릿지회로측으로부터 주정모선(LU)으로의 전류의 역류를 방지할 수 있으며, 안전성을 높일 수 있다.
(에어로졸 흡인기의 제3 변형예)
도 10은, 도 7에 나타낸 전원 유닛(10)의 전기회로의 요부의 제3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 10은, 제1 직렬회로(C1)에서 부하(21)와 제1 소자(63)의 위치가 반대로 되어 있는 점, 제2 직렬회로(C2)에서 제2 소자(64)와 제3 소자(65)의 위치가 반대로 되어 있는 점, 개폐기(61)를 포함하는 가열용 회로의 접속 위치가 변경된 점을 제외하고는, 도 7과 동일한 구성이다.
가열용 회로에 포함되는 개폐기(61)의 에미터는, 제1 직렬회로(C1)에서의 오피 앰프(56)와의 접속 노드보다 고전위측에 접속되며, 이 개폐기(61)의 콜렉터는 주부모선(LD)에 접속되어 있다.
본 변형예에서는, 제1 직렬회로(C1)는, 제1 소자(63)가 저전위측의 소자가 되고, 부하(21)가 고전위측의 소자가 되는 구성이다. 또한, 제2 직렬회로(C2)는, 제2 소자(64)가 저전위측의 소자가 되고, 제3 소자(65)가 고전위측의 소자가 되는 구성이다. 본 변형예에서는, 이와 같이, 제1 직렬회로(C1) 및 제2 직렬회로(C2)에서의 소자의 배치가 도 7과 반대로 되어 있다. 그 때문에, 전술한 n과 m의 관계도 반대로 되며, 부하(21)의 온도가 상용 온도 범위에 있는 상태에서, n>m의 관계가 성립하는 구성으로 되어 있다. 다른 실시형태로서, 전원 유닛(10)은, 부하(21)가 상기 상용 온도 범위에서의 일부에 있는 상태에서만, n>m의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 구체적으로는, 전원 유닛(10)은, 전술한 온도범위, 전술한 온도범위와 전술한 제1 온도나, 전술한 온도범위와 전술한 제2 온도에 있는 상태에서, n>m의 조건이 성립하는 구성으로 되어 있어도 된다. 이러한 구성으로 하면, 부하(21)나 다른 소자의 선택지의 폭을 넓힐 수 있다.
여기서, 제1 직렬회로(C1)에서의 고전위측의 부하(21)의 전기저항값 RH를 저전위측의 제1 소자(63)의 제1 전기저항값 R1로 나눈 값은 1/n이고, 제2 직렬회로(C2)에서의 고전위측의 제3 소자(65)의 제3 전기저항값 R3를 저전위측의 제2 소자(64)의 제2 전기저항값 R2로 나눈 값은 1/m이다. (1/n)은 제2 저항비를 구성하고, (1/m)은 제1 저항비를 구성한다. 본 변형예에서는, n>m의 관계가 성립하기 때문에, (1/n)<(1/m)의 관계가 성립한다.
즉, 오피 앰프(56)의 반전 입력단자에 접속되는 직렬회로의 저항비(고전위측의 저항값을 저전위측의 저항값으로 나눈 값)가, 오피 앰프(56)의 비반전 입력단자에 접속되는 직렬회로의 저항비(고전위측의 저항값을 저전위측의 저항값으로 나눈 값)보다 크다고 하는 관계는, 도 7과 마찬가지로 성립하는 점에는 유의하기 바란다.
본 변형예에서는, MCU(50)의 프로세서(55)는, 에어로졸 생성 요구를 검출하면, 개폐기(61, 62)에 온 지령을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(61, 62)가 온함으로써, 제1 접속회로, 부하(21), 가열용 회로의 직렬회로에 의해, 부하(21)로 전류가 흐르고, 부하(21)가 가열되어 에어로졸의 생성이 행해진다. 부하(21)의 전기저항값 RH는, 제2 직렬회로(C2)의 합성 저항값보다 충분히 작다. 이 때문에, 개폐기(61, 62)가 온인 상태에서는, 부하(21)로 큰 전류를 흐르게 할 수 있다. 따라서, 부하(21)를 효율적으로 가열할 수 있다.
한편, 온도 검출시에는, 프로세서(55)는, 개폐기(61)에 오프 지령을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(61)가 오프함으로써, 제1 접속회로를 경유하여 브릿지회로에 전류가 흐른다. 이 때문에, 프로세서(55)는, 부하(21)의 온도를 검출 가능하게 된다.
본 변형예에 따르면, 가열용 회로의 개폐기(61)를 온하는 것에 의해서 주정모선(LU)으로부터 부하(21)로 많은 전류를 흐르게 하는 것이 가능하기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 부하(21)를 마이너스 컨트롤로 제어하기 때문에, 배선의 간략화가 도모된다.
또한, 본 변형예에서는, 가열용 회로는, 제1 직렬회로(C1)에서의 오피 앰프(56)와의 접속 노드보다 고전위측에 접속되어 있다. 이 구성에 따르면, 부하(21)에만 전류를 흐르게 하는 경우에, 제1 직렬회로(C1)의 오피 앰프(56)와의 접속 노드에서의 전력 손실이 없다. 이 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 도 10에서, 개폐기(61)의 콜렉터와 제1 직렬회로(C1)의 접속 위치는, 제1 직렬회로(C1)에서의 오피 앰프(56)와의 접속 노드보다 저전위측으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 10에서, 개폐기(62)를 고전위측으로부터 저전위측을 순방향으로 하는 다이오드로 치환하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 개폐기(61)가 오프인 상태이면 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 전류를 흐르게 할 수 있다. 한편, 개폐기(61)가 온인 상태이면, 제2 직렬회로(C2)보다 충분히 전기저항값이 작은 부하(21)에 우선적으로 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 다이오드에 의해 회로의 보호를 도모할 수도 있다.
(에어로졸 흡인기의 제4 변형예)
도 11은, 도 7 또는 도 8에 나타내는 요부 구성의 전원 유닛(10)을 가지는 에어로졸 흡인기(1)의 동작의 변형예를 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타내는 도면이다. 도 11은, 에어로졸 생성 요구에 따라 에어로졸 생성을 개시하고 나서 부하(21)의 온도 검출을 종료할 때까지의 기간의 타이밍 차트를 나타내고 있다. 도 11에는, 이 기간에서의 개폐기(61, 62)의 지령 신호가 나타나 있다. 또한, 도 11에서, 개폐기(61)의 지령 신호의 파형(波形) 위에는, 개폐기(61)의 콜렉터 전류 I1의 파형과 콜렉터-에미터간 전압 VIGBT의 파형이 나타나 있다. 또한, 도 11에서, 개폐기(62)의 지령 신호의 파형 아래에는, 개폐기(62)의 콜렉터 전류 I2의 파형과 콜렉터-에미터간 전압 VIGBT의 파형이 나타나 있다.
MCU(50)의 프로세서(55)는, 에어로졸 생성 요구를 검출하면, 타이밍 t1에서 개폐기(61)에 온 지령(H)을 보낸다. 또한, 타이밍 t1에서는, 개폐기(62)에는 오프 지령(L)이 보내지고 있다. 타이밍 t1의 온 지령에 따라 개폐기(61)가 온함으로써, 가열용 회로를 경유하여 부하(21)로 전류 I1이 흐르기 시작하고, 부하(21)가 가열되어 에어로졸의 생성이 개시된다. 전류 I1은, 도 11의 상단에 나타내는 바와 같이, 개폐기(61)가 온하고 나서 소정의 턴 온 시간 TON1을 경과한 후에 소망의 값으로 안정된다.
타이밍 t1로부터 턴 온 시간 TON1이 경과한 후의 타이밍으로서 개폐기(61)가 온 기간 중의 타이밍 t2가 되면, 프로세서(55)는 개폐기(62)에 온 지령(H)을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(62)가 온함으로써, 제1 접속회로를 경유하여, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 전류 I2가 흐르기 시작한다. 이 전류 I2는, 도 11의 하단에 나타내는 바와 같이, 개폐기(62)가 온하고 나서 소정의 턴 온 시간 TON2를 경과한 후에 소망의 값으로 안정된다.
타이밍 t2 후, 턴 온 시간 TON2가 경과하는 것보다 충분히 전(前)의 타이밍 t3에서, 프로세서(55)는 개폐기(61)에 오프 지령(L)을 보낸다. 이 지령에 따라 개폐기(61)가 오프함으로써, 가열용 회로를 통한 부하(21)로의 전류 I1의 공급이 정지된다. 이때의 전류 I1은, 소정의 턴 오프 시간 TOFF1을 들여 저하한다.
프로세서(55)는, 개폐기(62)의 온 기간 중의 타이밍으로서, 타이밍 t2로부터 턴 온 시간 TON2가 경과하고 또 타이밍 t3으로부터 턴 오프 시간 TOFF1가 경과한 시점 이후의 타이밍 t4가 되면, ADC(57)의 출력 신호를 받아들이고, 이 출력 신호에 근거하여, 부하(21)의 온도를 검출한다. 프로세서(55)는, 온도의 검출 후, 개폐기(62)에 오프 지령을 보낸다. 이 지시에 따라 개폐기(62)가 오프하고, 타이밍 차트의 최초 상태로 되돌아간다. 또한, 개폐기(62)의 온 기간 중에 프로세서(55)가 부하(21)의 온도를 검출하는 횟수는 1회보다 많아도 된다. 이와 같은 경우에는, 부하(21)의 온도를, 복수의 ADC(57)의 출력 신호나 복수의 검출한 온도의 평균값이나 중앙값으로부터 구해도 된다.
이상과 같이, 본 변형예에서는, 프로세서(55)가, 개폐기(61)가 온 중에 개폐기(62)에 온 지령을 보내는 구성이다. 이 구성에 따르면, 제1 직렬회로(C1)와 제2 직렬회로(C2)에 대한 전력 공급과, 가열용 회로를 통한 부하(21)로의 전력 공급의 전환을 효율적으로 행할 수 있다. 이 결과, 에어로졸 생성을 행하는 기간이라도 높은 빈도로 부하(21)의 온도를 검출할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는, 프로세서(55)가, 타이밍 t2로부터 턴 온 시간 TON2가 경과하고 또 타이밍 t3으로부터 턴 오프 시간 TOFF1가 경과한 시점 이후의 타이밍 t4에서 오피 앰프(56)의 출력에 근거한 부하(21)의 온도 검출 처리를 실행한다. 이 구성에 따르면, 가열용 회로를 통한 부하로의 전류의 공급이 거의 없어진 상태에서 부하(21)의 온도 검출 처리를 행할 수 있다. 이 때문에, 이 처리의 정밀도를 높일 수 있다.
지금까지의 실시형태와 변형예에서는, 부하(21)를 포함하는 제1 카트리지(20)가 전원 유닛(10)에 착탈 가능한 구성으로 되어 있지만, 부하(21)를 포함하는 제1 카트리지(20)는 전원 유닛(10)과 일체화된 구성이어도 된다.
본 명세서에는 적어도 이하의 사항이 기재되어 있다. 또한, 괄호 내에는, 상기 실시형태에서 대응하는 구성요소 등을 나타내고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
(1)
에어로졸 생성원(生成源)을 가열하고 또 온도와 전기저항값(전기저항값 RH)이 상관(相關)을 갖는 부하(負荷)(부하(21))로 방전 가능한 전원(전원(12))을 가지는 에어로졸 흡인기(吸引器)(에어로졸 흡인기(1))의 전원 유닛(전원 유닛(10))으로서,
상기 부하에 대해 직렬(直列) 접속되는 제1 전기저항값(제1 전기저항값 R1)을 가지는 제1 소자(제1 소자(63))와,
제2 전기저항값(제2 전기저항값 R2)을 가지는 제2 소자(제2 소자(64)) 및 상기 제2 소자에 대해 직렬 접속된 제3 전기저항값(제3 전기저항값 R3)을 가지는 제3 소자(제3 소자(65))를 포함하며, 상기 부하 및 상기 제1 소자의 제1 직렬회로(제1 직렬회로(C1))와 병렬(竝列) 접속된 제2 직렬회로(제2 직렬회로(C2))와,
비반전(非反轉) 입력단자와 반전(反轉) 입력단자 중 한쪽이 상기 제1 직렬회로에 접속되고, 또, 비반전 입력단자와 반전 입력단자 중 다른쪽이 상기 제2 직렬회로에 접속된 오피 앰프(오피 앰프(56))와,
상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로에 전류가 흐르는 상태에서의 상기 부하에 흐르는 전류보다 큰 전류를 상기 부하로 공급 가능한 가열용 회로(개폐기(61) 및 배선(配線))를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(1)에 따르면, 가열용 회로에 의해 부하로 큰 전류를 흐르게 할 수 있기 때문에, 부하의 온도 제어를 효율적으로 행할 수 있고, 에어로졸 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로에 전류가 흐르는 상태에서는, 오피 앰프에 입력되는 전압을 저(低)노이즈로 작게 할 수 있기 때문에, 오피 앰프에서의 증폭률을 크게 하여 증폭된 신호를 이용함으로써, 부하의 온도를 높은 분해능으로 검출하는 것이 가능해진다.
(2)
(1)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로는, 주정모선(主正母線)(주정모선(LU))과 주부모선(主負母線)(주부모선(LD))의 사이에 접속되며,
상기 제1 소자의 저전위측은, 상기 부하의 고전위측에 접속되고,
상기 가열용 회로는, 개폐기(개폐기(61))를 포함하며, 또, 상기 제1 소자와 상기 부하의 사이와 상기 주정모선에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(2)에 따르면, 가열용 회로의 개폐기를 온하는 것에 의해 주정모선으로부터 부하로 큰 전류를 흐르게 하는 것이 가능하기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(3)
(2)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로에서의 상기 오피 앰프에 접속되는 노드보다 저전위측에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(3)에 따르면, 부하에 큰 전류를 흐르게 하는 경우에, 제1 직렬회로의 오피 앰프와의 접속 노드에서의 전압 손실이 없기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(4)
(1)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로는, 주정모선(주정모선(LU))과 주부모선(주부모선(LD))의 사이에 접속되며,
상기 제1 소자의 고전위측은, 상기 부하의 저전위측에 접속되고,
상기 가열용 회로는, 개폐기(개폐기(61))를 포함하며, 또, 상기 제1 소자와 상기 부하의 사이와 상기 주부모선에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(4)에 따르면, 가열용 회로의 개폐기를 온하는 것에 의해 주정모선으로부터 부하로 큰 전류를 흐르게 하는 것이 가능하기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 부하를 마이너스 컨트롤로 제어하기 때문에, 배선의 간략화가 도모된다.
(5)
(4)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로에서의 상기 오피 앰프에 접속되는 노드보다 고전위측에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(5)에 따르면, 부하에 큰 전류를 흐르게 하는 경우에, 제1 직렬회로의 오피 앰프와의 접속 노드에서의 전력 손실이 없기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(6)
(1)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로의 상기 제1 소자와 상기 부하 중 상기 부하에만 전류를 공급 가능한 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(6)에 따르면, 가열용 회로로 부하에만 전력을 공급 가능하기 때문에, 에어로졸 생성 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(7)
(1)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로에 대해서 직렬 접속된 제1 개폐기(개폐기(62))를 구비하며,
상기 가열용 회로는 제2 개폐기(개폐기(61))를 포함하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(7)에 따르면, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로에 대한 전력 공급과, 가열용 회로를 통한 부하로의 전력 공급의 전환을 행할 수 있으며, 에어로졸 생성과 부하의 온도 검출을 적절히 전환할 수 있다.
(8)
(7)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 개폐기와 상기 제2 개폐기 중 한쪽이 온 중에, 상기 제1 개폐기와 상기 제2 개폐기 중 다른쪽으로 온 지령을 보내는 제어회로(프로세서(55))를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(8)에 따르면, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로에 대한 전력 공급과, 가열용 회로를 통한 부하로의 전력 공급의 전환을 효율적으로 행할 수 있다. 이 결과, 에어로졸 생성을 행하는 기간이어도 높은 빈도로 부하의 온도를 검출할 수 있다.
(9)
(8)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제어회로는, 상기 제2 개폐기의 온 중에, 상기 제1 개폐기로 온 지령을 보내고, 상기 온 지령 후에 상기 제2 개폐기로 오프 지령을 보내며, 상기 온 지령 후에 턴 온 시간이 경과하고, 또, 상기 오프 지령 후에 턴 오프 시간이 경과한 이후의 상기 오피 앰프의 출력에 근거하여, 기정(旣定)의 처리를 실행하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(9)에 따르면, 가열용 회로를 통한 부하로의 전류의 공급이 거의 없어진 상태에서 기정의 처리(예를 들면 부하의 온도 검출 처리)를 행할 수 있기 때문에, 이 처리의 정밀도를 높일 수 있다.
(10)
(1)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 직렬회로 및 상기 제2 직렬회로와 주정모선(주정모선(LU))을 접속하는 제1 접속회로와,
상기 제1 직렬회로 및 상기 제2 직렬회로와 주부모선(주부모선(LD))을 접속하는 제2 접속회로를 포함하며,
상기 가열용 회로와 상기 제1 접속회로와 상기 제2 접속회로 중 상기 가열용 회로만이 개폐기(개폐기(61))를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(10)에 따르면, 에어로졸 생성과 부하의 온도 검출을 하나의 개폐기만으로 전환하는 것이 가능하기 때문에, 전환 제어의 간략화, 제조 비용의 저감, 소형화가 가능해진다.
(11)
(10)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 접속회로는, 고전위측으로부터 저전위측을 순방향(順方向)으로 하는 다이오드(다이오드(62A))를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(11)에 따르면, 개폐기가 온하고 있는 상태에서의 제1 접속회로로부터 주정모선으로의 전류의 역류를 방지할 수 있고, 회로를 보호할 수 있다. 또한, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로 외에 다이오드가 있기 때문에, 다이오드의 저항값에 의한, 부하의 온도 검출 정밀도에의 영향을 억제할 수 있다.
(12)
(10)에 기재된 에어로졸 흡인기의 전원 유닛으로서,
상기 제1 소자, 상기 제2 소자, 및 상기 제3 소자 중 적어도 하나는, 1㏀ 이상의 전기저항값을 갖는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
(12)에 따르면, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로의 회로 전체의 저항값이 커지기 때문에, 가열용 회로의 개폐기를 온하고 있는 상태에서 제1 직렬회로와 제2 직렬회로의 전체에 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 에어로졸 생성과 부하의 온도 검출의 전환이 가능해진다. 또한, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로의 전체에 전류가 흐르는 경우에, 제1 직렬회로와 제2 직렬회로를 포함하는 회로에서의 발열량을 줄일 수 있다. 이 결과, 이 전류에 의해서 부하의 온도에 영향을 주는 것을 회피할 수 있으며, 부하의 온도의 검출을 높은 정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
1 에어로졸 흡인기
RH 전기저항값
R1 제1 전기저항값
C1 제1 직렬회로
PS1, PS2 위치
I1, I2 전류
TON1, TON2 턴 온 시간
TOFF1, TOFF2 턴 오프 시간
R2 제2 전기저항값
C2 제2 직렬회로
R3 제3 전기저항값
10 전원 유닛
11a 톱부
11b 보텀부
11 전원 유닛 케이스
12 전원
14 조작부
15 흡기 센서
18 메모리
20 제1 카트리지
21 부하
22 에어로졸원
23 리저버
24 심지
25 에어로졸 유로
26a 카트리지 수용부
26b 연통로
26 엔드 캡
27 카트리지 케이스
30 제2 카트리지
31 향미원
32 흡구
41 방전단자
42 공기 공급부
43 충전단자
45 알림부
50 MCU
51 에어로졸 생성 요구 검출부
52 온도 검출부
53 전력 제어부
54 알림 제어부
55A 충전 IC
55 프로세서
56 오피 앰프
57 ADC
60 LDO 레귤레이터
61, 62 개폐기
62A 다이오드
63 제1 소자
64 제2 소자

Claims (12)

  1. 에어로졸 생성원(生成源)을 가열하고 또 온도와 전기저항값이 상관(相關)을 갖는 부하(負荷)로 방전 가능한 전원을 가지는 에어로졸 흡인기(吸引器)의 전원 유닛으로서,
    상기 부하에 대해 직렬(直列) 접속되는 제1 전기저항값을 가지는 제1 소자와,
    제2 전기저항값을 가지는 제2 소자 및 상기 제2 소자에 대해 직렬 접속된 제3 전기저항값을 가지는 제3 소자를 포함하며, 상기 부하 및 상기 제1 소자의 제1 직렬회로와 병렬(竝列) 접속된 제2 직렬회로와,
    비반전(非反轉) 입력단자와 반전(反轉) 입력단자 중 한쪽이 상기 제1 직렬회로에 접속되고, 또, 비반전 입력단자와 반전 입력단자 중 다른쪽이 상기 제2 직렬회로에 접속된 오피 앰프와,
    상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로에 전류가 흐르는 상태에서의 상기 부하에 흐르는 전류보다 큰 전류를 상기 부하로 공급 가능한 가열용 회로를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로는, 주정모선(主正母線)과 주부모선(主負母線)의 사이에 접속되며,
    상기 제1 소자의 저전위측은, 상기 부하의 고전위측에 접속되고,
    상기 가열용 회로는, 개폐기를 포함하며, 또, 상기 제1 소자와 상기 부하의 사이와 상기 주정모선에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로에서의 상기 오피 앰프에 접속되는 노드보다 저전위측에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로는, 주정모선과 주부모선의 사이에 접속되며,
    상기 제1 소자의 고전위측은, 상기 부하의 저전위측에 접속되고,
    상기 가열용 회로는, 개폐기를 포함하며, 또, 상기 제1 소자와 상기 부하의 사이와 상기 주부모선에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로에서의 상기 오피 앰프에 접속되는 노드보다 고전위측에 접속되어 있는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열용 회로는, 상기 제1 직렬회로의 상기 제1 소자와 상기 부하 중 상기 부하에만 전류를 공급 가능한 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 직렬회로와 상기 제2 직렬회로에 대해서 직렬 접속된 제1 개폐기를 구비하며,
    상기 가열용 회로는 제2 개폐기를 포함하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 개폐기와 상기 제2 개폐기 중 한쪽이 온 중에, 상기 제1 개폐기와 상기 제2 개폐기 중 다른쪽으로 온 지령을 보내는 제어회로를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어회로는, 상기 제2 개폐기의 온 중에, 상기 제1 개폐기로 온 지령을 보내고, 상기 온 지령 후에 상기 제2 개폐기로 오프 지령을 보내며, 상기 온 지령 후에 턴 온 시간이 경과하고, 또, 상기 오프 지령 후에 턴 오프 시간이 경과한 이후의 상기 오피 앰프의 출력에 근거하여, 기정(旣定)의 처리를 실행하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 직렬회로 및 상기 제2 직렬회로와 주정모선을 접속하는 제1 접속회로와,
    상기 제1 직렬회로 및 상기 제2 직렬회로와 주부모선을 접속하는 제2 접속회로를 포함하며,
    상기 가열용 회로와 상기 제1 접속회로와 상기 제2 접속회로 중 상기 가열용 회로만이 개폐기를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 접속회로는, 고전위측으로부터 저전위측을 순방향(順方向)으로 하는 다이오드를 구비하는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 소자, 상기 제2 소자, 및 상기 제3 소자 중 적어도 하나는, 1㏀ 이상의 전기저항값을 갖는 에어로졸 흡인기의 전원 유닛.
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