KR20210032528A - 에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치 - Google Patents

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KR20210032528A
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Abstract

에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치는, 에어로졸 발생 재료를 가열하기 위해 서셉터 배열체를 가열하기 위한 유도성 요소를 포함하는 회로를 포함한다. 장치는 또한, 회로가, 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링되지 않는 언로드 상태와 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링된 로드 상태 사이에서 변화될 때, 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는, 회로의 전기적 파라미터의 변화로부터 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성된다.

Description

에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치
본 발명은 에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 에어로졸 발생 디바이스와 함께 사용하기 위한 서셉터 배열체(susceptor arrangement)의 특성을 결정하기 위한 장치에 관한 것이다.
시가렛들(cigarettes), 시가들(cigars) 등과 같은 흡연 물품들(smoking articles)은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 태우지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 창작하는 것에 의해서 이러한 물품들에 대한 대안책들을 제공하기 위한 시도들이 행해져 왔다. 그러한 제품들의 예들은, 재료를 가열하되 태우지 않음으로써 화합물들을 방출하는 소위 "비연소식 가열(heat not burn)" 제품들 또는 담배 가열 디바이스들이다.
이 재료는 예컨대, 니코틴(nicotine)을 보유할 수 있거나 또는 보유하지 않을 수 있는, 담배 또는 다른 비담배 제품들일 수 있다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치가 제공되며, 이 장치는, 에어로졸 발생 재료를 가열하기 위해 서셉터 배열체(susceptor arrangement)를 가열하기 위한 유도성 요소를 포함하는 회로; 및 제어기를 포함하며, 제어기는, 회로가, 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링(inductively couple)되지 않는 언로드 상태(unloaded state)와 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링된 로드 상태(loaded state) 사이에서 변화될 때, 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하고; 그리고 회로의 전기적 파라미터의 변화로부터 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성된다.
회로는 서셉터 배열체가 디바이스에 의해 수용될 때 언로드 상태로부터 로드 상태로 변화될 수 있고, 회로는 서셉터 배열체가 디바이스로부터 제거될 때 로드 상태로부터 언로드 상태로 변화될 수 있다.
전기적 파라미터의 변화는, 회로가 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 회로가 언로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값과 비교함으로써 결정될 수 있다.
전기적 파라미터의 변화는, 회로가 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 언로드 상태에 있는 회로에 대응하는 파라미터의 미리 결정된 값과 비교함으로써 결정될 수 있다.
서셉터 배열체의 특성을 결정하는 것은 전기적 파라미터의 값의 결정된 변화를 적어도 하나의 저장된 값의 목록과 비교하는 것을 포함할 수 있으며, 서셉터 배열체의 특성은 결정된 변화가 목록의 어떤 값에 대응하는지를 결정함으로써 표시된다.
제어기는 서셉터 배열체의 결정된 특성에 따라 사용을 위해 에어로졸 발생 디바이스의 활성화를 가능하게 하거나 또는 사용을 위해 에어로졸 발생 디바이스의 활성화를 가능하게 하지 않도록 구성될 수 있다.
제어기는 회로의 전기적 파라미터의 변화의 크기에 기초하여 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다.
제어기는 회로의 전기적 파라미터의 변화의 부호에 기초하여 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다.
서셉터 배열체의 특성은 서셉터 배열체가 디바이스에 존재하는지 여부일 수 있고, 제어기는 전기적 파라미터의 변화가 존재하는지 여부에 기초하여 서셉터 배열체가 디바이스에 존재한다고 결정하도록 구성될 수 있다.
장치는 온도 측정 디바이스를 포함할 수 있고, 제어기는 회로가 로드 상태와 언로드 상태 사이에서 변화될 때 온도 측정 디바이스로부터 서셉터 배열체의 측정된 온도를 수신하고, 그리고 서셉터 배열체의 특성의 결정에 서셉터 배열체의 측정된 온도를 사용하도록 구성될 수 있다.
서셉터 배열체는 가열될 에어로졸 발생 재료를 포함하는 소모품에 있을 수 있고, 제어기는 서셉터 배열체의 결정된 특성으로부터 소모품의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다.
소모품의 특성은 소모품이 승인된 소모품인지 아니면 승인된 소모품이 아닌지에 대한 표시기를 포함할 수 있고, 제어기는 소모품이 승인된 소모품인지 여부를 결정하고, 그리고 소모품이 승인된 소모품인 경우 사용을 위해 디바이스를 활성화시키고, 소모품이 승인된 소모품이 아닌 경우 사용을 위해 디바이스를 활성화시키지 않도록 구성될 수 있다.
전기적 파라미터는 회로의 공진 주파수일 수 있다.
전기적 파라미터는 유도성 요소 및 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(effective grouped resistance)(r)일 수 있다.
장치는, 가변 전류가, DC 전압 공급장치로부터 발생되고, 유도성 요소를 통해 흐르는 것을 가능하게 하기 위한 스위칭 배열체 및 용량성 요소를 더 포함할 수 있고; 그리고 제어기는 유도성 요소에 공급되는 가변 전류의 주파수, DC 전압 공급장치로부터의 DC 전류, 및 DC 전압 공급장치의 DC 전압으로부터 유효 저항(r)을 결정하도록 구성될 수 있고, 그리고 유도성 요소 및 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(r)은 다음의 관계에 따라 제어기에 의해 결정되고:
Figure pct00001
Vs는 DC 전압이고, Is는 DC 전류이고, C는 회로의 커패시턴스이고, 그리고
Figure pct00002
는 유도성 요소에 공급되는 가변 전류의 주파수이다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법이 제공되며, 서셉터 배열체는 에어로졸 발생 재료를 가열하기 위한 것이고, 에어로졸 발생 디바이스는 제어기, 및 서셉터를 가열하기 위한 유도성 요소를 포함하는 회로를 포함하고, 이 방법은, 회로가, 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링되지 않는 언로드 상태와 서셉터 배열체가 유도성 요소에 유도 커플링된 로드 상태 사이에서 변화될 때, 제어기가 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하는 단계, 및 제어기가 회로의 전기적 파라미터의 변화로부터 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
서셉터 배열체는 가열될 에어로졸 발생 재료를 포함하는 소모품에 있을 수 있고, 방법은 서셉터 배열체의 특성으로부터 소모품의 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스에 대한 제어기가 제공되며, 이 제어기는 제2 양상에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 제1 양상에 따른 장치를 포함하는 에어로졸 발생 디바이스가 제공된다.
본 발명의 제5 양상에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스의 제어기에 의해 실행될 때, 제어기로 하여금, 제2 양상에 따른 방법을 실행하게 하는 기계 판독 가능한 명령들의 세트가 제공된다.
도 1은 일 예에 따른 에어로졸 발생 디바이스를 개략적으로 예시한다.
도 2는 일 예에 따른 공진 회로를 개략적으로 예시한다.
도 3은 일 예에 따라, 시간에 따른 도 2의 공진 회로의 공진 주파수의 플롯들(plots)을 도시한다.
유도 가열은 전자기 유도에 의해 전기 전도성 물체(또는 서셉터)를 가열하는 프로세스이다. 유도 히터는 유도성 요소, 예컨대, 유도성 코일 및 유도성 요소를 통해 교류와 같은 가변 전류를 통과시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 유도성 요소의 가변 전류는 가변 자기장을 생성한다. 가변 자기장은 유도성 요소에 대해 적합하게 위치결정된(positioned) 서셉터를 관통하여, 서셉터 내부에 와전류를 발생시킨다. 서셉터는 와전류들에 대한 전기 저항을 갖고, 그에 따라 이 저항에 대한 와전류들의 흐름은, 서셉터가 줄 가열(Joule heating)에 의해 가열되게 한다. 서셉터가 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료를 포함하는 경우들에서, 서셉터의 자기 히스테리시스 손실들에 의해, 즉, 가변 자기장과의 자신들의 정렬의 결과로 자기 재료에서의 자기 쌍극자들의 가변 배향에 의해 열이 또한 발생될 수 있다.
유도 가열(inductive heating)에서, 전도에 의한 가열과 비교하여, 예컨대, 서셉터 내부에서 열이 발생되어, 급속 가열이 가능해진다. 추가로, 유도 히터와 서셉터 사이에 임의의 물리적 접촉이 필요하지 않아, 구성 및 적용의 자유도의 향상이 가능해진다.
유도 히터는 유도 요소, 예컨대, 서셉터를 유도 가열하도록 배열될 수 있는 전자석에 의해 제공되는 인덕턴스(L) 및 커패시터에 의해 제공되는 커패시턴스(C)를 갖는 LC 회로를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 회로는 저항기(resistor)에 의해 제공되는 저항(R)을 포함하는 RLC 회로로 표현될 수 있다. 일부 경우들에서, 인덕터 및 커패시터를 연결하는 회로의 부분들의 옴 저항에 의해 저항이 제공되고, 그에 따라 회로는 그렇게 반드시 저항기를 포함할 필요가 없다. 그러한 회로는 예컨대, LC 회로로 지칭될 수 있다. 그러한 회로들은 전기 공진을 나타낼 수 있으며, 이는 회로 요소들의 어드미턴스들(admittances) 또는 임피던스들의 허수 부분들이 서로 상쇄될 때 특정 공진 주파수에서 발생한다.
전기 공진을 나타내는 회로의 일 예는, 인덕터, 커패시터 및 선택적으로 저항기를 포함하는 LC 회로이다. LC 회로의 일 예는 인덕터 및 커패시터가 직렬로 연결된 직렬 회로이다. LC 회로의 다른 예는 인덕터 및 커패시터가 병렬로 연결된 병렬 LC 회로이다. 인덕터의 붕괴 자기장(collapsing magnetic field)은 커패시터를 충전하는 그것의 권선들에 전류를 발생시키는 반면, 방전 커패시터는 인덕터에 자기장을 구축하는 전류를 제공하기 때문에, LC 회로에서 공진이 발생한다. 예시적 병렬 LC 회로가 본원에서 설명된다. 병렬 LC 회로가 공진 주파수에서 구동될 때, 회로의 동적 임피던스는 최대이고(인덕터의 리액턴스가 커패시터의 리액턴스와 동일하므로), 회로 전류는 최소이다. 그러나, 병렬 LC 회로의 경우, 병렬 인덕터 및 커패시터 루프는 전류 멀티플라이어(current multiplier)(루프 내의 전류를 효과적으로 곱하고, 그에 따라 전류가 인덕터를 통과함)로서 역할을 한다. 따라서, 공진 주파수 또는 그 근처에서 RLC 또는 LC 회로를 구동하는 것은 서셉터를 관통하는 자기장의 가장 큰 값을 제공함으로써 효과적이고 그리고/또는 효율적인 유도 가열을 제공할 수 있다.
트랜지스터는 전자 신호들을 스위칭하기 위한 반도체 디바이스이다. 트랜지스터는 통상적으로, 전자 회로에 연결하기 위한 적어도 3개의 단자들을 포함한다. 일부 종래 기술의 예들에서, 트랜지스터로 하여금, 미리 결정된 주파수에서 예컨대, 회로의 공진 주파수에서 스위칭하게 하는 구동 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 사용하는 회로에 교류가 공급될 수 있다.
전계 효과 트랜지스터(FET)는 인가된 전계의 효과가 트랜지스터의 유효 컨덕턴스를 변화시키는 데 사용될 수 있는 트랜지스터이다. 전계 효과 트랜지스터는 본체(B), 소스 단자(S), 드레인 단자(D) 및 게이트 단자(G)를 포함할 수 있다. 전계 효과 트랜지스터는 반도체를 포함하는 활성 채널을 포함하며, 이를 통해 전하 캐리어들, 전자들 또는 홀들(hole)은 소스(S)와 드레인(D) 사이를 흐를 수 있다. 채널의 전도도, 즉, 드레인(D)과 소스(S) 단자들 사이의 전도도는, 예컨대, 게이트 단자(G)에 인가된 전위에 의해 발생된 게이트(G)와 소스(S) 단자들 사이의 전위차의 함수이다. 향상 모드 FET들에서, FET는, 실질적으로 0인 게이트(G)-소스(S) 전압이 존재할 때 오프(OFF)(즉, 실질적으로 전류가 통과하지 못하게 함)될 수 있으며, 실질적으로 0이 아닌 게이트(G)-소스(S) 전압이 존재할 때 턴 온(ON)(즉, 실질적으로 전류가 통과할 수 있게 함)될 수 있다.
n-채널(또는 n-형) 전계 효과 트랜지스터(n-FET)는 채널이 n-형 반도체를 포함하는 전계 효과 트랜지스터이며, 여기서 전자들은 다수의 캐리어들이고, 홀들은 소수의 캐리어들이다. 예컨대, n-형 반도체들은 (예컨대, 인(phosphorus)과 같은) 도너(donor) 불순물들로 도핑된 (예컨대, 실리콘(silicon)과 같은) 진성 반도체를 포함할 수 있다. n-채널 FET들에서, 드레인 단자(D)는 소스 단자(S)보다 높은 전위에 배치된다(즉, 양의 드레인-소스 전압 또는 다시 말해서, 음의 소스-드레인 전압이 존재함). n-채널 FET를 턴 "온"하기 위해(즉, 전류가 통과할 수 있게 하기 위해), 스위칭 전위가 소스 단자(S)의 전위보다 높은 게이트 단자(G)에 인가된다.
p-채널(또는 p-형) 전계 효과 트랜지스터(p-FET)는 채널이 p-형 반도체를 포함하는 전계 효과 트랜지스터이며, 여기서 홀들은 다수의 캐리어들이고, 전자들은 소수의 캐리어들이다. 예컨대, p-형 반도체들은 (예컨대, 붕소(boron)와 같은) 억셉터(acceptor) 불순물들로 도핑된 (예컨대, 실리콘과 같은) 진성 반도체를 포함할 수 있다. p-채널 FET들에서, 소스 단자(S)는 드레인 단자(D)보다 높은 전위에 배치된다(즉, 음의 드레인-소스 전압 또는 다시 말해서, 양의 소스-드레인 전압이 존재함). p-채널 FET를 턴 "온"하기 위해(즉, 전류가 통과할 수 있게 하기 위해), 스위칭 전위가 소스 단자(S)의 전위보다 낮은(그리고 예컨대, 드레인 단자(D)의 전위보다 높을 수 있는) 게이트 단자(G)에 인가된다.
금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)는 게이트 단자(G)가 절연 층에 의해 반도체 채널과 전기적으로 절연되는 전계 효과 트랜지스터이다. 일부 예들에서, 게이트 단자(G)는 금속일 수 있고, 절연층은 (예컨대, 실리콘 이산화물(silicon dioxide)과 같은) 산화물일 수 있으며, 따라서 "금속-산화물-반도체"일 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 게이트는 폴리실리콘(polysilicon)과 같은 금속 이외의 재료들로 제조될 수 있고, 그리고/또는 절연층은 다른 유전체 재료들과 같은 산화물 이외의 재료들로 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 그러한 디바이스들은 통상적으로 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs)로 지칭되고, 본원에서 사용되는 바와 같이, 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터들 또는 MOSFET들이라는 용어는 그러한 디바이스들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
MOSFET는 반도체가 n-형인 n-채널 (또는 n-형) MOSFET일 수 있다. n-채널 MOSFET(n-MOSFET)는 n-채널 FET에 대해 위에서 설명된 바와 동일한 방식으로 작동될 수 있다. 다른 예로서, MOSFET는 p-채널 (또는 p-형) MOSFET일 수 있으며, 여기서 반도체는 p-형이다. p-채널 MOSFET(p-MOSFET)는 p-채널 FET에 대해 위에서 설명된 바와 동일한 방식으로 작동될 수 있다. n-MOSFET는 통상적으로 p-MOSFET보다 낮은 소스-드레인 저항을 갖는다. 따라서, "온" 상태(즉, 전류가 통과하는 경우)에서, n-MOSFET는 p-MOSFET들과 비교하여 적은 열을 발생시키고, 그에 따라 p-MOSFET들보다 작동 시 적은 에너지를 낭비할 수 있다. 추가로, n-MOSFET들은 통상적으로 p-MOSFET들과 비교하여 더 짧은 스위칭 시간들(즉, 게이트 단자(G)에 제공되는 스위칭 전위를 MOSFET로 변화시켜 전류가 통과하는지 여부를 변화시키는 특성 응답 시간)을 갖는다. 이것은 더 높은 스위칭 속도들 및 개선된 스위칭 제어를 가능하게 할 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 에어로졸 발생 디바이스(100)를 개략적으로 예시한다. 에어로졸 발생 디바이스(100)는 DC 전원(104)(이 예에서는, 배터리(104)), 유도성 요소(158)를 포함하는 회로(150), 서셉터 배열체(110) 및 에어로졸 발생 재료(116)를 포함한다.
도 1의 예에서, 서셉터 배열체(110)는 에어로졸 발생 재료(116)와 함께 소모품(120) 내에 위치된다. DC 전원(104)은 회로(150)에 전기적으로 연결되고, 회로(150)에 DC 전력을 제공하도록 배열된다. 디바이스(100)는 또한, 본원에서 제어기로 또한 지칭되는 제어 회로망(106)을 포함한다. 이 예에서, 회로(150)는 제어 회로망(106)을 통해 배터리(104)에 연결된다.
제어 회로망(106)은, 예컨대, 사용자 입력에 대한 응답으로 디바이스(100)를 스위칭 온 및 오프하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 제어 회로망(106)은 그 자체로 알려져 있는 바와 같이, 예컨대, 퍼프 검출기(도시되지 않음)를 포함할 수 있고 그리고/또는 적어도 하나의 버튼 또는 터치 제어(도시되지 않음)를 통해 사용자 입력을 취할 수 있다. 제어 회로망(106)은 디바이스(100)의 구성요소들 또는 디바이스에 삽입되는 소모품(120)의 구성요소들의 온도를 모니터링하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 유도성 요소(158)와 더불어, 회로(150)는 아래에서 설명되는 다른 구성요소들을 포함한다.
유도성 요소(158)는 예컨대, 코일일 수 있으며, 이는 예컨대, 평면일 수 있다. 유도성 요소(158)는 예컨대, (비교적 낮은 저항률을 갖는) 구리로 형성될 수 있다. 회로망(150)은 DC 전원(104)으로부터의 입력 DC 전류를 유도성 요소(158)를 통해 가변 전류 예컨대, 교류로 변환하도록 배열된다. 회로망(150)은 유도성 요소(158)를 통해 가변 전류를 구동하도록 배열된다.
서셉터 배열체(110)는 유도성 요소(158)로부터 서셉터 배열체(110)로의 유도성 에너지 전달을 위해 유도성 요소(158)에 대해 배열된다. 서셉터 배열체(110)는 유도 가열될 수 있는 임의의 적합한 재료, 예컨대, 금속 또는 금속 합금, 예컨대, 강철로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 서셉터 배열체(110)는 철, 니켈 및 코발트와 같은 예시적 금속들 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 강자성 재료로 완전히 형성될 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 서셉터 배열체(110)는 비-강자성 재료, 예컨대, 알루미늄으로 완전히 형성될 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 유도성 요소(158)(이를 통해 구동되는 가변 전류를 가짐)는 줄 가열에 의해 그리고/또는 자기 히스테리시스 가열에 의해 서셉터 배열체(110)가 가열되게 한다. 서셉터 배열체(110)는 사용 시 에어로졸을 발생시키기 위해, 예컨대, 전도, 대류 및/또는 복사 가열에 의해 에어로졸 발생 재료(116)를 가열하도록 배열된다. 일부 예들에서, 서셉터 배열체(110) 및 에어로졸 발생 재료(116)는, 에어로졸 발생 디바이스(100)로부터 삽입 및/또는 제거될 수 있고 일회용일 수 있는 일체형 유닛을 형성한다. 일부 예들에서, 유도성 요소(158)는 예컨대, 교체를 위해 디바이스(100)로부터 제거 가능할 수 있다. 에어로졸 발생 디바이스(100)는 핸드헬드형(hand-held)일 수 있다. 에어로졸 발생 디바이스(100)는 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 발생 재료(116)를 가열하도록 배열될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "에어로졸 발생 재료"라는 용어는 통상적으로 증기 또는 에어로졸의 형태로, 가열 시 휘발 성분들을 제공하는 재료들을 포함한다는 점이 주목된다. 에어로졸 발생 재료는 비-담배-보유 재료 또는 담배-보유 재료일 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 재료는 담배일 수 있거나 또는 담배를 포함할 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 재료는 담배 자체, 담배 파생품들(tobacco derivatives), 팽화 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco), 담배 추출물(tobacco extract), 균질화 담배(homogenised tobacco) 또는 담배 대용품 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 분쇄 담배(ground tobacco), 컷 래그 담배(cut rag tobacco), 압출 담배(extruded tobacco), 재생 담배, 재생 재료, 액체, 겔, 겔화된 시트, 분말 또는 응집품들(agglomerates) 등의 형태일 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 또한 제품에 따라 니코틴을 보유할 수 있거나 또는 보유하지 않을 수 있는 다른 비-담배 제품들을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜과 같은 하나 이상의 보습제들(humectants)을 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 에어로졸 발생 디바이스(100)는 DC 전력 공급장치(104), 제어 회로망(106) 및 유도성 요소(158)를 포함하는 회로(150)를 수납하는 외부 본체(112)를 포함한다. 이 예에서, 서셉터 배열체(110) 및 에어로졸 발생 재료(116)를 포함하는 소모품(120)은 또한 사용을 위해 디바이스(100)를 구성하기 위해 본체(112)에 삽입된다. 외부 본체(112)는 사용 시 발생되는 에어로졸이 디바이스(100)를 빠져나갈 수 있게 하기 위한 마우스피스(114)를 포함한다.
사용 시, 사용자는 예컨대, 버튼(도시되지 않음) 또는 퍼프 검출기(도시되지 않음)를 통해, 회로망(106)을 활성화시켜, 가변 전류, 예컨대, 교류가 유도성 요소(108)를 통해 구동되게 할 수 있어, 그에 의해 서셉터 배열체(110)를 유도 가열할 수 있으며, 이는 차례로, 에어로졸 발생 재료(116)를 가열하고, 그에 의해 에어로졸 발생 재료(116)가 에어로졸을 발생시키게 한다. 에어로졸은 공기 유입구(도시되지 않음)로부터 디바이스(100)로 흡인된 공기로 발생되고, 그에 의해 마우스피스(104)로 운반되며, 여기서 에어로졸은 사용자가 흡입하기 위해 디바이스(100)를 빠져나간다.
유도성 요소(158) 및 서셉터 배열체(110) 및/또는 디바이스(100)를 전체적으로 포함하는 회로(150)는, 에어로졸 발생 재료를 연소하지 않고 에어로졸 발생 재료(116)의 적어도 하나의 구성요소를 휘발시키기 위한 온도들의 범위로 에어로졸 발생 재료(116)를 가열하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 온도 범위는 약 50℃ 내지 약 350℃, 이를테면, 약 50℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 300℃, 약 150℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 또는 약 150℃ 내지 약 250℃일 수 있다. 일부 예에서, 온도 범위는 약 170℃ 내지 약 250℃이다. 일부 예들에서, 온도 범위는 이 범위 이외의 범위일 수 있고, 온도 범위의 상한은 300℃보다 클 수 있다.
예컨대, 서셉터 배열체(110)의 가열 동안, 예컨대, 가열 속도가 큰 경우, 서셉터 배열체(110)의 온도와 에어로졸 발생 재료(116)의 온도 사이에 차이가 존재할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 일부 예들에서 서셉터 배열체(110)가 가열되는 온도는 예컨대, 에어로졸 발생 재료(116)가 가열되는 것이 요구되는 온도보다 높을 수 있다는 것이 인식될 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 서셉터 배열체(110)의 유도 가열을 위한 공진 회로인 예시적 회로(150)가 예시되어 있다. 공진 회로(150)는 병렬로 연결된 유도성 요소(158) 및 커패시터(156)를 포함한다.
공진 회로(150)는 이 예에서, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 포함하는 스위칭 배열체(M1, M2)를 포함한다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)는 각각 제1 단자(G), 제2 단자(D) 및 제3 단자(S)를 포함한다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 제2 단자들(D)은 아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 병렬 유도 요소(158) 및 커패시터(156) 조합의 양 측에 연결된다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 제3 단자들(S)은 각각 접지(151)에 연결된다. 도 2에 예시된 예에서, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 둘 다는 MOSFET들이고, 제1 단자들(G)은 게이트 단자들이고, 제2 단자들(D)은 드레인 단자들이고, 제3 단자들(S)은 소스 단자들이다.
대안적 예들에서, 위에서 설명된 MOSFET들 대신에 다른 유형들의 트랜지스터들이 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
공진 회로(150)는 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)를 갖는다. 공진 회로(150)의 인덕턴스(L)는 유도성 요소(158)에 의해 제공되고, 또한 유도성 요소(158)에 의한 유도 가열을 위해 배열된 서셉터 배열체(110)의 인덕턴스에 의해 영향을 받을 수 있다. 서셉터 배열체(110)의 유도 가열은, 위에서 설명된 방식으로 서셉터 배열체(110)에서 줄 가열 및/또는 자기 히스테리시스 손실들을 유도하는 유도성 요소(158)에 의해 발생되는 가변 자기장을 통해 이루어진다. 공진 회로(150)의 인덕턴스(L)의 일부분은 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율(magnetic permeability)에 기인할 수 있다. 유도성 요소(158)에 의해 발생되는 가변 자기장은 유도성 요소(158)를 통해 흐르는 가변 전류, 예컨대, 교류에 의해 발생된다.
유도성 요소(158)는 예컨대, 코일형 전도성 요소의 형태일 수 있다. 예컨대, 유도성 요소(158)는 구리 코일일 수 있다. 유도성 요소(158)는 예컨대, 리츠 와이어(Litz wire)와 같은 다중-스트랜디드 와이어(multi-stranded wire), 예컨대, 함께 꼬인 다수의 개별적으로 절연된 와이어들을 포함하는 와이어를 포함할 수 있다. 다중-스트랜디드 와이어의 AC 저항은 주파수의 함수이고, 다중-스트랜디드 와이어는 구동 주파수에서 유도성 요소의 전력 흡수가 감소하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 유도성 요소(158)는 예컨대, 인쇄 회로 기판 상의 코일형 트랙일 수 있다. 인쇄 회로 기판 상에 코일형 트랙을 사용하는 것은, 그것이 다중-스트랜디드 와이어(이는 고가일 수 있음)에 대한 임의의 요건을 제거하는 단면을 갖는 강성 및 자기-지지형 트랙을 제공하므로 유용할 수 있으며, 이는 저비용으로 높은 재현성으로 대량 생산될 수 있다. 하나의 유도성 요소(158)가 도시되어 있지만, 하나 이상의 서셉터 배열체들(110)의 유도 가열을 위해 배열된 하나 초과의 유도성 요소(158)가 존재할 수 있다는 것이 쉽게 인식될 것이다.
공진 회로(150)의 커패시턴스(C)는 커패시터(156)에 의해 제공된다. 커패시터(156)는 예컨대, 클래스 1 세라믹 커패시터, 예컨대, COG 유형 커패시터일 수 있다. 총 커패시턴스(C)는 또한 공진 회로(150)의 부유 커패시턴스를 포함할 수 있지만, 이것은 커패시터(156)에 의해 제공되는 커패시턴스와 비교하여 무시할 수 있거나 또는 무시될 수 있다.
공진 회로(150)의 저항은 도 2에 도시되어 있지 않지만, 회로의 저항은 회로(150)의 구성요소들을 연결하는 트랙 또는 와이어의 저항, 인덕터(158)의 저항 및/또는 인덕터(158)와의 에너지 전달을 위해 배열된 서셉터 배열체(110)에 의해 제공되는 회로(150)를 통해 흐르는 전류에 대한 저항에 의해 제공될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일부 예들에서, 하나 이상의 전용 저항기들(도시되지 않음)은 공진 회로(150)에 포함될 수 있다.
공진 회로(150)는 DC 전원(104)(도 1 참조)으로부터, 예컨대, 배터리로부터 제공되는 DC 공급 전압(V1)이 공급된다. DC 전압 공급장치(V1)의 양극 단자는 제1 지점(159) 및 제2 지점(160)에서 공진 회로(150)에 연결된다. DC 전압 공급장치(V1)의 음극 단자(도시되지 않음)는 접지(151)에 연결되고, 그에 따라, 이 예에서는, MOSFET들(M1 및 M2) 둘 다의 소스 단자들(S)에 연결된다. 예들에서, DC 공급 전압(V1)은 배터리로부터 직접적으로 또는 중간 요소를 통해 공진 회로에 공급될 수 있다.
따라서, 공진 회로(150)는 브리지의 2개의 아암들 사이에 병렬로 연결된 유도성 요소(158) 및 커패시터(156)와 함께 전기 브리지로서 연결되는 것으로 간주될 수 있다. 공진 회로(150)는 아래에 설명되는 스위칭 효과를 생성하도록 작용하며, 이는 교류가 유도성 요소(158)를 통해 인출되어(drawn), 그에 따라 교류 자기장을 생성하고 서셉터 배열체(110)를 가열하게 한다.
제1 지점(159)은 유도성 요소(158)와 커패시터(156)의 병렬 조합의 제1 측에 위치된 제1 노드(A)에 연결된다. 제2 지점(160)은 유도성 요소(158)와 커패시터(156)의 병렬 조합의 제2 측으로의 제2 노드(B)에 연결된다. 제1 초크 인덕터(161)는 제1 지점(159)과 제1 노드(A) 사이에 직렬로 연결되고, 제2 초크 인덕터(162)는 제2 지점(160)과 제2 노드(B) 사이에 직렬로 연결된다. 제1 및 제2 초크들(161 및 162)은 제1 지점(159) 및 제2 지점(160)으로부터 각각 회로에 들어가는 것으로부터 AC 주파수들을 필터링하지만 DC 전류가 인덕터(158)로 그리고 이를 통해 인출될 수 있게 하도록 작용한다. 초크들(161 및 162)은 A 및 B의 전압이 제1 지점(159) 또는 제2 지점(160)에서 가시적 효과들이 거의 없거나 또는 전혀 없이 발진(oscillate)할 수 있게 한다.
이 특정 예에서, 제1 MOSFET(M1) 및 제2 MOSFET(M2)는 n-채널 향상 모드 MOSFET들이다. 제1 MOSFET(M1)의 드레인 단자는 도선 등을 통해 제1 노드(A)에 연결되지만, 제2 MOSFET(M2)의 드레인 단자는 도선 등을 통해 제2 노드(B)에 연결된다. 각각의 MOSFET(M1, M2)의 소스 단자는 접지(151)에 연결된다.
공진 회로(150)는, 게이트 전압 공급장치(또는 때때로 본원에서 제어 전압으로 지칭됨)인 제2 전압원(V2)을 포함하며, 그것의 양극 단자는 제1 및 제2 MOSFET들(M1 및 M2)의 게이트 단자들(G)에 전압을 공급하기 위해 사용되는 제3 지점(165)에 연결된다. 이 예에서, 제3 지점(165)에 공급되는 제어 전압(V2)은 제1 및 제2 지점들(159, 160)에 공급되는 전압(V1)과는 무관하며, 이는 제어 전압(V2)에 영향을 주지 않고 전압(V1)의 변동을 가능하게 한다. 제1 풀업 저항기(pull-up resistor)(163)는 제3 지점(165)과 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자(G) 사이에 연결된다. 제2 풀업 저항기(164)는 제3 지점(165)과 제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자(G) 사이에 연결된다.
다른 예들에서, 상이한 유형의 FET와 같은 상이한 유형의 트랜지스터가 사용될 수 있다. 아래에서 설명되는 스위칭 효과는 "온" 상태로부터 "오프" 상태로 스위칭할 수 있는 상이한 유형의 트랜지스터에 대해 동일하게 달성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 공급 전압들(V1 및 V2)의 값들 및 극성들은 사용되는 트랜지스터 및 회로의 다른 구성요소들의 특성들과 함께 선택될 수 있다. 예컨대, 공급 전압들은 n-채널 트랜지스터가 사용되는지 아니면 p-채널 트랜지스터가 사용되는지에 따라, 또는 트랜지스터가 연결된 구성에 따라, 또는 트랜지스터가 온 또는 오프 상태에 있게 하는 트랜지스터의 단자들에 걸쳐 인가된 전위차의 차이에 따라 선택될 수 있다.
공진 회로(150)는 제1 다이오드(d1) 및 제2 다이오드(d2)를 더 포함하는데, 이는 이 예에서는, 쇼트키 다이오드들(Schottky diodes)이지만, 다른 예들에서는 임의의 다른 적합한 유형의 다이오드가 사용될 수 있다. 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자(G)는 제1 다이오드(d1)를 통해 제2 MOSFET(M2)의 드레인 단자(D)에 연결되며, 제1 다이오드(d1)의 순방향은 제2 MOSFET(M2)의 드레인(D)을 향한다.
제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자(G)는 제2 다이오드(d2)를 통해 제1의 제2 MOSFET(M1)의 드레인(D)에 연결되며, 제2 다이오드(d2)의 순방향은 제1 MOSFET(M1)의 드레인(D)을 향한다. 제1 및 제2 쇼트키 다이오드들(d1 및 d2)은 약 0.3V의 다이오드 임계 전압을 가질 수 있다. 다른 예들에서, 약 0.7V의 다이오드 임계 전압을 갖는 실리콘 다이오드들이 사용될 수 있다. 예들에서, 사용되는 다이오드의 유형은 MOSFET들(M1 및 M2)의 원하는 스위칭을 가능하게 하기 위해 게이트 임계 전압과 함께 선택된다. 다이오드 및 게이트 공급 전압(V2)의 유형은 또한 풀업 저항기들(163 및 164)의 값들뿐만 아니라 공진 회로(150)의 다른 구성요소들과 함께 선택될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
공진 회로(150)는 제1 및 제2 MOSFET들(M1 및 M2)의 스위칭으로 인한 가변 전류인, 유도성 요소(158)를 통한 전류를 지원한다. 이 예에서, MOSFET들(M1 및 M2)은 향상 모드 MOSFET들이기 때문에, MOSFET들 중 하나의 게이트 단자(G)에 인가된 전압이, 게이트-소스 전압이 그 MOSFET에 대해 미리 결정된 임계치보다 높도록 할 때, MOSFET는 온(ON) 상태로 터닝된다. 그런 다음, 전류는 드레인 단자(D)로부터 접지(151)에 연결된 소스 단자(S)로 흐를 수 있다. 이 온(ON) 상태에서 MOSFET의 직렬 저항은 회로의 작동을 위해 무시할 수 있고, MOSFET가 온(ON) 상태에 있을 때 드레인 단자(D)는 접지 전위에 있는 것으로 간주될 수 있다. MOSFET에 대한 게이트-소스 임계치는 공진 회로(150)에 대한 임의의 적합한 값일 수 있으며, 전압(V2)의 크기 및 저항기들(164 및 163)의 저항들은 MOSFET들(M1 및 M2)의 게이트-소스 임계 전압에 따라 선택되어, 본질적으로 전압(V2)이 게이트 임계 전압(들)보다 크다는 것이 인식될 것이다.
유도성 요소(158)를 통해 흐르는 가변 전류를 초래하는 공진 회로(150)의 스위칭 프로시저는 이제, 제1 노드(A)의 전압이 높고 제2 노드(B)의 전압이 낮은 조건으로부터 시작하여 설명될 것이다.
노드(A)의 전압이 높을 때, 제1 MOSFET(M1)의 드레인 단자(D)가 이 예에서는 도선을 통해 노드(A)에 직접적으로 연결되기 때문에, M1의 드레인 단자의 전압이 또한 높다. 동시에, 노드(B)의 전압은 낮게 유지되고, 제2 MOSFET(M2)의 드레인 단자(D)의 전압은 대응적으로 낮다(이 예에서는, M2의 드레인 단자가 도선을 통해 노드(B)에 직접적으로 연결됨).
따라서, 이때, M1의 드레인 전압 값은 높고, M2의 게이트 전압보다 크다. 따라서, 이때, 제2 다이오드(d2)는 역방향 바이어스된다(reverse-biased). 이때, M2의 게이트 전압은 M2의 소스 단자 전압보다 크고, 전압(V2)은 M2의 게이트-소스 전압이 MOSFET(M2)에 대한 온(ON) 임계치보다 크도록 된다. 따라서, 이때, M2는 온(ON)된다.
동시에, M2의 드레인 전압은 낮고, 제1 다이오드(d1)는 M1의 게이트 단자에 대한 게이트 전압 공급장치(V2)로 인해 순방향 바이어스된다(forward biased). 따라서, M1의 게이트 단자는 순방향 바이어스된 제1 다이오드(d1)를 통해 제2 MOSFET(M2)의 저전압 드레인 단자에 연결되고, 그에 따라, M1의 게이트 전압이 또한 낮다. 다시 말해서, M2가 온(on)되기 때문에, 그것은 접지 클램프로서 역할을 하고 있으며, 이는 제1 다이오드(d1)가 순방향 바이어스되게 하고, M1의 게이트 전압이 낮아지게 한다. 이로써, M1의 게이트-소스 전압은 온(ON) 임계치 미만이고, 제1 MOSFET(M1)는 오프(OFF)된다.
요약하면, 이 지점에서, 회로(150)는 제1 상태에 있으며, 여기서:
노드(A)의 전압은 높고;
노드(B)의 전압은 낮고;
제1 다이오드(d1)는 순방향 바이어스되고;
제2 MOSFET(M2)는 온(ON)되고;
제2 다이오드(d2)는 역방향 바이어스되고; 그리고
제1 MOSFET(M1)는 오프(OFF)된다.
이 지점으로부터, 제2 MOSFET(M2)가 온(ON) 상태에 있고, 제1 MOSFET(M1)가 오프(OFF) 상태에 있는 경우, 전류는 제1 초크(161)를 통해 그리고 유도성 요소(158)를 통해 공급장치(V1)로부터 인출된다. 유도 초크(161)의 존재로 인해, 노드(A)의 전압은 자유롭게 발진한다. 유도성 요소(158)가 커패시터(156)와 병렬로 되어있기 때문에, 노드(A)에서 관측된 전압은 절반 정현파 전압 프로파일의 전압을 따른다. 노드(A)에서 관측된 전압의 주파수는 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00003
)와 동일하다.
노드(A)의 전압은 노드(A)에서의 에너지 감쇠의 결과로 그것의 최대 값으로부터 0을 향해 시간이 지남에 따라 정현파로 감소한다. 노드(B)의 전압은 낮게 유지되고(MOSFET(M2)가 온(on)되기 때문에) 인덕터(L)는 DC 공급장치(V1)로부터 충전된다. MOSFET(M2)는 노드(A)의 전압이 M2의 게이트 임계 전압에 d2의 순방향 바이어스 전압을 더한 값과 동일하거나 또는 그 미만인 시점에 스위칭 오프된다. 노드(A)의 전압이 마침내 0에 도달할 때, MOSFET(M2)는 완전히 오프될 것이다.
동시에 또는 직후에, 노드(B)의 전압이 높아진다. 이것은 유도성 요소(158)와 커패시터(156) 사이의 에너지의 공진 전달로 인해 발생한다. 이러한 에너지의 공진 전달로 인해 노드(B)의 전압이 높아질 때, 노드들(A 및 B)과 MOSFET들(M1 및 M2)에 대해 위에서 설명된 상황이 반전된다. 즉, A의 전압이 0을 향해 감소함에 따라, M1의 드레인 전압이 감소된다. M1의 드레인 전압은 제2 다이오드(d2)가 더이상 역방향 바이어스되지 않고 순방향 바이어스되는 지점까지 감소된다. 유사하게, 노드(B)의 전압은 그것의 최대치로 상승하고, 제1 다이오드(d1)는 순방향 바이어스되는 것으로부터 역방향 바이어스되는 것으로 스위칭한다. 이것이 발생함에 따라, M1의 게이트 전압은 더이상 M2의 드레인 전압에 커플링되지 않고, 그에 따라 M1의 게이트 전압은 게이트 공급 전압(V2)의 인가 하에서 높아진다. 따라서, 제1 MOSFET(M1)는, 그것의 게이트-소스 전압이 이제 스위치-온에 대한 임계치 초과이기 때문에, 온(ON) 상태로 스위칭된다. M2의 게이트 단자가 이제 순방향 바이어스된 제2 다이오드(d2)를 통해 M1의 저전압 드레인 단자에 연결되므로, M2의 게이트 전압은 낮다. 따라서, M2는 오프(OFF) 상태로 스위칭된다.
요약하면, 이 지점에서, 회로(150)는 제2 상태에 있으며, 여기서:
노드(A)의 전압은 낮고;
노드(B)의 전압은 높고;
제1 다이오드(d1)는 역방향 바이어스되고;
제2 MOSFET(M2)는 오프(OFF)되고;
제2 다이오드(d2)는 순방향 바이어스되고; 그리고
제1 MOSFET(M1)는 온(ON)된다.
이 지점에서, 전류는 제2 초크(162)를 통해 공급 전압(V1)으로부터 유도성 요소(158)를 통해 인출된다. 따라서, 전류의 방향은 공진 회로(150)의 스위칭 작동으로 인해 반전되었다. 공진 회로(150)는, 제1 MOSFET(M1)가 오프(OFF)되고 제2 MOSFET(M2)가 온(ON)되는 위에서 설명된 제1 상태와 제1 MOSFET(M1)가 온(ON)되고 제2 MOSFET(M2)가 오프(OFF)되는 위에서 설명된 제2 상태 사이를 계속 스위칭할 것이다.
정상 작동 상태에서, 에너지는 정전 도메인(electrostatic domain)(즉, 커패시터(156)에서)과 자기 도메인(magnetic domain)(즉, 인덕터(158)) 사이에서 전달되며, 그 반대도 마찬가지이다.
순 스위칭 효과는 정전 도메인(즉, 커패시터(156)에서)과 자기 도메인(즉, 인덕터(158)) 사이에 에너지 전달이 있는 공진 회로(150)의 전압 발진들에 응답하여, 그에 따라 병렬 LC 회로의 시변 전류를 생성하며, 이는 공진 회로(150)의 공진 주파수에서 변한다. 이것은, 회로(150)가 그것의 최적의 효율 레벨에서 작동하고, 그에 따라 공진을 차단하는 회로와 비교하여 에어로졸 발생 재료(116)의 더 효율적 가열을 달성하기 때문에, 유도성 요소(158)와 서셉터 배열체(110) 사이의 에너지 전달에 유리하다. 설명된 스위칭 배열체는 그것이 회로(150)가 가변 로드 조건들 하에서 공진 주파수에서 스스로 구동할 수 있게 하므로 유리하다. 이것이 의미하는 것은, 회로망(150)의 특성들이 변화하는 경우(예컨대, 서셉터(110)가 존재하거나 또는 존재하지 않는 경우, 또는 서셉터의 온도가 변화하거나 또는 심지어 서셉터 요소(110)의 물리적 움직임이 변화하는 경우), 회로망(150)의 동적 특성이 최적의 방식으로 에너지를 전달하기 위해 그것의 공진 지점을 계속적으로 적응시키고, 그에 따라 회로망(150)이 항상 공진 상태에서 구동된다는 것을 의미한다는 것이다. 더욱이, 회로(150)의 구성은 스위칭을 수행하기 위해 MOSFET들의 게이트들에 제어 전압 신호들을 인가하기 위해 외부 제어기 등이 요구되지 않도록 한다.
위에서 설명된 예들에서, 도 2를 참조하면, 게이트 단자들(G)에는 소스 전압(V1)에 대한 전력 공급장치와 상이한 제2 전력 공급장치를 통해 게이트 전압이 공급된다. 그러나, 일부 예들에서, 게이트 단자들에는 소스 전압(V1)과 동일한 전압 공급장치가 공급될 수 있다. 그러한 예들에서, 회로(150)의 제1 지점(159), 제2 지점(160) 및 제3 지점(165)은 예컨대, 동일한 파워 레일(power rail)에 연결될 수 있다. 그러한 예들에서, 회로의 구성요소들의 특성들은 설명된 스위칭 동작이 발생할 수 있게 하도록 선택되어야 한다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 게이트 공급 전압 및 다이오드 임계 전압들은 회로의 발진들이 적절한 레벨에서 MOSFET들의 스위칭을 트리거하도록 선택되어야 한다. 게이트 공급 전압(V2) 및 소스 전압(V1)에 대한 별개의 전압 값들의 제공은, 소스 전압(V1)이, 회로의 스위칭 기구(switching mechanism)의 작동에 영향을 미치지 않고 게이트 공급 전압(V2)과 무관하게 변할 수 있게 한다.
회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00004
)는 MHz 범위, 예컨대, 0.5 MHz 내지 4 MHz 범위, 예컨대, 2 MHz 내지 3 MHz 범위 내에 있을 수 있다. 공진 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00005
)는 위에서 설명된 바와 같이, 회로(150)의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의존하고, 이는 차례로 유도성 요소(158), 커패시터(156) 및 추가적으로 서셉터 배열체(110)에 의존한다는 것이 인식될 것이다. 이로써, 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00006
)는 구현마다 변할 수 있다. 예컨대, 주파수는 0.1 MHz 내지 4 MHz 범위 내에 있거나, 또는 0.5 MHz 내지 2 MHz 범위 내에 있거나 또는 0.3 MHz 내지 1.2 MHz 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예들에서, 공진 주파수는 위에서 설명된 범위들과 상이한 범위 내에 있을 수 있다. 일반적으로, 공진 주파수는 서셉터 배열체(110)를 포함하여, 사용되는 구성요소들의 전기적 그리고/또는 물리적 특성들과 같은 회로의 특성들에 의존할 것이다.
공진 회로(150)의 특성들은 주어진 서셉터 배열체(110)에 대한 다른 팩터들에 기초하여 선택될 수 있다는 것이 또한 인식될 것이다. 예컨대, 유도성 요소(158)로부터 서셉터 배열체(110)로의 에너지 전달을 개선하기 위해, 서셉터 배열체(110)의 재료 특성들에 기초하여 스킨 깊이(즉, 전류 밀도가, 적어도 주파수의 함수인 1/e 만큼 떨어지는 서셉터 배열체(110)의 표면으로부터의 깊이)를 선택하는 것이 유용할 수 있다. 스킨 깊이는 서셉터 배열체들(110)의 상이한 재료들에 대해 상이하며, 구동 주파수가 증가함에 따라 감소한다. 다른 한편으로, 예컨대, 전자장치 내에서 열로 손실되는 공진 회로(150) 및/또는 구동 요소(102)에 공급되는 전력의 비율을 감소시키기 위해, 상대적으로 더 낮은 주파수들에서 스스로 구동하는 회로를 갖는 것이 유익할 수 있다. 이 예에서는, 구동 주파수가 공진 주파수와 동일하기 때문에, 구동 주파수와 관련한 여기서의 고려사항들은 예컨대, 서셉터 배열체(110)를 설계하고 그리고/또는 특정 커패시턴스를 갖는 커패시터(156) 및 특정 인덕턴스를 갖는 유도성 요소(158)를 사용함으로써 적절한 공진 주파수를 획득하는 것과 관련하여 이루어진다. 따라서, 일부 예들에서, 이러한 팩터들 사이의 절충이 적절하게 그리고/또는 원하는 대로 선택될 수 있다.
도 2의 공진 회로(150)는 전류(I)가 최소화되고 동적 임피던스가 최대화되는 공진 주파수(
Figure pct00007
)를 갖는다. 공진 회로(150)는 이러한 공진 주파수에서 스스로 구동하고, 그에 따라 인덕터(158)에 의해 발생되는 발진 자기장(oscillating magnetic field)은 최대이고, 유도성 요소(158)에 의한 서셉터 배열체(110)의 유도 가열은 최대화된다.
일부 예들에서, 공진 회로(150)에 의한 서셉터 배열체(110)의 유도 가열은 공진 회로(150)에 제공되는 공급 전압을 제어함으로써 제어될 수 있으며, 이는 차례로 공진 회로(150)에 흐르는 전류를 제어할 수 있고, 그에 따라 공진 회로(150)에 의해 서셉터 배열체(110)에 전달되는 에너지, 및 그에 따라 서셉터 배열체(110)가 가열되는 정도를 제어할 수 있다. 다른 예들에서, 서셉터 배열체(110)의 온도는 예컨대, 서셉터 배열체(110)가 더 큰 정도로 가열될 것인지 아니면 더 적은 정도로 가열될 것인지에 따라 유도성 요소(158)에 대한 전압 공급장치를 변화시킴으로써(예컨대, 공급된 전압의 크기를 변화시킴으로써 또는 펄스 폭 변조 전압 신호의 듀티 사이클을 변화시킴으로써) 모니터링되고 제어될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
위에서 언급된 바와 같이, 공진 회로(150)의 인덕턴스(L)는 서셉터 배열체(110)의 유도 가열을 위해 배열된 유도성 요소(158)에 의해 제공된다. 공진 회로(150)의 인덕턴스(L)의 적어도 일부분은 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율에 기인한다. 따라서, 공진 회로(150)의 인덕턴스(L) 및 그에 따른 공진 주파수(
Figure pct00008
)는 사용되는 특정 서셉터(들) 및 유도성 요소(들)(158)에 대한 그것의 위치결정에 의존할 수 있으며, 이는 때때로 변화할 수 있다. 추가로, 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율은 서셉터(110)의 가변 온도들에 따라 변할 수 있다.
본원에서 설명된 예들에서, 서셉터 배열체(110)는 소모품 내에 보유되어, 그에 따라 교체 가능하다. 예컨대, 서셉터 배열체(110)는 일회용일 수 있고, 예컨대, 가열되도록 배열된 에어로졸 발생 재료(116)와 통합될 수 있다. 공진 회로(150)는, 서셉터 배열체(110)가 교체될 시 그리고 교체될 때, 상이한 서셉터 배열체들(110) 사이의 구성 및/또는 재료 유형의 차이들 및/또는 유도성 요소(158)에 대한 서셉터 배열체들(110)의 배치의 차이들을 자동으로 고려하여, 회로가 공진 주파수에서 구동될 수 있게 한다. 게다가, 공진 회로는 특정 유도성 요소(158) 또는 실제로, 사용되는 공진 회로(150)의 임의의 구성요소에 관계없이 공진 상태에서 스스로 구동하도록 구성된다. 이것은 서셉터 배열체(110)뿐만 아니라 회로(150)의 다른 구성요소들 둘 다와 관련하여 제조의 변동들을 수용하는 데 특히 유용하다. 예컨대, 공진 회로(150)는, 상이한 인덕턴스 값들을 갖는 상이한 유도성 요소들(158)의 사용 및/또는 서셉터 배열체(110)에 대한 유도성 요소(158)의 배치의 차이들과 관계없이, 회로가 공진 주파수에서 스스로 계속 구동할 수 있게 한다. 회로(150)는 또한 소모품들이 디바이스의 수명 동안 교체되더라도 공진 상태에서 스스로 구동할 수 있다.
공진 회로(150)를 포함하는 에어로졸 발생 디바이스(100)의 작동이 이제 일 예에 따라 설명될 것이다. 디바이스(100)가 턴 온되기 이전에, 디바이스(100)는 '오프' 상태에 있을 수 있는데, 즉, 공진 회로(150)에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 디바이스(150)는, 예컨대, 사용자가 디바이스(100)를 턴 온시킴으로써 '온' 상태로 스위칭된다. 디바이스(100)의 스위칭 온 시, 공진 회로(150)는 전압 공급장치(104)로부터 전류를 인출하기 시작하며, 유도성 요소(158)를 통한 전류는 공진 주파수(
Figure pct00009
)에서 변한다. 디바이스(100)는 제어기(106)에 의해 추가적 입력이 수신될 때까지, 예컨대, 사용자가 더이상 버튼(도시되지 않음)을 누르지 않거나, 또는 퍼프 검출기(도시되지 않음)가 더이상 활성화되지 않을 때까지, 또는 최대 가열 지속시간이 경과했을 때까지, 계속 온 상태에 있을 수 있다. 공진 주파수(
Figure pct00010
)에서 구동되는 공진 회로(150)는 교류(I)가 공진 회로(150) 및 유도성 요소(158)에 흐르게 하고, 그에 따라 서셉터 배열체(110)가 유도 가열되게 한다. 서셉터 배열체(110)가 유도 가열됨에 따라, 그것의 온도(그에 따른 에어로졸 발생 재료(116)의 온도)가 증가한다. 이 예에서, 서셉터 배열체(110)(및 에어로졸 발생 재료(116))는 그것이 일정 온도(TMAX)에 도달하도록 가열된다. 온도(TMAX)는, 실질적으로, 상당한 양의 에어로졸이 에어로졸 발생 재료(116)에 의해 발생되는 온도이거나 또는 그 초과인 온도일 수 있다. 온도(TMAX)는, 예컨대, 약 200 내지 약 300℃일 수 있다(물론 재료(116), 서셉터 배열체(110), 전체 디바이스(100)의 배열체 및/또는 다른 요건들 및/또는 조건들에 따라 상이한 온도일 수 있음). 따라서, 디바이스(100)는 '가열' 상태 또는 모드에 있으며, 여기서 에어로졸 발생 재료(116)는 에어로졸이 실질적으로 생성되거나 또는 상당량의 에어로졸이 생성되는 온도에 도달한다. 모든 경우들은 아니지만 대부분의 경우들에서, 서셉터 배열체(110)의 온도가 변화함에 따라, 공진 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00011
)도 변화한다는 것이 인식되어야 한다. 이것은, 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율이 온도의 함수이고, 위에서 설명된 바와 같이, 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율이 유도성 요소(158)와 서셉터 배열체(110) 사이의 커플링 및 그에 따른 공진 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00012
)에 영향을 미치기 때문이다.
본 개시내용은 주로 LC 병렬 회로 배열체를 설명한다. 위에서 언급된 바와 같이, 공진 상태의 LC 병렬 회로의 경우, 임피던스는 최대이고, 전류는 최소이다. 최소인 전류는 일반적으로 병렬 LC 루프 외부에서, 예컨대, 초크(161)의 좌측으로 또는 초크(162)의 우측으로 관측된 전류를 지칭한다는 점이 주목된다. 반대로, 직렬 LC 회로에서, 전류가 최대이고, 일반적으로 말하자면, 저항기는, 다른 방식으로 회로 내의 특정 전기 구성요소들을 손상시킬 수 있는 안전한 값으로 전류를 제한하기 위해 삽입되도록 요구된다. 이것은 일반적으로, 에너지가 저항기를 통해 손실되기 때문에 회로의 효율성을 감소시킨다. 공진 상태에서 작동하는 병렬 회로는 그러한 제약들을 요구하지 않는다.
일부 예들에서, 서셉터 배열체(110)는 알루미늄을 포함하거나 또는 그로 구성된다. 알루미늄은 비철 재료(non-ferrous material)의 예이며, 이로써 1에 가까운 상대적 자기 투자율을 갖는다. 이것이 의미하는 것은, 알루미늄이 일반적으로, 인가된 자기장에 대한 응답으로 낮은 자화 정도를 갖는다는 것이다. 따라서, 일반적으로, 특히 에어로졸 제공 시스템들에 사용되는 것들과 같은 저전압들에서 알루미늄을 유도 가열하는 것이 어려운 것으로 간주되었다. 일반적으로, 공진 주파수에서 회로를 구동하는 것은, 이것이 유도성 요소(158)와 서셉터 배열체(110) 사이에 최적의 커플링을 제공하므로, 유리하다는 것이 또한 밝혀졌다. 알루미늄의 경우, 공진 주파수로부터의 약간의 편차가, 서셉터 배열체(110)와 유도성 요소(158) 사이의 유도 커플링의 두드러진 감소 및 그에 따른 가열 효율성의 두드러진 감소(일부 경우들에서는, 가열이 더이상 관측되지 않는 정도)를 야기하는 것이 관측된다. 위에서 언급된 바와 같이, 서셉터 배열체(110)의 온도가 변화함에 따라, 회로(150)의 공진 주파수도 변화한다. 따라서, 서셉터 배열체(110)가 알루미늄과 같은 비철 서셉터를 포함하거나 또는 그로 구성되는 경우, 본 개시내용의 공진 회로(150)는 (임의의 외부 제어 기구와 무관하게) 회로망이 항상 공진 주파수에서 구동된다는 점에서 유리하다. 이것은, 최대 유도 커플링 및 그에 따른 최대 가열 효율성이 항상 달성되어 알루미늄이 효율적으로 가열되는 것을 가능하게 한다는 것을 의미한다. 알루미늄 서셉터를 포함하는 소모품은, 소모품이, 폐쇄형 전기 회로를 형성하고 그리고/또는 50 마이크론 미만의 두께를 갖는 알루미늄 랩을 포함할 때 효율적으로 가열될 수 있는 것이 밝혀졌다.
서셉터 배열체(110)가 소모품의 일부를 형성하는 예들에서, 소모품은 PCT/EP2016/070178에서 설명된 형태를 취할 수 있으며, 그 전체는 인용에 의해 본원에 포함된다.
디바이스(100)에는, 사용 시 서셉터 배열체(110)의 온도를 결정하기 위한 온도 결정기가 제공된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 온도 결정기는 제어 회로망(106), 예컨대, 디바이스(100)의 전체 작동을 제어하는 프로세서일 수 있다. 온도 결정기(106)는 공진 회로(150)가 구동되는 주파수, DC 전압 공급장치(V1)로부터의 DC 전류 및 DC 전압 공급장치(V1)의 DC 전압에 기초하여 서셉터 배열체(110)의 온도를 결정한다.
이론에 얽매이기를 바라지 않고, 다음의 설명은 본원에서 설명된 예들에서 서셉터 배열체(110)의 온도가 결정될 수 있게 하는 공진 회로(150)의 전기적 특성과 물리적 특성 이의 관계들의 편차를 설명한다.
사용 시, 유도성 요소(158)와 커패시터(156)의 병렬 조합의 공진에서의 임피던스는 동적 임피던스(Rdyn)이다.
위에서 설명된 바와 같이, 스위칭 배열체(M1 및 M2)의 동작은, DC 전압원(V1)으로부터 인출된 DC 전류가 유도성 요소(158) 및 커패시터(156)를 통해 흐르는 교류로 변환되게 한다. 유도된 교류 전압은 또한 유도성 요소(158) 및 커패시터(156)에 걸쳐 발생된다.
공진 회로(150)의 발진 특성의 결과로, 발진 회로를 살피는(look into) 임피던스는 (전압원(V1)의) 주어진 소스 전압(Vs)에 대한 Rdyn이다. 전류(Is)는 Rdyn에 대한 응답으로 인출될 수 있다. 따라서, 공진 회로(150)의 로드(Rdyn)의 임피던스는 유효 전압 및 전류 인출의 임피던스와 동일시될 수 있다. 이것은, 로드의 임피던스가, 아래의 수식 (1)에 따라, DC 전압(Vs) 및 DC 전류(Is)의 결정, 예컨대, 측정 값들을 통해 결정될 수 있게 한다.
Figure pct00013
(1)
공진 주파수(
Figure pct00014
)에서, 동적 임피던스(Rdyn)는 다음과 같으며,
Figure pct00015
(2)
여기서 파라미터(r)는 유도성 요소(158)의 유효 그룹화 저항 및 서셉터 배열체(110)(존재하는 경우)의 영향을 표현하는 것으로 간주될 수 있고, 위에서 설명된 바와 같이, L은 유도성 요소(158)의 인덕턴스이고, C는 커패시터(156)의 커패시턴스이다. 파라미터(r)는 본원에서 유효 그룹화 저항으로 설명된다. 아래의 설명으로부터 인식될 바와 같이, 파라미터(r)는 저항 단위(Ohms)를 갖지만, 특정 상황들에서는 회로(150)의 물리적/실제 저항을 표현하는 것으로 간주되지 않을 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 여기서 유도성 요소(158)의 인덕턴스는 서셉터 배열체(110)와 유도성 요소(158)의 상호 작용을 고려한다. 이로써, 인덕턴스(L)는 서셉터 배열체(110)의 특성들 및 유도성 요소(158)에 대한 서셉터 배열체(110)의 위치결정에 의존한다. 유도성 요소(158) 및 그에 따른 공진 회로(150)의 인덕턴스(L)는 다른 팩터들 중에서, 서셉터 배열체(110)의 자기 투자율(
Figure pct00016
)에 의존한다. 자기 투자율(
Figure pct00017
)은 자체 내에서 자기장의 형성을 지원하기 위한 재료의 능력의 척도이고, 인가된 자기장에 대한 응답으로 재료가 획득하는 자화 정도를 표현한다. 서셉터 배열체(110)가 구성되는 재료의 자기 투자율(
Figure pct00018
)은 온도에 따라 변화할 수 있다.
수식 (1) 및 수식 (2)로부터, 다음의 수식 (3)이 획득될 수 있다.
Figure pct00019
(3)
인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 대한 공진 주파수(
Figure pct00020
)의 관계는 아래의 수식 (4a) 및 수식 (4b)에 의해 주어진 적어도 2개의 방식들로 모델링될 수 있다.
Figure pct00021
(4a)
Figure pct00022
(4b)
수식 (4a)는 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 포함하는 병렬 LC 회로를 사용하여 모델링된 바와 같은 공진 주파수를 표현하는 반면, 수식 (4b)는 인덕터(L)와 직렬인 추가 저항기(r)를 갖는 병렬 LC 회로를 사용하여 모델링된 바와 같은 공진 주파수를 표현한다. r이 0이 되는 경향이 있을 때, 수식 (4b)가 수식 (4a)가 되는 경향이 있다는 것을 수식 (4b)에 대해 인식되어야 한다.
다음에서, r이 작다고 가정되고, 그에 따라 수식 (4a)가 사용될 수 있다. 아래에서 설명될 바와 같이, 이러한 근사(approximation)는 그것이 L의 표현 내에서 회로(150) 내에서의 변화들(예컨대, 인덕턴스 및 온도)을 결합하므로 잘 작동한다. 수식 (3) 및 수식 (4a)로부터, 다음의 표현이 획득될 수 있다.
Figure pct00023
(5)
식 (5)은 측정 가능하거나 또는 공지된 양들의 관점에서 파라미터(r)에 대한 표현을 제공한다는 것이 인식될 것이다. 여기서 파라미터(r)는 공진 회로(150)의 유도 커플링에 의해 영향을 받는다는 것이 인식되어야 한다. 로드 상태일 때, 즉, 서셉터 배열체가 존재할 때, 그것은 파라미터(r)의 값이 작은 것으로 간주될 수 있는 경우가 아닐 수 있다. 이 경우, 파라미터(r)는 더이상 그룹 저항들의 정확한 표현이 아닐 수 있지만, 대신에, 회로(150)의 유효 유도 커플링에 의해 영향을 받는 파라미터이다. 파라미터(r)는 서셉터 배열체(110)의 특성들뿐만 아니라 서셉터 배열체의 온도(T)에 의존하는 동적 파라미터라고 말해진다. DC 소스(Vs)의 값은 공지되거나(예컨대, 배터리 전압) 또는 전압계에 의해 측정될 수 있고, DC 전압원(V1)으로부터 인출된 DC 전류(Is)의 값은, 임의의 적합한 수단에 의해, 예컨대, 소스 전압(Vs)을 측정하기 위해 적절하게 배치된 전압계의 사용에 의해 측정될 수 있다.
주파수(
Figure pct00024
)가, 이후 파라미터(r)가 획득될 수 있도록 측정 및/또는 결정될 수 있다.
일 예에서, 주파수(
Figure pct00025
)는 F/V(frequency-to-voltage) 컨버터(210)의 사용을 통해 측정될 수 있다. 예컨대, F/V 컨버터(210)는 제1 MOSFET(M1) 또는 제2 MOSFET(M2) 중 하나의 게이트 단자에 커플링될 수 있다. 다른 유형들의 트랜지스터들이 회로의 스위칭 기구에 사용되는 예들에서, F/V 컨버터(210)는 게이트 단자, 또는 트랜지스터들 중 하나의 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 주기적 전압 신호를 제공하는 다른 단자에 커플링될 수 있다. 따라서, F/V 컨버터(210)는 공진 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00026
)를 표현하는 MOSFET(M1, M2) 중 하나의 게이트 단자로부터 신호를 수신할 수 있다. F/V 컨버터(210)에 의해 수신된 신호는 공진 회로(210)의 공진 주파수를 표현하는 기간을 갖는 대략적인 구형파(square-wave) 표현일 수 있다. 그런 다음, F/V 컨버터(210)는 이러한 기간을 사용하여, 출력 전압에 기초하여 공진 주파수(
Figure pct00027
)를 표현할 수 있다.
따라서, C는 커패시터(156)의 커패시턴스 값으로부터 알려지고, Vs, Is, 및
Figure pct00028
이 측정될 수 있으므로, 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이, 파라미터(r)는 이러한 측정된 그리고 공지된 값들로부터 결정될 수 있다.
파라미터(r)는 온도의 함수로서 그리고 추가로 인덕턴스(L)의 함수로서 변화한다. 이것은, 공진 회로(150)가 "언로드" 상태에 있을 때, 즉, 유도성 요소(158)가 서셉터 배열체(110)에 유도 커플링되지 않을 때, 파라미터(r)가 제1 값을 가지며, 회로가 "로드" 상태로 이동할 때, 즉, 유도성 요소(158) 및 서셉터 배열체(110)가 서로 유도 커플링될 때, r의 값은 변화한다는 것을 의미한다. 유사하게, 위에서 설명된 바와 같이, 공진 주파수(
Figure pct00029
)의 값은 온도의 함수로서 그리고 추가로 인덕턴스(L)의 함수로서 변화한다.
일 예에서, 제어기(106)는 회로가 언로드 상태와 로드 상태 사이에서 변화될 때 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하도록 구성된다. 본질적으로, 측정될 수 있고 로드 상태와 언로드 상태 사이의 변화를 보여주는 회로(150)의 임의의 주어진 전기적 파라미터가 제어기(106)에 의해 사용될 수 있다. 일 예에서, 사용되는 전기적 파라미터는 회로의 공진 주파수이다. 다른 예에서, 사용되는 전기적 파라미터는 파라미터(r)이다. 주어진 전기적 파라미터의 변화를 결정함으로써, 제어기(106)는 유도성 요소(158)에 커플링된 서셉터 배열체(110)의 특성을 결정할 수 있다. 예들에서, 서셉터 배열체(110)의 특성들, 예컨대, 서셉터 배열체(110)가 형성되는 재료의 유형 또는 서셉터 배열체(110)의 크기 또는 형상은, 서셉터 배열체(110)가 유도성 요소(158)에 커플링될 때 전기적 파라미터의 변화에 영향을 미친다. 따라서, 서셉터 배열체(110) 및/또는 서셉터 배열체(110)를 보유하는 소모품의 특정 특성들은, 예들에서, 주어진 전기적 파라미터의 변화를 결정하거나 또는 측정함으로써 결정될 수 있다.
예들에서, 회로(150)는, 서셉터 배열체(110)를 보유하는 소모품이 디바이스(100)에 의해 수용될 때, 예컨대, 소모품이 디바이스(100)에 삽입될 때, 언로드 상태로부터 로드 상태로 변화될 수 있다. 유사하게, 회로(150)는 소모품이 디바이스(100)로부터 제거될 때 로드 상태로부터 언로드 상태로 변화될 수 있다. 언로드 상태에서, 주어진 전기적 파라미터는 제1 값을 취할 수 있는 반면, 로드 상태에서, 주어진 전기적 파라미터는 상이한 값을 취할 수 있다. 이로써, 일 예에서, 언로드 상태와 로드 상태 사이의 주어진 전기적 파라미터의 변화는 소모품에 존재하는 서셉터 배열체(110)의 유형을 제어기(106)에 표시할 수 있다. 따라서, 주어진 전기적 파라미터의 변화에 따라, 제어기(106)는 에어로졸 발생 디바이스(100)에 의해 수용된 소모품의 유형을 결정하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 예컨대, 상이한 담배 블렌드들 또는 상이한 풍미들을 갖는 다양한 소모품들에는, 소모품을 식별하기 위해 후속적으로 사용될 수 있는 상이한 서셉터 배열체들(110)이 제공될 수 있다.
일 예에서, 제어기(106)는 전기적 파라미터의 변화들의 값들의 미리 결정된 목록 또는 테이블에 액세스할 수 있으며, 여기서 목록은 각각의 값이 소모품의 유형과 연관되는 전기적 파라미터의 변화의 적어도 하나의 값을 포함한다. 따라서, 주어진 전기적 파라미터의 변화의 측정은, 예컨대, 룩업 테이블을 통해, 특정 유형의 소모품과 연관될 수 있다. 전기적 파라미터의 변화는, 전기적 파라미터의 크기의 변화, 예컨대, 회로(150)가 로드 상태와 언로드 상태 사이에서 변화될 시, 파라미터(r) 또는 회로(150)의 공진 주파수의 크기의 변화일 수 있다. 일부 구현들에서, 변화의 부호(즉, 언로드 상태에 대한 양 또는 음)는 서셉터 배열체 및 그에 따른 소모품 유형을 결정할 때 대안적으로 또는 추가적으로 고려된다. 예컨대, 알루미늄-보유 서셉터 배열체의 경우, 주파수가 언로드 상태로부터 로드 상태로 증가하는 것이 밝혀졌다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 이것은 알루미늄이 1의 또는 1에 가까운 상대적 투자율, 즉, 낮은 상대적 투자율을 갖고 그에 따라 비-페라이트성(on-ferritic)이라는 점에 기인하는 것으로 여겨진다. 유사하게, 다른 비-페라이트성 재료들을 포함하는 서셉터 배열체들은, 언로드 상태로부터 로드 상태로 이동할 때 회로의 공진 주파수가 증가하게 할 수 있다. 반대로, 서셉터 배열체를 보유하는(1 초과의 상대적 투자율 예컨대, 수십 또는 수백의 상대적 투자율을 갖는) 페라이트성 재료, 예컨대, 철의 경우, 주파수가 언로드 상태로부터 로드 상태로 감소하는 것이 밝혀졌다. 따라서, 전기적 파라미터의 변화의 부호가 또한, 서셉터 배열체(110)의 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 언로드 상태로부터 로드 상태로 이동할 시 공진 주파수의 변화의 부호가, 서셉터 배열체(110)가 낮은 상대적 투자율을 갖는 재료를 포함하는지 아니면 높은 상대적 투자율을 갖는 재료를 포함하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 특정 예들에서, 로드 상태와 언로드 상태 사이를 이동할 시 회로의 공진 주파수 또는 다른 전기적 파라미터들의 거동은 언로드 상태에서 회로의 공진 주파수와 같은 회로의 특성들에 따라 상이할 수 있다. 예컨대, 로드 상태와 언로드 상태 사이를 이동할 때 회로의 공진 주파수의 변화의 부호 또는 크기는 회로의 공진 주파수에 따라 상이할 수 있다.
일 예를 들면, 특정 소모품은 특정 크기일 수 있고, 특정 유형 및 양의 에어로졸 발생 재료를 포함할 수 있고, 특정 크기 및 형상의 알루미늄 서셉터 배열체(110)를 포함할 수 있다. 룩업 테이블은 이 소모품의 도입에 의해 회로(150)가 로드 상태와 언로드 상태 사이에서 변화될 때 발생하는 회로(150)의 공진 주파수의 변화의 크기에 대한 값을 보유할 수 있다. 예컨대, 이러한 값은 회로(150)의 초기 셋업에서 룩업 테이블에 저장될 수 있으며, 여기서 소모품의 유형이 공지되고, 그것이 회로(150)에서 영향을 미치는 전기적 파라미터의 변화가 측정된다. 따라서, 제어기(106)는 회로(150)가 소모품의 도입에 의해 로드 상태로 변화되었을 때 파라미터(r)의 변화를 결정할 수 있다. 룩업 테이블에서 파라미터(r)의 결정된 변화와 연관되는 소모품 유형을 룩업함으로써, 디바이스(100)에 로드된 소모품의 유형이 결정된다. 전기적 파라미터가 회로(150)의 공진 주파수(
Figure pct00030
)인 경우, 위의 설명은 필요한 부분만 변경하여 적용된다는 것이 인식될 것이다.
동일한 유형의 소모품들 사이의 전기적 파라미터의 변화의 일부의 약간의 변동이 존재할 수 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 예컨대, 동일한 유형의 서셉터 배열체들(110)의 경우, 사용되는 재료들의 약간의 제조 불일치들(예컨대, 순도들 또는 결함들)이 존재할 수 있고, 서셉터 배열체의 전반적 형상(예컨대, 튜브 서셉터가 약간 타원형 단면을 가지게 될 수 있음)은 전기적 파라미터의 변화에 영향을 미칠 수 있다. 이들은 서셉터 배열체 자체의 제조에 의해 야기되는 불일치들이다. 추가적으로, 서셉터 배열체(110)와 소모품의 정렬(예컨대, 서셉터가 소모품의 축들로부터 얼마나 벗어나는지) 및/또는 유도성 요소(158)에 대한 디바이스 내의 소모품의 정렬에 기초한 불일치들이 존재할 수 있고, 다시 이러한 불일치들은 전기적 파라미터의 변화에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 불일치들은 소모품 및/또는 디바이스 자체들의 제조에 의해 야기된다. 따라서, 일부 구현들에서, 위에서 언급된 룩업 테이블은 예컨대, 룩업 테이블의 각각의 기준을 만족시키는 값들의 범위를 특정함으로써, 이러한 불일치들을 고려할 수 있다. 대안적으로, 제어기(106)는 룩업 테이블로부터 가장 가까운 값들을 식별하기 위한 알고리즘을 구현할 수 있다.
특히 회로(150)의 경우, 일단 서셉터 배열체(110)가 로드 상태에 있고, 회로가 스위칭 온되면, 서셉터 배열체(110)는 점진적으로 가열된다는 것이 또한 인식되어야 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 가열 동안, 공진 주파수는 온도에 따라 변화한다. 따라서, 주어진 전기적 파라미터의 측정이 이루어지는 시기에 따라, 가열로 인해 전기적 파라미터의 변화의 일부 변동이 또한 존재할 수 있다. 이러한 경우, 각각의 디바이스는 측정 시간을 고려하여 교정될 수 있거나 또는 룩업 테이블은 측정 시간들의 차들을 고려하여 수정될 수 있다.
일 예에서, 전기적 파라미터의 결정된 변화를 사용하여, 제어기(106)는 수용된 소모품과 함께 사용하기 위해 에어로졸 발생 디바이스(100)의 활성화를 가능하게 할지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 전기적 파라미터의 결정된 변화는, 소모품이 에어로졸 발생 디바이스(100)와 함께 사용하도록 승인된 소모품인지 여부를 표시하는 데 사용될 수 있다. 테이블은 하나 이상의 승인된 소모품들의 목록을 보유할 수 있고, 제어기(106)는 소모품이 승인된 소모품인 것으로 결정된 경우에만 사용을 위해 디바이스(100)를 활성화시킬 수 있다. 승인된 서셉터-보유 소모품들은 그들이 회로(150)에서 야기하는 전기적 파라미터의 변화에 대한 공지된 값으로 제조될 수 있다. 예컨대, 공진 주파수의 변화 또는 그 소모품에 의해 야기된 파라미터(r)의 변화의 공지된 값.
예들에서, 전기적 파라미터의 결정된 변화를 사용하여, 제어기(106)는 수용된 소모품과 함께 사용할 디바이스(100)에 대한 가열 모드를 결정할 수 있다. 예컨대, 전기적 파라미터의 결정된 변화는 예컨대, 수용된 소모품의 유형, 예컨대, 서셉터 배열체의 재료 및/또는 크기, 및/또는 소모품 내의 에어로졸 발생 재료의 유형 또는 양을 표시하는 데 사용될 수 있고, 제어기(106)는 전기적 파라미터의 결정된 변화에 기초하여 수용된 소모품을 가열하기 위한 적절한 작동 모드를 선택할 수 있다. 예컨대, 상이한 가열 프로파일들은 상이한 유형들의 소모품을 가열하는 데 적합할 수 있고, 제어기(106)는 수용된 소모품의 특성들의 결정에 기초하여 적합한 가열 프로파일을 선택할 수 있다. 위에서 설명된 바와 유사한 방식으로, 제어기(106)가 액세스 가능한 룩업 테이블은 하나 이상의 유형들의 소모품 및 각각의 유형의 소모품에 대한 하나 이상의 대응하는 가열 모드들의 목록을 보유할 수 있다.
일 구현에서, 제어기(106)는 언로드 상태에서 전기적 파라미터를 측정하고 이것을 로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정과 비교함으로써 전기적 파라미터의 값의 변화를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 제어기(106)는, 언로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정치를 획득하기 위해 디바이스가 언로드 상태에 있을 때 유도성 요소(158)를 활성화시키고(다시 말해서, 유도성 요소(158)에 전력을 공급하고), 로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정치를 획득하기 위해 디바이스가 로드 상태에 있을 때 유도성 요소(158)를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 일 구현에서, 제어기(106)는 (예컨대, 사용자가 이를테면, 버튼의 활성화를 통해 디바이스를 스위칭 온할 때) 계속적 방식으로 유도성 요소(158)에 전력을 공급하도록 구성되고, 전기적 파라미터(이는 디바이스가 현재 로드 상태에 있음을 표시할 수 있음)의 후속 변화에 대해 전기적 파라미터를 모니터링하도록 배열된다. 제어기는 전기적 파라미터를 계속적으로 또는 간헐적으로 모니터링할 수 있다. 대안적으로, 제어기(106)는 세팅된 인터미션(intermission) 기간에(말하자면, 매초마다 한 번) 간헐적으로 유도성 요소(158)에 전력을 공급하고 그리고 대응하는 타이밍에 전기적 파라미터를 측정하도록 배열된다. 2개의 측정들 사이에 전기적 파라미터의 변화가 존재할 때, 이것은, 디바이스가 로드 상태에 있고, 위에서 설명된 바와 같이, 전기적 파라미터의 변화가 소모품을 식별하는 데 사용될 수 있음을 표시할 수 있다. 따라서, 대체로, 제어기(106)는 회로(150)가 로드 상태에 있을 때 전기적 파라미터를 측정하고, 이러한 측정된 값을, 회로(150)가 언로드 상태에 있을 때 측정된 전기적 파라미터의 값과 비교함으로써, 전기적 파라미터의 값의 변화를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 제어기(106)는, 언로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정치를 획득하기 위해 디바이스(100)가 언로드 상태에 있을 때 유도성 요소(158)를 활성화시키고(다시 말해서, 유도성 요소(158)에 전력을 공급하고), 로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정치를 획득하기 위해 디바이스(100)가 로드 상태에 있을 때 유도성 요소(158)를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기(106)는 F/V 컨버터를 사용하여 공진 주파수를 측정할 수 있거나 또는 예컨대, 유도성 요소(158)에 전력이 공급될 때, 예컨대, 수식 (5)를 사용하여, 본원에서 설명된 바와 같이 언로드 회로(150)의 파라미터(r)를 측정할 수 있다. 전기적 파라미터는 회로(150)가 로드 상태가 될 때 다시 측정될 수 있고, 2개의 측정된 값들이 전기적 파라미터의 변화, 예컨대, 크기의 변화를 결정하기 위해 비교된다. 언로드 상태에서 전기적 파라미터의 측정은 예컨대, 디바이스(100)가 전원이 켜져 있지만 서셉터 배열체(110)가 삽입되지 않을 때 이루어질 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 제어기(106)는 임의의 적합한 수단에 의해, 이를테면, 소모품의 삽입을 감지하는 광학 센서 또는 용량성 센서를 통해, 디바이스(100)가 로드 상태에 있는지 아니면 언로드 상태에 있는지를 결정할 수 있거나, 또는 대안적으로 전기적 파라미터의 값 또는 그 변화는 디바이스(100)가 로드 상태와 언로드 상태 사이에서 스위칭하였음을 표시할 수 있다. 이로써, 제어기(106)는 전기적 파라미터의 측정들을 로드 상태 또는 언로드 상태와 연관시킬 수 있다.
다른 예에서, 제어기(106)는 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이, 회로(150)가 로드 상태에 있을 때 전기적 파라미터를 측정할 수 있고, 로드 상태에 대한 이러한 측정된 값을 언로드 상태에 대한 전기적 파라미터의 미리 결정된 값과 비교할 수 있다. 즉, 언로드 상태에서의 전기적 파라미터에 대한 값은 미리 결정될 수 있고, 전기적 파라미터의 변화를 결정할 때 제어기(106)가 액세스 가능할 수 있다. 예들에서, 언로드 상태에서의 전기적 파라미터의 값은 제어기(106)가 액세스 가능한 메모리에 저장된 고정 값일 수 있다. 예컨대, 언로드 상태에서의 전기적 파라미터의 값은 회로(150)의 특성들에 기초하여 결정된 값 또는 회로(150)의 초기 구성 동안 회로(150)에 대해 측정된 값일 수 있다. 다른 예에서, 언로드 상태에 대한 전기적 파라미터의 값은 본원에서 설명된 바와 같이 측정될 수 있고, 서셉터 배열체(110)를 보유하는 소모품의 로드/언로드 시 전기적 파라미터의 변화의 후속 결정에 재사용하기 위해 저장될 수 있다. 이를테면, 디바이스(101)가 디바이스(100)에 의해 이미 수용된 서셉터 배열체(110)로 전원이 켜진 경우, 제어기(106)는 전기적 파라미터의 값(즉, 로드 상태에서의 회로(150)의 값)을 측정하고, 이것을, 회로(150)가 언로드 상태에 있을 때 전기적 파라미터의 미리 결정된 값과 비교할 수 있다. 제어기(106)는, 서셉터 배열체(110)/소모품이 디바이스(100)에 의해 수용되는 것을 감지하는 센서(도시되지 않음)로부터의 입력을 통해 측정된 값이 부하 상태에 대응한다고 결정할 수 있거나, 또는 다른 예들에서, 전기적 파라미터 자체의 크기에 의해 회로(150)가 로드 상태에 있다고 결정할 수 있다. 예컨대, 회로(150)는 언로드 상태에 있는 회로(150)에 대한 공지된 값을 저장할 수 있고, 회로(150)가 로드 상태에 있다고 결정할 수 있으며, 전기적 파라미터의 측정된 값이 언로드 상태에 대한 공지된 값으로부터 특정 양만큼 상이하다.
도 3은 유도성 요소(158)와 상호 작용하게 되는 서셉터 배열체(110)에 의해 회로(150)가 언로드 상태로부터 로드 상태로 변화되는 에어로졸 발생 디바이스(100)의 사용 세션의 예시적 표현을 도시한다. 도 3은 수평축을 따른 시간과 수직축을 따른 회로(150)의 공진 주파수를 도시한다.
도 3에서, 제1 소모품의 제1 서셉터 배열체(110) 및 제2 소모품의 제2 서셉터 배열체(110)에 각각 대응하는 2개의 플롯들(A 및 B)이 도시된다. 각각의 플롯에 대해, 시간(t1) 이전에, 회로(150)는 언로드 상태에 있고, 공진 주파수(funloaded)를 갖는다. 위에서 언급된 바와 같이, 이러한 공진 주파수는 회로망(150)의 특성이고, 적어도 회로(150)의 구성요소들에 의존한다. 시간(t1)에, 소모품이 디바이스(100)에 삽입된다. 제1 플롯(A)은 실선이고, 제1 서셉터 배열체(110)를 포함하는 제1 소모품의 t1에서의 삽입에 대응한다. 제2 플롯(B)은 파선이고, 제2 서셉터 배열체(110)를 포함하는 제2 소모품의 t1에서의 삽입에 대응한다. 삽입의 시간인 시간(t1)에, 도 3에 도시된 예들에서, 회로(150)는 로드 상태로 변화되고, 회로(150)의 공진 주파수가 변화한다. 이러한 예에서, 서셉터 배열체들(110)은 1 초과의 상대적 투자율을 가지며, 이는 공진 주파수가 언로드 상태로부터 로드 상태로 감소하는 것을 의미한다. 제1 소모품의 경우, 언로드 상태로부터 로드 상태로 이동할 때 공진 주파수의 예상되는 변화는 Δf1이라고 가정해보자. 제2 소모품의 경우, 언로드 상태로부터 로드 상태로 이동할 때 공진 주파수의 예상되는 변화는 Δf2라고 가정해보자. 따라서, 일 예에서, 값들(Δf1 및 Δf2)은 제어기(106)가 액세스 가능한 룩업 테이블에 저장되고, 이러한 값들은 각각 제1 소모품 및 제2 소모품과 연관된다. 그런 다음, 소모품의 로드 시, 제어기(106)는 회로(150)의 언로드 공진 주파수(funloaded)와 측정된 로드 공진 주파수(floaded) 사이의 차인 공진 주파수의 변화를 결정할 수 있고, 룩업 테이블에서 공진 주파수의 결정된 변화를 룩업할 수 있다. 공진 주파수의 결정된 변화가 Δf1에 대응하는 경우, 제어기(106)는 삽입된 소모품이 제1 소모품이라고 결정한다. 주파수의 측정된 변화가 Δf2에 대응하는 경우, 제어기는 삽입된 소모품이 제2 소모품이라고 결정한다. 시간(t1) 이후 플롯들(A 및 B) 각각에 대한 공진 주파수의 시간에 따른 감소는 서셉터 배열체(110) 및 소모품의 온도가 증가함에 따른 공진 주파수의 감소에 대응한다. 즉, 플롯들(A 및 B)에서, 삽입된 소모품은 시간(t1)에서의 삽입으로부터 가열되고, 그에 따라 두 경우들 모두에서, 공진 주파수(
Figure pct00031
)는 그 시간으로부터 감소한다.
일단, 서셉터 배열체(110)가 유도성 요소(158)에 유도 커플링된 로드 상태에 공진 회로(150)가 있다고 결정되거나 또는 가정될 수 있으면, 파라미터(r)의 변화는 서셉터 배열체(110)의 온도의 변화를 나타내는 것으로 가정될 수 있다. 예컨대, r의 변화는 로드 상태와 언로드 상태 사이의 회로의 변화보다는, 유도성 요소(158)에 의한 서셉터 배열체(110)의 가열을 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
일 예에서, 에어로졸 발생 디바이스(100)는 디바이스(100)로 로드될 시, 즉, 도 3의 시간(t1)에, 서셉터 배열체(110)의 온도를 나타내는 온도를 측정하기 위한 온도 센서(140)를 포함한다. 온도 센서(140)는 이러한 측정된 온도를 제어기(106)에 제공할 수 있다. 제어기(106)는 제어기(106)에 의해 측정된 전기적 파라미터의 변화에 대한 보정을 제공하기 위해 온도 센서(140)에 의해 제공된 온도를 사용할 수 있다. 즉, 특정 소모품이 로드될 때 회로(150)에 대한 공진 주파수는 측정이 수행될 때 소모품의 온도에 의존하고; 파라미터(r)에도 동일하게 적용된다. 이로써, 소모품이 디바이스(100)에 삽입될 때 전기적 파라미터의 변화를 비교하고, 그에 의해 소모품을 식별하기 위해, 제어기(106)는 소모품/서셉터 배열체(110)의 온도를 고려하기 위해 전기적 파라미터의 측정된 값에 대한 보정을 수행하도록 구성될 수 있다. 보정은 특정 유형의 소모품이 로드된 회로(150)에 대한 공진 주파수 또는 파라미터(r)에 대한 온도의 교정 곡선(도시되지 않음)에 기초하여 이루어질 수 있다. 교정 곡선은, 서모커플(thermocouple)과 같은 적합한 온도 센서로 서셉터 배열체(110)의 온도(T)를 파라미터(r)의 다수의 주어진 값들에서 측정하고, T에 대해 r의 플롯을 취함으로써, 공진 회로(150) 그 자체에 대해(또는 교정을 위해 사용되는 동일한 테스트 회로에 대해) 수행되는 교정에 의해 획득될 수 있다. 예컨대, 전기적 파라미터의 변화에 대한 다수의 값들은 셋업 시 룩업 테이블에 저장될 수 있으며, 각각은 상이한 측정된 서셉터 온도(이는 또한 테이블에 저장됨)에 대응한다. 테이블에서 전기적 파라미터의 변화를 룩업할 때, 제어기(106)는 그러한 예들에서, 또한 룩업 작동에서 측정된 온도를 사용할 수 있다. 다른 예에서, 전기적 파라미터의 변화가 서셉터 배열체(110) 온도에 따라 어떻게 변하는지를 정의하는 수식이 실험적으로 또는 이론적으로 결정될 수 있고, 이러한 수식은 제어기(106)에 의해 적용되어, 테이블에서의 룩업을 위한 전기적 파라미터의 변화의 측정된 값을 보정한다. 이로써, 제어기(106)는 삽입 시 서셉터 배열체(110)의 온도를 고려하여, 디바이스(100)에 의해 수용된 소모품의 유형을 정확하게 결정할 수 있다.
일부 예들에서, 위에서 설명된 바와 같은 교정 곡선은 디바이스(100) 상에 미리 로드될 수 있고, 디바이스(100)의 변동들을 고려하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 디바이스(100)의 특정 특성들은 제조 공차들 내에서의 변동들로 인해 디바이스(100)의 사본들 사이에서 변할 수 있다. 이러한 변동들을 고려하는 교정 곡선이 디바이스(100)의 각각의 사본 상에 로드될 수 있다. 유사하게, 교정 곡선은 동일한 유형의 상이한 소모품들 사이의 변동들을 고려할 수 있다. 예컨대, 특정 유형의 소모품들의 무게 또는 구성과 같은 특정 특성들은, 예컨대, 제조 프로세스에서의 공차들로 인해, 약간 변할 수 있다. 교정 곡선은 그러한 변동들을 고려할 수 있다. 다른 예들에서, 각각의 개별 디바이스(100)는 제조 프로세스 동안 별개로 교정될 수 있다. 이것은 교정이 대응하는 특정 디바이스에 특정한 교정 곡선에 디바이스들 사이의 변동이 반영되게 할 수 있다.
또 다른 예에서, 디바이스(100)에 대한 교정 곡선은 디바이스(100)가 사용자에 의해 사용 중일 때 결정될 수 있다. 예컨대, 디바이스(100)는, 사용자에 의해 디바이스(100)가 처음 작동될 때 파라미터(r)에 대한 값들 및 파라미터(r)의 결정된 값들에 대응하는 온도 값들을 결정하여, 그에 의해 교정 곡선을 획득하도록 구성될 수 있다. 온도 값들은, 예컨대, 온도 센서(140)를 사용하여 획득될 수 있다. 다른 예에서, 온도 값은 서셉터 배열체의 온도의 다른 표시자, 예컨대, 서셉터 배열체가 공지된 온도에 있음을 표시하는 가열 프로파일의 특성을 사용하여 획득될 수 있다. 일 예에서, 이러한 프로세스는 디바이스(100)가 사용자에 의해 처음 작동될 때만 수행될 수 있고, 이러한 프로세스에 의해 발생되는 교정 곡선은 디바이스(100)가 작동되는 후속 시간들에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 교정 프로세스는 예컨대, 디바이스(100)의 각각의 사용 시, 다수 회 수행될 수 있다.
일 예에서, 온도 센서(140)는 디바이스(100)에 대한 주변 온도를 검출하도록 구성된 센서일 수 있다. 제어기(106)는 온도 센서(140)에 의해 검출된 온도를 수신하고, 이것을 룩업 테이블 값과 비교하기 위해 전기적 파라미터의 측정된 변화들에 대해 보정을 수행하는 데 사용할 수 있다. 이로써, 제어기(106)는 사실상, 디바이스(100)에 의해 수신될 시 서셉터 배열체(110)의 온도가 주변 온도와 동일하다고 가정할 수 있다. 다른 예에서, 에어로졸 제공 디바이스(100)는 예컨대, 서셉터 배열체(110)를 수용하기 위한 챔버, 예컨대, 서셉터 배열체(110)를 포함하는 소모품을 포함하고, 온도 센서(140)는 소모품을 삽입하기 이전에 챔버의 온도를 검출할 수 있고, 이러한 검출된 온도를 보정을 수행하는 데 사용할 수 있다.
위의 도 3은 회로(150)의 공진 주파수가 서셉터 배열체(110)의 특성들 또는 서셉터 배열체(110)의 상대적 배치 등에 따라 상이한 양(예컨대, Δf1 또는 Δf2)만큼 변화하는 상황을 설명한다. 그러나, 언로드 상태와 로드 상태 사이의 공진 주파수의 변화가 다른 양상들에 의해 영향을 받을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 회로(150)에 공급되는 전압은 공진 주파수의 변화에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 회로(150)에 4 볼트가 공급되는 경우, 언로드 상태와 로드 상태 사이의 공진 주파수의 변화는 회로(150)에 3 볼트가 공급되는 경우보다 클 수 있다. 따라서, 회로의 전기적 파라미터(예컨대, 공진 주파수 또는 파라미터(r))의 변화로부터의 서셉터 배열체(110)의 특성을 결정할 때, 제어기는 서셉터 배열체의 특성을 결정하기 위해 회로(150)에 공급된 전압 및/또는 전류와 같은 회로(150)의 다른 파라미터들을 고려하도록 구성될 수 있다. 룩업 테이블을 사용하는 일 예에서, 룩업 테이블은 상이한 전압들에서 상이한 서셉터 배열체들(110)에 대한 엔트리들을 포함할 수 있다. 이러한 관측은 또한 회로(150)의 파라미터들이 교정되는 것이 가능하고; 예컨대, 상이한 전압들에서의 주파수의 변화가 예컨대, 연립 방정식들을 푸는 것에 의해 회로(150)의 상이한 전기적 특성들이 확인되거나 또는 유추되는 것이 가능할 수 있다.
제어 회로가 수식 (4a) 및 수식 (5)를 사용하여, 예컨대, 파라미터(r)를 결정한다고 위에서 설명되었지만, 동일한 또는 유사한 효과를 달성하는 다른 수식들이 본 개시내용의 원리들에 따라 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일 예에서, Rdyn은 회로(150)의 전류 및 전압의 AC 값들에 기초하여 계산될 수 있다. 예컨대, 노드(A)의 전압이 측정될 수 있고, 이것은 Vs ― 이 전압은 VAC라 칭해짐 ― 와 상이하다는 것이 밝혀졌다. VAC는 실제적으로 임의의 적합한 수단에 의해 측정될 수 있지만, 병렬 LC 루프 내의 AC 전압이다. 이것을 사용하여, AC 및 DC 전력을 동일시함으로써, AC 전류(IAC)가 결정될 수 있다. 즉, VACIAC=VSIS이다. 파라미터들(Vs 및 Is)은 수식 (5) 또는 파라미터(r)에 대한 임의의 다른 적합한 수식에서의 그들의 AC 등가물들과 대체될 수 있다. 이러한 경우 교정 곡선들의 상이한 세트가 실현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
위의 설명은 공진 주파수에서 자가-구동하도록 구성된 회로(150)의 맥락에서 온도 측정 개념의 작동을 설명했지만, 위에서 설명된 개념들은 또한 공진 주파수에서 구동되도록 구성되지 않은 유도 가열 회로에 적용 가능하다. 예컨대, 디바이스(100)가 로드 상태와 언로드 상태 사이에서 변화될 때 회로(150)의 전기적 파라미터의 변화로부터 서셉터 배열체(110)의 특성을 결정하는 위에서 설명된 방법은, 유도 가열 회로의 공진 주파수가 아닐 수 있는 미리 결정된 주파수에서 구동되는 유도 가열 회로에 사용될 수 있다. 그러한 일 예에서, 유도 가열 회로는 복수의 MOSFET들과 같은 스위칭 기구를 포함하는 H-브리지를 통해 구동될 수 있다. H-브리지는 마이크로제어기에 의해 세팅된 H-브리지의 스위칭 주파수에서 인덕터 코일에 교류를 공급하기 위해 DC 전압을 사용하도록 마이크로제어기 등을 통해 제어될 수 있다. 그러한 예에서, 수식 (1) 내지 수식 (5)에 설명된 위의 관계들은 공진 주파수를 포함하는 주파수들의 범위 내의 주파수들에 대한 파라미터(r) 및 서셉터 온도(T)의 유효한, 예컨대, 사용 가능한 추정치를 유지하고 제공하는 것으로 가정된다.
일부 예들에서, 방법은 Vs 및 Is 상수 값들을 할당하고, 이러한 값들이 파라미터(r)를 계산할 때 변화하지 않는다고 가정하는 단계를 포함할 수 있다. 그런 다음, 전압(Vs) 및 전류(Is)는 서셉터의 온도를 추정하기 위해 측정될 필요가 없다. 예컨대, 전압 및 전류는 전원 및 회로의 특성들로부터 대략적으로 알 수 있고, 사용되는 온도들의 범위에 대해 일정한 것으로 가정될 수 있다. 그러한 예들에서, 온도(T)는 그런 다음, 회로가 작동하고 있는 주파수만을 측정하고, 전압 및 전류에 대해 가정된 또는 이전에 측정된 값들을 사용함으로써, 추정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 회로의 작동 주파수를 측정함으로써 서셉터의 온도를 결정하는 방법을 제공할 수 있다. 따라서, 일부 구현들에서, 본 발명은 오직 회로의 작동 주파수만을 측정함으로써 서셉터의 온도를 결정하는 방법을 제공할 수 있다.
위의 예들은 본 발명의 예시적 예들로서 이해되어야 한다. 임의의 하나의 예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 단독으로 또는 설명된 다른 특징들과 조합하여 사용될 수 있고, 또한 예들 중 임의의 다른 예의 하나 이상의 특징들, 또는 다른 예들 중 임의의 다른 예의 임의의 조합과 조합하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 추가로, 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 위에서 설명되지 않은 등가물들 및 수정들이 또한 사용될 수 있다.

Claims (33)

  1. 에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치로서,
    에어로졸 발생 재료를 가열하기 위해 서셉터 배열체(susceptor arrangement)를 가열하기 위한 유도성 요소를 포함하는 회로; 및
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 회로가, 상기 서셉터 배열체가 상기 유도성 요소에 유도 커플링(inductively couple)되지 않는 언로드 상태(unloaded state)와 상기 서셉터 배열체가 상기 유도성 요소에 유도 커플링된 로드 상태(loaded state) 사이에서 변화될 때, 상기 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하고; 그리고
    상기 회로의 전기적 파라미터의 변화로부터 상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스에 의해 수용될 때 상기 언로드 상태로부터 상기 로드 상태로 변화되고, 그리고
    상기 회로는 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스로부터 제거될 때 상기 로드 상태로부터 상기 언로드 상태로 변화되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터의 변화는, 상기 회로가 상기 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 상기 회로가 상기 언로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값과 비교함으로써 결정되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터의 변화는, 상기 회로가 상기 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 상기 언로드 상태에 있는 상기 회로에 대응하는 파라미터의 미리 결정된 값과 비교함으로써 결정되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 것은 상기 전기적 파라미터의 값의 결정된 변화를 적어도 하나의 저장된 값의 목록과 비교하는 것을 포함하며,
    상기 서셉터 배열체의 특성은 상기 결정된 변화가 상기 목록의 어떤 값에 대응하는지를 결정함으로써 표시되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 서셉터 배열체의 결정된 특성에 따라 사용을 위해 상기 에어로졸 발생 디바이스의 활성화를 가능하게 하거나 또는 사용을 위해 상기 에어로졸 발생 디바이스의 활성화를 가능하게 하지 않도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 서셉터 배열체의 결정된 특성에 따라 상기 디바이스로 하여금 제1 가열 모드에서 작동하게 하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회로의 전기적 파라미터의 변화의 크기에 기초하여 상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 회로의 전기적 파라미터의 변화의 부호에 기초하여 상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체의 특성은 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스에 존재하는지 여부이고, 그리고
    상기 제어기는 상기 전기적 파라미터의 변화가 존재하는지 여부에 기초하여 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스에 존재한다고 결정하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 측정 디바이스를 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 회로가 상기 로드 상태와 상기 언로드 상태 사이에서 변화될 때 상기 온도 측정 디바이스로부터 상기 서셉터 배열체의 측정된 온도를 수신하고, 그리고 상기 서셉터 배열체의 특성의 결정에 상기 서셉터 배열체의 측정된 온도를 사용하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체는 가열될 에어로졸 발생 재료를 포함하는 소모품에 있고, 그리고
    상기 제어기는 상기 서셉터 배열체의 결정된 특성으로부터 상기 소모품의 특성을 결정하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 소모품의 특성은 상기 소모품이 승인된 소모품인지 아니면 승인된 소모품이 아닌지에 대한 표시기를 포함하고, 그리고
    상기 제어기는 상기 소모품이 승인된 소모품인지 여부를 결정하고, 그리고 상기 소모품이 승인된 소모품인 경우 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키고, 상기 소모품이 승인된 소모품이 아닌 경우 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키지 않도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 상기 회로의 공진 주파수인,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  15. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 상기 유도성 요소 및 상기 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(effective grouped resistance)(r)인,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 장치는, 가변 전류가, DC 전압 공급장치로부터 발생되고, 상기 유도성 요소를 통해 흐르는 것을 가능하게 하기 위한 스위칭 배열체 및 용량성 요소를 더 포함하고; 그리고
    상기 제어기는 상기 유도성 요소에 공급되는 상기 가변 전류의 주파수, DC 전압 공급장치로부터의 DC 전류, 및 DC 전압 공급장치의 DC 전압으로부터 유효 저항(r)을 결정하도록 구성되고, 그리고
    상기 유도성 요소 및 상기 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(r)은 다음의 관계에 따라 상기 제어기에 의해 결정되고:
    Figure pct00032

    Vs는 상기 DC 전압이고, Is는 상기 DC 전류이고, C는 상기 회로의 커패시턴스이고, 그리고
    Figure pct00033
    는 상기 유도성 요소에 공급되는 상기 가변 전류의 주파수인,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 장치.
  17. 에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법으로서,
    상기 서셉터 배열체는 에어로졸 발생 재료를 가열하기 위한 것이고, 그리고
    상기 에어로졸 발생 디바이스는 제어기, 및 상기 서셉터를 가열하기 위한 유도성 요소를 포함하는 회로를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 회로가, 상기 서셉터 배열체가 상기 유도성 요소에 유도 커플링되지 않는 언로드 상태와 상기 서셉터 배열체가 상기 유도성 요소에 유도 커플링된 로드 상태 사이에서 변화될 때, 상기 제어기가 상기 회로의 전기적 파라미터의 변화를 결정하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 회로의 전기적 파라미터의 변화로부터 상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스에 의해 수용될 때 상기 언로드 상태로부터 상기 로드 상태로 변화되고, 그리고
    상기 회로는 상기 서셉터 배열체가 상기 디바이스에 의해 수용되는 것으로부터 제거될 때 상기 로드 상태로부터 상기 언로드 상태로 변화되는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터의 변화는, 상기 회로가 상기 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 상기 회로가 상기 언로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값과 비교함으로써 결정되는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  20. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터의 변화는, 상기 회로가 상기 로드 상태에 있을 때 측정된 파라미터의 값을 상기 언로드 상태에 있는 상기 회로에 대응하는 파라미터의 미리 결정된 값과 비교함으로써 결정되고,
    상기 미리 결정된 값은 메모리로부터 상기 제어기에 의해 액세스되는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  21. 제17 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 것은 상기 전기적 파라미터의 값의 결정된 변화를 적어도 하나의 저장된 값의 목록과 비교하는 것을 포함하며,
    상기 서셉터 배열체의 특성은 상기 결정된 변화가 상기 목록의 어떤 값에 대응하는지를 결정함으로써 표시되는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  22. 제17 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체의 결정된 특성에 따라 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키거나 또는 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키지 않는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  23. 제17 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체의 결정된 특성에 따라 상기 디바이스로 하여금 제1 가열 모드에서 작동하게 하는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  24. 제17 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로가 상기 로드 상태와 상기 언로드 상태 사이에서 변화될 때 상기 서셉터 배열체의 온도를 측정하고, 상기 서셉터 배열체의 특성의 결정에 상기 서셉터 배열체의 측정된 온도를 사용하는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  25. 제17 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터의 변화의 크기가 상기 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 데 사용되는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  26. 제17 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 배열체는 가열될 에어로졸 발생 재료를 포함하는 소모품에 있고, 그리고
    상기 방법은 상기 서셉터 배열체의 특성으로부터 상기 소모품의 특성을 결정하는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 소모품의 특성은 상기 소모품이 승인된 소모품인지 아니면 승인된 소모품이 아닌지에 대한 표시기를 포함하고, 그리고
    상기 방법은 상기 소모품이 승인된 소모품인지 여부를 결정하고, 그리고 상기 소모품이 승인된 소모품인 경우 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키고, 상기 소모품이 승인된 소모품이 아닌 경우 사용을 위해 상기 디바이스를 활성화시키지 않는 단계를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  28. 제17 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 상기 회로의 공진 주파수인,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  29. 제17 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 상기 유도성 요소 및 상기 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(r)인,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  30. 제29 항에 있어서,
    장치는, 가변 전류가, DC 전압 공급장치로부터 발생되고, 상기 유도성 요소를 통해 흐르는 것을 가능하게 하기 위한 스위칭 배열체 및 용량성 요소를 더 포함하고; 그리고
    상기 방법은 상기 유도성 요소에 공급되는 상기 가변 전류의 주파수, DC 전압 공급장치로부터의 DC 전류, 및 DC 전압 공급장치의 DC 전압으로부터 상기 유효 그룹화 저항(r)을 결정하는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 유도성 요소 및 상기 서셉터 배열체의 유효 그룹화 저항(r)은 다음의 관계에 따라 상기 제어기에 의해 결정되고:
    Figure pct00034

    Vs는 상기 DC 전압이고, Is는 상기 DC 전류이고, C는 상기 회로의 커패시턴스이고, 그리고
    Figure pct00035
    는 상기 유도성 요소에 공급되는 상기 가변 전류의 주파수인,
    에어로졸 발생 디바이스에 대한 서셉터 배열체의 특성을 결정하는 방법.
  31. 에어로졸 발생 디바이스를 위한 제어기로서,
    상기 제어기는 제17 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는,
    에어로졸 발생 디바이스를 위한 제어기.
  32. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  33. 에어로졸 발생 디바이스에서 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기로 하여금, 제17 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하게 하는,
    기계 판독 가능한 명령들의 세트.
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