RU2788974C1 - Aerosol delivery device - Google Patents

Aerosol delivery device Download PDF

Info

Publication number
RU2788974C1
RU2788974C1 RU2021126487A RU2021126487A RU2788974C1 RU 2788974 C1 RU2788974 C1 RU 2788974C1 RU 2021126487 A RU2021126487 A RU 2021126487A RU 2021126487 A RU2021126487 A RU 2021126487A RU 2788974 C1 RU2788974 C1 RU 2788974C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
controller
heating
inductor
power
Prior art date
Application number
RU2021126487A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кейт Джордж БЕЙДЕЛЬМАН
Томас Пол БЛАНДИНО
Эшли Джон СЭЕД
Митчел ТОРСЕН
Люк Джеймс УОРРЕН
Original Assignee
Никовенчерс Трейдинг Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Никовенчерс Трейдинг Лимитед filed Critical Никовенчерс Трейдинг Лимитед
Application granted granted Critical
Publication of RU2788974C1 publication Critical patent/RU2788974C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: tobacco industry.
SUBSTANCE: invention relates to an aerosol delivery device and an aerosol delivery system. The aerosol delivery device contains several electrical components including a controller containing a processor and a data carrier containing a set of machine-readable instructions; the specified several electrical components are located in direct proximity to an outer surface of the specified device; a heating node containing an insulating element, an induction coil, and a heating component for heating, but not burning, of aerosol forming material by means of electromagnetic induction; and a battery for supply of power to the specified electrical components and the heating node under control of the specified controller. In this case, during a heating session, energy consumption by the heating node is from 15 to 25 W, and energy consumption by the specified electrical components is less than 0.1 W, so that a temperature of the outer surface of the specified device remains lower than 48°C. An aerosol delivery system containing such a device is also described.
EFFECT: energy saving.
13 cl, 18 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к устройству предоставления аэрозоля и системе предоставления аэрозоля.The present invention relates to an aerosol supply device and an aerosol supply system.

Уровень техникиState of the art

Курительные изделия, такие как сигареты, сигары и т.п. во время их использования сжигают табак для получения табачного дыма. Были предприняты попытки предложить альтернативы этим изделиям, который сжигают табак, путем создания изделий, которые высвобождают соединения без горения. Примерами такого изделия являются нагревательные устройства, которые выделяют соединения путем нагревания, но не сжигания материала. Материал может представлять собой, например, табак или другие нетабачные продукты, которые могут содержать, а могут и не содержать никотин.Smoking articles such as cigarettes, cigars, etc. during their use, tobacco is burned to produce tobacco smoke. Attempts have been made to provide alternatives to these products that burn tobacco by creating products that release compounds without burning. Examples of such an article are heating devices that release compounds by heating, but not burning, the material. The material may be, for example, tobacco or other non-tobacco products, which may or may not contain nicotine.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство предоставления аэрозоля, содержащее:According to a first aspect of the present invention, an aerosol delivery device is provided, comprising:

несколько электрических компонентов;several electrical components;

нагревательный узел, содержащий нагревательный компонент для нагрева материала, образующего аэрозоль; иa heating unit containing a heating component for heating the aerosol-forming material; and

батарею для подачи питания на электрические компоненты и нагревательный узел;a battery for supplying power to the electrical components and the heating unit;

причем при использовании потребление энергии несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 0,25 Вт.wherein, in use, the power consumption of the multiple electrical components is less than about 0.25 watts.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложено устройство предоставления аэрозоля, содержащее:According to a second aspect of the present invention, an aerosol delivery device is provided, comprising:

несколько электрических компонентов;several electrical components;

нагревательный узел, содержащий нагревательный компонент для нагрева материала, образующего аэрозоль; иa heating unit containing a heating component for heating the aerosol-forming material; and

батарею для подачи питания на электрические компоненты и нагревательный узел;a battery for supplying power to the electrical components and the heating unit;

причем, при использовании изобретения, потребление энергии указанными несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 1% от потребления энергии нагревательным узлом.moreover, when using the invention, the energy consumption of these several electrical components is less than about 1% of the energy consumption of the heating unit.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложена система предоставления аэрозоля, содержащая:According to a third aspect of the present invention, an aerosol delivery system is provided, comprising:

устройство предоставления аэрозоля в соответствии с первым аспектом; иan aerosol supply device according to the first aspect; and

изделие, содержащее материал, образующий аэрозоль.an article containing an aerosol-forming material.

Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидны из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, данного в виде примера, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention given by way of example with reference to the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 показан вид спереди примера устройства генерации аэрозоля;In FIG. 1 is a front view of an example of an aerosol generating device;

на фиг. 2 показан вид спереди устройства генерации аэрозоля, показанного на фиг. 1, с удаленной внешней крышкой;in fig. 2 is a front view of the aerosol generating device shown in FIG. 1, with outer cover removed;

на фиг. 3 приведен вид в поперечном сечении устройства генерации аэрозоля, показанного на фиг. 1;in fig. 3 is a cross-sectional view of the aerosol generating device shown in FIG. 1;

на фиг. 4 приведен вид по частям устройства генерации аэрозоля, показанного на фиг. 2;in fig. 4 is a partial view of the aerosol generating device shown in FIG. 2;

на фиг. 5A показан вид в поперечном сечении примера нагревательного узла в устройстве генерации аэрозоля;in fig. 5A is a cross-sectional view of an example of a heating unit in an aerosol generating device;

на фиг. 5B показан увеличенный вид части нагревательного узла, показанного на фиг. 5A;in fig. 5B is an enlarged view of a portion of the heating assembly shown in FIG. 5A;

на фиг. 6 приведено схематическое представление примера цепи индукционного нагрева для устройства генерации аэрозоля, показанного на фиг. 1-5B;in fig. 6 is a schematic representation of an example of an induction heating circuit for the aerosol generating device shown in FIG. 1-5B;

на фиг. 7A приведено схематическое представление тока, проходящего через катушку индуктивности для примера цепи индукционного нагрева, показанной на фиг. 6;in fig. 7A is a schematic representation of the current passing through an inductor for the example induction heating circuit shown in FIG. 6;

на фиг. 7B приведено схематическое представление напряжения на чувствительном к току резисторе для примера цепи индукционного нагрева, показанной на фиг. 6;in fig. 7B is a schematic representation of the voltage across the current sensing resistor for the example induction heating circuit shown in FIG. 6;

на фиг. 8 приведено схематическое представление напряжения на переключающем устройстве цепи, показанной на фиг. 6;in fig. 8 is a schematic representation of the voltage across the switching device of the circuit shown in FIG. 6;

на фиг. 9 приведено другое схематическое представление примера цепи индукционного нагрева для устройства, показанного на фиг. 1-5B;in fig. 9 is another schematic representation of an example of an induction heating circuit for the apparatus shown in FIG. 1-5B;

на фиг. 10-13 показаны различные части примера устройства управления для примера цепи индукционного нагрева, показанной на предыдущих фигурах;in fig. 10-13 show various parts of an example control device for the example induction heating circuit shown in the previous figures;

на фиг. 14 показана блок-схема последовательности действий в примере способа управления аспектами цепи индукционного нагрева для иллюстративного примера цепи индукционного нагрева;in fig. 14 is a flow chart of an example method for controlling aspects of an induction heating circuit for an illustrative example of an induction heating circuit;

на фиг. 15 показана блок-схема последовательности действий другого примера способа управления аспектами цепи индукционного нагрева для иллюстративного примера цепи индукционного нагрева; иin fig. 15 is a flowchart of another example of a method for controlling aspects of an induction heating circuit for an illustrative example of an induction heating circuit; and

на фиг. 16 приведено схематическое представление температуры катушки индуктивности и целевой мощности, подаваемой на катушку индуктивности во время работы цепи индукционного нагрева для иллюстративного примера цепи индукционного нагрева.in fig. 16 is a schematic representation of the temperature of the inductor and the target power supplied to the inductor during operation of the induction heating circuit for an illustrative example of an induction heating circuit.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В данном контексте "материал, образующий аэрозоль" включает в себя материалы, которые выделяют летучие компоненты при нагревании, обычно в виде аэрозоля. Материал, образующий аэрозоль, включает в себя любые табакосодержащие материалы и может, например, включать в себя один или несколько из следующих материалов: табак, производные табака, молотый табак, восстановленный табак или заменители табака. Материал, образующий аэрозоль, также может включать в себя другие, не являющиеся табачными продукты, которые в зависимости от продукта могут содержать, а могут и не содержать никотин. Материал, образующий аэрозоль, может, например, находиться в твердом виде, в жидком виде, в виде геля или воска. Материал, образующий аэрозоль, также может, например, представлять собой сочетание или смесь материалов. Материал, образующий аэрозоль, также может быть известен как "курительный материал".As used herein, "aerosol-forming material" includes materials that release volatile components when heated, typically in the form of an aerosol. The aerosol forming material includes any tobacco-containing materials and may, for example, include one or more of the following materials: tobacco, tobacco derivatives, ground tobacco, reconstituted tobacco, or tobacco substitutes. The aerosol forming material may also include other non-tobacco products, which may or may not contain nicotine, depending on the product. The aerosol-forming material may, for example, be in solid form, in liquid form, in the form of a gel or wax. The aerosol forming material can also, for example, be a combination or mixture of materials. An aerosol forming material may also be known as a "smoking material".

Известно устройство, которое нагревает материал, образующий аэрозоль, чтобы испарить по меньшей мере один компонент материала, образующего аэрозоль, обычно для образования аэрозоля, который можно вдохнуть, не сжигая или не воспламеняя материал, образующий аэрозоль. Такое устройство иногда описывают как "устройство генерации аэрозоля", "устройство предоставления аэрозоля", "устройство для нагрева без сжигания", "устройство нагрева табачного продукта" или "устройство нагрева табака" и т.п. Аналогично, также имеются так называемые электронные сигареты, которые обычно испаряют материал, образующий аэрозоль, в жидком виде, который может содержать, а может и не содержать никотин. Материал, образующий аэрозоль, может быть предоставлен в виде или как часть стержня, картриджа или кассеты или подобного элемента, который может быть вставлен в устройство. Нагреватель для нагрева и испарения материала, образующего аэрозоль, может быть выполнен в виде "перманентной" части устройства.An apparatus is known that heats the aerosol-forming material to vaporize at least one component of the aerosol-forming material, typically to form an aerosol that can be inhaled without burning or igniting the aerosol-forming material. Such a device is sometimes described as an "aerosol generating device", "aerosol providing device", "non-combustion heating device", "tobacco product heating device" or "tobacco heating device", and the like. Similarly, there are also so-called electronic cigarettes, which typically vaporize the aerosol-forming material in liquid form, which may or may not contain nicotine. The aerosol-forming material may be provided in the form of or as part of a rod, cartridge, or cassette, or the like, which may be inserted into the device. A heater for heating and evaporating the aerosol-forming material may be provided as a "permanent" part of the apparatus.

Устройство предоставления аэрозоля может принимать изделие, содержащее материал, образующий аэрозоль, для нагрева. "Изделие" в данном контексте – это компонент, который включает в себя или содержит, при использовании устройства, материал, образующий аэрозоль, который нагревают для испарения материала, образующего аэрозоль, и, как вариант, других используемых компонентов. Пользователь может вставлять изделие в устройство предоставления аэрозоля перед его нагревом, чтобы получить аэрозоль, который затем вдыхает пользователь. Изделие, например, может быть предварительно заданного или строго определенного размера, то есть выполнено с возможностью размещения в нагревательной камере устройства, которая имеет такой размер, чтобы принимать изделие.The aerosol providing device may receive an article containing an aerosol-forming material for heating. "Article" in this context is a component that includes or contains, in use of the device, an aerosol-forming material that is heated to vaporize the aerosol-forming material, and optionally other components used. The user may insert the product into the aerosol delivery device before heating it to produce an aerosol which is then inhaled by the user. The product, for example, may be of a predetermined or strictly defined size, that is, it can be placed in a heating chamber of the device, which is sized to receive the product.

В настоящем изобретении описано устройство предоставления аэрозоля, содержащее несколько электрических компонентов и нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный компонент для нагрева материала, образующего аэрозоль. Нагревательный узел может использовать резистивный или индукционный нагрев. В конкретном примере нагревательный узел содержит по меньшей мере одну катушку. Катушка может представлять собой, например, катушку индуктивности. Таким образом, нагревательный компонент может представлять собой токоприемник, а катушка может нагревать токоприемник, который, в свою очередь, нагревает материал, образующий аэрозоль. Катушка может представлять собой индуктор или катушку индуктивности.The present invention describes an aerosol providing device comprising a plurality of electrical components and a heating assembly comprising at least one heating component for heating an aerosol-forming material. The heating unit can use resistive or induction heating. In a particular example, the heating assembly includes at least one coil. The coil may be, for example, an inductor. Thus, the heating component may be a current collector and the coil may heat the current collector, which in turn heats the aerosol generating material. The coil may be an inductor or an inductor.

Устройство также содержит батарею для подачи питания на электрические компоненты и нагревательный узел. При использовании потребление энергии несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 0,25 Вт.The device also contains a battery for supplying power to the electrical components and the heating assembly. In use, the power consumption of multiple electrical components is less than about 0.25 watts.

Таким образом, устройство содержит нагревательный узел, выполненный с возможностью нагрева материала, образующего аэрозоль, и несколько других электрических компонентов. Несколько электрических компонентов может содержать контроллер, такой как микропроцессор, и визуальный индикатор, содержащий, например, несколько светодиодов. Несколько электрических компонентов не включает в себя нагревательный узел, например компонент нагревателя и катушку (катушки).The device thus comprises a heating assembly configured to heat the aerosol-forming material and several other electrical components. Several electrical components may include a controller, such as a microprocessor, and a visual indicator containing, for example, several LEDs. Several electrical components do not include a heating assembly, such as a heater component and coil(s).

Потребление энергии несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 0,1 Вт. Было установлено, что поддержание энергопотребления электрических компонентов ниже 0,1 Вт может снизить температуру поверхности устройства, а также повысить общую энергоэффективность. Например, может быть желательно поддерживать температуру поверхности устройства ниже примерно 48°C или ниже примерно 43°C. Электрические компоненты могут оказывать большее влияние на температуру поверхности, чем ожидалось, потому что они могут быть расположены ближе к поверхности, чем нагревательные компоненты, и иметь менее надежную изоляцию. Используя энергоэффективные компоненты, можно снизить температуру поверхности устройства. Кроме того, если электрические компоненты потребляют менее 0,1 Вт, то устройство можно использовать в течение более длительного периода времени, прежде чем потребуется перезарядка батареи.The power consumption of several electrical components is less than about 0.1 watts. It has been found that keeping the power consumption of electrical components below 0.1 W can reduce the surface temperature of the device as well as improve overall energy efficiency. For example, it may be desirable to maintain the surface temperature of the device below about 48°C or below about 43°C. Electrical components may have a greater effect on surface temperature than expected because they may be located closer to the surface than heating components and may be less well insulated. By using energy efficient components, the surface temperature of the device can be reduced. Also, if the electrical components consume less than 0.1W, then the device can be used for a longer period of time before the battery needs to be recharged.

Батарея может представлять собой источник постоянного тока. Батарея может представлять собой модуль батарей или блок батарей. Батарея может представлять собой батарею 3-4 В.The battery may be a DC source. The battery may be a battery module or a battery pack. The battery may be a 3-4V battery.

Потребляемая мощность нескольких электрических компонентов может быть менее примерно 0,05 Вт, менее примерно 0,04 Вт или менее примерно 0,01 Вт.The power consumption of several electrical components may be less than about 0.05 W, less than about 0.04 W, or less than about 0.01 W.

В одном примере несколько электрических компонентов включают в себя контроллер, и когда контроллер активен, потребляемая мощность контроллера составляет от примерно 10 мВт до примерно 20 мВт, а когда контроллер неактивен, потребляемая мощность множества электрических компонентов меньше примерно 0,5 мВт.In one example, multiple electrical components include a controller, and when the controller is active, the power consumption of the controller is from about 10 mW to about 20 mW, and when the controller is inactive, the power consumption of the plurality of electrical components is less than about 0.5 mW.

В одном примере несколько электрических компонентов содержит несколько светодиодов, и каждый светодиод имеет потребляемую мощность менее примерно 0,01 Вт при максимальной яркости или интенсивности. В одном примере имеется четыре светодиода, и потребляемая мощность четырех светодиодов составляет менее 0,04 Вт при максимальной яркости. Например, потребляемая мощность четырех светодиодов может составлять около 0,03 Вт.In one example, multiple electrical components comprise multiple LEDs, and each LED has a power consumption of less than about 0.01 watts at maximum brightness or intensity. In one example, there are four LEDs and the power consumption of the four LEDs is less than 0.04W at maximum brightness. For example, the power consumption of four LEDs may be about 0.03W.

Соответственно, несколько электрических компонентов могут содержать четыре светодиода и контроллер, а потребляемая мощность электрических компонентов составляет менее примерно 0,5 мВт, когда контроллер неактивен, а светодиоды выключены. Потребляемая мощность электрических компонентов составляет менее 0,05 Вт, когда контроллер активен и светодиоды включены. Например, потребляемая мощность электрических компонентов может составлять от примерно 0,03 Вт до примерно 0,05 Вт, когда контроллер активен и светодиоды включены.Accordingly, several electrical components may include four LEDs and a controller, and the power consumption of the electrical components is less than about 0.5 mW when the controller is inactive and the LEDs are off. The power consumption of the electrical components is less than 0.05W when the controller is active and the LEDs are on. For example, the power consumption of electrical components may be from about 0.03 W to about 0.05 W when the controller is active and the LEDs are on.

Во время сеанса нагрева нагревательный узел может потреблять от примерно 15 Вт до примерно 25 Вт. Например, при использовании потребляемая мощность нагревательного узла составляет от примерно 15 Вт до примерно 25 Вт. Предпочтительно потребляемая мощность нагревательного узла составляет от примерно 20 Вт до примерно 25 Вт, например, от примерно 20 Вт до примерно 23 Вт.During a heating session, the heating assembly may consume from about 15 watts to about 25 watts. For example, in use, the power consumption of the heating unit is from about 15 watts to about 25 watts. Preferably, the power consumption of the heating unit is from about 20 watts to about 25 watts, for example, from about 20 watts to about 23 watts.

В некоторых примерах несколько электрических компонентов включают в себя WiFi-интерфейс, и/или интерфейс Bluetooth, и/или интерфейс NFC.In some examples, several electrical components include a WiFi interface and/or a Bluetooth interface and/or an NFC interface.

В некоторых примерах потребляемая мощность несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 1% от потребления энергии нагревательным узлом. В другом примере потребляемая мощность несколькими электрическими компонентами составляет менее примерно 0,5% от потребления энергии нагревательным узлом. Предпочтительно, потребляемая мощность электрическими компонентами составляет менее примерно 0,2% от потребления энергии нагревательным узлом. Например, потребляемая мощность нескольких электрических компонентов может составлять около 0,05 Вт, а потребляемая мощность нагревательного узла может составлять около 20 Вт.In some examples, the power consumption of several electrical components is less than about 1% of the energy consumption of the heating unit. In another example, the power consumption of several electrical components is less than about 0.5% of the power consumption of the heating assembly. Preferably, the power consumption of the electrical components is less than about 0.2% of the energy consumption of the heating unit. For example, the power consumption of several electrical components may be about 0.05 W, and the power consumption of a heating unit may be about 20 W.

Батарея может иметь емкость от 30000 Дж до 35000 Дж.The battery can have a capacity from 30,000 J to 35,000 J.

Нагревательный узел может быть выполнен с возможностью работы в течение периода от приблизительно 3 минут до приблизительно 5 минут и может быть выполнен с возможностью потребления от приблизительно 1000 Дж до приблизительно 1400 Дж в течение этого периода. Таким образом, батарея может быть выполнена для питания нагревательного узла в течение от около 20 до около 35 периодов. Каждый период может быть известен как сеанс нагрева. В течение этого периода одна или несколько катушек индуктивности могут работать с периодически.The heating unit may be configured to operate for a period of from about 3 minutes to about 5 minutes and may be configured to consume from about 1000 J to about 1400 J during this period. Thus, the battery can be configured to power the heating unit for about 20 to about 35 cycles. Each period may be known as a heating session. During this period, one or more inductors may be operated intermittently.

Предпочтительно устройство представляет собой устройство для нагрева табака, также известное как устройство для нагрева без сжигания.Preferably, the device is a tobacco heating device, also known as a non-burning heating device.

Как было вкратце упомянуто выше, в некоторых примерах катушка(катушки) выполнена(ы) так, чтобы при использовании вызывать нагрев по меньшей мере одного электропроводящего нагревательного компонента/элемента (также известного как компонент/элемент нагревателя), так что тепловую энергию передают от по меньшей мере одного электропроводящего нагревательного компонента к материалу, генерирующему аэрозоль, чтобы тем самым вызвать нагрев материала, образующего аэрозоль.As briefly mentioned above, in some examples the coil(s) are(are) configured to, in use, cause at least one electrically conductive heating component/element (also known as a heater component/element) to be heated, such that thermal energy is transferred from the at least one electrically conductive heating component to the aerosol generating material, to thereby cause heating of the aerosol generating material.

В некоторых примерах катушка(катушки) выполнена(ы) с возможностью создания при использовании переменного магнитного поля для проникновения по меньшей мере в один нагревательный компонент/элемент, чтобы тем самым вызвать индукционный нагрев и/или нагрев за счет магнитного гистерезисаный по меньшей мере одного нагревательного компонента. В такой компоновке один или каждый нагревательный компонент можно назвать "токоприемником". Катушка, которая выполнена с возможностью генерации при использовании переменного магнитного поля для проникновения по меньшей мере в один электропроводящий нагревательный компонент, чтобы тем самым вызвать индукционный нагрев по меньшей мере одного электропроводящего нагревательного компонента, может быть названа "индукционной катушкой" или "катушкой индуктивности".In some examples, the coil(s) are(are) configured to generate, using an alternating magnetic field, to penetrate at least one heating component/element to thereby cause induction heating and/or magnetic hysteresis heating of at least one heating element. component. In such an arrangement, one or each heating component may be referred to as a "susceptor". A coil that is configured to generate by using an alternating magnetic field to penetrate at least one electrically conductive heating component to thereby cause inductive heating of at least one electrically conductive heating component may be referred to as an "induction coil" or "inductor".

Устройство может включать в себя нагревательный(ые) компонент(ы), например, электропроводящий(ие) нагревательный(ые) компонент(ы), и нагревательный(ые) компонент(ы) может быть соответствующим образом расположен или размещен относительно катушки(катушек), чтобы обеспечить такой нагрев нагревательного(ых) компонента(ов). Нагревательный(е) компонент(ы) может находиться в фиксированном положении относительно катушки(катушек). В качестве альтернативы, по меньшей мере один нагревательный компонент, например, по меньшей мере, один электропроводящий нагревательный компонент, может быть включен в изделие для вставки в зону нагрева устройства, при этом изделие также содержит материал, образующий аэрозоль, и может быть удалено с зоны нагрева после использования. В качестве альтернативы и устройство, и такое изделие могут содержать по меньшей мере один соответствующий нагревательный компонент, например, по меньшей мере, один электропроводящий нагревательный компонент, и катушка(катушки) может вызывать нагрев нагревательного компонента(ов) и устройства, и изделия, когда изделие находится в зоне нагрева.The device may include a heating component(s), for example, an electrically conductive heating component(s), and the heating component(s) may be appropriately positioned or positioned relative to the coil(s) to provide such heating of the heating component(s). The heating component(s) may be in a fixed position relative to the coil(s). Alternatively, at least one heating component, such as at least one electrically conductive heating component, may be included in the article for insertion into the heating zone of the device, the article also containing an aerosol generating material and may be removed from the zone. heating after use. Alternatively, both the device and such article may comprise at least one suitable heating element, for example at least one electrically conductive heating element, and the coil(s) may cause heating of the heating element(s) of both device and article when the product is in the heating zone.

В некоторых примерах катушка(катушки) является спиральной. В некоторых примерах катушка(катушки) окружает по меньшей мере часть зоны нагрева устройства, выполненной с возможностью приема материала, образующего аэрозоль. В некоторых примерах катушка(катушки) является спиральной катушкой, которая окружает по меньшей мере часть зоны нагрева. Зона нагрева может представлять собой резервуар, имеющий форму для приема материала, образующего аэрозоль.In some examples, the coil(s) is helical. In some examples, the coil(s) surrounds at least a portion of the heating zone of the device configured to receive the aerosol generating material. In some examples, the coil(s) is a helical coil that surrounds at least a portion of the heating zone. The heating zone may be a reservoir shaped to receive the aerosol generating material.

В некоторых примерах устройство содержит электрически проводящий нагревательный компонент, который по меньшей мере частично окружает зону нагрева, и катушка (катушки) представляет собой спиральную катушку (катушки), которая окружает по меньшей мере часть электрически проводящего нагревательного компонента. В некоторых примерах электропроводящий нагревательный элемент является трубчатым. В некоторых примерах катушка представляет собой катушку индуктивности.In some examples, the device comprises an electrically conductive heating component that at least partially surrounds the heating zone, and the coil(s) is a helical coil(s) that surrounds at least a portion of the electrically conductive heating component. In some examples, the electrically conductive heating element is tubular. In some examples, the coil is an inductor.

На фиг. 1 показан пример устройства 100 предоставления аэрозоля для генерации аэрозоля из вещества/материала, образующего аэрозоль. В общих чертах, устройство 100 можно использовать для нагрева сменного изделия 110, содержащего вещество, образующее аэрозоль, для генерации аэрозоля или другого вдыхаемого вещества, которое вдыхает пользователь устройства 100.In FIG. 1 shows an example of an aerosol providing device 100 for generating an aerosol from an aerosol generating substance/material. In general terms, device 100 can be used to heat a replaceable article 110 containing an aerosol-forming agent to generate an aerosol or other inhalable substance that is inhaled by a user of device 100.

Устройство 100 содержит корпус 102 (в виде внешней крышки), который окружает и вмещает в себя различные компоненты устройства 100. Устройство 100 имеет отверстие 104 на одном конце, через которое изделие 110 может быть вставлено для нагрева нагревательным узлом. При использовании изделие 110 может быть полностью или частично вставлено в нагревательный узел, где оно может быть нагрето одним или несколькими компонентами нагревательного узла.The device 100 includes a housing 102 (in the form of an outer cover) that surrounds and houses the various components of the device 100. The device 100 has an opening 104 at one end through which an article 110 can be inserted for heating by a heating assembly. In use, article 110 may be fully or partially inserted into a heating assembly where it may be heated by one or more components of the heating assembly.

Устройство 100 в этом примере содержит первый концевой элемент 106, который содержит крышку 108, который может перемещаться относительно первого концевого элемента 106, чтобы закрывать отверстие 104, когда изделие 110 отсутствует на месте. На фиг. 1 крышка 108 показана в открытой конфигурации, однако крышка 108 может перейти в закрытую конфигурацию. Например, пользователь может сдвинуть крышку 108 в направлении стрелки "А".The device 100 in this example includes a first end member 106 that includes a cover 108 that can be moved relative to the first end member 106 to close the opening 104 when the article 110 is not in place. In FIG. 1, lid 108 is shown in an open configuration, however, lid 108 may change to a closed configuration. For example, the user may slide cover 108 in the direction of arrow "A".

Устройство 100 также может включать в себя управляемый пользователем элемент 112 управления, такой как кнопка или переключатель, при нажатии на который приводят в действие устройство 100. Например, пользователь может включить устройство 100 с помощью переключателя 112.Device 100 may also include a user-operable control 112, such as a button or switch, that, when pressed, activates device 100. For example, a user may turn on device 100 using switch 112.

Устройство 100 также может содержать электрический компонент, такой как гнездо/порт 114, который может принимать кабель для зарядки батареи устройства 100. Например, гнездо114 может представлять собой порт зарядки, например USB-порт зарядки. В некоторых примерах гнездо 114 может быть использовано в дополнение или в качестве альтернативы к передаче данных между устройством 100 и другим устройством, таким как вычислительное устройство.The device 100 may also include an electrical component, such as a socket/port 114, that can receive a cable to charge the battery of the device 100. For example, socket 114 may be a charging port, such as a USB charging port. In some examples, socket 114 may be used in addition to, or as an alternative to, communication between device 100 and another device, such as a computing device.

На фиг. 2 показано устройство 100, изображенное на фиг. 1, с удаленной внешней крышкой 102. Устройство 100 определяет продольную ось 134.In FIG. 2 shows the device 100 shown in FIG. 1 with the outer cover 102 removed. The device 100 defines the longitudinal axis 134.

Как показано на фиг. 2, первый концевой элемент 106 расположен на одном конце устройства 100, а второй концевой элемент 116 расположен на противоположном конце устройства 100. Первый и второй концевые элементы 106, 116 вместе по меньшей мере частично ограничивают торцевые поверхности устройства 100. Например, нижняя поверхность второго концевого элемента 116 по меньшей мере частично ограничивает нижнюю поверхность устройства 100. Края внешней крышки 102 также могут ограничивать часть торцевых поверхностей. В этом примере крышка 108 также ограничивает часть верхней поверхности устройства 100. На фиг. 2 также показана вторая печатная плата 138, связанная с управляющим элементом 112.As shown in FIG. 2, a first end 106 is located at one end of the device 100 and a second end 116 is located at the opposite end of the device 100. The first and second ends 106, 116 together at least partially define the end surfaces of the device 100. For example, the bottom surface of the second end element 116 at least partially defines the bottom surface of the device 100. The edges of the outer cover 102 may also define part of the end surfaces. In this example, cover 108 also defines a portion of the top surface of device 100. FIG. 2 also shows a second printed circuit board 138 associated with the control element 112.

Конец устройства, ближайший к отверстию 104, может быть известен как проксимальный конец (или конец ближе ко рту) устройства 100, потому что при использовании он находится ближе всего ко рту пользователя. При использовании пользователь вставляет изделие 110 в отверстие 104, задействует пользовательский элемент 112 управления, чтобы начать нагрев материала, образующего аэрозоль, и втягивает аэрозоль, образующийся в устройстве. Это заставляет аэрозоль проходить через устройство 100 по пути потока к проксимальному концу устройства 100.The end of the device closest to opening 104 may be known as the proximal end (or mouth end) of device 100 because it is closest to the user's mouth in use. In use, the user inserts article 110 into opening 104, operates user control 112 to begin heating the aerosol generating material, and draws in the aerosol generated in the device. This causes the aerosol to pass through the device 100 along a flow path to the proximal end of the device 100.

Другой конец устройства, наиболее удаленный от отверстия 104, может быть известен как дистальный конец устройства 100, поскольку при использовании он является наиболее удаленным ото рта пользователя. Когда пользователь втягивает аэрозоль, образующийся в устройстве, аэрозоль проходит от дистального конца устройства 100.The other end of the device furthest from opening 104 may be known as the distal end of device 100 because it is furthest away from the user's mouth in use. When the user draws in the aerosol generated in the device, the aerosol passes from the distal end of the device 100.

Устройство 100 также содержит источник 118 питания. Источник 118 питания может представлять собой, например, батарею, такую как перезаряжаемая батарея или неперезаряжаемая батарея. Примеры подходящих батарей включают в себя, например, литиевую батарею (например, литий-ионную батарею), никелевую батарею (такую как никель-кадмиевая батарея) и щелочную батарею. Батарею электрически соединяют с нагревательным узлом для подачи электроэнергии, когда это необходимо, и под управлением контроллера (не показан) для нагрева материала, образующего аэрозоль. В этом примере батарея соединена с центральной опорой 120, которая удерживает батарею 118 на месте. Источник 118 питания может представлять собой источник 118 постоянного напряжения.The device 100 also contains a power source 118. The power source 118 may be, for example, a battery, such as a rechargeable battery or a non-rechargeable battery. Examples of suitable batteries include, for example, a lithium battery (such as a lithium ion battery), a nickel battery (such as a nickel cadmium battery), and an alkaline battery. The battery is electrically connected to the heating unit to supply electricity when needed and under the control of a controller (not shown) to heat the aerosol-forming material. In this example, the battery is connected to a central support 120 that holds the battery 118 in place. The power supply 118 may be a constant voltage source 118.

Устройство также содержит по меньшей мере один электронный модуль 122. Электронный модуль 122 может содержать, например, печатную плату (PCB). Печатная плата 122 может поддерживать по меньшей мере один контроллер, такой как процессор и память. Печатная плата 122 также может содержать одну или несколько электрических дорожек для электрического соединения между собой различных электронных компонентов устройства 100. Например, клеммы батареи могут быть электрически подключены к печатной плате 122, так что мощность может быть распределена по всему устройству 100. Гнездо 114 также может быть электрически соединено с батареей посредством электрических дорожек.The device also includes at least one electronic module 122. The electronic module 122 may include, for example, a printed circuit board (PCB). Circuit board 122 may support at least one controller such as a processor and memory. Circuit board 122 may also include one or more electrical tracks for electrically interconnecting various electronic components of device 100. For example, battery terminals may be electrically connected to circuit board 122 so that power can be distributed throughout device 100. Socket 114 may also be electrically connected to the battery via electrical tracks.

В примере устройства 100 нагревательный узел представляет собой узел индукционного нагрева и содержит различные компоненты для нагрева материала, образующего аэрозоль, изделия 110 посредством процесса индукционного нагрева. Индукционный нагрев – это процесс нагрева электропроводящего объекта (например, токоприемника) с помощью электромагнитной индукции. Индукционный нагревательный узел может содержать индуктивный элемент, например одну или несколько индукционных катушек, и устройство для пропускания меняющегося электрического тока, например переменного электрического тока, через индуктивный элемент. Меняющийся электрический ток в индуктивном элементе создает изменяющееся магнитное поле. Переменное магнитное поле проникает через токоприемник, расположенный соответствующим образом относительно индуктивного элемента, и создавая вихревые токи внутри токоприемника. Токоприемник обладает электрическим сопротивлением вихревым токам, и, следовательно, поток вихревых токов против этого сопротивления вызывает нагрев токоприемника за счет джоулева нагрева. В случаях, когда токоприемник содержит ферромагнитный материал, такой как железо, никель или кобальт, тепло может также генерироваться потерями на магнитный гистерезис в токоприемнике, то есть изменяющейся ориентацией магнитных диполей в магнитном материале в результате их совмещения с изменяющимся магнитным полем. При индукционном нагреве, по сравнению, например, с нагревом посредством теплопередачи, внутри токоприемника вырабатывается тепло, что обеспечивает быстрый нагрев. Кроме того, нет необходимости в каком-либо физическом контакте между индукционным нагревателем и токоприемником, что обеспечивает большую свободу в конструкции и применении.In the exemplary device 100, the heating assembly is an induction heating assembly and includes various components for heating the aerosol-forming material of article 110 through an induction heating process. Induction heating is the process of heating an electrically conductive object (such as a current collector) using electromagnetic induction. The induction heating assembly may include an inductive element, such as one or more induction coils, and a device for passing a varying electrical current, such as an alternating electrical current, through the inductive element. The changing electric current in an inductive element creates a changing magnetic field. An alternating magnetic field penetrates through a pantograph appropriately positioned relative to the inductive element and creates eddy currents inside the pantograph. The current collector has an electrical resistance to eddy currents, and therefore the flow of eddy currents against this resistance causes heating of the current collector due to Joule heating. In cases where the current collector contains a ferromagnetic material such as iron, nickel or cobalt, heat can also be generated by magnetic hysteresis losses in the current collector, i.e. the changing orientation of the magnetic dipoles in the magnetic material as a result of their alignment with the changing magnetic field. With induction heating, compared to, for example, heating by heat transfer, heat is generated inside the current collector, which ensures rapid heating. In addition, there is no need for any physical contact between the induction heater and the current collector, allowing greater freedom in design and application.

Узел индукционного нагрева примера устройства 100 содержит токоприемную конструкцию 132 (называемую в этом документе "токоприемником"), первую катушку 124 индуктивности и вторую катушку 126 индуктивности. Первая и вторая катушки 204, 206 индуктивности выполнены из электропроводного материала. В этом примере первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности выполнены из обмоточного провода/кабеля, намотанного по спирали для образования спиральных катушек 124, 126 индуктивности. Обмоточный провод состоит из множества отдельных проводов, которые изолированы по отдельности и скручены друг с другом, образуя единый провод. Обмоточные провода предназначены для уменьшения потерь на скин-эффект в проводнике. В примере устройства 100 первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности изготовлены из медного обмоточного провода, имеющего по существу круглое поперечное сечение. В других примерах обмоточный провод может иметь поперечное сечение другой формы, например прямоугольной.The induction heating assembly of an exemplary device 100 includes a current collector structure 132 (referred to herein as a "susceptor"), a first inductor 124, and a second inductor 126. The first and second inductors 204, 206 are made of an electrically conductive material. In this example, the first and second inductors 124, 126 are made of winding wire/cable wound in a helix to form helical inductors 124, 126. The winding wire is made up of many individual wires that are individually insulated and twisted together to form a single wire. Winding wires are designed to reduce skin effect losses in the conductor. In the exemplary device 100, the first and second inductors 124, 126 are made from copper winding wire having a substantially circular cross section. In other examples, the winding wire may have a cross section of another shape, such as a rectangular one.

Первая катушка 124 индуктивности выполнена с возможностью генерации первого переменного магнитного поля для нагревания первого участка токоприемника 132, а вторая катушка индуктивности 126 индуктивности выполнена с возможностью генерации второго переменного магнитного поля для нагревания второго участка токоприемника 132. Здесь первую секцию токоприемника 132 называют первой зоной 132a токоприемника, а вторую секцию токоприемника 132 называют второй зоной 132b токоприемника. В этом примере первая катушка 124 индуктивности примыкает ко второй катушке 126 индуктивности в направлении вдоль продольной оси 134 устройства 100 (то есть первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности не перекрываются). В этом примере токоприемная конструкция 132 содержит один токоприемник, содержащий две зоны, тем не менее, в других примерах токоприемная конструкция 132 может содержать два или несколько токоприемников. Концы 130 первой и второй катушек 124, 126 индуктивности подключены к печатной плате 122.The first inductor 124 is configured to generate a first alternating magnetic field to heat the first section of the pantograph 132, and the second inductor 126 is configured to generate a second alternating magnetic field to heat the second section of the pantograph 132. Here, the first section of the pantograph 132 is called the first pantograph zone 132a , and the second pantograph section 132 is referred to as the second pantograph zone 132b. In this example, the first inductor 124 is adjacent to the second inductor 126 in the direction along the longitudinal axis 134 of the device 100 (ie, the first and second inductors 124, 126 do not overlap). In this example, current collector structure 132 includes one current collector containing two zones, however, in other examples, current collector structure 132 may include two or more current collectors. The ends 130 of the first and second inductors 124, 126 are connected to the circuit board 122.

Понятно, что первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности в некоторых примерах могут иметь, по меньшей мере, одну характеристику, отличающуюся друг от друга. Например, первая катушка 124 индуктивности может иметь, по меньшей мере, одну характеристику, отличную от характеристики второй индукционной катушки 126. Более конкретно, в одном примере первая индукционная катушка 124 может иметь значение индуктивности, отличное от значения индуктивности второй индукционной катушки 126. На фиг. 2 первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности имеют разные длины, так что первая катушка 124 индуктивности намотана на меньшую секцию токоприемника 132, чем вторая катушка 126 индуктивности. Таким образом, первая катушка 124 индуктивности может содержать другое число витков, чем вторая катушка 126 индуктивности (при условии, что расстояние между отдельными витками по существу одинаковое). В еще одном примере первая катушка индуктивности 124 может быть изготовлена из материала, отличного от материала второй индукционной катушки 126. В некоторых примерах первая и вторая индукционные катушки 124, 126 могут быть по существу идентичными.It is understood that the first and second inductors 124, 126 may, in some instances, have at least one characteristic different from each other. For example, first inductor 124 may have at least one different characteristic than second inductor 126. More specifically, in one example, first inductor 124 may have a different inductance than second inductor 126. FIG. . 2, the first and second inductors 124, 126 have different lengths such that the first inductor 124 is wound on a smaller section of the current collector 132 than the second inductor 126. Thus, the first coil 124 may contain a different number of turns than the second coil 126 (provided that the distance between the individual turns is essentially the same). In another example, the first inductor 124 may be made from a different material than the second inductor 126. In some examples, the first and second inductors 124, 126 may be substantially identical.

В этом примере катушки 124, 126 индуктивности намотаны в одном и том же направлении. То есть и первая катушка 124 индуктивности и вторая катушка 126 индуктивности представляют собой левые спирали. В другом примере обе катушки 124. 126 индуктивности могут представлять собой правые спирали. В еще одном примере (не показан) первая катушка 124 индуктивности и вторая катушка 126 индуктивности намотаны в противоположных направлениях. Это может быть полезно, когда катушки индуктивности включают в разное время. Например, сначала может работать первая катушка 124 индуктивности, чтобы нагревать первую секцию изделия 110, а в позднее может работать вторая катушка 126 индуктивности, чтобы нагревать вторую секцию изделия 110. Намотка катушек в противоположных направлениях помогает уменьшить ток, наведенный в неактивной катушке, при использовании в сочетании с определенным типом схемы управления. В одном примере катушки 124, 126 индуктивности намотаны в разных направлениях (не показано), при этом первая катушка 124 индуктивности может представлять собой правую спираль, а вторая катушка 126 индуктивности может представлять собой левую спираль. В другом таком варианте осуществления первая катушка 124 индуктивности может представлять собой левую спираль, а вторая катушка 126 индуктивности может представлять собой правую спираль.In this example, the inductors 124, 126 are wound in the same direction. That is, both the first inductor 124 and the second inductor 126 are left-handed coils. In another example, both inductors 124. 126 may be right handed coils. In yet another example (not shown), the first inductor 124 and the second inductor 126 are wound in opposite directions. This can be useful when the inductors are turned on at different times. For example, the first inductor 124 may be operated first to heat the first section of product 110, and later the second inductor 126 may be operated to heat the second section of product 110. Winding the coils in opposite directions helps to reduce the current induced in the inactive coil when used. combined with a certain type of control scheme. In one example, the inductors 124, 126 are wound in different directions (not shown) where the first inductor 124 may be a right helix and the second inductor 126 may be a left helix. In another such embodiment, the first inductor 124 may be a left-handed helix and the second inductor 126 may be a right-handed helix.

Токоприемник 132 в этом примере является полым и, следовательно, ограничивает емкость, в которую помещают материал, образующий аэрозоль. Например, изделие 110 может быть вставлено в токоприемник 132. В этом примере токоприемник 132 является трубчатым с круглым поперечным сечением.The current collector 132 in this example is hollow and therefore limits the container in which the aerosol generating material is placed. For example, article 110 may be inserted into current collector 132. In this example, current collector 132 is tubular with a circular cross section.

Устройство 100 на фиг. 2 также содержит изолирующий элемент 128, который может быть в целом трубчатым и по меньшей мере частично окружать токоприемник 132. Изолирующий элемент 128 может быть изготовлен из любого изоляционного материала, например из пластика. В этом конкретном примере изолирующий элемент изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK). Изолирующий элемент 128 может помочь изолировать различные компоненты устройства 100 от тепла, выделяемого в токоприемнике 132.Device 100 in FIG. 2 also includes an insulating element 128 which may be generally tubular and at least partially surround the current collector 132. The insulating element 128 may be made from any insulating material such as plastic. In this particular example, the insulating element is made of polyether ether ketone (PEEK). The insulating member 128 can help insulate the various components of the device 100 from the heat generated in the current collector 132.

Изолирующий элемент 128 также может полностью или частично поддерживать первую и вторую катушки индуктивности 124, 126. Например, как показано на фиг. 2, первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности расположены вокруг изолирующего элемента 128 и находятся в контакте с внешней в радиальном направлении поверхностью изолирующего элемента 128. В некоторых примерах изолирующий элемент 128 не упирается в первую и вторую катушки 124, 126 индуктивности. Например, между внешней поверхностью изолирующего элемента 128 и внутренней поверхностью первой и второй катушек 124, 126 индуктивности может быть небольшой промежуток.The insulating member 128 may also fully or partially support the first and second inductors 124, 126. For example, as shown in FIG. 2, first and second inductors 124, 126 are located around insulating element 128 and are in contact with the radially outer surface of insulating element 128. In some examples, insulating element 128 does not abut against first and second inductors 124, 126. For example, there may be a small gap between the outer surface of the insulating member 128 and the inner surface of the first and second inductors 124, 126.

В конкретном примере токоприемник 132, изолирующий элемент 128 и первая и вторая катушки 124, 126 индуктивности лежат на одной центральной продольной оси токоприемника 132.In a particular example, current collector 132, insulating element 128, and first and second inductors 124, 126 lie on the same central longitudinal axis of current collector 132.

На фиг. 3 показан вид сбоку устройства 100 в частичном разрезе. В этом примере внешняя крышка 102 снова отсутствует. Круглая форма поперечного сечения первой и второй катушек 124, 126 индуктивности видна на фиг. 3 более отчетливо.In FIG. 3 shows a side view of the device 100 in partial section. In this example, the outer cover 102 is again missing. The circular cross-sectional shape of the first and second inductors 124, 126 is seen in FIG. 3 more clearly.

Устройство 100 также содержит опору 136, которая входит в зацепление с одним концом токоприемника 132, удерживая токоприемник 132 на месте. Опора 136 соединена со вторым концевым элементом 116.The device 100 also includes a support 136 that engages with one end of the current collector 132 holding the current collector 132 in place. The support 136 is connected to the second end element 116.

Устройство 100 также содержит вторую крышку/колпачок 140 и пружину 142, расположенную по направлению к дистальному концу устройства 100. Пружина 142 позволяет открывать вторую крышку 140 для обеспечения доступа к токоприемнику 132. Например, пользователь может открыть вторую крышку 140, чтобы очистить токоприемник 132 и/или опору 136.The device 100 also includes a second cover/cap 140 and a spring 142 located toward the distal end of the device 100. The spring 142 allows the second cover 140 to be opened to provide access to the current collector 132. For example, a user may open the second cover 140 to clean the current collector 132 and /or support 136.

Устройство 100 также содержит расширительную камеру 144, которая проходит от проксимального конца токоприемника 132 к отверстию 104 устройства. По меньшей мере частично внутри расширительной камеры 144 расположен удерживающий зажим 146, который упирается в изделие 110 и удерживает его в устройстве 100. Расширительная камера 144 соединена с концевым элементом 106.The device 100 also includes an expansion chamber 144 that extends from the proximal end of the current collector 132 to the opening 104 of the device. At least partially within the expansion chamber 144 is a retaining clip 146 that abuts against the product 110 and holds it in the device 100. The expansion chamber 144 is connected to the end member 106.

На фиг. 4 приведено покомпонентное изображение устройства 100, показанного на фиг. 1, снова без внешней крышки 102.In FIG. 4 is an exploded view of the device 100 shown in FIG. 1, again without outer cover 102.

На фиг. 5A показано поперечное сечение части устройства 100, показанного на фиг. 1. На фиг. 5B крупным планом изображена область фиг. 5A. На фиг. 5А и 5В показано изделие 110, помещенное в токоприемник 132, при этом размер изделия 110 такой, что внешняя поверхность изделия 110 примыкает к внутренней поверхности токоприемника 132. Это обеспечивает наиболее эффективный нагрев. Изделие 110 этого примера содержит материал 110a, генерирующий аэрозоль. Материал 110a, генерирующий аэрозоль, расположен внутри токоприемника 132. Изделие 110 также может содержать другие компоненты, такие как фильтр, оберточные материалы и/или охлаждающую конструкцию.In FIG. 5A shows a cross section of a portion of the device 100 shown in FIG. 1. In FIG. 5B is a close-up view of the area of FIG. 5A. In FIG. 5A and 5B show an article 110 placed in a current collector 132, with the article 110 sized such that the outer surface of the article 110 abuts the inner surface of the current collector 132. This provides the most efficient heating. The article 110 of this example contains an aerosol generating material 110a. Aerosol generating material 110a is disposed within current collector 132. Article 110 may also include other components such as a filter, wrapping materials, and/or a cooling structure.

На фиг. 5В показано, что внешняя поверхность токоприемника 132 отстоит от внутренней поверхности катушек 124, 126 индуктивности на расстояние 150, измеренное в направлении, перпендикулярном продольной оси 158 токоприемника 132. В одном конкретном примере расстояние 150 составляет от примерно 3 мм до 4 мм, от примерно 3 мм до 3,5 мм или примерно 3,25 мм.In FIG. 5B shows that the outer surface of the current collector 132 is separated from the inner surface of the inductors 124, 126 by a distance 150, measured in a direction perpendicular to the longitudinal axis 158 of the current collector 132. In one particular example, the distance 150 is from about 3 mm to 4 mm, from about 3 mm to 3.5 mm or approximately 3.25 mm.

На фиг. 5В также показано, что внешняя поверхность изолирующего элемента 128 отстоит от внутренней поверхности катушек 124, 126 индуктивности на расстояние 152, измеренное в направлении, перпендикулярном продольной оси 158 токоприемника 132. В одном конкретном примере расстояние 152 составляет примерно 0,05 мм. В другом примере расстояние 152 составляет по существу 0 мм, так что катушки 124, 126 индуктивности упираются в изолирующий элемент 128 и касаются его.In FIG. 5B also shows that the outer surface of the insulating member 128 is separated from the inner surface of the inductors 124, 126 by a distance 152, measured in a direction perpendicular to the longitudinal axis 158 of the current collector 132. In one particular example, the distance 152 is approximately 0.05 mm. In another example, distance 152 is substantially 0 mm so that inductors 124, 126 abut against and touch insulating member 128.

В одном примере токоприемник 132 имеет толщину 154 стенки от примерно 0,025 мм до 1 мм или примерно 0,05 мм.In one example, current collector 132 has a wall thickness 154 of about 0.025 mm to 1 mm, or about 0.05 mm.

В одном примере токоприемник 132 имеет длину от примерно 40 мм до 60 мм, от примерно 40 до 45 мм или примерно 44,5 мм.In one example, current collector 132 has a length of about 40 mm to 60 mm, about 40 to 45 mm, or about 44.5 mm.

В одном примере изолирующий элемент 128 имеет толщину 156 стенки от примерно 0,25 мм до 2 мм, от 0,25 мм до 1 мм или примерно 0,5 мм.In one example, the insulating member 128 has a wall thickness 156 of about 0.25 mm to 2 mm, 0.25 mm to 1 mm, or about 0.5 mm.

Как обсуждалось выше, нагревательный узел в примере устройства 100 представляет собой узел индукционного нагрева, содержащий различные компоненты для нагрева материала, образующего аэрозоль, изделия 110 посредством процесса индукционного нагрева. В частности, первую катушку 124 индуктивности и вторую катушку 126 индуктивности используют для нагрева соответствующей первой 132a и второй 132b зоны токоприемника 132, чтобы нагреть материал, образующий аэрозоль, и получить аэрозоль. Ниже со ссылкой на фиг. 6-12 будет подробно описана работа устройства 100 при использовании первой и второй катушек 124, 126 индуктивности для индукционного нагрева токоприемной конструкции 132.As discussed above, the heating assembly in the exemplary apparatus 100 is an induction heating assembly containing various components for heating the aerosol forming material of article 110 through an induction heating process. Specifically, the first inductor 124 and the second inductor 126 are used to heat the respective first 132a and second 132b zones of the current collector 132 to heat the aerosol-forming material and obtain an aerosol. Below with reference to FIG. 6-12 will describe in detail the operation of the device 100 using the first and second inductors 124, 126 to inductively heat the current-collecting structure 132.

Узел индукционного нагрева устройства 100 содержит LC-цепь. LC-цепь имеет индуктивность L, обеспечиваемую индуктивным элементом, и емкость C, обеспечиваемую конденсатором. В устройстве 100 индуктивность L обеспечивают первой и второй катушками 124, 126 индуктивности, а емкость C обеспечивают несколькими конденсаторами, как будет описано ниже. Цепь индукционного нагревателя, содержащая индуктивность L и емкость C, в некоторых случаях может быть представлена в виде RLC-цепи, содержащей сопротивление R, обеспечиваемое резистором. В некоторых случаях сопротивление обеспечивают омическим сопротивлением частей цепи, соединяющих индуктивный элемент и конденсатор, и, следовательно, цепь не обязательно должна включать в себя резистор как таковой. В таких цепях может наблюдаться электрический резонанс, который возникает на определенной резонансной частоте, когда мнимые части импедансов или полная проводимость элементов цепи компенсируют друг друга.The induction heating assembly of device 100 includes an LC circuit. An LC circuit has an inductance L provided by an inductive element and a capacitance C provided by a capacitor. In the device 100, the inductance L is provided by the first and second inductors 124, 126, and the capacitance C is provided by several capacitors, as will be described below. An induction heater circuit containing an inductance L and a capacitance C can in some cases be represented as an RLC circuit containing a resistance R provided by a resistor. In some cases, the resistance is provided by the ohmic resistance of the parts of the circuit connecting the inductive element and the capacitor, and therefore the circuit need not include a resistor as such. In such circuits, electrical resonance can be observed, which occurs at a certain resonant frequency, when the imaginary parts of the impedances or the admittance of the circuit elements cancel each other out.

Одним из примеров LC-цепи является последовательная цепь, в которой индуктивный элемент и конденсатор соединены последовательно. Другой пример LC-цепи – это параллельная LC-цепь, в которой индуктивный элемент и конденсатор соединены параллельно. Резонанс возникает в LC-цепи, потому что коллапсирующее магнитное поле индуктивного элемента генерирует электрический ток в его обмотках, который заряжает конденсатор, в то время как разряжающийся конденсатор обеспечивает электрический ток, который создает магнитное поле в индуктивном элементе. Когда параллельную LC-цепь приводят в действие на резонансной частоте, динамический импеданс цепи является максимальным (поскольку реактивное сопротивление индуктивного элемента равно реактивному сопротивлению конденсатора), а ток в цепи минимален. Однако для параллельной LC-цепи параллельно соединенные индуктивный элемент и конденсатор действуют как умножитель тока (эффективно умножая ток в контуре и, следовательно, ток, проходящий через индуктивный элемент). Таким образом, если допустить работу RLC- или LC-цепи на резонансной частоте в течение по меньшей мере некоторого времени, когда цепь работает для нагрева токоприемника, то можно обеспечить эффективный и/или действенный индукционный нагрев за счет обеспечения наибольшего значения магнитного поля, проникающего в токоприемник.One example of an LC circuit is a series circuit in which an inductive element and a capacitor are connected in series. Another example of an LC circuit is a parallel LC circuit in which an inductive element and a capacitor are connected in parallel. Resonance occurs in an LC circuit because the collapsing magnetic field of an inductive element generates an electric current in its windings, which charges the capacitor, while the discharging capacitor provides an electric current, which creates a magnetic field in the inductive element. When a parallel LC circuit is driven at the resonant frequency, the dynamic impedance of the circuit is maximum (since the reactance of the inductive element is equal to that of the capacitor) and the current in the circuit is minimum. However, for a parallel LC circuit, an inductive element and a capacitor connected in parallel act as a current multiplier (effectively multiplying the current in the loop and hence the current through the inductive element). Thus, if the RLC or LC circuit is allowed to operate at the resonant frequency for at least some of the time while the circuit is operating to heat the pantograph, efficient and/or efficient induction heating can be achieved by providing the highest value of the magnetic field penetrating the pantograph.

В LC-цепи, используемой в устройстве 100 для нагрева токоприемника 132, могут использовать один или несколько транзисторов, выступающих в качестве переключающего устройства, как будет описано ниже. Транзистор – это полупроводниковое устройство для переключения электронных сигналов. Транзистор обычно содержит по меньшей мере три вывода для подключения к электронной схеме. Полевой транзистор (FET) – это транзистор, в котором влияние приложенного электрического поля можно использовать для изменения эффективной проводимости транзистора. Полевой транзистор может содержать корпус, вывод S истока, вывод D стока и вывод G затвора. Полевой транзистор содержит активный канал, содержащий полупроводник, через который носители заряда, электроны или дырки, могут течь между истоком S и стоком D. Проводимость канала, то есть проводимость между стоком D и истоком S, является функцией разности потенциалов между выводами затвора G и истока S, например, создаваемой потенциалом, приложенным к выводу G затвора. В полевых транзисторах, работающих в режиме обогащения, полевой транзистор может быть выключен (т.е. по существу предотвращать прохождение тока через него), когда имеется по существу нулевое напряжение между затвором G и истоком S, и может быть включен (то есть по существу позволять току проходить через него), когда имеется существенно ненулевое напряжение между затвором G и истоком S.The LC circuit used in device 100 to heat current collector 132 may use one or more transistors to act as a switching device, as will be described below. A transistor is a semiconductor device for switching electronic signals. A transistor usually contains at least three leads for connection to an electronic circuit. A field effect transistor (FET) is a transistor in which the influence of an applied electric field can be used to change the effective conductance of the transistor. The FET may include a body, a source terminal S, a drain terminal D, and a gate terminal G. The FET contains an active channel containing a semiconductor through which charge carriers, electrons or holes, can flow between the source S and the drain D. The conductance of the channel, i.e. the conductance between the drain D and the source S, is a function of the potential difference between the gate terminals G and the source S, for example, generated by the potential applied to the terminal G of the gate. In enrichment mode FETs, the FET may be turned off (i.e. substantially prevent current from flowing through it) when there is essentially zero voltage between the gate G and source S, and may be turned on (i.e. essentially allow current to flow through it) when there is a substantially non-zero voltage between the gate G and the source S.

Один тип транзистора, который может быть использован в схеме устройства 100, представляет собой n-канальный (или n-тип) полевой транзистор (n-FET). n-канальный полевой транзистор представляет собой полевой транзистор, канал которого состоит из полупроводника n-типа, в котором электроны являются основными носителями, а дырки – неосновными носителями. Например, полупроводники n-типа могут содержать собственный полупроводник (такой как, например, кремний), легированный донорными примесями (такими как, например, фосфор). В n-канальных полевых транзисторах вывод D стока находится под более высоким потенциалом, чем вывод S истока (т.е. имеется положительное напряжение сток-исток или, другими словами, отрицательное напряжение исток-сток). Чтобы включить n-канальный полевой транзистор (то есть позволить току проходить через него), на вывод G затвора подают переключающий потенциал, который выше, чем потенциал на выводе S истока.One type of transistor that may be used in the circuitry of device 100 is an n-channel (or n-type) field-effect transistor (n-FET). An n-channel FET is a FET whose channel consists of an n-type semiconductor in which electrons are majority carriers and holes are minority carriers. For example, n-type semiconductors may contain an intrinsic semiconductor (such as, for example, silicon) doped with donor impurities (such as, for example, phosphorus). In n-channel FETs, the drain terminal D is at a higher potential than the source terminal S (ie, there is a positive drain-to-source voltage, or in other words, a negative source-to-drain voltage). In order to turn on the n-channel FET (ie, allow current to flow through it), a switching potential is applied to the gate terminal G which is higher than the potential at the source terminal S.

Другой тип транзистора, который может быть использован в устройстве 100, представляет собой p-канальный (или p-тип) полевой транзистор (p-FET). p-канальный полевой транзистор представляет собой полевой транзистор, канал которого состоит из полупроводника p-типа, в котором дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными носителями. Например, полупроводники p-типа могут содержать собственный полупроводник (такой как, например, кремний), легированный акцепторными примесями (такими как, например, бор). В p-канальных полевых транзисторах вывод S истока находится под более высоким потенциалом, чем вывод D стока (т.е. имеется напряжение отрицательное сток-исток или, другими словами, положительное напряжение исток-сток). Чтобы включить p-канальный полевой транзистор (то есть позволить току проходить через него), на вывод G затвора подают переключающий потенциал, который ниже, чем потенциал на выводе S истока (и который может быть, например, выше, чем потенциал на выводе D стока).Another type of transistor that can be used in device 100 is a p-channel (or p-type) field effect transistor (p-FET). A p-channel FET is a FET whose channel consists of a p-type semiconductor in which holes are majority carriers and electrons are minority carriers. For example, p-type semiconductors may contain an intrinsic semiconductor (such as, for example, silicon) doped with acceptor impurities (such as, for example, boron). In p-channel FETs, the source terminal S is at a higher potential than the drain terminal D (ie, there is a negative drain-to-source voltage, or in other words, a positive source-to-drain voltage). To turn on the p-channel FET (i.e., allow current to flow through it), a switching potential is applied to the gate terminal G which is lower than the potential at the source terminal S (and which may be, for example, higher than the potential at the drain terminal D ).

В примерах один или несколько полевых транзисторов, используемых в устройстве 100, могут представлять собой полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET, МОП-транзистор). МОП-транзистор представляет собой полевой транзистор, вывод G затвора которого электрически изолирован от полупроводникового канала изолирующим слоем. В некоторых примерах вывод G затвора может быть металлическим, а изолирующий слой может быть оксидом (таким как, например, диоксид кремния), отсюда в названии "металл-оксид-полупроводник". Однако в других примерах затвор может быть изготовлен из материалов, отличных от металла, таких как поликремний, и/или изолирующий слой может быть выполнен из материалов, отличных от оксида, например, других диэлектрических материалов. Такие устройства, тем не менее, обычно называют полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET), и надо понимать, что используемый здесь термин полевые транзисторы или МОП-транзисторы следует интерпретировать как включающий в себя такие устройства.In examples, one or more FETs used in device 100 may be metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). The MOSFET is a field-effect transistor whose gate terminal G is electrically isolated from the semiconductor channel by an insulating layer. In some examples, the gate terminal G may be metallic and the insulating layer may be an oxide (such as, for example, silicon dioxide), hence the name "metal-oxide-semiconductor". However, in other examples, the gate may be made from materials other than metal, such as polysilicon, and/or the insulating layer may be made from materials other than oxide, such as other dielectric materials. Such devices are, however, commonly referred to as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), and it is to be understood that the term field-effect transistors or MOSFETs as used herein should be interpreted to include such devices.

МОП-транзистор может представлять собой n-канальный МОП-транзистор (или транзистор n-типа), где полупроводник n-типа. n-канальный МОП-транзистор (n-MOSFET, МОП-транзистор n-типа) может работать так же, как описано выше для n-канального полевого транзистора. В качестве другого примера, МОП-транзистор может представлять собой p-канальный МОП-транзистор (или транзистор p-типа), где полупроводник p-типа. p-канальный МОП-транзистор (p-MOSFET, МОП-транзистор p-типа) может работать так же, как описано выше для p-канального полевого транзистора. МОП-транзистор n-типа обычно имеет более низкое сопротивление исток-сток, чем МОП-транзистор p-типа. Следовательно, во включенном состоянии (т.е. когда через него проходит ток) МОП-транзисторы n-типа выделяют меньше тепла по сравнению c МОП-транзисторами p-типа, и, следовательно, могут тратить меньше энергии при работе, чем МОП-транзисторы p-типа. Кроме того, МОП-транзисторы n-типа обычно имеют более короткое время переключения (т.е. характеристическое время отклика от изменения переключающего потенциала, подаваемого на вывод G затвора, до переключения прохождения тока через МОП-транзистор) по сравнению с МОП-транзисторами р-типа. Это может позволить повысить скорость переключения и улучшить управление переключением.The MOSFET may be an n-channel MOSFET (or n-type transistor), where the semiconductor is n-type. An n-channel MOSFET (n-MOSFET, n-type MOSFET) can work in the same way as described above for an n-channel FET. As another example, the MOSFET may be a p-channel MOSFET (or p-type transistor), where the semiconductor is p-type. A p-channel MOSFET (p-MOSFET, p-type MOSFET) can work in the same way as described above for a p-channel FET. An n-type MOSFET typically has a lower source-to-drain resistance than a p-type MOSFET. Therefore, when on (i.e. when current is flowing through it), n-type MOSFETs generate less heat compared to p-type MOSFETs, and therefore can consume less power in operation than MOSFETs. p-type. In addition, n-type MOSFETs generally have a shorter switching time (i.e., the characteristic response time from a change in the switching potential applied to the gate G terminal to switching the current flow through the MOSFET) compared to p-type MOSFETs. -type. This can improve the switching speed and improve the switching control.

Теперь со ссылкой на фиг. 6 будет описана цепь для индукционного нагрева устройством 100. На фиг. 6 показано упрощенное схематическое изображение части цепи 600 индукционного нагрева устройства 100 генерации аэрозоля. На фиг. 6 показана часть цепи 600 индукционного нагрева, которая содержит первую катушку 124 индуктивности для нагрева первой зоны 132a токоприемника, когда через первую катушку 124 индуктивности протекает переменный ток. Первая зона 132а токоприемника представлена на фиг. 6 как имеющая индуктивный элемент и резистивный элемент, чтобы показать, как токоприемник 132 индуктивно соединен с первой катушкой 124 индуктивности и нагревается за счет генерации вихревых токов. Следует отметить, что устройство 100 также содержит вторую катушку 126 индуктивности, которая не показана на фиг. 6. Вторая катушка 126 индуктивности также является частью цепи 600 индукционного нагрева, и ею управляют так, чтобы нагревать вторую зону 132b токоприемника, как будет описано ниже. Однако для ясности цепь 600 сначала будет описана со ссылкой на признаки, которые показаны на фиг. 6.Now with reference to FIG. 6, a circuit for induction heating by device 100 will be described. In FIG. 6 shows a simplified schematic representation of a portion of the induction heating circuit 600 of the aerosol generating device 100. In FIG. 6 shows a portion of an inductive heating circuit 600 that includes a first inductor 124 for heating the first pantograph zone 132a when alternating current flows through the first inductor 124. The first pantograph zone 132a is shown in FIG. 6 as having an inductive element and a resistive element to show how the current collector 132 is inductively connected to the first inductor 124 and heated by the generation of eddy currents. It should be noted that device 100 also includes a second inductor 126, which is not shown in FIG. 6. The second inductor 126 is also part of the induction heating circuit 600 and is controlled to heat the second pantograph area 132b as will be described below. However, for the sake of clarity, circuit 600 will first be described with reference to features as shown in FIG. 6.

Цепь 600 содержит первую секцию 601 резонатора, источник 118 постоянного напряжения для подачи постоянного напряжения на первую секцию 601 резонатора, а также устройство управления для управления цепью 600. Первая секция 601 резонатора содержит первую катушку 124 индуктивности и переключающее устройство, содержащее первый полевой транзистор 608, и устройство управления выполнено с возможностью переключения полевого транзистора 608 между первым состоянием и вторым состоянием в ответ на напряжение, обнаруженное в цепи 600, как будет более подробно описано ниже, для приведения в действие первой катушки 124 индуктивности. Цепь 600, за исключением токоприемника 132, расположена на печатной плате 122 устройства 100, при этом катушка 124 индуктивности соединена с печатной платой 122 на первом конце 130а и втором конце 130b.The circuit 600 includes a first resonator section 601, a constant voltage source 118 for supplying a constant voltage to the first resonator section 601, and a control device for driving the circuit 600. The first resonator section 601 includes a first inductor 124 and a switching device containing a first field-effect transistor 608, and the control device is configured to switch the FET 608 between the first state and the second state in response to the voltage detected in the circuit 600, as will be described in more detail below, to drive the first inductor 124. The circuit 600, except for the current collector 132, is located on the printed circuit board 122 of the device 100, while the inductor 124 is connected to the printed circuit board 122 at the first end 130a and the second end 130b.

Первая секция 601 резонатора содержит первый конденсатор 606 и второй конденсатор 610, причем оба расположены параллельно первой катушке 124 индуктивности, так что, когда первой секции 601 резонатора позволяют резонировать, переменный ток течет между первым конденсатором 606 и вторым конденсатором 610 и через катушку 124 индуктивности. Как упомянуто выше, первый полевой транзистор 608, в этом примере n-канальный полевой МОП-транзистор, выполнен с возможностью работы в качестве переключающего устройства в первой секции 601 резонатора.The first resonator section 601 includes a first capacitor 606 and a second capacitor 610, both arranged in parallel with the first inductor 124 such that when the first resonator section 601 is allowed to resonate, an alternating current flows between the first capacitor 606 and the second capacitor 610 and through the inductor 124. As mentioned above, the first FET 608, in this example an n-channel MOSFET, is configured to operate as a switching device in the first resonator section 601.

Следует отметить, что в других примерах секция 601 резонатора может содержать только один конденсатор, например, на месте первого конденсатора 606 или на месте второго конденсатора 610. В других примерах секция 601 резонатора может содержать любое другое количество конденсаторов, например три или несколько конденсаторов. Например, первый конденсатор 606 и/или второй конденсатор 610 могут быть заменены двумя или несколькими конденсаторами, расположенными параллельно друг другу. Как будет хорошо понятно, секция 601 резонатора имеет резонансную частоту, которая зависит от индуктивности L и емкости C секции 601 резонатора. Количество, тип и расположение конденсаторов в секции 601 резонатора может быть выбрано на основе уровней мощности, которые должны быть использованы в цепи 600, и требуемой частоты работы цепи 600. Например, следует понимать, что отдельные конденсаторы и расположение упомянутых конденсаторов можно рассматривать как имеющие эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), а также предел способности упомянутых конденсаторов выдерживать ток. Такие признаки могут быть приняты во внимание при определении расположения конденсаторов для обеспечения емкости в секции 601 резонатора. Например, в зависимости от требуемых уровней мощности и частоты работы может быть преимуществом наличие нескольких конденсаторов, включенных параллельно, для обеспечения более высокой емкости или более низкого ESR. В этом примере первый и второй конденсаторы 606, 610 представляют собой керамические конденсаторы C0G, каждый из которых имеет емкость около 100 нФ. В других примерах используют конденсатор и/или конденсаторы других типов с другими значениями емкости, например конденсаторы с разными значениями емкости могут быть использованы в соответствии с соображениями, изложенными в этом параграфе.It should be noted that in other examples, resonator section 601 may contain only one capacitor, such as in place of first capacitor 606 or in place of second capacitor 610. In other examples, resonator section 601 may contain any other number of capacitors, such as three or more capacitors. For example, the first capacitor 606 and/or the second capacitor 610 may be replaced by two or more capacitors in parallel with each other. As will be well understood, the resonator section 601 has a resonant frequency that depends on the inductance L and capacitance C of the resonator section 601. The number, type, and arrangement of capacitors in resonator section 601 may be selected based on the power levels to be used in circuit 600 and the desired frequency of circuit 600 operation. series resistance (ESR), as well as the limit of the ability of said capacitors to withstand current. Such features can be taken into account when determining the location of the capacitors to provide capacitance in the resonator section 601. For example, depending on the required power levels and frequency of operation, it may be advantageous to have multiple capacitors connected in parallel to provide higher capacitance or lower ESR. In this example, the first and second capacitors 606, 610 are C0G ceramic capacitors each having a capacitance of about 100 nF. In other examples, a capacitor and/or other types of capacitors with different capacitance values are used, for example, capacitors with different capacitance values may be used in accordance with the considerations set forth in this paragraph.

На первую секцию 601 резонатора подают постоянное напряжение от источника 118 постоянного напряжения, которое, например, как описано выше, является напряжением, подаваемым батареей. Как показано на фиг. 6, источник 118 постоянного напряжения содержит положительный вывод 118a и отрицательный вывод 118b. В одном примере источник 118 постоянного напряжения подает постоянное напряжение около 4,2 В на первую секцию 601 резонатора. В других примерах источник 118 постоянного напряжения может подавать, например, напряжение от 2 до 10 В или примерно от 3 до 5 В.The first resonator section 601 is supplied with a constant voltage from a constant voltage source 118, which, for example, as described above, is the voltage supplied by the battery. As shown in FIG. 6, DC voltage source 118 includes a positive terminal 118a and a negative terminal 118b. In one example, a DC voltage source 118 supplies a DC voltage of about 4.2 V to the first resonator section 601. In other examples, DC voltage source 118 may supply, for example, 2 to 10 V, or about 3 to 5 V.

Контроллер 1001 выполнен с возможностью управления работой цепи 600. Контроллер 1001 может содержать микроконтроллер, например микропроцессор (MPU), содержащий несколько входов и выходов. В одном примере контроллер 1001 представляет собой MPU модели STM32L051C8T6. В некоторых примерах на источник 118 постоянного напряжения, выполненный в цепи 600, подают выход от контроллера 1001, который сам получает питание от батареи или другого источника питания.Controller 1001 is configured to control the operation of circuit 600. Controller 1001 may include a microcontroller, such as a microprocessor unit (MPU), having multiple inputs and outputs. In one example, controller 1001 is an MPU model STM32L051C8T6. In some examples, DC voltage source 118 provided in circuit 600 is output from controller 1001, which is itself powered by a battery or other power source.

Положительный вывод 118a источника 118 постоянного напряжения электрически соединен с первым узлом 600A. В примере источник 118 постоянного напряжения подключен к узлу 600A через контроллер 1001, который получает питание от источника 118 постоянного напряжения и подает напряжение, подаваемое источником постоянного напряжения, на компоненты устройства, включая цепь 600. Первый узел 600A электрически соединен с первым концом 606a первого конденсатора 606 и с первым концом 130a первого индуктора 124. Второй конец 130b первого индуктора 124 электрически соединен со вторым узлом 600B, который на фиг. 6 представлен в двух электрически эквивалентных точках на принципиальной схеме. Второй узел 600B электрически соединен с выводом 608D стока полевого транзистора 608. В этом примере второй узел 600B также электрически соединен с первым концом 610a второго конденсатора 610. Продолжая обход схемы, вывод 608S истока первого полевого транзистора 608 электрически соединен с третьим узлом 600C. Третий узел 600C электрически соединен с землей 616 и в этом примере со вторым концом 610b второго конденсатора 610. Третий узел 600C электрически соединен через чувствительный к току резистор 615 с четвертым узлом 600D, а четвертый узел 600D электрически подключен к отрицательному выводу 118b источника 118 напряжения постоянного тока, который, как и положительный вывод, в примере подают через контроллер 1001.The positive terminal 118a of the DC voltage source 118 is electrically connected to the first node 600A. In the example, a DC voltage source 118 is connected to a node 600A via a controller 1001 which receives power from the DC voltage source 118 and applies the voltage supplied by the DC voltage source to the components of the device, including circuit 600. The first node 600A is electrically connected to the first end 606a of the first capacitor. 606 and with the first end 130a of the first inductor 124. The second end 130b of the first inductor 124 is electrically connected to the second node 600B, which in FIG. 6 is represented at two electrically equivalent points in the circuit diagram. The second node 600B is electrically connected to the drain terminal 608D of the FET 608. In this example, the second node 600B is also electrically connected to the first end 610a of the second capacitor 610. Continuing to bypass the circuit, the source terminal 608S of the first FET 608 is electrically connected to the third node 600C. The third node 600C is electrically connected to ground 616 and, in this example, the second end 610b of the second capacitor 610. The third node 600C is electrically connected via a current-sensing resistor 615 to the fourth node 600D, and the fourth node 600D is electrically connected to the negative terminal 118b of the DC voltage source 118 current, which, like the positive terminal, is supplied through the controller 1001 in the example.

Следует отметить, что в примерах, где второй конденсатор 610 отсутствует, третий узел 600C может иметь только три электрических соединения: с первым выводом 608S истока на полевом транзисторе, с землей 616 и с чувствительным к току резистором 615.It should be noted that in examples where the second capacitor 610 is not present, the third node 600C may have only three electrical connections: to the FET's first source terminal 608S, to ground 616, and to the current-sensing resistor 615.

Как упомянуто выше, первый полевой транзистор 608 выступает в качестве переключающего устройства в первой секции 601 резонатора. Первый полевой транзистор 608 может находиться в первом состоянии, то есть в состоянии "ВКЛ", и втором состоянии, то есть состоянии "ВЫКЛ". Как понятно специалистам в области техники, если полевой транзистор с каналом n-типа находится в состоянии "ВЫКЛ" (т.е. когда соответствующее управляющее напряжение не подано на его затвор), то он фактически выступает в качестве диода. На фиг. 6 функциональность диода, которую демонстрирует первый полевой транзистор 608 в выключенном состоянии, представлена первым диодом 608a. То есть, когда полевой транзистор 608 находится в выключенном состоянии, работает первый диод 608a, в значительной степени предотвращая протекание тока от вывода 608D стока к выводу 608S истока, но позволяет току течь от вывода 608S истока к выводу 608D стока, если диод 608a соответственно является прямосмещенным. n-канальный полевой транзистор находится во включенном состоянии, когда на его затвор подают соответствующее управляющее напряжение, так что между его стоком D и истоком S имеется токопроводящий путь. Таким образом, когда первый полевой транзистор 608 находится во включенном состоянии, он действует как замкнутый переключатель в первой секции 601 резонатора.As mentioned above, the first FET 608 acts as a switching device in the first cavity section 601. The first FET 608 may be in a first state, ie, an "ON" state, and a second state, ie, an "OFF" state. As will be understood by those skilled in the art, if an n-channel FET is in the "OFF" state (ie, when an appropriate control voltage is not applied to its gate), then it is effectively acting as a diode. In FIG. 6, the diode functionality exhibited by the first FET 608 in the off state is represented by the first diode 608a. That is, when the FET 608 is in the off state, the first diode 608a operates, largely preventing current from flowing from the drain terminal 608D to the source terminal 608S, but allowing current to flow from the source terminal 608S to the drain terminal 608D, if the diode 608a is respectively forward-biased. An n-channel FET is in the on state when an appropriate control voltage is applied to its gate, so that there is a conductive path between its drain D and source S. Thus, when the first FET 608 is in the on state, it acts as a closed switch in the first resonator section 601.

Как упомянуто выше, можно рассматривать цепь 600 как содержащую первую секцию 601 резонатора и дополнительное устройство управления. Устройство управления содержит компаратор 618, детектор 621 нулевого напряжения и триггер 622 и выполнено с возможностью обнаружения напряжения в первой секции 601 резонатора и управления первым полевым транзистором 608 в ответ на обнаруженное напряжение. Теперь будет более подробно описано это управление первым полевым транзистором 608 с помощью устройства управления.As mentioned above, the circuit 600 can be considered to include the first resonator section 601 and an additional control device. The control device includes a comparator 618, a zero voltage detector 621, and a flip-flop 622 and is configured to detect voltage in the first resonator section 601 and control the first FET 608 in response to the detected voltage. This control of the first FET 608 by the control device will now be described in more detail.

Во втором узле 600B электрически подключен детектор 621 нулевого напряжения, который выполнен с возможностью детектирования напряжения, то есть напряжения равного или близкого к 0 В относительно напряжения заземления, в точке в цепи 600, к которой подключен детектор 621 нулевого напряжения. Детектор 621 нулевого напряжения выполнен с возможностью вывода сигнала для управления переключением состояния полевого транзистора 608. То есть детектор 621 нулевого напряжения выполнен с возможностью вывода сигнала на триггер 622. Триггер 622 представляет собой электрическую цепь, которую можно настраивать между двумя стабильными состояниями. Триггер 622 электрически соединен с первым драйвером 623 затвора, который выполнен с возможностью подачи напряжения на первый вывод 608G затвора на полевом транзисторе в зависимости от состояния триггера. То есть, первый драйвер 623 затвора выполнен с возможностью подачи соответствующего напряжения на первый вывод 608G затвора полевого транзистора для переключения полевого транзистора 608 в состояние ВКЛ, когда триггер находится в одном состоянии, но выполнен так, чтобы не подавать соответствующее напряжение для поддержания полевого транзистора 608 во включенном состоянии, когда триггер 622 находится в другом состоянии. Например, первый драйвер 623 затвора может быть выполнен с возможностью подачи соответствующего напряжения затвор-исток на первый затвор 608G полевого транзистора для включения полевого транзистора 608, когда триггер 622 находится в состоянии "1", и первый драйвер 623 затвора может быть выполнен с возможностью не подавать напряжение затвор-исток, когда триггер 622 находится в состоянии "0". Таким образом, состояние триггерного средства 622 управляет включением или выключением первого полевого транзистора 608.At the second node 600B, a zero voltage detector 621 is electrically connected, which is configured to detect a voltage, that is, a voltage equal to or close to 0 V relative to the ground voltage, at a point in the circuit 600 to which the zero voltage detector 621 is connected. The zero voltage detector 621 is configured to output a signal to control the switching of the state of the FET 608. That is, the zero voltage detector 621 is configured to output a signal to the flip-flop 622. The flip-flop 622 is an electrical circuit that can be tuned between two stable states. The flip-flop 622 is electrically coupled to the first gate driver 623, which is configured to supply voltage to the first FET gate terminal 608G depending on the state of the flip-flop. That is, the first gate driver 623 is configured to apply an appropriate voltage to the first gate terminal 608G of the FET to turn the FET 608 ON when the flip-flop is in one state, but is configured not to apply an appropriate voltage to maintain the FET 608 in the on state when the flip-flop 622 is in another state. For example, the first gate driver 623 may be configured to supply an appropriate gate-to-source voltage to the first FET gate 608G to turn on the FET 608 when the flip-flop 622 is in a "1" state, and the first gate driver 623 may be configured to not apply a gate-source voltage when the flip-flop 622 is in the "0" state. Thus, the state of the trigger means 622 controls the on or off of the first FET 608.

В этом примере детектор 621 нулевого напряжения и первый драйвер 623 затвора устройства управления выполнены с возможностью приема соответствующих сигналов 1011, 1021 от контроллера 1001, с помощью которых контроллер 1001 может инициировать и управлять работой цепи 600, как будет подробнее описано ниже.In this example, the zero voltage detector 621 and the first controller gate driver 623 are configured to receive respective signals 1011, 1021 from the controller 1001, with which the controller 1001 can initiate and control the operation of the circuit 600, as will be described in more detail below.

В четвертом узле 600D электрически подключена линия 619 управляющего напряжения. Линия 619 управляющего напряжения электрически соединена с пятым узлом 600E через резистор 617a, а пятый узел 600E электрически соединен с компаратором 618 напряжения, в дальнейшем называемым компаратором 618. Пятый узел 600E электрически подключен к положительному выводу компаратора 618. Отрицательный вывод компаратора 618 соединен с землей 616. В этом примере компаратор 618 выполнен с возможностью вывода сигнала на основе сравнения напряжения в пятом узле 600E с напряжением земли. Выходной сигнал компаратора 618 отправляют на триггер 622. Управляющее напряжение 1031 подают в этом примере от контроллера 1001 на линию 619 управляющего напряжения через второй резистор 617b.In the fourth node 600D, the control voltage line 619 is electrically connected. The control voltage line 619 is electrically connected to the fifth node 600E through a resistor 617a, and the fifth node 600E is electrically connected to the voltage comparator 618, hereinafter referred to as the comparator 618. The fifth node 600E is electrically connected to the positive terminal of the comparator 618. The negative terminal of the comparator 618 is connected to ground 616 In this example, the comparator 618 is configured to output a signal based on a comparison of the voltage at the fifth node 600E with the ground voltage. The output of comparator 618 is sent to flip-flop 622. Control voltage 1031 is applied in this example from controller 1001 to control voltage line 619 through second resistor 617b.

Как упомянуто выше, компаратор 618 электрически подключен для обеспечения выхода на триггер 622. Триггер 622 выполнен так, что выходной сигнал от компаратора 618 может изменять состояние триггера 622 и тем самым заставлять первый драйвер 623 изменять состояние первого полевого транзистора 608.As mentioned above, the comparator 618 is electrically connected to provide an output to the flip-flop 622. The flip-flop 622 is configured such that the output from the comparator 618 can change the state of the flip-flop 622 and thereby cause the first driver 623 to change the state of the first FET 608.

Теперь будет более подробно описано функционирование примера цепи 600 в контексте первой секции 601 резонатора, активируемой контроллером 1001, так что первую катушку124 индуктивности приводят в действие для нагрева первой зоны 132a токоприемника.The operation of the exemplary circuit 600 will now be described in more detail in the context of the first resonator section 601 activated by the controller 1001 such that the first inductor 124 is actuated to heat the first pantograph zone 132a.

Для начала первый полевой транзистор 608 находится в выключенном состоянии и, таким образом, действует как диод 608а, предотвращая протекание тока через катушку 124 индуктивности. Контроллер 1001 инициирует работу цепи 600 для нагрева первой зоны 132a токоприемника, заставляя полевой транзистор 608 переключаться из выключенного состояния во включенное состояние. В этом примере контроллер инициирует работу цепи 600, подавая сигнал 1011 ПУСК на детектор 621 нулевого напряжения. Таким образом, триггер 622 изменяет состояние и заставляет первый драйвер 623 затвора подавать сигнал на вывод 608G затвора полевого транзистора, чтобы, таким образом, переключить полевой транзистор во включенное состояние.First, the first FET 608 is in the off state and thus acts as a diode 608a to prevent current from flowing through the inductor 124. Controller 1001 initiates circuit 600 to heat first pantograph zone 132a by causing FET 608 to switch from off to on. In this example, the controller initiates circuit 600 by applying a START signal 1011 to the zero voltage detector 621. Thus, the flip-flop 622 changes state and causes the first gate driver 623 to signal the gate terminal 608G of the FET to thereby switch the FET to an on state.

Как только полевой транзистор 608 переключают во включенное состояние, начинается то, что можно назвать автоколебательным циклом нагрева цепи 600. Полевой транзистор 608, находящийся теперь во включенном состоянии, действует как замкнутый переключатель, позволяя постоянному току начать протекать от положительного вывода 118a источника постоянного напряжения через первую катушку 124 индуктивности и возвращаться к отрицательному выводу 118b источника постоянного напряжения через чувствительный к току резистор 615. Первый индуктор 124 противодействует этому начальному увеличению тока, как хорошо известно, создавая обратную ЭДС в соответствии с законами Фарадея и Ленца. Во включенном состоянии напряжение между выводом 608D стока и выводом 608S истока по существу равно нулю.Once FET 608 is switched to the on state, what may be termed a self-oscillating heating cycle of circuit 600 begins. the first inductor 124 and return to the negative DC voltage terminal 118b through the current sensing resistor 615. The first inductor 124 counteracts this initial increase in current, as is well known, by creating a back EMF in accordance with the laws of Faraday and Lenz. In the on state, the voltage between drain terminal 608D and source terminal 608S is essentially zero.

На фиг. 7A показано схематическое графическое представление тока, протекающего через первую катушку 124 индуктивности, в зависимости от времени t, начиная с момента включения полевого транзистора 608, в момент времени t0. С момента времени t0 в катушке 124 индуктивности начинает нарастать постоянный ток от нуля со скоростью, которая зависит от индуктивности L1 катушки 124 индуктивности и сопротивления цепи 600 постоянному току. В одном примере чувствительный к току резистор 615 имеет сопротивление около 2 мОм, в то время как катушка 124 индуктивности имеет сопротивление постоянному току от 2 до 15 мОм, или от 4 до 10 мОм, или в этом примере примерно 5,2 мОм. Это нарастание тока в катушке индуктивности соответствует тому, что катушка 124 индуктивности накапливает магнитную энергию, и количество магнитной энергии, которое может накапливаться катушкой 124 индуктивности, зависит от ее индуктивности L1, как будет понятно.In FIG. 7A shows a schematic graphical representation of the current flowing through the first inductor 124 as a function of time t since the FET 608 is turned on, at time t 0 . From the time t 0 in the inductor 124 begins to increase direct current from zero at a rate that depends on the inductance L1 of the inductor 124 and the resistance of the circuit 600 to direct current. In one example, current-sensing resistor 615 has a resistance of about 2 mΩ, while inductor 124 has a DC resistance of 2 to 15 mΩ, or 4 to 10 mΩ, or in this example, about 5.2 mΩ. This build-up of current in the inductor corresponds to the fact that the inductor 124 stores magnetic energy, and the amount of magnetic energy that the inductor 124 can store depends on its inductance L1, as will be understood.

На фиг. 7B показано упрощенное представление напряжения на чувствительном к току резисторе 615 в зависимости от времени t, снова с момента времени t0, в который был включен полевой транзистор 608. Вскоре после включения полевого транзистора 608 на катушке 124 индуктивности возникает большое напряжение, которое является обратной ЭДС, генерируемой катушкой 124 индуктивности, поскольку катушка индуктивности противодействует увеличению тока. Следовательно, в это время напряжение на чувствительном к току резисторе 615, как показано на фиг. 7B, мало, поскольку почти вся разница напряжений, обеспечиваемая источником 118 постоянного тока, падает на катушке 124 индуктивности. Затем, когда ток через катушку 124 индуктивности увеличивается и обратная ЭДС катушки 124 индуктивности уменьшается, напряжение на чувствительном к току резисторе 615 увеличивается. Это видно как возникновение отрицательного напряжения на чувствительном к току резисторе 615, как показано на фиг. 7B. То есть напряжение на чувствительном к току резисторе 615 становится все более отрицательным в течение времени, когда полевой транзистор 608 находится во включенном состоянии.In FIG. 7B shows a simplified representation of the voltage across current-sensing resistor 615 as a function of time t, again from time t 0 at which FET 608 was turned on. , generated by the inductor 124, since the inductor counteracts the increase in current. Therefore, at this time, the voltage across the current-sensing resistor 615, as shown in FIG. 7B is small because almost all of the voltage difference provided by the DC source 118 falls across the inductor 124. Then, as the current through the inductor 124 increases and the back EMF of the inductor 124 decreases, the voltage across the current-sensing resistor 615 increases. This is seen as the occurrence of a negative voltage across the current-sensing resistor 615, as shown in FIG. 7B. That is, the voltage across the current-sensing resistor 615 becomes increasingly negative over the time that the FET 608 is in the on state.

Поскольку возрастающее отрицательное напряжение на чувствительном к току резисторе 615 соответствует возрастанию тока, протекающего через катушку 124 индуктивности, величина напряжения на чувствительном к току резисторе 615 указывает на ток, протекающий через катушку 124 индуктивности. Пока полевой транзистор 608 остается во включенном состоянии, ток, протекающий через катушку 124 индуктивности, и напряжение на чувствительном к току резисторе 615 возрастают по существу линейно до соответствующих максимальных значений Imax, Vmax (которые зависят от напряжения постоянного тока, подаваемого источником 118 постоянного тока, и сопротивления постоянного тока цепи 600) в течение постоянного времени, зависящего от индуктивности L1 и сопротивления цепи 600 постоянному току. Следует отметить, что, поскольку ток, протекающий через катушку 124 индуктивности, изменяется после времени t0, то может происходить некоторый индукционный нагрев токоприемника 132, в то время как постоянный ток, протекающий через первую катушку 124 индуктивности, нарастает.Since an increasing negative voltage across current sensing resistor 615 corresponds to an increase in current flowing through inductor 124, the magnitude of voltage across current sensing resistor 615 is indicative of the current flowing through inductor 124. While FET 608 remains on, the current flowing through inductor 124 and the voltage across current-sensing resistor 615 increase substantially linearly to their respective maximum values I max , V max (which depend on the DC voltage supplied by DC source 118). current, and the DC resistance of the circuit 600) for a constant time depending on the inductance L1 and the DC resistance of the circuit 600. It should be noted that since the current flowing through the inductor 124 changes after time t 0 , some inductive heating of the current collector 132 may occur while the DC current flowing through the first inductor 124 builds up.

Цепь 600 выполнена таким образом, что устройство управления определяет количество энергии, которое накапливают в первой катушке 124 индуктивности в течение времени, когда полевой транзистор 608 находится во включенном состоянии, а контроллер 1001 может управлять им. То есть контроллер 1001 управляет величиной постоянного тока (и, следовательно, величиной магнитной энергии), который может нарастать в катушке 124 индуктивности, как будет описано ниже.The circuit 600 is configured such that the control device determines the amount of energy that is stored in the first inductor 124 during the time when the field effect transistor 608 is in the on state, and the controller 1001 can control it. That is, the controller 1001 controls the amount of DC current (and hence the amount of magnetic energy) that can build up in the inductor 124, as will be described below.

Как описано выше, управляющее напряжение 1031 подают на линию 619 управляющего напряжения. В этом примере управляющее напряжение 1031 является положительным напряжением, а напряжение, подаваемое на положительный вывод компаратора 618 (то есть напряжение на пятом узле 600E), в любой момент времени зависит от значения управляющего напряжения 1031 и напряжения на четвертом узле 600D. Когда отрицательное напряжение на чувствительном к току резисторе 615 достигает определенного значения, оно компенсирует положительное управляющее напряжение 1031 в пятом узле 600E и дает напряжение 0 В (то есть напряжение земли) в пятом узле 600E. В этом примере резистор 617a имеет сопротивление 2 мОм. Резистор 617b представляет собой эффективное сопротивление для контроллера 1001, равное 70 кОм. Напряжение в пятом узле 600E достигает 0 В, когда отрицательное напряжение на чувствительном к току резисторе 615 имеет ту же величину, что и управляющее напряжение 1031.As described above, the control voltage 1031 is applied to the control voltage line 619. In this example, the control voltage 1031 is a positive voltage, and the voltage applied to the positive terminal of the comparator 618 (i.e., the voltage at the fifth node 600E) at any time depends on the value of the control voltage 1031 and the voltage at the fourth node 600D. When the negative voltage across the current sensing resistor 615 reaches a certain value, it cancels out the positive control voltage 1031 at the fifth node 600E and produces a voltage of 0 V (ie, ground voltage) at the fifth node 600E. In this example, resistor 617a has a resistance of 2 mΩ. Resistor 617b is an effective resistance for controller 1001 of 70 kΩ. The voltage at the fifth node 600E reaches 0 V when the negative voltage across the current-sensing resistor 615 has the same value as the control voltage 1031.

Компаратор 618 выполнен с возможностью сравнивать напряжение на его положительном выводе с напряжением земли 616, подключенной к его отрицательному выводу, и выводить сигнал в качестве результата. В одном примере компаратор представляет собой стандартный компонент FAN156, который может быть получен от компании On-Semiconductor. Соответственно, когда напряжение в пятом узле 600E достигает 0 В, компаратор 618 принимает сигнал 0 В на своем положительном выводе, и результат сравнения, полученный компаратором 618, заключается в том, что напряжение на положительном выводе равно напряжению на отрицательном выводе. Следовательно, компаратор 618 выдает сигнал на триггер 622 и вызывает отключение полевого транзистора 608. По существу, выключение полевого транзистора 608 зависит от напряжения, детектируемого в цепи 600. А именно, в этом примере, если компаратор 618 путем сравнения напряжения на своих выводах обнаруживает, что отрицательное напряжение на чувствительном к току резисторе 615 достигло той же величины, что и управляющее напряжение 1031, которое возникает в момент времени t1, то полевой транзистор 608 выключают. На фиг. 7A постоянный ток, протекающий через катушку 124 индуктивности в момент времени t1, когда полевой транзистор 608 выключен, обозначен через I1.The comparator 618 is configured to compare the voltage at its positive terminal with the voltage of ground 616 connected to its negative terminal and output a signal as a result. In one example, the comparator is a standard FAN156 component that is available from On-Semiconductor. Accordingly, when the voltage at the fifth node 600E reaches 0 V, the comparator 618 receives a 0 V signal at its positive terminal, and the comparison result obtained by the comparator 618 is that the voltage at the positive terminal is equal to the voltage at the negative terminal. Therefore, comparator 618 outputs a signal to flip-flop 622 and causes FET 608 to turn off. Essentially, turning off FET 608 depends on the voltage detected in circuit 600. Namely, in this example, if comparator 618 detects, by comparing the voltage across its terminals, that the negative voltage across the current-sensing resistor 615 has reached the same value as the control voltage 1031 that occurs at time t 1 , the FET 608 is turned off. In FIG. 7A, the DC current flowing through the inductor 124 at time t 1 when the FET 608 is turned off is denoted by I 1 .

Когда полевой транзистор 608 выключают в момент времени t1, то полевой транзистор 608 переключают с работы в качестве замкнутого переключателя на работу в качестве диода 608а в секции 601 резонатора, и на эффективную работу в качестве разомкнутого выключателя для подачи питания от источника 118 постоянного тока. В момент времени t1 путь постоянного тока через катушку 124 индуктивности к земле 616 прерывается полевым транзистором 608. Это вызывает падение тока, протекающего в первой катушке 124 индуктивности (это не показано на фиг. 7A), и индуктор 124 противодействует этому изменению тока, генерируя индуцированное напряжение. Соответственно, ток начинает колебаться между катушкой 124 индуктивности и конденсаторами 606, 608 на резонансной частоте первой секции 601 резонатора.When FET 608 is turned off at time t 1 , then FET 608 switches from operation as a closed switch to operation as diode 608a in resonator section 601, and to effective operation as an open switch to supply power from DC source 118. At time t 1 , the DC path through inductor 124 to ground 616 is interrupted by FET 608. This causes a drop in current flowing in first inductor 124 (this is not shown in FIG. 7A) and inductor 124 counteracts this change in current by generating induced voltage. Accordingly, the current begins to oscillate between the inductor 124 and the capacitors 606, 608 at the resonant frequency of the first resonator section 601.

Аналогично, напряжение на катушке 124 индуктивности и, тем самым, между выводом стока 608D и выводом истока 608S первого полевого транзистора начинает колебаться на резонансной частоте первой секции 601 резонатора. Когда ток и напряжение на катушке 124 индуктивности начинают колебаться, происходит индуктивный нагрев токоприемника 132. Таким образом, переключение полевого транзистора 608 в выключенное состояние высвобождает магнитную энергию, накопленную в катушке 124 индуктивности в момент времени t1, для нагрева токоприемника 132.Similarly, the voltage across the inductor 124, and thus between the drain terminal 608D and the source terminal 608S of the first FET, begins to oscillate at the resonant frequency of the first resonator section 601. When the current and voltage across the inductor 124 begin to oscillate, inductive heating of the current collector 132 occurs. Thus, turning the FET 608 off releases the magnetic energy stored in the inductor 124 at time t 1 to heat the current collector 132.

На фиг. 8 показан график 800 напряжения на первом полевом транзисторе 608, начиная с полевого транзистора 608, находящегося во включенном состоянии от момента времени t0 до t1. В течение времени, показанного на фиг. 8, первый полевой транзистор 608 выключают и включают дважды.In FIG. 8 shows a graph 800 of the voltage across the first FET 608 starting with the FET 608 in the on state from time t 0 to t 1 . During the time shown in Fig. 8, the first FET 608 is turned off and on twice.

Кривая 800 напряжения содержит первый участок 800a между моментами времени t0 и t1, когда первый полевой транзистор 608 включен, и второй участок от 800b до 800d, когда первый полевой транзистор 608 выключен. В момент времени 800e полевой транзистор 608 снова включают, и начинается третий участок 800f, который эквивалентен первому участку 800a, в то время как первый полевой транзистор 608 остается включенным, и повторяется вышеописанный процесс наращивания постоянного тока, протекающего через катушку 124 индуктивности. На фиг. 8 также показан четвертый участок 800g, когда первый полевой транзистор 608 снова выключают, чтобы допустить колебание напряжения на полевом транзисторе 608, и пятый участок 800h, когда впоследствии снова включают первый полевой транзистор 608.The voltage curve 800 includes a first section 800a between times t 0 and t 1 when the first FET 608 is on and a second section 800b to 800d when the first FET 608 is off. At time 800e, the FET 608 is turned on again and the third section 800f begins, which is equivalent to the first section 800a, while the first FET 608 remains on and the above-described process of increasing the DC current flowing through the inductor 124 is repeated. In FIG. 8 also shows a fourth region 800g when the first FET 608 is turned off again to allow the voltage across the FET 608 to fluctuate, and a fifth region 800h when the first FET 608 is subsequently turned on again.

Напряжение на первом полевом транзисторе 608 равно нулю, когда первый полевой транзистор 608 включен на участках 800а, 800f и 800h. Когда первый полевой транзистор 608 отключен, как показано участками 800b-800d, а также участком 800g, первая катушка 124 индуктивности использует энергию, запасенную в ее магнитном поле (магнитном поле, появившемся в результате нарастания постоянного тока, когда первый полевой транзистор 608 был включен), чтобы индуцировать напряжение, которое сопротивляется падению тока, протекающего через первую катушку 124 индуктивности, в результате отключения первого полевого транзистора 608. Напряжение, индуцированное в первой катушке 124 индуктивности, вызывает соответствующее изменение напряжения на первом полевом транзисторе 608. Во время этого изменения напряжения первая катушка 124 индуктивности и конденсаторы 606, 610 начинают резонировать друг с другом в соответствии с синусоидальной волной. Напряжение, показанное посредством линии 800 напряжения, сначала увеличивается (см., например, 800b), по мере увеличения индуцированного напряжения в первой катушке 124 индуктивности, чтобы противодействовать падению тока из-за отключения первого полевого транзистора 608, достигает пика (см., например, 800с), а затем, по мере уменьшения энергии, запасенной в магнитном поле первой катушки 124 индуктивности, снижается обратно до нуля (см., например, 800d).The voltage across the first FET 608 is zero when the first FET 608 is turned on in sections 800a, 800f, and 800h. When the first FET 608 is turned off, as shown by areas 800b-800d as well as area 800g, the first inductor 124 uses the energy stored in its magnetic field (the magnetic field resulting from the rise in DC current when the first FET 608 was turned on) to induce a voltage that resists the drop in current flowing through the first inductor 124 as a result of turning off the first FET 608. The voltage induced in the first inductor 124 causes a corresponding voltage change across the first FET 608. During this voltage change, the first the inductor 124 and the capacitors 606, 610 begin to resonate with each other in accordance with the sine wave. The voltage shown by the voltage line 800 first increases (see eg 800b), as the induced voltage in the first inductor 124 increases to counteract the current drop due to the first FET 608 turning off, reaches a peak (see eg , 800c), and then, as the energy stored in the magnetic field of the first inductor 124 decreases, decreases back to zero (see, for example, 800d).

Меняющееся напряжение 800b-800d и 800g создает соответствующий меняющийся ток (не показано), и, так как в течение времени, когда первый полевой транзистор 608 отключен, конденсаторы 606, 610 и первая катушка 124 индуктивности выступают в качестве резонирующей LC-цепи, общий импеданс сочетания первой катушки 124 индуктивности и конденсаторов 606, 610 минимален в течение этого времени. Поэтому, понятно, что максимальная величина изменяющегося тока, протекающего через первую катушку 124 индуктивности, будет сравнительно большой. Этот сравнительно большой изменяющийся ток соответственно вызывает сравнительно большое изменение магнитного поля в первой катушке 124 индуктивности, что заставляет токоприемник 132 генерировать теплоту. Период времени, в течение которого напряжение на первом полевом транзисторе 608 изменяется так, как показано участком 800b-800d и участком 800g, в этом примере зависит от резонансной частоты первого резонирующего участка 601.The varying voltages 800b-800d and 800g produce a corresponding varying current (not shown), and since during the time that the first FET 608 is turned off, the capacitors 606, 610 and the first inductor 124 act as a resonant LC circuit, the total impedance the combination of the first inductor 124 and capacitors 606, 610 is minimal during this time. Therefore, it is understood that the maximum amount of changing current flowing through the first inductor 124 will be relatively large. This relatively large changing current causes a correspondingly large change in the magnetic field in the first inductor 124, which causes the current collector 132 to generate heat. The period of time during which the voltage across the first FET 608 changes as shown by region 800b-800d and region 800g depends in this example on the resonant frequency of the first resonant region 601.

Обращаясь теперь к фиг. 6 и фиг. 8, цепь 600 выполнена так, что, когда первый полевой транзистор 608 выключен, а напряжение на первом полевом транзисторе 608 уменьшается обратно до 0 В, детектор 621 нулевого напряжения обнаруживает это состояние напряжения и выдает сигнал на триггер 622, который заставляет первый полевой транзистор 608 переключаться обратно во включенное состояние. То есть в ответ на это состояние напряжения, обнаруженное в первой секции 601 резонатора, полевой транзистор 608 переключается из выключенного состояния во включенное состояние. Можно считать, что детектор 621 нулевого напряжения детектирует напряжение, указывающее, что заданная часть цикла колебаний тока между индуктивным элементом и емкостным элементом завершилась с момента выключения полевого транзистора 608. То есть детектор 621 нулевого напряжения обнаруживает, что полупериод колебаний тока (и напряжения) на резонансной частоте первой секции 601 резонатора был завершен, путем детектирования детектором 621 нулевого напряжения, что напряжение на полевом транзисторе 608 вернулось к 0 В или почти к 0 В.Turning now to FIG. 6 and FIG. 8, the circuit 600 is configured such that when the first FET 608 is turned off and the voltage across the first FET 608 decreases back to 0 V, the zero voltage detector 621 detects this voltage condition and outputs a signal to the flip-flop 622 which causes the first FET 608 to switch back to the on state. That is, in response to this voltage condition detected in the first cavity section 601, the FET 608 switches from an off state to an on state. The zero voltage detector 621 may be considered to detect a voltage indicating that a predetermined portion of the current oscillation cycle between the inductive element and the capacitive element has ended since the FET 608 turned off. resonant frequency of the first resonator section 601 has been completed by detecting by the zero voltage detector 621 that the voltage across the FET 608 has returned to 0 V or nearly 0 V.

В некоторых примерах детектор 621 нулевого напряжения может детектировать, когда напряжение на первом полевом транзисторе 608 вернулось на уровень 801 или ниже, и, как таковой, может выдавать сигнал, вызывающий переключение состояния полевого транзистора 608 до того, как напряжение на полевом транзисторе 608 достигнет ровно 0 В. Как показано на фиг. 8, работа детектора 621 нулевого напряжения ограничивает колебания напряжения в секции 601 резонатора после одного полупериода и, таким образом, приводит к по существу полусинусоидальному профилю напряжения на первом полевом транзисторе 608. Дополнительные подробности работы детектора 621 нулевого напряжения будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 9.In some examples, the zero voltage detector 621 may detect when the voltage across the first FET 608 has returned to 801 or below, and as such may output a signal causing the state of the FET 608 to switch before the voltage across the FET 608 reaches exactly 0 V. As shown in FIG. 8, the operation of the zero voltage detector 621 limits the voltage fluctuations in the resonator section 601 after one half cycle and thus results in a substantially half-sinusoidal voltage profile across the first FET 608. Additional details of the operation of the zero voltage detector 621 will be described below with reference to FIG. nine.

Когда первый полевой транзистор 608 снова включают в точке 800e, постоянный ток, возбуждаемый источником 118 постоянного тока, снова нарастает на первой катушке 124 индуктивности. Затем первая катушка 124 индуктивности может снова накапливать энергию в виде магнитного поля, которая будет высвобождена, когда первый полевой транзистор 608 в следующий раз выключится, чтобы инициировать резонанс в первой секции 601 резонатора. Когда первый полевой транзистор 608 циклически включают и выключают таким образом, то вышеописанный процесс непрерывно повторяется, нагревая токоприемник 132.When the first FET 608 is turned on again at point 800e, the DC current induced by the DC source 118 rises again in the first inductor 124. The first inductor 124 can then store energy again in the form of a magnetic field, which will be released when the first FET 608 next turns off to initiate resonance in the first resonator section 601. When the first FET 608 is cycled on and off in this manner, the above process is continuously repeated to heat the current collector 132.

Следует отметить, что вышеописанное нарастание тока, протекающего через катушку 124 индуктивности, описанное со ссылкой на фиг. 7A и 7B, происходит как при первоначальном включении полевого транзистора 608 в ответ на сигнал 1011 ПУСК от контроллера 1001, так и когда полевой транзистор 608 включают впоследствии при детектировании нулевого напряжения детектором 621 нулевого напряжения. В первом случае, в ответ на сигнал 1011 ПУСК ток в катушке 124 индуктивности нарастает по существу линейно от 0. Во втором случае, когда полевой транзистор 608 снова включают в ответ на обнаружение нулевого напряжения в точке 800e, в цепи 600 циркулирует некоторый избыточный ток (например, от предыдущих циклов включения и выключения полевого транзистора 608). Когда полевой транзистор 608 снова включают после обнаружения нулевого напряжения, рециркулирующий ток создает начальный отрицательный ток через полевой транзистор 608. Затем, пока полевой транзистор 608 остается включенным, ток через полевой транзистор 608 и катушку 124 индуктивности нарастает по существу линейно от начального отрицательного значения тока, создаваемого рециркулирующим током. По мере нарастания тока через катушку 124 индуктивности напряжение на чувствительном к току резисторе 615 соответственно становится все более отрицательным, как описано выше.It should be noted that the above-described rise in the current flowing through the inductor 124 described with reference to FIG. 7A and 7B occurs both when FET 608 is initially turned on in response to a RUN signal 1011 from controller 1001, and when FET 608 is subsequently turned on when zero voltage is detected by zero voltage detector 621. In the first case, in response to the RUN signal 1011, the current in the inductor 124 rises substantially linearly from 0. In the second case, when the FET 608 is turned on again in response to detecting zero voltage at point 800e, some excess current circulates in the circuit 600 ( for example, from previous turn-on and turn-off cycles of FET 608). When FET 608 is turned on again after detecting zero voltage, the recirculating current creates an initial negative current through FET 608. Then, while FET 608 remains on, current through FET 608 and inductor 124 rises substantially linearly from the initial negative current value, generated by the recirculating current. As the current through the inductor 124 increases, the voltage across the current-sensing resistor 615 correspondingly becomes more and more negative, as described above.

В примерах включение и выключение полевого транзистора 608 может происходить на частоте от примерно 100 кГц до 2 МГц, или от примерно 500 кГц до 1 МГц, или примерно 300 кГц. Частота, с которой происходит включение и выключение полевого транзистора 608, зависит от индуктивности L, емкости C, напряжения питания постоянного тока, подаваемого источником 618, и, кроме того, от степени, до которой ток продолжает рециркуляцию через секцию 601 резонатора, и от эффекта нагрузки токоприемника 132. Например, если напряжение питания постоянного тока равно 3,6 В, индуктивность катушки 124 индуктивности составляет 140 нГн, а емкость секции 601 резонатора составляет 100 нФ, то время, в течение которого полевой транзистор 608 остается включенным, может составлять около 2700 нс, а время для выполнения полупериода колебаний, когда полевой транзистор 608 выключен, может составлять около 675 нс. Эти значения соответствуют мощности около 20 Вт, подаваемой от источника 118 постоянного напряжения в секцию 601 резонатора. Вышеупомянутое значение времени, в течение которого полевой транзистор 608 остается включенным, зависит от величины тока, который рециркулирует в цепи, поскольку, как описано выше, этот рециркулирующий ток вызывает начальный отрицательный ток через катушку индуктивности при включении полевого транзистора 608. Следует также отметить, что время, в течение которого ток достигает значения, которое вызывает отключение полевого транзистора 608, также по меньшей мере частично зависит от сопротивления катушки 124 индуктивности, однако это имеет относительно незначительное влияние на время по сравнению с влиянием индуктивности секции 601 резонатора. Время завершения полупериода колебаний (в этом примере 675 нс) зависит от резонансной частоты секции 601 резонатора, на которую влияют не только значения индуктивности и емкости катушки 124 индуктивности и конденсаторов 606, 610 соответственно, но также эффективное сопротивление, обеспечиваемое загрузкой катушки 124 индуктивности токоприемником 132.In the examples, FET 608 may turn on and off at a frequency of about 100 kHz to 2 MHz, or about 500 kHz to 1 MHz, or about 300 kHz. The frequency at which the FET 608 turns on and off depends on the inductance L, the capacitance C, the DC supply voltage supplied by the source 618, and in addition, the extent to which the current continues to recirculate through the resonator section 601, and the effect current collector load 132. For example, if the DC supply voltage is 3.6 V, the inductor 124 is 140 nH, and the capacitance of the resonator section 601 is 100 nF, then the time that the FET 608 remains on can be about 2700 ns, and the time to complete a half-cycle of oscillation when the FET 608 is turned off may be about 675 ns. These values correspond to a power of about 20 watts supplied from the DC voltage source 118 to the resonator section 601. The aforementioned amount of time FET 608 remains on depends on the amount of current that is recirculated in the circuit because, as described above, this recirculating current causes an initial negative current through the inductor when FET 608 is turned on. It should also be noted that the time it takes the current to reach a value that causes the FET 608 to turn off is also at least partly dependent on the resistance of the inductor 124, however, this has a relatively minor effect on time compared to the effect of the inductance of the resonator section 601. The time to complete the half-cycle of oscillation (675 ns in this example) depends on the resonant frequency of the resonator section 601, which is affected not only by the values of the inductance and capacitance of the inductor 124 and capacitors 606, 610, respectively, but also by the effective resistance provided by the loading of the inductor 124 by the current collector 132 .

До сих пор цепь 600 была описана с точки зрения ее работы по нагреву токоприемника 132 с помощью одной катушки индуктивности, первой катушки 124 индуктивности, и, таким образом, была описана только часть цепи 600, используемой устройством 100. Однако, как описано выше, устройство 100 также содержит вторую катушку 126 индуктивности для нагрева второй зоны 132b токоприемника 132. На фиг. 9 показана упрощенная схема цепи 600, содержащей вторую катушку 126 индуктивности в дополнение к первой катушке 124 индуктивности.So far, the circuit 600 has been described in terms of its operation to heat the current collector 132 with a single inductor, the first inductor 124, and thus only the part of the circuit 600 used by the device 100 has been described. However, as described above, the device 100 also includes a second inductor 126 for heating the second zone 132b of current collector 132. In FIG. 9 shows a simplified circuit diagram 600 including a second inductor 126 in addition to the first inductor 124.

Как показано на фиг. 9, в дополнение к признакам, описанным со ссылкой на фиг. 6-8, цепь 600 содержит вторую секцию 701 резонатора, содержащую вторую катушку 126 индуктивности, третий конденсатор 706, четвертый конденсатор 710 и второй полевой транзистор 708, имеющий вывод 708D стока, вывод 708S истока и вывод 708G затвора. Кроме того, цепь 600 содержит второй драйвер 723 затвора, выполненный с возможностью подачи напряжения затвор-исток на второй вывод 708G затвора на полевом транзисторе. Контроллер 1001 не показан на фиг. 9, но контроллер 1001 управляет цепью 600 способом, описанным со ссылкой на фиг. 6-8, и дополнительно выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала 1012 на второй драйвер 723 затвора. Некоторые ссылочные позиции признаков цепи 600, уже описанной со ссылкой на фиг. 6, были опущены на фиг. 9 для ясности.As shown in FIG. 9, in addition to the features described with reference to FIG. 6-8, circuit 600 includes a second resonator section 701 including a second inductor 126, a third capacitor 706, a fourth capacitor 710, and a second FET 708 having a drain terminal 708D, a source terminal 708S, and a gate terminal 708G. In addition, the circuit 600 includes a second gate driver 723 configured to supply a gate-source voltage to the second FET gate terminal 708G. Controller 1001 is not shown in FIG. 9, but controller 1001 controls circuit 600 in the manner described with reference to FIG. 6-8 and is further configured to provide a control signal 1012 to the second gate driver 723. Some reference numerals for features of circuit 600 already described with reference to FIG. 6 have been omitted from FIG. 9 for clarity.

Как описано выше, первая катушка 124 индуктивности предназначена для нагрева первой зоны 132a токоприемника 132, а вторая катушка 126 индуктивности предназначена для нагрева второй зоны 132b токоприемника 132. Вторая катушка 126 индуктивности, третий и четвертый конденсаторы 706, 710 и второй полевой транзистор 708 скомпонованы для формирования второй секции 701 резонатора таким же образом, как первая катушка 124 индуктивности, первый и второй конденсаторы 606, 610 и первый полевой транзистор 608 скомпонованы для образования первой секции 601 резонатора. В одном примере третий и четвертый конденсаторы 706, 710 также являются C0G конденсаторами и могут иметь емкость около 100 нФ. Вторая катушка 126 индуктивности в одном примере имеет сопротивление постоянному току около 8 мОм. В активном состоянии вторая секция 701 резонатора работает, нагревая токоприемник 132 таким же образом, как описано выше для первой секции 601 резонатора, и это описание здесь не будет повторено.As described above, the first inductor 124 is for heating the first zone 132a of the current collector 132, and the second inductor 126 is for heating the second zone 132b of the current collector 132. The second inductor 126, the third and fourth capacitors 706, 710, and the second FET 708 are arranged to forming the second resonator section 701 in the same manner as the first inductor 124, the first and second capacitors 606, 610 and the first FET 608 are arranged to form the first resonator section 601. In one example, the third and fourth capacitors 706, 710 are also C0G capacitors and may have a capacitance of about 100 nF. The second inductor 126 in one example has a DC resistance of about 8 mΩ. In the active state, the second resonator section 701 operates to heat the current collector 132 in the same manner as described above for the first resonator section 601, and this description will not be repeated here.

Следует понимать, что величина сопротивления постоянному току катушек 124, 126 индуктивности будет влиять на эффективность цепи 600, поскольку более высокое сопротивление постоянному току приведет к более высоким резистивным потерям в катушке 124, 126 индуктивности и, таки образом, может быть желательно минимизировать сопротивление катушки индуктивности постоянному току, например, путем изменения количества обмоток или поперечного сечения катушек 124, 126 индуктивности. Кроме того, следует понимать, что сопротивление переменному току катушки 124 индуктивности увеличивается по сравнению с сопротивлением постоянному току из-за скин-эффекта. Таким образом, использование обмоточного провода в примерах обеспечивает снижение скин-эффекта и, таким образом, снижение сопротивления переменному току и соответствующих резистивных потерь в катушках 124, 126 индуктивности. В качестве примера, где первая катушка 124 индуктивности имеет сопротивление постоянному току около 5 мОм, а вторая катушка 126 индуктивности имеет сопротивление постоянному току около 8 мОм, а схема работает на частоте около 300 кГц, конкретное расположение обмоточного провода, образующего катушки, дает эффективное сопротивление катушек 124, 126 индуктивности примерно в 1,14 раза выше значения их сопротивления постоянному току.It should be understood that the amount of DC resistance of the inductors 124, 126 will affect the efficiency of the circuit 600, since higher DC resistance will result in higher resistive losses in the inductor 124, 126 and thus it may be desirable to minimize the resistance of the inductor. direct current, for example, by changing the number of windings or the cross section of the coils 124, 126 inductors. In addition, it should be understood that the AC resistance of the inductor 124 increases compared to the DC resistance due to the skin effect. Thus, the use of winding wire in the examples provides a reduction in the skin effect and thus a reduction in AC resistance and corresponding resistive losses in the inductors 124, 126. As an example, where the first inductor 124 has a DC resistance of about 5 mΩ, and the second inductor 126 has a DC resistance of about 8 mΩ, and the circuit operates at a frequency of about 300 kHz, the particular arrangement of the winding wire forming the coils gives the effective resistance coils 124, 126 of about 1.14 times their DC resistance value.

Узел 700A во второй секции 701 резонатора эквивалентен первому узлу 600A первой секции 601 резонатора и электрически соединен с первым узлом 600A и, таким образом, с положительным выводом 118a источника 118 постоянного тока. Узел 700C находится в эквивалентном положении во второй секции 701 резонатора, как и третий узел 600C первой секции 601 резонатора, и узел 700C аналогично соединен с землей 616.The node 700A in the second cavity section 701 is equivalent to the first node 600A of the first cavity section 601 and is electrically connected to the first node 600A and thus to the positive terminal 118a of the DC source 118. Node 700C is in an equivalent position in second resonator section 701 as third node 600C of first resonator section 601, and node 700C is likewise connected to ground 616.

Важно отметить, что цепь 600 выполнена для работы под управлением контроллера 1001 таким образом, что в любой момент времени активна только одна из секций 601, 701 резонатора. Примеры этой работы будут более подробно описаны ниже.It is important to note that the circuit 600 is configured to operate under the control of the controller 1001 in such a way that only one of the resonator sections 601, 701 is active at any given time. Examples of this work will be described in more detail below.

Во время активации одной из секций 601, 701 резонатора детектор 621 нулевого напряжения выполнен с возможностью обнаружения нулевого напряжения в секции 601, 701 активного резонатора и, таким образом, управления переключением соответствующих полевых транзисторов 608, 708 активной секции 601, 701 резонатора. Детектор 621 нулевого напряжения контролирует, когда соответствующий полевой транзистор 608, 708 активной секции 601, 701 резонатора снова включают (например, в точке 800e), и пример этого теперь будет более подробно описан со ссылкой на фиг. 8-10.During activation of one of the cavity sections 601, 701, the zero voltage detector 621 is configured to detect zero voltage in the active cavity section 601, 701 and thus control the switching of the respective FETs 608, 708 of the active cavity section 601, 701. The zero voltage detector 621 monitors when the corresponding FET 608, 708 of the active cavity section 601, 701 is turned on again (for example, at point 800e), and an example of this will now be described in more detail with reference to FIG. 8-10.

В цепи 600 детектор 621 нулевого напряжения выполнен с возможностью обнаружения нулевого напряжения во втором узле 600B первой секции 601 резонатора или в эквивалентном узле 700B второй секции 701 резонатора. Когда активна первая секция 601 резонатора или вторая секции 701 резонатора, детектор 621 нулевого напряжения каждый раз, когда соответствующий полевой транзистор 608, 708 выключают, детектирует, что напряжение на этом полевом транзисторе 608, 708 возвращается к нулю (например, точка 800e на фиг. 8) или близко к нулю, например ниже уровня 801. В ответ на это детектирование детектор 621 нулевого напряжения выдает сигнал для изменения состояния триггера 622. Затем, соответствующий работающий драйвер 623 затвора выдает напряжение затвор-исток, чтобы переключить соответствующий полевой транзистор обратно во включенное состояние.In circuit 600, the zero voltage detector 621 is configured to detect zero voltage at the second node 600B of the first resonator section 601 or at the equivalent node 700B of the second resonator section 701. When the first resonator section 601 or the second resonator section 701 is active, the zero voltage detector 621 detects that the voltage across that FET 608, 708 returns to zero each time the respective FET 608, 708 is turned off (e.g., point 800e in FIG. 8) or close to zero, such as below level 801. In response to this detection, zero voltage detector 621 outputs a signal to change the state of flip-flop 622. Then, the corresponding operating gate driver 623 outputs a gate-to-source voltage to switch the corresponding FET back to on. condition.

Первый малосигнальный диод 725 соединяет детектор 621 нулевого напряжения со вторым узлом 600B первой секции резонатора, а второй малосигнальный диод 726 соединяет детектор 621 нулевого напряжения с эквивалентным узлом 700B второй секции 701 резонатора. В частности, аноды первого малосигнального диода 725 и второго малосигнального диода подключены к входу детектора 621 нулевого напряжения через общий узел 701B, в то время как катоды диодов 725, 726 подключены соответственно к узлам 600B, 700B.The first small signal diode 725 connects the zero voltage detector 621 to the second node 600B of the first cavity section, and the second small signal diode 726 connects the zero voltage detector 621 to the equivalent node 700B of the second cavity section 701. Specifically, the anodes of the first small signal diode 725 and the second small signal diode are connected to the input of the zero voltage detector 621 through the common node 701B, while the cathodes of the diodes 725, 726 are connected to the nodes 600B, 700B, respectively.

Теперь в конкретном примере будет описана работа детектора 621 нулевого напряжения со ссылкой на фиг. 10, на которой показаны детектор 621 нулевого напряжения и триггер 622. На фиг. 10 компоненты, составляющие детектор 621 нулевого напряжения, заключены в пунктирный прямоугольник. Показан узел 701B, подключенный к анодам первого и второго малосигнальных диодов 725, 726. На фиг. 13 также можно увидеть сигнал 1011 ПУСК от контроллера 1001 на детектор 621 нулевого напряжения.Now, in a specific example, the operation of the zero voltage detector 621 will be described with reference to FIG. 10 showing zero voltage detector 621 and trigger 622. FIG. 10, the components that make up the zero voltage detector 621 are enclosed in a dotted box. Assembly 701B is shown connected to the anodes of the first and second small signal diodes 725, 726. FIG. 13, you can also see the START signal 1011 from the controller 1001 to the zero voltage detector 621.

Детектор 621 нулевого напряжения в этом примере содержит инверторный вентиль U103, имеющий вход 2 от узла 701B и выход 4, подключенный к входу триггера 622. Питание инверторного вентиля U103 осуществляют от контактов 5 и 3, а конденсатор C108 изолирует контакт 5 от земли. Логическое питание 621a напряжением в этом примере 2,5 В подают на вход 5 и через подтягивающий резистор R111 на вход 2 инверторного вентиля U103. Логическое питание 621a в этом примере подают от контроллера 1001. Инверторный вентиль U103 выполнен с возможностью действовать в качестве логического элемента ИЛИ для сигнала 1011 ПУСК и сигнала обнаружения нулевого напряжения от узла 701В. То есть инверторный вентиль U103 выполнен с возможностью приема сигнала низкого логического уровня в форме сигнала 1011 ПУСК от контроллера 1001, чтобы инициировать работу цепи 600a. Сигнал 1011 ПУСК может быть обеспечен сигнальным контактом "открытый сток" контроллера 1001. Инверторный вентиль U103 также выполнен с возможностью приема сигнала низкого логического уровня от узла 701B, когда первый или второй сигнальный диод 725, 726 является прямосмещенным из-за того, что один из узлов 600B, 700B имеет нулевое или близкое к нулю напряжение, как и будет пояснено ниже. Если на вход 2 инверторного вентиля подают один или оба этих сигнала низкого логического уровня, то инверторный вентиль U103 инвертирует принятый сигнал и выдает сигнал высокого логического уровня на триггер 622.The zero voltage detector 621 in this example comprises an inverter gate U103 having input 2 from node 701B and output 4 connected to the trigger input 622. Inverter gate U103 is powered from pins 5 and 3, and capacitor C108 isolates pin 5 from ground. Logic power 621a, in this example, 2.5 V is applied to input 5 and through a pull-up resistor R111 to input 2 of the inverter gate U103. Logic power 621a in this example is supplied from controller 1001. Inverter gate U103 is configured to act as an OR gate for START signal 1011 and zero voltage detection signal from node 701B. That is, inverter gate U103 is configured to receive a logic low signal in the form of RUN signal 1011 from controller 1001 to initiate operation of circuit 600a. The START signal 1011 may be provided by the open drain signal contact of the controller 1001. Inverter gate U103 is also configured to receive a logic low signal from node 701B when the first or second signal diodes 725, 726 are forward biased due to one of nodes 600B, 700B have zero or near zero voltage, as will be explained below. If input 2 of the inverter gate is fed one or both of these logic low signals, then inverter gate U103 inverts the received signal and outputs a logic high signal to flip-flop 622.

Когда первая катушка индуктивности 124 работает для нагрева токоприемника 132, второй полевой транзистор 708 остается выключенным. Если второй полевой транзистор 708 остается выключенным, то второй малый сигнальный диод 726 либо не имеет смещения, либо имеет обратное смещение в зависимости от напряжений на логическом источнике питания, и питание 118 постоянного тока, то есть напряжение на катодном конце (ближайшего к узлу 700B) второго малосигнального диода 726 либо по существу такое же, либо выше, чем напряжение на анодном конце (ближайшем к детектору 621 нулевого напряжения) второго малосигнального диода 726.When the first inductor 124 is operated to heat the current collector 132, the second FET 708 remains off. If the second FET 708 remains off, then the second small signal diode 726 is either unbiased or reverse biased depending on the voltages at the logic power supply, and the DC power 118, i.e., the voltage at the cathode end (closest to node 700B) the second small signal diode 726 is either substantially the same as or higher than the voltage at the anode end (closest to the zero voltage detector 621) of the second small signal diode 726.

Во время работы первой секции 601 резонатора, когда первый полевой транзистор 608 выключен, и напряжение на нем изменяется, как показано ссылочными позициями 800b-d на фиг. 8, первый малосигнальный диод 725 смещен в обратном направлении. В конце этого изменения напряжения, когда напряжение достигает 0 В, как показано точкой 800e, или близко к 0 В (например, уровень 801 или ниже), первый малосигнальный диод 725 становится положительно смещенным. Соответственно, когда первый малосигнальный диод 725 смещен в прямом направлении в точке 800e, сигнал, подаваемый на вход 2 инверторного вентиля U103, становится сигналом низкого логического уровня, поскольку из логического сигнала 621a на резисторе R111 создается падение напряжения. Таким образом, как только инверторный вентиль U103 инвертирует этот сигнал низкого логического уровня, на выход 4 инверторного вентиля U103 подают сигнал высокого логического уровня.During operation of the first resonator section 601, when the first FET 608 is turned off and the voltage across it changes, as shown at 800b-d in FIG. 8, the first small signal diode 725 is reverse biased. At the end of this voltage change, when the voltage reaches 0 V, as indicated by point 800e, or close to 0 V (eg, level 801 or lower), the first small signal diode 725 becomes positively biased. Accordingly, when the first small signal diode 725 is forward biased at point 800e, the signal applied to input 2 of inverter gate U103 becomes a logic low signal because a voltage drop is generated from the logic signal 621a across resistor R111. Thus, as soon as the inverter gate U103 inverts this low level signal, the output 4 of the inverter gate U103 is supplied with a high level signal.

Хотя в вышеприведенном описании функционирование детектора 621 нулевого напряжения описано в отношении управления переключением первого полевого транзистора 608, понятно, что детектор 621 нулевого напряжения функционирует так же при использовании второго малосигнального диода 726 вместо первого малосигнального диода 725, чтобы управлять вторым полевым транзистором 708.Although in the above description, the operation of the zero voltage detector 621 has been described with respect to controlling the switching of the first FET 608, it will be understood that the zero voltage detector 621 functions the same when using the second small signal diode 726 instead of the first small signal diode 725 to drive the second FET 708.

По-прежнему со ссылкой на фиг. 10, триггер 622 содержит тактовый вход CLK, вход сброса /RST и выход Q. Триггер 622 также содержит дополнительные входы D и VCC для подачи питания, в этом примере триггер принимает такое же напряжение 621a питания, равное 2,5 В, от контроллера 1001, что и инверторный вентиль U103. Тактовый вход CLK подключен к выходу 4 инверторного вентиля U103 и выполнен с возможностью принимать от него сигнал. Когда выход 4 инверторного вентиля U103 переключают с низкого логического уровня на высокий логический уровень (из-за того, что вход 2 инверторного вентиля U103 принимает обнаруженное состояние нулевого напряжения или сигнал 1011 ПУСК, как описано выше), тактовый вход CLK триггера 622 принимает сигнал нарастающего фронта высокого логического уровня, который "синхронизирует" триггер 622 и делает состояние выхода Q триггера высоким. Триггер 622 содержит дополнительный вход /RST, выполненный с возможностью приема сигнала с выхода компаратора 618, с помощью которого компаратор 618 может изменить состояние триггера 621, чтобы на выходе триггера Q было высокое значение. Выход Q триггера соединен с первым и вторым драйверами 623, 723 затвора и при получении высокого выходного сигнала с выхода Q триггера активный драйвер 623, 723 затвора (из-за приема сигнала 1021, 1022, как описано выше) подает сигнал драйвера затвора на его соответствующий полевой транзистор 608, 708.Still with reference to FIG. 10, flip-flop 622 includes a clock input CLK, a reset/RST input, and a Q output. Flip-flop 622 also contains additional inputs D and VCC for power supply, in this example, the flip-flop receives the same power supply voltage 621a of 2.5V from the controller 1001 as inverter gate U103. The clock input CLK is connected to output 4 of inverter gate U103 and configured to receive a signal from it. When the output 4 of the inverter gate U103 is switched from a low logic level to a high logic level (due to the fact that the input 2 of the inverter gate U103 receives a detected zero voltage condition or a START signal 1011 as described above), the clock input CLK of the flip-flop 622 receives a rising signal. a logic high edge that “clocks” flip-flop 622 and makes flip-flop output Q high. Flip-flop 622 includes an additional input /RST, configured to receive a signal from the output of comparator 618, with which comparator 618 can change the state of flip-flop 621 so that the output of flip-flop Q is high. The Q output of the flip-flop is connected to the first and second gate drivers 623, 723, and upon receiving a high output signal from the flip-flop Q output, the active gate driver 623, 723 (due to receiving the signal 1021, 1022 as described above) supplies the gate driver signal to its corresponding FET 608, 708.

В одном конкретном примере триггер 622 может быть переключен при половине напряжения логического источника 621a питания, то есть при 1,25 В. Это означает, что напряжение положительного смещения первого малосигнального диода 725 и напряжение на стоке 608D первого полевого транзистора должны в сумме составлять 1,25 В, чтобы включить первый полевой транзистор 608. Следовательно, в этом примере первый полевой транзистор 608 включается, когда напряжение на его стоке 608D составляет 0,55 В, а не точно 0 В. Следует отметить, что в идеале для максимальной эффективности переключение должно происходить при 0 В на полевом транзисторе 608. Это переключение при нулевом напряжении преимущественно предотвращает разрядку конденсаторов 606, 610 первым полевым транзистором 608, и, таким образом, потерю энергии, запасенной в упомянутых конденсаторах 606, 610.In one particular example, flip-flop 622 may be switched at half the voltage of logic power supply 621a, i.e., 1.25 V. This means that the positive bias voltage of the first small signal diode 725 and the voltage at the drain 608D of the first FET should add up to 1. 25 V to turn on the first FET 608. Therefore, in this example, the first FET 608 turns on when the voltage at its drain 608D is 0.55 V, not exactly 0 V. It should be noted that ideally, for maximum efficiency, the switching should occur at 0V across the FET 608. This zero voltage switching advantageously prevents the first FET 608 from discharging the capacitors 606, 610 and thus losing the energy stored in said capacitors 606, 610.

На фиг. 11 более подробно показаны первый и второй драйверы 623, 723 затвора и их подключение к затворам 608G, 708G их соответствующих полевых транзисторов 608, 708. Каждый из драйверов 623, 723 затвора имеет вход IN, который выполнен с возможностью приема сигнала, зависящего от сигналов 1021, 1022 активации нагревателя, подаваемых от контроллера 1001. Кроме того, сигналы, принимаемые входами IN драйверов 623, 723 затвора, зависят от того, является ли выходной сигнал Q триггера высоким. Входы IN подключены к выходу Q триггера 622 через соответствующие резисторы R125, R128, каждый из которых в этом примере имеет значение 2 кОм.In FIG. 11 shows the first and second gate drivers 623, 723 and their connection to the gates 608G, 708G of their respective FETs 608, 708 in more detail. , 1022 to activate the heater supplied from the controller 1001. In addition, the signals received by the IN inputs of the gate drivers 623, 723 depend on whether the flip-flop output Q is high. The IN inputs are connected to the Q output of the flip-flop 622 through appropriate resistors R125, R128, each of which has a value of 2 kΩ in this example.

Каждый драйвер 623, 723 затвора имеет два дополнительных входа VDD и XREF, причем каждый вход VDD получает напряжение питания 6 В от контроллера 1001, а XREF получает логическое напряжение 2,5 В, которое в этом примере является таким же логическим напряжением, подаваемым контроллером 1001 на триггер 622 и инверторный вентиль U103. Входы VDD первого и второго драйверов 623, 723 затвора подключены к напряжению питания 6 В, и входы VDD подключены к земле через два буферных конденсатора C120, C121. Каждый драйвер 623, 723 затвора также имеет вывод GND, подключенный к земле, при этом выводы VDD и GND действуют для подачи питания на драйверы 623, 723 затвора. В этом примере каждый конденсатор C120, C121 имеет значение 1 мкФ. Драйверы 623, 723 затвора выполнены с возможностью вывода напряжений возбуждения затвора с соответствующих выходов OUT. Выходы OUT драйверов 623, 723 затвора подключены соответственно к затворам 608G, 708G полевых транзисторов через резисторы R114, R115, каждый из которых в этом примере имеет сопротивление 4,99 Ом.Each gate driver 623, 723 has two additional inputs VDD and XREF, with each VDD input receiving a 6V supply voltage from the controller 1001 and XREF receiving a 2.5V logic voltage which in this example is the same logic voltage supplied by the controller 1001 to flip-flop 622 and inverter gate U103. The VDD inputs of the first and second gate drivers 623, 723 are connected to a 6V supply voltage, and the VDD inputs are connected to ground via two buffer capacitors C120, C121. Each gate driver 623, 723 also has a GND pin connected to ground, with the VDD and GND pins acting to supply power to the gate drivers 623, 723. In this example, each capacitor C120, C121 has a value of 1uF. Gate drivers 623, 723 are configured to output gate drive voltages from respective OUT terminals. The OUT outputs of the gate drivers 623, 723 are connected respectively to the FET gates 608G, 708G via resistors R114, R115, each of which in this example has a resistance of 4.99 ohms.

Каждый драйвер 623, 723 затвора выполнен с возможностью приема сигнала на своем входе IN, чтобы активировать драйвер затвора только в то время, когда с выхода Q триггера подают сигнал высокого логического уровня и принимают сигнал 1021, 1022 активации нагревателя от контроллера 1001. На контроллере 1001 может быть предусмотрен сигнальный вывод "открытый сток", который выполнен с возможностью подачи сигналов 1021, 1022. В одном примереEach gate driver 623, 723 is configured to receive a signal at its IN input to activate the gate driver only at the time when the trigger output Q is driven high and the heater activation signal 1021, 1022 is received from the controller 1001. At the controller 1001 an "open drain" signal output may be provided that is configured to provide signals 1021, 1022. In one example,

В примерах включение цепи 600 для нагрева одной из секций 601, 701 резонатора выполняет контроллер 1001, который сначала инициирует требуемый один из драйверов 623, 723 затвора с помощью соответствующего сигнала 1021, 1022 включения нагревателя. Затем контроллер 1001 подает сигнал 1011 ПУСК на детектор 621 нулевого напряжения. Продолжительность сигнала 1011 ПУСК должна быть короче, чем период половины цикла колебаний активной секции 601, 701 резонатора (этот период можно назвать "периодом резонансного обратного хода"). Это позволяет цепи правильно начать автоколебание в ответ на обнаруженное состояние нулевого напряжения. В другом примере порядок сигнала 1011 ПУСК и соответствующего сигнала 1021, 1022 включения нагревателя может быть изменен на противоположный, так что сначала применяют сигнал 1011 ПУСК, чтобы установить выход Q триггера на высокий логический уровень, а затем применяют один из сигналов 1021, 1022 включения нагревателя, чтобы начать автоколебание секции 601, 701 резонатора, соответствующей нагревателю, на который подают сигнал 1021, 1022.In the examples, turning on the circuit 600 to heat one of the resonator sections 601, 701 is performed by the controller 1001, which first initiates the desired one of the gate drivers 623, 723 with the appropriate heater on signal 1021, 1022. The controller 1001 then sends a START signal 1011 to the zero voltage detector 621 . The duration of the START signal 1011 should be shorter than the half cycle period of the active section 601, 701 of the resonator (this period may be referred to as the "resonant flyback period"). This allows the circuit to properly self-oscillate in response to a detected zero voltage condition. In another example, the order of the RUN signal 1011 and the corresponding heater on signal 1021, 1022 can be reversed so that the RUN signal 1011 is first applied to set the flip-flop output Q to logic high, and then one of the heater on signals 1021, 1022 is applied. to start self-oscillation of the resonator section 601, 701 corresponding to the heater being signaled 1021, 1022.

Чтобы продолжить более подробное описание устройства управления для управления цепью 600, на фиг. 12 показана часть устройства управления, содержащая компаратор 618 и связанные с ним компоненты. На фиг. 12 положительный вывод 118a источника 118 питания постоянного тока показан подключенным к узлу 1500A, который подключен к узлам 600A, 700A первой и второй секций 601, 701 резонатора соответственно. Отрицательный вывод 118b источника питания постоянного тока подключен к узлу 1500B, который эквивалентен узлу 600D, показанному на фиг. 6. Узел 1500B подключен к земле 616 через чувствительный к току резистор 615. Между узлами 1500A и 1500B параллельно подключены конденсаторы C111, C112, C115 и C116, каждый из которых в этом примере имеет емкость 100 мкФ, обеспечивая буферизацию между узлами 1500A и 1500B.To continue a more detailed description of the control device for driving circuit 600, FIG. 12 shows a portion of the control device containing a comparator 618 and associated components. In FIG. 12, positive terminal 118a of DC power supply 118 is shown connected to node 1500A, which is connected to nodes 600A, 700A of first and second resonator sections 601, 701, respectively. The negative terminal 118b of the DC power supply is connected to node 1500B, which is equivalent to node 600D shown in FIG. 6. Node 1500B is connected to ground 616 through a current sense resistor 615. Capacitors C111, C112, C115, and C116 are connected in parallel between nodes 1500A and 1500B, each of which in this example has a capacitance of 100 uF, providing buffering between nodes 1500A and 1500B.

На фиг. 12 более подробно показаны компоненты, связанные с функционированием компаратора 618, для детектирования того, что ток, протекающий через активную катушку 124 или 126 индуктивности, достиг заданного уровня. Как описано со ссылкой на предыдущие фигуры, компаратор 618 действует для сравнения напряжения, указывающего величину постоянного тока, протекающего в активной катушке индуктивности (124 или 126), с управляющим напряжением 1031, исходящим от контроллера 1001. Компаратор 618 получает мощность через вход 6, который подключен через резистор R116 100 Ом к логическому сигналу питания 2,5 В, в этом примере подаваемому контроллером 1001, и тому же логическому сигналу, что и сигнал 621a, принимаемый триггером 622. Вход 6 питания компаратора соединен с землей через конденсатор C119 емкостью 10 нФ. Другой вывод компаратора 618 соединен с непосредственно с землей.In FIG. 12 shows in more detail the components associated with the operation of the comparator 618 for detecting that the current flowing through the active inductor 124 or 126 has reached a predetermined level. As described with reference to the previous figures, the comparator 618 operates to compare the voltage indicating the amount of DC current flowing in the active inductor (124 or 126) with the control voltage 1031 coming from the controller 1001. The comparator 618 receives power through input 6, which connected through a 100 ohm resistor R116 to a 2.5 V logic power signal, in this example supplied by the 1001 controller, and the same logic signal as the 621a signal received by the flip-flop 622. Comparator power input 6 is connected to ground through a 10 nF capacitor C119 . The other end of comparator 618 is connected directly to ground.

В некоторых примерах контроллер 1001 представляет собой микропроцессор, содержащий таймер (не показан) для генерации сигнала, который вырабатывает управляющее напряжение 1031. В этом примере управляющее напряжение 1031 создают с помощью сигнала PWM_DAC с широтно-импульсной модуляцией, генерируемого контроллером 1001. Таймер контроллера 1001 генерирует прямоугольный сигнал с широтно-импульсной модуляцией, например, величиной около 2,5 В и частотой около 20 кГц и имеющий конкретный рабочий цикл. Сигнал PWM_DAC с широтно-импульсной модуляцией фильтруют конденсаторами C127 и C128 емкостью 10 нФ, а также двумя резисторами R121, R123 по 49,9 кОм и резистором R124 10 кОм для обеспечения по существу постоянного управляющего напряжения 1031 на частоте, с которой контроллер 1001 управляет управляющим напряжением 1031 (например, около 64 Гц в примерах). Для регулировки управляющего напряжения 1031 контроллер 1001 в примерах выполнен с возможностью регулировки рабочего цикла сигнала PWM_DAC с широтно-импульсной модуляцией, подаваемого на цепь 600. Таким образом, компоненты, расположенные между входом PWM_DAC и положительным выводом компаратора 618, эффективно обеспечивают создание управляющего напряжения 1031 с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией и регулировку величины управляющего напряжения 1031 путем регулировки рабочего цикла этого сигнала с широтно-импульсной модуляцией. Таким образом, линия 619 управляющего напряжения, показанная на фиг. 6 и 9, может быть заменена этими компонентами. Однако в других примерах управляющее напряжение 1031 может быть создано по существу постоянным напряжением, подаваемым, например, контроллером 1001. В таких примерах некоторые или все компоненты, показанные на фиг. 12, для фильтрации сигнала PWM_DAC могут отсутствовать.In some examples, the controller 1001 is a microprocessor containing a timer (not shown) for generating a signal that generates a control voltage 1031. In this example, the control voltage 1031 is generated using a PWM_DAC signal generated by the controller 1001. The timer of the controller 1001 generates a pulse-width modulated square wave, for example, about 2.5 V, about 20 kHz, and having a specific duty cycle. The PWM_DAC signal is filtered with 10 nF capacitors C127 and C128, and two 49.9 kΩ resistors R121, R123, and a 10 kΩ resistor R124 to provide a substantially constant control voltage 1031 at the frequency at which the controller 1001 controls the control voltage of 1031 (for example, about 64 Hz in the examples). To adjust the control voltage 1031, the controller 1001 in the examples is configured to adjust the duty cycle of the PWM_DAC signal applied to the circuit 600. Thus, the components located between the PWM_DAC input and the positive terminal of the comparator 618 effectively provide the control voltage 1031 with using a PWM signal and adjusting the amount of control voltage 1031 by adjusting the duty cycle of this PWM signal. Thus, the control voltage line 619 shown in FIG. 6 and 9 may be replaced by these components. However, in other examples, the control voltage 1031 may be provided by a substantially constant voltage supplied, for example, by the controller 1001. In such examples, some or all of the components shown in FIG. 12 may be omitted to filter the PWM_DAC signal.

Узел 1500B, который соединен с положительным вводом компаратора 618, как упомянуто выше, эквивалентен узлу 600D цепи 600. На фиг. 12 можно увидеть, что, как описано со ссылкой на упрощенную схему, показанную на фиг. 6, узел 1500B подключен через резистор 617a к положительному входу компаратора 618. По существу, работа компаратора 618 аналогична описанной выше: принимают входной сигнал на его положительном выводе, который зависит от управляющего напряжения 1031 и напряжения на чувствительном к току резисторе 615. Когда напряжение на положительном выводе компаратора 618 достигает напряжения земли, сигнал /FF RST выводят через резистор R118 на вход /RST триггера 622, чтобы изменить состояние триггера 622 и тем самым выключить активный полевой транзистор 608/708.Node 1500B, which is connected to the positive input of comparator 618 as mentioned above, is equivalent to node 600D of circuit 600. In FIG. 12, it can be seen that, as described with reference to the simplified diagram shown in FIG. 6, node 1500B is connected through resistor 617a to the positive input of comparator 618. Essentially, the operation of comparator 618 is the same as described above: receive an input signal at its positive terminal, which depends on the control voltage 1031 and the voltage across the current-sensing resistor 615. When the voltage at When the positive terminal of comparator 618 reaches ground, the /FF RST signal is output through resistor R118 to the /RST input of flip-flop 622 to change the state of flip-flop 622 and thereby turn off the active FET 608/708.

На фиг. 13 показаны дополнительные компоненты для конкретного примера устройства управления для цепи 600. Компоненты, показанные на фиг. 13, определяют устройство 1300 измерения тока для обеспечения сигнала I_SENSE, указывающего величину тока, потребляемого от источника 118 постоянного напряжения во время работы цепи 600. По этому сигналу контроллер 1001 может определять ток, потребляемый от источника 118 напряжения, и может использовать его вместе со значением напряжения, подаваемого источником 118 постоянного напряжения, для определения значения мощности, подаваемой в цепь 600. В некоторых примерах, как будет описано ниже, определенное значение мощности может быть использовано контроллером 1001 для управления цепью 600.In FIG. 13 shows additional components for a particular example control device for circuit 600. The components shown in FIG. 13, a current measuring device 1300 is defined to provide an I_SENSE signal indicating the amount of current drawn from the DC voltage source 118 during circuit 600 operation. From this signal, the controller 1001 can determine the current drawn from the voltage source 118 and can use it in conjunction with voltage supplied by DC voltage source 118 to determine the value of power supplied to circuit 600. In some examples, as will be described below, the determined power value may be used by controller 1001 to control circuit 600.

Ввод 1301 в устройство 1300 измерения тока выполняют через резистор R120, показанный на фиг. 12. Таким образом, вход подключен к узлу 1500B через резистор R120 и принимает напряжение, указывающее напряжение на чувствительном к току резисторе 615. Устройство 1300 измерения тока работает как устройство измерения тока на стороне низкого напряжения для цепи 600. В этом отношении устройство 1300 измерения тока содержит операционный усилитель U110, работающий от напряжения 3,8 В, подаваемого на вход 5 операционного усилителя U110 (тип компонента TS507), настроенного для измерения тока на стороне низкого напряжения с использованием чувствительного к току резистора 615, как будет понятно. Транзистор U109 со встроенным резистором смещения (тип компонента RN4986) переключает напряжение 2,5 В, подаваемое контроллером 1001, на питание 3,8 В для операционного усилителя U110. Линия питания от транзисторного компонента U109 соединена с землей через конденсатор C132 емкостью 10 нФ. Кроме того, резистор R130 сопротивлением 1 кОм подключен между положительным входом операционного усилителя U110 и землей, а резистор R129 сопротивлением 412 кОм подключен между входом 2,5 В от контроллера 1001 и положительным входом компаратора U110. На отрицательный вывод операционного усилителя U110 поступает напряжение, зависящее от напряжения на чувствительном к току резисторе 615. Последовательные резистор R131 и конденсатор C133 обеспечивают фильтрацию сигнала напряжения, принятого через вход 1301. Дополнительный резистор R133 (в этом примере с сопротивлением 97,6 кОм) и конденсатор C134 емкостью 10 нФ подключены параллельно между входом к отрицательному выводу операционного усилителя U110 и выходом операционного усилителя U110, так что операционный усилитель работает в режиме замкнутого контура.The input 1301 to the current measuring device 1300 is made through the resistor R120 shown in FIG. 12. Thus, the input is connected to node 1500B through resistor R120 and receives a voltage indicative of the voltage across the current-sensing resistor 615. Current measurement device 1300 operates as a low voltage side current measurement device for circuit 600. In this respect, current measurement device 1300 contains an op-amp U110 powered by 3.8V applied to input 5 of an op-amp U110 (component type TS507) configured to sense current on the low side using a current-sensing resistor 615, as will be understood. Transistor U109 with built-in bias resistor (part type RN4986) switches the 2.5V voltage supplied by the 1001 controller to a 3.8V supply for the op amp U110. The power line from transistor component U109 is connected to ground through a 10nF capacitor C132. In addition, a 1 kΩ resistor R130 is connected between the positive input of op-amp U110 and ground, and a 412 kΩ resistor R129 is connected between the 2.5 V input from the 1001 controller and the positive input of comparator U110. The negative terminal of op-amp U110 receives a voltage dependent on the voltage across the current-sensing resistor 615. Series resistor R131 and capacitor C133 filter the voltage signal received through input 1301. An additional resistor R133 (in this example with a resistance of 97.6 kΩ) and a 10nF capacitor C134 is connected in parallel between the input to the negative terminal of op-amp U110 and the output of op-amp U110, so that the op-amp operates in closed loop mode.

Операционный усилитель U110 работает для вывода сигнала I_SENSE напряжения на контроллер 1001, который указывает ток через чувствительный к току резистор 615 и, таким образом, позволяет контроллеру 1001 определять ток, потребляемый от источника 118 постоянного напряжения через цепь 600.Operational amplifier U110 operates to output voltage signal I_SENSE to controller 1001 which indicates current through current sense resistor 615 and thus allows controller 1001 to determine the current drawn from DC voltage source 118 through circuit 600.

Следует отметить, что, принимая во внимание первый и второй полевой транзистор 608, 708 и топологию схемы 600, фазирование первой и второй катушек 124 и 126 индуктивности друг относительно друга может быть выбрано так, что если работает первая катушка 124 индуктивности, то предотвращают протекание во второй катушке 126 индуктивности тока, достаточного для существенного нагрева токоприемника 132, а если работает вторая катушка 126 индуктивности, то предотвращают протекание в первой катушке 124 индуктивности тока, достаточного для существенного нагрева токоприемника 132.It should be noted that, taking into account the first and second field effect transistors 608, 708 and the topology of the circuit 600, the phasing of the first and second inductors 124 and 126 with respect to each other can be chosen such that if the first inductor 124 operates, then flow is prevented in the second inductor 126 of a current sufficient to significantly heat the current collector 132, and if the second inductor 126 is operating, then prevent the flow of current in the first inductor 124 sufficient to significantly heat the current collector 132.

Как описано выше, первый 608 и второй 708 полевые транзисторы фактически выступают в качестве диодов 608a, 708a, когда они выключены, и, таким образом, могут проводить ток, если они имеют положительное смещение (то есть полевые транзисторы не являются идеальными переключателями). Соответственно, в примерах цепь 600 сконфигурирована таким образом, что когда первая 124 или вторая 126 катушка индуктивности работает для нагрева токоприемника 132, напряжение, индуцированное на другой неработающей катушке индуктивности, не приводит к положительному смещению собственного диода полевого транзистора, связанного с этой неработающей катушкой индуктивности, а наоборот смещает ее в обратном направлении.As described above, the first 608 and second 708 FETs actually act as diodes 608a, 708a when they are off, and thus can conduct if they are positively biased (i.e., FETs are not ideal switches). Accordingly, in the examples, circuit 600 is configured such that when the first 124 or second 126 inductor is operated to heat the current collector 132, the voltage induced on the other non-operating inductor does not positively bias the intrinsic FET diode associated with that non-operating inductor. , and vice versa shifts it in the opposite direction.

Эффект вышеописанного устройства управления, выполненного с возможностью управления устройствами 608, 708 переключения цепи 600 в ответ на обнаруженные условия напряжения, заключается в том, что когда активна первая секция 601 резонатора или вторая секция 701 резонатора (то есть ее драйвер 623, 723 затвора активирован контроллером 1001), то эта секция резонатора "автоколеблется", в то время как другая секция остается неактивной. То есть переключение соответствующих полевых транзисторов 608, 708 в секции 601, 701 резонатора повторяется с высокой частотой, поскольку первое состояние напряжения (обнаруженное компаратором 618) вызывает переключение полевого транзистора с включенного на выключенное состояние, а второе состояние напряжение (обнаруженное детектором 621 нулевого напряжения) вызывает переключение полевого транзистора с выключенного на включенное состояние.The effect of the control device described above, configured to control the switching devices 608, 708 of the circuit 600 in response to detected voltage conditions, is that when the first resonator section 601 or the second resonator section 701 is active (that is, its gate driver 623, 723 is activated by the controller 1001), then this section of the resonator "auto-oscillates", while the other section remains inactive. That is, the switching of the respective FETs 608, 708 in the resonator section 601, 701 is repeated at a high frequency because the first voltage state (detected by the comparator 618) causes the FET to switch from on to off, and the second voltage state (detected by the zero voltage detector 621) causes the FET to switch from off to on.

Контроллер 1001 выполнен с возможностью управления цепью 600 индукционного нагрева устройства 100 таким образом, чтобы в любой момент времени была активна только первая катушка 124 индуктивности или вторая катушка 126 индуктивности. Контроллер 1001 выполнен с возможностью определения с заранее определенной частотой того, какую из катушек, первую 124 или вторую 126, активировать.The controller 1001 is configured to control the induction heating circuit 600 of the device 100 such that only the first inductor 124 or the second inductor 126 is active at any given time. The controller 1001 is configured to determine at a predetermined frequency which of the coils, the first 124 or the second 126, to activate.

В примерах, во время использования устройства 100 контроллер 1001 определяет на заранее определенной частоте, то есть один раз для каждого из множества заранее определенных временных интервалов, какую секцию резонатора, первую 601 или вторую 701, активировать. В одном примере каждый раз, когда контроллер 1001 определяет, какую секцию резонатора, первую 601 ил вторую 701, активировать, контроллер 1001 может принять решение активировать эту секцию резонатора, чтобы нагреть токоприемник 132 в течение следующего заранее заданного интервала времени. То есть, если заранее заданная частота (которую можно назвать "частотой прерывания") составляет, например, 64 Гц, то контроллер 1001 может определять с заранее заданными интервалами, длительностью 1/64 с, какая секция 601, 701 резонатора должна быть активирована в течение следующего периода, длительностью 1/64 с, пока контроллер не выполнит следующее определение секции 601, 701 резонатора в конце следующего интервала длительностью 1/64 с. В других примерах частота прерывания может составлять, например, от 20 Гц до 80 Гц, или, соответственно, заранее заданные интервалы могут иметь длительность от 1/80 до 1/20 с. Чтобы определить, какая катушка 124, 126 индуктивности должна быть активирована в течение заранее заданного интервала, контроллер 1001 определяет, какая зона 132a, 132b токоприемника должна быть нагрета в течение этого заранее заданного интервала. В примерах контроллер 1001 определяет, какая зона 132a, 132b токоприемника должна быть нагрета, со ссылкой на измеренную температуру зон 132a, 132b токоприемника, как будет описано ниже.In the examples, during use of the device 100, the controller 1001 determines at a predetermined frequency, that is, once for each of a plurality of predetermined time intervals, which resonator section, the first 601 or the second 701, to activate. In one example, each time controller 1001 determines which resonator section, first 601 or second 701, to activate, controller 1001 may decide to activate that resonator section to heat current collector 132 for the next predetermined time interval. That is, if the predetermined frequency (which may be referred to as the "chopping frequency") is, for example, 64 Hz, then the controller 1001 may determine at predetermined intervals of 1/64 s which resonator section 601, 701 should be activated for the next period, 1/64 s long, until the controller performs the next determination of the resonator section 601, 701 at the end of the next 1/64 s interval. In other examples, the interruption frequency may be, for example, 20 Hz to 80 Hz, or, respectively, the predetermined intervals may be 1/80 to 1/20 second long. To determine which inductor 124, 126 should be activated during a predetermined interval, the controller 1001 determines which pantograph zone 132a, 132b should be heated during this predetermined interval. In the examples, the controller 1001 determines which pantograph zone 132a, 132b is to be heated with reference to the measured temperature of the pantograph zones 132a, 132b, as will be described below.

На фиг. 14 показана блок-схема последовательности действий примера способа определения того, какая из двух секций 601, 701 резонатора должна быть активирована в течение определенного заранее заданного интервала. В этом примере контроллер 1001 определяет, какую из секций резонатора, первую 601 или вторую 701, активировать в течение заранее заданного интервала на основе текущей температуры T1 первой зоны 132a токоприемника, нагреваемой первой катушкой 124 индуктивности, и текущей температуры T2 второй зоны 132b токоприемника, нагреваемой второй катушкой 126 индуктивности. В одном примере текущие температуры T1 и T2 первой 132a и второй 132b зон токоприемника могут быть измерены соответствующими термопарами (не показаны), прикрепленными к каждой зоне токоприемника 132. Термопары обеспечивают входной сигнал для контроллера 1001, позволяя контроллеру 1001 определять значения температур T1, T2. В других примерах можно использовать другое подходящее средство для определения соответствующих температур зон 132a, 132b токоприемника.In FIG. 14 shows a flowchart of an example of a method for determining which of the two resonator sections 601, 701 should be activated for a certain predetermined interval. In this example, the controller 1001 determines which of the resonator sections, the first 601 or the second 701, to activate during a predetermined interval based on the current temperature T1 of the first pantograph zone 132a heated by the first inductor 124 and the current temperature T2 of the second pantograph zone 132b heated the second coil 126 inductor. In one example, the current temperatures T1 and T2 of the first 132a and second 132b pantograph zones can be measured by respective thermocouples (not shown) attached to each pantograph zone 132. The thermocouples provide an input to the controller 1001, allowing the controller 1001 to determine the temperatures T1, T2. In other examples, another suitable means may be used to determine the respective temperatures of the pantograph zones 132a, 132b.

В блоке 1051 контроллер 1001 определяет текущее значение температуры T1 и сравнивает его с целевым значением target1 температуры для первой зоны 132a, предназначенной для нагрева первой катушкой 124 индуктивности. Целевая температура target1 первой зоны 132a имеет значение, которое может изменяться в течение сеанса использования устройства, задействующего цепь 600. Например, для первой зоны может быть определен профиль температуры, определяющий значения для target1 на протяжении сеанса использования устройства 100.In block 1051, the controller 1001 determines the current temperature value T1 and compares it with the target temperature value target1 for the first zone 132a to be heated by the first inductor 124. The target temperature target1 of the first zone 132a has a value that may change during a session of use of the device activating circuit 600. For example, a temperature profile may be defined for the first zone that defines values for target1 throughout a session of use of the device 100.

В блоке 1052 контроллер 1001 выполняет ту же операцию, что и для первой катушки 124 индуктивности в блоке 1051, и определяет, является ли в это время значение текущей температуры T2 второй зоны 132b ниже целевой температуры target2 для второй зоны 132b или нет. Опять же, целевая температура второй зоны 132b может быть определена профилем температуры, определяющим значения target2 в течение сеанса использования. Температура второй зоны 132b может, подобно первой зоне 132а, быть измерена любым подходящим средством, таким как термопара.In block 1052, the controller 1001 performs the same operation as for the first inductor 124 in block 1051 and determines whether the current temperature value T2 of the second zone 132b is below the target temperature target2 for the second zone 132b at that time or not. Again, the target temperature of the second zone 132b may be determined by a temperature profile defining target2 values during a usage session. The temperature of the second zone 132b can, like the first zone 132a, be measured by any suitable means such as a thermocouple.

Если оба ответа в блоке 1051 и блоке 1052 – "нет", то есть температура обеих зон 132a, 132b токоприемника в данный момент находится на уровне или выше их соответствующих целевых температур target1, target2, то контроллер 1001 определяет, что не нужно активировать ни первую, ни вторую секции 601, 701 резонатора для следующего заранее заданного интервала.If both responses at block 1051 and block 1052 are "no", that is, the temperature of both pantograph zones 132a, 132b is currently at or above their respective target temperatures target1, target2, then controller 1001 determines that neither first pantograph needs to be activated. , nor the second section 601, 701 of the resonator for the next predetermined interval.

Если ответ в блоке 1051 – "нет", а ответ в блоке 1052 – "да", то есть температура первой зоны 132a находится на уровне или выше своей целевой температуры target1, но температура второй зоны 132b ниже своей целевой температуры target2, то контроллер 1001 определяет, что вторая секция 701 резонатора должна быть активирована для нагрева второй зоны 132b в течение следующего заранее заданного интервала.If the answer at block 1051 is "no" and the answer at block 1052 is "yes", that is, the temperature of the first zone 132a is at or above its target temperature target1, but the temperature of the second zone 132b is below its target temperature target2, then the controller 1001 determines that the second cavity section 701 should be activated to heat the second zone 132b for the next predetermined interval.

Если ответ в блоке 1051 – "да", а ответ в блоке 1052 – "нет", то есть температура первой зоны 132a находится ниже своей целевой температуры target1, а температура второй зоны 132b на уровне или выше своей целевой температуры target2, то контроллер 1001 определяет, что первая секция 601 резонатора должна быть активирована для нагрева первой зоны 132a в течение следующего заранее заданного интервала.If the answer at block 1051 is "yes" and the answer at block 1052 is "no", i.e. the temperature of the first zone 132a is below its target temperature target1 and the temperature of the second zone 132b is at or above its target temperature target2, then the controller 1001 determines that the first cavity section 601 should be activated to heat the first zone 132a for the next predetermined interval.

Если ответ в блоке 1051 – "да", и ответ в блоке 1052 – "да", то есть температура и первой зоны 132a, и второй зоны 132b ниже соответствующих целевых температур target1, target2, то контроллер 1001 переходит к блоку 1053. В блоке 1053 контроллер 1001 эффективно действует для попеременного включения первой секции 601 резонатора и второй секции 701 резонатора для каждого заранее определенного интервала, в течение которого обе зоны 132a, 132b остаются ниже своих соответствующих целевых температур.If the answer at block 1051 is "yes" and the answer at block 1052 is "yes", that is, the temperature of both the first zone 132a and the second zone 132b is below the respective target temperatures target1, target2, then the controller 1001 proceeds to block 1053. At block 1053, the controller 1001 is effectively operable to alternately turn on the first resonator section 601 and the second resonator section 701 for each predetermined interval during which both zones 132a, 132b remain below their respective target temperatures.

В одном примере, чтобы поочередно активировать первую 601 и вторую 701 секции резонатора, в блоке 1053 контроллер 1001 в некоторых примерах определяет, прошло ли четное количество заранее определенных интервалов с начала сеанса. Если с начала сеанса прошло четное количество заранее определенных интервалов, то контроллер 1001 определяет, что для следующего интервала должна быть активирована первая секция 601 резонатора. Если с начала сеанса прошло нечетное количество заранее определенных интервалов, то контроллер 1001 определяет, что для следующего интервала должна быть активирована вторая секция 701 резонатора. Следует понимать, что в других примерах контроллер 1001 может вместо этого активировать вторую секцию 701 резонатора, если прошло четное число интервалов, и первую секцию 601 резонатора, если прошло нечетное число интервалов.In one example, to alternately activate the first 601 and second 701 resonator sections, at block 1053, the controller 1001 in some examples determines whether an even number of predetermined intervals have passed since the start of the session. If an even number of predetermined intervals have passed since the start of the session, then the controller 1001 determines that the first resonator section 601 should be activated for the next interval. If an odd number of predetermined intervals have passed since the start of the session, then the controller 1001 determines that the second resonator section 701 should be activated for the next interval. It should be understood that in other examples, controller 1001 may instead activate second resonator section 701 if an even number of slots have passed, and first resonator section 601 if an odd number of slots have passed.

В некоторых примерах цепь 600 выполнена так, что как только одну из секций 601, 701 резонатора активируют путем приема сигнала 1021 или 1022 на одном из драйверов 623, 624 затвора, эта секция 601/701 резонатора продолжает работать, т.е. совершать автоколебания, пока не будет деактивирована контроллером 1001, например, путем подачи другого сигнала на драйвер затвора этой секции 601/701 резонатора. Таким образом, после определения того, какую из секций 601, 701 резонатора активировать в течение заданного интервала, контроллер 1001, чтобы инициировать эту активацию, может деактивировать одну из секций 601, 701 резонатора, которая была активна в течение предыдущего интервала.In some examples, the circuit 600 is configured such that once one of the resonator sections 601, 701 is activated by receiving a signal 1021 or 1022 on one of the gate drivers 623, 624, that resonator section 601/701 continues to operate, i. oscillate until it is deactivated by the controller 1001, for example, by applying another signal to the gate driver of this resonator section 601/701. Thus, after determining which of the resonator sections 601, 701 to activate during a given interval, the controller 1001 can deactivate one of the resonator sections 601, 701 that was active during the previous interval to initiate this activation.

Чтобы проиллюстрировать пример блока 1053, где способ 1050, показанный на фиг. 14, выполняют с интервалами длительностью 1/64 с, если контроллер 1001 определяет, что обе зоны 132a, 132b имеют температуру ниже своих соответствующих целевых температур target1, target2, и прошло четное число интервалов длительностью 1/64 с с момента начала сеанса использования устройства 100, то контроллер 1001 активирует первую секцию 601 резонатора на следующий интервал длительностью 1/64 секунды, в то время как вторая секция 701 резонатора становится неактивной, для чего в примерах необходимо, чтобы контроллер 1001 деактивировал вторую секцию 701 резонатора. Если после этого следующего интервала длительностью 1/64 с температуры обеих зон 132a, 132b остаются ниже своих соответствующих целевых температур target1, taget2, то в течение следующего интервала длительностью 1/64 с контроллер 1001 активирует вторую секцию 701 резонатора, в то время как первая секция 601 резонатора становится неактивной, для чего в примерах необходимо, чтобы контроллер 1001 деактивировал вторую секцию 701 резонатора. Для каждого интервала, в котором температуры обеих зон 132a, 132b остаются ниже своих соответствующих целевых температур, продолжается это чередование между активацией первой 601 и второй 701 секций резонатора.To illustrate an example block 1053, where the method 1050 shown in FIG. 14 are performed at 1/64 second intervals if the controller 1001 determines that both zones 132a, 132b are below their respective target temperatures target1, target2 and an even number of 1/64 second intervals have elapsed since the start of the device 100 session. , the controller 1001 activates the first resonator section 601 for the next 1/64 second interval while the second resonator section 701 becomes inactive, which in the examples requires the controller 1001 to deactivate the second resonator section 701. If, after this next 1/64 second interval, the temperatures of both zones 132a, 132b remain below their respective target temperatures target1, taget2, then during the next 1/64 second interval, the controller 1001 activates the second resonator section 701 while the first section The resonator 601 becomes inactive, which in the examples requires the controller 1001 to deactivate the second resonator section 701. For each interval in which the temperatures of both zones 132a, 132b remain below their respective target temperatures, this alternation continues between activation of the first 601 and second 701 resonator sections.

В целом способ 1050 приводит к тому, что две катушки 124, 126 индуктивности никогда не активны одновременно. Если определено, что обе катушки 124, 126 индуктивности требуют активации для приведения температуры соответствующих зон 132a, 132b до заданной температуры, то контроллер 1001 поочередно подает питание на катушки 124, 126 индуктивности с заранее определенной частотой, чтобы довести температуры обеих зон 132a, 132b до их соответствующей целевой температуры. Таким образом, можно увидеть, что, например, в течение периода сеанса использования, содержащего множество интервалов, в течение которых температура первой зоны 132a существенно ниже своей целевой температуры, а температура второй зоны 132b совпадает со своей целевой температурой или выше нее, благодаря способу 1050 мощность могут подавать в первую секцию 601 резонатора в течение почти 100% этого периода. Однако в течение периода сеанса использования, включающего множество интервалов, в течение которых температура обеих зон 132a, 132b находится ниже целевых температур, каждая катушка индуктивности может получать питание примерно в течение 50% этого периода.In general, method 1050 results in the two inductors 124, 126 never being active at the same time. If it is determined that both inductors 124, 126 require activation to bring the temperature of the respective zones 132a, 132b to a predetermined temperature, then the controller 1001 alternately energizes the inductors 124, 126 at a predetermined frequency to bring the temperatures of both zones 132a, 132b to their respective target temperature. Thus, it can be seen that, for example, during a session period comprising a plurality of intervals during which the temperature of the first zone 132a is substantially below its target temperature and the temperature of the second zone 132b is at or above its target temperature, due to the method 1050 power may be supplied to the first resonator section 601 for almost 100% of this period. However, during a session period including multiple intervals during which both zones 132a, 132b are below target temperatures, each inductor may be energized for approximately 50% of that period.

Как упоминалось, если обе зоны 132a, 132b имеют свои заданные температуры, то питание могут не подавать ни на одну из катушек индуктивности. В некоторых примерах во время сеанса нагрева, который длится в течение заданного периода (например, 3, 3,5, 4 или 4,5 минуты), ни одна из катушек индуктивности не может получать питание более 75% времени или более 80% времени. Другими словами, обе катушки индуктивности могут иметь свою заданную температуру более 75% времени или более 80% времени, так что постоянная подача энергии не требуется. Вместо этого питание подают только тогда, когда температуры зон 132a, 132b падают ниже своих соответствующих целевых температур. В конкретном примере сеанс нагрева длится в течение 260 секунд, и первая катушка 124 индуктивности получает питание в общей сложности около 25 секунд во время сеанса нагрева, а вторая катушка 126 индуктивности получает питание в течение всего около 19 секунд во время сеанса нагрева. В более общем смысле, каждая катушка индуктивности может получать питание от 7% до 15% времени во время сеанса нагрева, что означает, что катушки индуктивности работают от примерно 14% до 30% времени.As mentioned, if both zones 132a, 132b have their set temperatures, then neither of the inductors may be energized. In some examples, during a heating session that lasts for a predetermined period (eg, 3, 3.5, 4, or 4.5 minutes), none of the inductors can be energized more than 75% of the time or more than 80% of the time. In other words, both inductors can be at their desired temperature more than 75% of the time, or more than 80% of the time, so that a constant supply of energy is not required. Instead, power is only applied when the temperatures of zones 132a, 132b fall below their respective target temperatures. In a particular example, the heating session lasts for 260 seconds and the first inductor 124 is energized for a total of about 25 seconds during the heating session, and the second inductor 126 is energized for only about 19 seconds during the heating session. More generally, each inductor can be energized 7% to 15% of the time during a heating session, meaning that the inductors are energized about 14% to 30% of the time.

Мощность, подаваемая в течение каждого интервала длительностью 1/64 с, может быть определена как произведение постоянного напряжения на источнике 118 постоянного тока в течение этого интервала и среднего постоянного тока, потребляемого от источника 118 постоянного тока в течение этого интервала. В конкретном примере, когда катушка индуктивности работает в течение определенного интервала, мощность может составлять от примерно 15 Вт до примерно 25 Вт, или более предпочтительно от примерно 20 Вт до примерно 23 Вт.The power supplied during each 1/64 second interval can be determined as the product of the DC voltage at DC source 118 during that interval and the average DC current drawn from DC source 118 during that interval. In a specific example, when the inductor is operated for a certain interval, the power may be from about 15 watts to about 25 watts, or more preferably from about 20 watts to about 23 watts.

Энергию, потребляемую катушкой индуктивности в течение этого интервала, определяют произведением мощности на длительность интервала. Соответственно, энергия, потребляемая катушкой индуктивности в течение этого интервала, может составлять от примерно 0,31 Дж до примерно 0,36 Дж. Если катушки индуктивности не работают (поскольку зоны 132a, 132b находятся при их заданных температурах), то мощность, подаваемая на катушки индуктивности, и энергия, потребляемая катушками индуктивности, могут быть незначительными. Например, энергия, потребляемая катушками индуктивности, может быть меньше примерно 0,01 Дж.The energy consumed by the inductor during this interval is determined by the product of the power and the duration of the interval. Accordingly, the energy consumed by the inductor during this interval may be from about 0.31 J to about 0.36 J. inductors, and the energy consumed by the inductors can be negligible. For example, the energy consumed by the inductors may be less than about 0.01 J.

Первую и вторую катушки 124, 126 индуктивности в совокупности могут называть нагревателем/нагревательным узлом. Как упоминалось выше, если предположить, что катушки индуктивности активируют только в течение примерно 25% времени во время сеанса нагрева, то общая энергия, потребляемая катушками индуктивности во время сеанса, составляет от примерно 1200 Дж до примерно 1400 Дж. Если предположить, что катушки индуктивности активируют только в течение примерно 20% времени во время сеанса нагрева, то общая энергия, потребляемая катушками индуктивности, составляет от примерно 1200 Дж до примерно 1400 Дж. В зависимости от характеристик нагревательного узла, окружающей среды и изделия, вставленного в устройство, общая энергия, потребляемая катушками индуктивности, может составлять от примерно 1000 Дж до примерно 1400 Дж.The first and second inductors 124, 126 may be referred to collectively as a heater/heater assembly. As mentioned above, assuming that the inductors only fire for about 25% of the time during a heating session, then the total energy consumed by the inductors during the session is between about 1200 J and about 1400 J. Assuming that the inductors are activated only for about 20% of the time during a heating session, the total energy consumed by the inductors is from about 1200 J to about 1400 J. Depending on the characteristics of the heating assembly, the environment and the product inserted into the device, the total energy, consumed by the inductors can be from about 1000 J to about 1400 J.

В одном примере источник 118 постоянного тока (то есть батарея) имеет емкость батареи около 3000 мАч и напряжение около 3-4 В, что дает емкость от около 30000 Дж до около 35000 Дж. В конкретном примере емкость батареи составляет около 33000 Дж. Это позволяет источнику 118 постоянного тока обеспечивать питание примерно от 25 до 30 сеансов нагрева.In one example, the DC source 118 (i.e., the battery) has a battery capacity of about 3000 mAh and a voltage of about 3-4 V, giving a capacity of about 30,000 J to about 35,000 J. In a specific example, the battery capacity is about 33,000 J. This allows DC source 118 to provide power for approximately 25 to 30 heating sessions.

В конкретном примере, когда устройство неактивно, потребляемый ток составляет около 0,1 мА. Большая часть этого потребляемого тока – это ток покоя, потребляемый регулятором напряжения источника 118 постоянного тока. Например, регулятор представляет собой регулятор на 2,5 В. Часть этого тока может быть вызвана небольшими токами утечки на любых дополнительных интегральных схемах, присутствующих в устройстве, таких как интегральная схема, связанная с зарядным гнездом 114. Предполагая, что батарея имеет напряжение около 3,7 В, мощность, потребляемая устройством в неактивном состоянии, может составлять около 0,370 мВт. Предпочтительно неактивное устройство 100 потребляет менее примерно 1 мВт, или менее примерно 0,5 мВт, или менее примерно 0,4 мВт.In a specific example, when the device is inactive, the current drawn is about 0.1 mA. Most of this consumed current is the quiescent current consumed by the voltage regulator of the DC source 118 . For example, the regulator is a 2.5 volt regulator. Some of this current may be caused by small leakage currents on any additional integrated circuits present in the device, such as the integrated circuit associated with charging socket 114. Assuming the battery has a voltage of about 3 .7 V, the power consumed by the device in the inactive state can be about 0.370 mW. Preferably, the inactive device 100 consumes less than about 1 mW, or less than about 0.5 mW, or less than about 0.4 mW.

Если контроллер 1001 активен, то потребляемый ток может составлять около 3 мА. Таким образом, контроллер 1001 при использовании потребляет около 0,01 Вт. В одном примере контроллер 1001 имеет тактовую частоту 16 МГц. Предпочтительно, контроллер 1001 потребляет менее примерно 0,05 Вт, или менее примерно 0,03 Вт, или менее примерно 0,01 Вт.If the controller 1001 is active, then the current consumption can be about 3 mA. Thus, the controller 1001 consumes about 0.01 watts when in use. In one example, controller 1001 has a clock frequency of 16 MHz. Preferably, the controller 1001 consumes less than about 0.05 watts, or less than about 0.03 watts, or less than about 0.01 watts.

Устройство 100 также может содержать визуальный индикатор, такой как несколько светодиодов. Как кратко упомянуто выше, на фиг. 2 показана вторая печатная плата 138. На второй печатной плате 138 установлено 4 светодиода. Светодиоды могут загораться, чтобы указать пользователю на определенные события, например, когда устройство готово к использованию. Каждый светодиод может потреблять ток около 2 мА при максимальной яркости или интенсивности. Когда все 4 светодиода имеют максимальную яркость, они потребляют общую мощность около 0,03 Вт. Предпочтительно, визуальный индикатор потребляет менее примерно 0,05 Вт, или менее примерно 0,04 Вт, или менее примерно 0,03 Вт. Светодиоды могут гореть, например, во время сеанса нагрева.The device 100 may also include a visual indicator, such as a number of LEDs. As briefly mentioned above, in FIG. 2 shows the second circuit board 138. The second circuit board 138 has 4 LEDs. LEDs can light up to indicate certain events to the user, such as when the device is ready for use. Each LED can draw about 2 mA at maximum brightness or intensity. When all 4 LEDs are at maximum brightness, they consume a total power of about 0.03W. Preferably, the visual indicator consumes less than about 0.05 watts, or less than about 0.04 watts, or less than about 0.03 watts. The LEDs may be lit, for example, during a heating session.

Соответственно, во время сеанса нагрева нагревательный узел может потреблять от примерно 15 Вт до примерно 25 Вт. Другие электрические компоненты внутри устройства (то есть все компоненты, за исключением катушек 124, 126 индуктивности) могут потреблять общую мощность около 0,04 Вт (около 0,03 Вт для светодиодов и около 0,01 Вт для регулятора напряжения, контроллера 1001 и других токов утечки). Предпочтительно, мощность, потребляемая электрическими компонентами, составляет менее примерно 0,1 Вт или менее примерно 0,05 Вт.Accordingly, during a heating session, the heating assembly may consume from about 15 watts to about 25 watts. Other electrical components within the device (i.e., all components except coils 124, 126) can consume a total power of about 0.04 W (about 0.03 W for LEDs and about 0.01 W for voltage regulator, controller 1001 and others). leakage currents). Preferably, the power consumed by the electrical components is less than about 0.1 W, or less than about 0.05 W.

В приведенных выше примерах понятно, что мощность будет изменяться вместе с напряжением батареи 118. В приведенных выше примерах предполагается, что напряжение батареи 118 составляет около 3,7 В.In the examples above, it is understood that the power will vary with the voltage of battery 118. In the above examples, it is assumed that the voltage of battery 118 is about 3.7V.

В примере мощность, потребляемая электрическими компонентами, составляет менее примерно 0,5% от потребления энергии нагревательным узлом (т.е. катушками индуктивности). Предпочтительно, мощность, потребляемая электрическими компонентами, составляет менее примерно 0,2% от потребления энергии нагревательным узлом. Например, мощность, потребляемая нагревательным узлом (то есть катушками индуктивности), может составлять примерно 20 Вт, а мощность, потребляемая другими электрическими компонентами, составляет примерно 0,04 Вт. Соответственно, мощность, потребляемая электрическими компонентами, составляет примерно 0,2% от потребления энергии нагревательным узлом.In the example, the power drawn by the electrical components is less than about 0.5% of the power drawn by the heating assembly (ie, the inductors). Preferably, the power consumed by the electrical components is less than about 0.2% of the power consumption of the heating unit. For example, the power consumed by the heating assembly (ie, the inductors) may be about 20 watts, while the power consumed by other electrical components is about 0.04 watts. Accordingly, the power consumed by the electrical components is approximately 0.2% of the energy consumption of the heating unit.

В примерах контроллер 1001 также выполнен с предварительно заданными интервалами, которые в примерах совпадают с заранее заданными интервалами, с которыми выполняют способ 1050, для определения мощности, подаваемой в одну из секций 601, 701 резонатора от источника 118 постоянного тока.In the examples, the controller 1001 is also configured at predetermined intervals, which in the examples coincide with the predetermined intervals at which the method 1050 is performed to determine the power supplied to one of the resonator sections 601, 701 from the DC source 118.

Как описано выше, со ссылкой на фиг. 9-11, в частности, для управления тем, какая из секций резонатора, первая 601 или вторая 701, активна в любой момент времени, контроллер 1001, также передающий сигнал 1001 ПУСК для инициирования работы цепи 600, выполнен с возможностью выборочно передавать первый сигнал 1011 работы нагревателя на первый драйвер 623 затвора, чтобы активировать первую секцию 601 резонатора, или второй сигнал 1012 работы нагревателя на второй драйвер 723 затвора, чтобы активировать вторую секцию 701 резонатора.As described above with reference to FIG. 9-11, in particular, to control which of the resonator sections, the first 601 or the second 701, is active at any given time, the controller 1001, also transmitting the START signal 1001 to initiate the operation of the circuit 600, is configured to selectively transmit the first signal 1011 a heater operation signal to the first gate driver 623 to activate the first resonator section 601, or a second heater operation signal 1012 to the second gate driver 723 to activate the second resonator section 701.

Например, если контроллер 1001 инициирует работу цепи 600, и контроллер 1001 передает первый сигнал 1011 работы нагревателя, то цепь 600 работает, как описано выше, чтобы активировать первую катушку 124 индуктивности для нагрева первой зоны 132а токоприемника. Если контроллер 1001 передает второй сигнал 1012 работы нагревателя, то цепь 600 активирует вторую катушку 126 индуктивности для нагрева второй зоны 132b токоприемника. Если контроллер 1001 не передает ни первый сигнал 1011 работы нагревателя, ни второй сигнал 1012 работы нагревателя, то не активируют ни одну из катушек 124, 126 индуктивности, и токоприемник 132 не нагревают.For example, if controller 1001 initiates operation of circuit 600 and controller 1001 transmits a first heater operation signal 1011, then circuit 600 operates as described above to activate first inductor 124 to heat first pantograph zone 132a. If the controller 1001 transmits a second heater operation signal 1012, then the circuit 600 activates the second inductor 126 to heat the second pantograph zone 132b. If the controller 1001 transmits neither the first heater operation signal 1011 nor the second heater operation signal 1012, neither of the inductors 124, 126 is activated and the current collector 132 is not heated.

Контроллер 1001 выполнен с возможностью управления мощностью, подаваемой от источника 118 постоянного напряжения в цепь 600 для индукционного нагрева токоприемника 132, на основе сравнения измерения мощности, подаваемой в цепь 600, и целевой мощности. Контроллер 1001 выполнен с возможностью управления мощностью, подаваемой в цепь 600, путем управления переключающим устройством цепи 600, то есть путем управления переключением полевых транзисторов 608, 708. Контроллер 1001 может управлять переключением полевых транзисторов 608, 708, устанавливая управляющее напряжение 1031, которое определяет постоянный ток, который может нарастать в катушке 124, 126 индуктивности, соответствующей этому полевому транзистору 608, 708, перед переключением полевого транзистора 608, 708 в выключенное состояние.The controller 1001 is configured to control the power supplied from the DC voltage source 118 to the circuit 600 to inductively heat the current collector 132 based on a comparison of the measurement of the power supplied to the circuit 600 and the target power. The controller 1001 is configured to control the power supplied to the circuit 600 by controlling the switching device of the circuit 600, that is, by controlling the switching of the FETs 608, 708. The controller 1001 can control the switching of the FETs 608, 708 by setting the control voltage 1031, which determines a constant the current that can build up in the inductor 124, 126 corresponding to that FET 608, 708 before turning the FET 608, 708 off.

На фиг. 15 показан пример способа 1100, выполняемого контроллером 1001 для управления мощностью, подаваемой в цепь 600. На этапе 1101 контроллер 1001 определяет мощность P, подаваемую от источника 118 постоянного тока в цепь 600. Например, контроллер 1001 может определять среднее значение мощности, подаваемой в цепь 600 в течение предыдущего заранее заданного интервала. В примерах мощность P, подаваемая в цепь 600 в течение интервала, может быть определена путем измерения напряжения и постоянного тока, проходящего через данную одну из секций 601, 701 резонатора. Контроллер 1001 может затем определить произведение напряжения и постоянного тока, протекающего через данную одну из секций 601, 701 резонатора, чтобы определить мощность P, подаваемую на эту секцию 601, 701 резонатора.In FIG. 15 shows an example of a method 1100 performed by the controller 1001 to control the power supplied to the circuit 600. In step 1101, the controller 1001 determines the power P supplied from the DC source 118 to the circuit 600. For example, the controller 1001 may determine the average value of the power supplied to the circuit 600 during the previous predetermined interval. In the examples, the power P supplied to circuit 600 during an interval can be determined by measuring the voltage and DC current passing through a given one of the resonator sections 601, 701. The controller 1001 may then determine the product of the voltage and the DC current flowing through a given one of the resonator sections 601, 701 to determine the power P supplied to that resonator section 601, 701.

В примерах определенная мощность P представляет собой среднюю мощность, подаваемую от источника 118 постоянного тока в течение заранее заданного интервала, которая может быть определена путем выполнения произведения среднего постоянного напряжения на источнике 118 постоянного тока и среднего постоянного тока, потребляемого от источника 118 постоянного тока за предыдущий интервал.In the examples, the determined power P is the average power supplied from DC source 118 over a predetermined interval, which can be determined by performing the product of the average DC voltage at DC source 118 and the average DC current drawn from DC source 118 over the previous interval.

В примере устройства 100 источник 118 постоянного тока представляет собой батарею, которая подключена к контроллеру 1001, а контроллер 1001 затем выдает напряжение источника 118 постоянного тока в цепь 600. Контроллер 1001 выполнен с возможностью определения напряжения постоянного тока, подаваемого батареей 118. Ток, потребляемый от батареи 118, определяется работой устройства 1300 измерения тока. Контроллер 1001 определяет постоянное напряжение и постоянный ток один раз для каждого интервала длительностью 1/64 с. Напряжение постоянного тока можно считать практически постоянным в течение этого короткого периода времени. Однако ток изменяется со скоростью, зависящей от скорости включения и выключения цепи. Как описано выше, в некоторых примерах эта частота составляет примерно 300 кГц. Устройство 1300 измерения тока, как описано выше со ссылкой на фиг. 13, выдает сигнал I_SENSE, который фильтруют для удаления этого сигнала частотой около 300 кГц. Таким образом, средний постоянный ток для интервала 1/64 с получают путем измерения этого отфильтрованного сигнала I_SENSE, а измерение I_SENSE проводят непосредственно перед концом интервала длительностью 1/64 с, чтобы позволить установиться сигналу от фильтра. Таким образом, контроллер 1001 получает измерения постоянного напряжения и постоянного тока для интервала длительностью 1/64 с и может вычислять произведение этих значений для получения определенной мощности P. Эту определенную мощность P можно рассматривать как среднее значение мощности, подаваемой источником 118 постоянного тока в течение интервала длительностью 1/64 с.In the example device 100, the DC source 118 is a battery that is connected to the controller 1001, and the controller 1001 then outputs the voltage of the DC source 118 to the circuit 600. The controller 1001 is configured to determine the DC voltage supplied by the battery 118. The current drawn from battery 118 is determined by the operation of the device 1300 current measurement. Controller 1001 detects DC voltage and DC current once for each 1/64 second interval. The DC voltage can be considered almost constant during this short period of time. However, the current changes at a rate dependent on the speed at which the circuit is turned on and off. As described above, in some examples this frequency is about 300 kHz. The current measurement device 1300, as described above with reference to FIG. 13 outputs an I_SENSE signal which is filtered to remove this signal at about 300 kHz. Thus, the average DC current for the 1/64 s interval is obtained by measuring this filtered I_SENSE signal, and the I_SENSE measurement is made just before the end of the 1/64 s interval to allow the signal from the filter to settle. Thus, the controller 1001 obtains the DC voltage and DC current measurements for a 1/64 second interval and can calculate the product of these values to obtain a certain power P. This determined power P can be considered as the average value of the power supplied by the DC source 118 during the interval duration 1/64 s.

В блоке 1102 подаваемую мощность P, определенную в блоке 1101, сравнивают с целевой мощностью. Если определенная мощность P представляет собой среднюю мощность за заранее заданный интервал, то целевая мощность представляет собой целевую среднюю мощность за тот же интервал. В одном примере целевая мощность является целевой для средней мощности, подаваемой в течение заранее заданного интервала, и может иметь значение от 10 до 25 Вт, или от 15 до 23 Вт, или около 20 Вт. В этом примере целевая мощность находится в диапазоне, например, 20-21 Вт или 15-25 Вт. Контроллер 1001 соответственно в блоке 1102 может сравнить значение подаваемой мощности P, определенное в блоке 1101, с целевым диапазоном и определить, находится ли подаваемая мощность ниже диапазона, в пределах целевого диапазона или выше целевого диапазона. Например, если целевой диапазон составляет 20-21 Вт, то в блоке 1102 контроллер 1001 определяет, выполнено ли P < 20 Вт, или 20 Вт ≤ P ≤ 21 Вт, или P > 21 Вт.In block 1102, the delivered power P determined in block 1101 is compared with the target power. If the determined power P is the average power over a predetermined interval, then the target power is the target average power over the same interval. In one example, the target power is a target for the average power delivered over a predetermined interval and may be 10 to 25 watts, or 15 to 23 watts, or about 20 watts. In this example, the target power is in the range, for example, 20-21 watts or 15-25 watts. The controller 1001, respectively, in block 1102 may compare the value of the applied power P determined in block 1101 with the target range and determine whether the applied power is under the range, within the target range, or above the target range. For example, if the target range is 20-21 W, then at block 1102, the controller 1001 determines whether P < 20 W, or 20 W ≤ P ≤ 21 W, or P > 21 W.

Исходя из сравнения подаваемой мощности P с целевым диапазоном, контроллер 1001 определяет, следует ли и каким образом регулировать мощность для следующего заранее заданного интервала с целью доведения фактической мощности, подаваемой на активную катушку 124 или 126 индуктивности в течение следующего заранее заданного интервала до целевого диапазона мощности. То есть, если подаваемая мощность P ниже целевого диапазона, то контроллер 1001 решает увеличить мощность, подаваемую в цепь 600, в течение следующего заранее заданного интервала. Если подаваемая мощность P выше целевого диапазона, то контроллер 1001 решает уменьшить мощность, подаваемую в цепь 600, в течение следующего заранее заданного интервала. Если подаваемая мощность P ниже целевого диапазона, то контроллер 1001 решает не регулировать мощность, подаваемую в цепь 600, в течение следующего заранее заданного интервала.Based on comparing the supplied power P with the target range, the controller 1001 determines whether and how to adjust the power for the next predetermined interval in order to bring the actual power supplied to the active inductor 124 or 126 during the next predetermined interval to the target power range. . That is, if the supplied power P is below the target range, then the controller 1001 decides to increase the power supplied to the circuit 600 during the next predetermined interval. If the supplied power P is above the target range, then the controller 1001 decides to reduce the power supplied to the circuit 600 during the next predetermined interval. If the supplied power P is below the target range, then the controller 1001 decides not to adjust the power supplied to circuit 600 for the next predetermined interval.

Из-за конфигурации цепи 600, описанной выше, подаваемая мощность P для данного заранее заданного интервала зависит от значения управляющего напряжения 1031 для этого интервала. Если взять пример одного интервала длительностью 1/64 с, для которого активна первая секция 601 резонатора, то этот интервал длительностью 1/64 с содержит множество повторяющихся циклов, содержащих участки с 800a по 800e кривой 800 напряжения и их повторения. Для каждого цикла в течение периода времени от t1 до t0 секции 601 резонатора разрешают резонировать, и поскольку в этот период полевой транзистор 608 выключен, то питание от источника 118 постоянного тока через первую секцию 601 резонатора не потребляют. Таким образом, практически всю мощность, потребляемую от источника 118 постоянного тока в течение заданного интервала длительностью 1/64 с для питания секции 601 резонатора, потребляют в течение периода между t0 и t1, в то время как катушку 124 индуктивности "запитывают" током, то есть пока полевой транзистор 608 включен. Время между t1 и t0 определяется резонансной частотой первой секции 601 резонатора. Эта резонансная частота может оставаться практически постоянной, по меньшей мере в течение заданного интервала длительностью 1/64 с (хотя может изменяться в течение периода работы цепи 600 из-за зависимости от температуры катушки и токоприемника и напряжения батареи). Продолжительность времени от t0 до t1 определяют значением управляющего напряжения 1031, а также напряжением постоянного тока, подаваемым источником 118 постоянного тока, а также сопротивлением и индуктивностью первой секции 601 резонатора (то же самое применимо для второй секции резонатора 701). То есть для заданного напряжения питания постоянного тока управляющее напряжение 1031 устанавливает ток I1, который может нарастать в катушке 124 индуктивности между моментами t0 и t1, но если напряжение питания постоянного тока уменьшается, то время, необходимое для нарастания заданного значения I1, увеличивается. Таким образом, средняя мощность, подаваемая в течение интервала длительностью 1/64 с, зависит от значения управляющего напряжения 1031.Due to the configuration of circuit 600 described above, the supplied power P for a given predetermined interval depends on the value of the control voltage 1031 for that interval. Taking the example of a single 1/64 s interval for which the first resonator section 601 is active, this 1/64 s interval contains a plurality of repeating cycles containing portions 800a to 800e of the voltage curve 800 and their repetition. For each cycle, during a period of time from t 1 to t 0 , resonator section 601 is allowed to resonate, and since FET 608 is turned off during this period, no power is drawn from DC source 118 through first resonator section 601. Thus, substantially all of the power drawn from DC source 118 during a predetermined 1/64 second interval to power resonator section 601 is consumed during the period between t 0 and t 1 while inductor 124 is "supplied" with current , that is, while the FET 608 is on. The time between t 1 and t 0 is determined by the resonant frequency of the first section 601 of the resonator. This resonant frequency may remain substantially constant for at least a predetermined 1/64 second interval (although it may vary over the duration of circuit 600 due to coil and pantograph temperature and battery voltage). The duration of time from t 0 to t 1 is determined by the value of the control voltage 1031, as well as the DC voltage supplied by the DC source 118, as well as the resistance and inductance of the first cavity section 601 (the same applies to the second cavity section 701). That is, for a given DC supply voltage, the control voltage 1031 sets the current I 1 , which can build up in the inductor 124 between times t 0 and t 1 , but if the DC supply voltage decreases, then the time required for the rise of the set value I 1 , increases. Thus, the average power supplied during the 1/64 s interval depends on the value of the control voltage 1031.

Поэтому в примерах, чтобы управлять мощностью, подаваемой в цепь 600 в течение следующего интервала, контроллер 1001 устанавливает значение управляющего напряжения 1031 для следующего интервала. В примерах для данного источника 118 постоянного тока в течение заранее заданного интервала, в течение которого одна из секций 601, 701 резонатора активна, большее положительное значение управляющего напряжения 1031 приводит к большему значению мощности P, подаваемой в цепь 600. Следовательно, в таких примерах, если контроллер 1001 определяет, что подаваемая мощность P за последний интервал была выше целевого диапазона, то контроллер 1001 снижает управляющее напряжение 1031 для следующего интервала. Если контроллер 1001 определяет, что подаваемая мощность P за последний интервал была ниже целевого диапазона, то контроллер 1001 увеличивает управляющее напряжение 1031 для следующего интервала. И если контроллер 1001 определяет, что подаваемая мощность P за последний интервал была выше целевого диапазона, то контроллер 1001 оставляет управляющее напряжение 1031 неизменным для следующего интервала.Therefore, in the examples, in order to control the power supplied to the circuit 600 during the next interval, the controller 1001 sets the value of the control voltage 1031 for the next interval. In the examples, for a given DC source 118, for a predetermined interval during which one of the resonator sections 601, 701 is active, a greater positive value of the control voltage 1031 results in a greater value of power P supplied to the circuit 600. Therefore, in such examples, if the controller 1001 determines that the applied power P in the last interval was above the target range, then the controller 1001 reduces the control voltage 1031 for the next interval. If the controller 1001 determines that the applied power P for the last interval was below the target range, then the controller 1001 increases the control voltage 1031 for the next interval. And if the controller 1001 determines that the applied power P in the last interval was above the target range, then the controller 1001 leaves the control voltage 1031 unchanged for the next interval.

Следует отметить, что в одном примере вышеупомянутого способа 1100 подаваемая мощность P, определяемая в блоке 1101, представляет собой мощность, подаваемую в конкретную одну из секций 601, 701 резонатора. Например, мощность P может быть определена путем измерения напряжения на первой секции 601 резонатора и постоянного тока, протекающего через первую секцию 601 резонатора. В таком примере мощность P, подаваемую на первую секцию 601 резонатора, используют для управления управляющим напряжением 1031. Следует также отметить, что для заданного управляющего напряжения 1031 в некоторых примерах мощность, подаваемая на каждую из катушек 124, 126 индуктивности, когда соответствующие секции 601, 701 резонатора активны, может быть различной. Это может быть, например, потому, что катушки 124, 126 индуктивности имеют разные значения индуктивности или сопротивления постоянному току, или емкости двух секций 601, 701 резонатора не равны. Следовательно, в этом примере в течение заранее заданного интервала во вторую секцию 701 резонатора может быть подана целевая мощность за пределами целевого диапазона, но поскольку управляющее напряжение 1031 регулируют на основе мощности P, подаваемой на первую секцию 601 резонатора, в этом примере контроллер 1001 может не регулировать управляющее напряжение 1031.It should be noted that in one example of the above method 1100, the supplied power P determined in block 1101 is the power supplied to a particular one of the resonator sections 601, 701. For example, the power P can be determined by measuring the voltage across the first resonator section 601 and the DC current flowing through the first resonator section 601. In such an example, the power P supplied to the first resonator section 601 is used to control the control voltage 1031. It should also be noted that for a given control voltage 1031, in some examples, the power supplied to each of the inductors 124, 126 when the respective sections 601, 701 resonators are active, may be different. This may be, for example, because the inductors 124, 126 have different values of inductance or DC resistance, or the capacitances of the two resonator sections 601, 701 are not equal. Therefore, in this example, the target power outside the target range can be supplied to the second resonator section 701 within a predetermined interval, but since the control voltage 1031 is adjusted based on the power P supplied to the first resonator section 601, in this example, the controller 1001 may not adjust the control voltage 1031.

Например, для заданного значения управляющего напряжения 1031 контроллер 1001 может определить в блоке 1101, что на первую секцию 601 резонатора в течение заданного интервала подавалась средняя мощность 20 Вт с целевым напряжением в этом примере, равным 20-21Вт. На этапе 1102 контроллер 1001 определяет, что подаваемое напряжение было в пределах целевого диапазона, и, соответственно, контроллер 1001 решает не регулировать управляющее напряжение 1031. Учтем, что для следующего заранее заданного интервала контроллер 1001 определяет (с помощью примера способа 1050), что должна быть активирована вторая секция 701 резонатора, а не первая секция 601 резонатора. Для данного значения управляющего напряжения 1031 в этом примере подают 22,5 Вт из-за различий в электрических свойствах первой 601 и второй 701 секций резонатора. Однако в этом примере в блоке 1102 контроллер 1001 сравнивает последнее измеренное значение мощности P, подаваемой в первую секцию 601 резонатора, и, следовательно, в блоке 1103 решает не регулировать управляющее напряжение 1031. По существу, в примере способа 1100 фактическая мощность, подаваемая в цепь 600, может выходить за пределы целевого диапазона. Однако это может позволить управлять мощностью, подаваемой на катушки 124, 126 индуктивности, путем измерения только мощности P, подаваемой на одну из секций 601, 701 резонатора. Это может обеспечить простое и полезное решение для поддержания мощности, подаваемой в цепь 600, в приемлемом диапазоне, если, например, секции 601, 701 резонатора и их компоненты имеют примерно одинаковые электрические свойства.For example, for a given control voltage value 1031, the controller 1001 may determine at block 1101 that an average power of 20 watts has been supplied to the first resonator section 601 for a given interval, with a target voltage of 20-21 watts in this example. At step 1102, the controller 1001 determines that the applied voltage was within the target range, and accordingly, the controller 1001 decides not to adjust the control voltage 1031. Considering that for the next predetermined interval, the controller 1001 determines (using the method example 1050) that it should be activated the second section 701 of the resonator, and not the first section 601 of the resonator. For a given value of the control voltage 1031, 22.5 watts is supplied in this example due to differences in the electrical properties of the first 601 and second 701 resonator sections. However, in this example, at block 1102, the controller 1001 compares the last measured value of the power P supplied to the first resonator section 601, and therefore, at block 1103, decides not to adjust the control voltage 1031. As such, in the example method 1100, the actual power supplied to the circuit 600 may be outside the target range. However, this may allow control of the power supplied to the inductors 124, 126 by measuring only the power P supplied to one of the resonator sections 601, 701. This can provide a simple and useful solution for keeping the power supplied to the circuit 600 within an acceptable range if, for example, the resonator sections 601, 701 and their components have approximately the same electrical properties.

Как упоминалось выше, в некоторых примерах источник 118 постоянного тока представляет собой батарею с напряжением примерно от 2 до 10 В, или от 3 до 5 В, или, в одном примере, около 4,2 В. В некоторых примерах напряжение постоянного тока, создаваемое источником 118 постоянного тока, может изменяться, например уменьшаться за время работы цепи 600. Например, если источником 118 напряжения постоянного тока является батарея, то батарея может первоначально подавать напряжение 4,2 В, но напряжение, подаваемое батареей, может уменьшаться по мере разряда батареи. Следовательно, по истечении заданного периода источник 118 постоянного напряжения может подавать, например, 3,5 В вместо начальных 4,2 В.As mentioned above, in some examples, the DC source 118 is a battery with a voltage of about 2 to 10 V, or 3 to 5 V, or, in one example, about 4.2 V. In some examples, the DC voltage generated DC source 118 may vary, such as decreasing over the duration of circuit 600. For example, if DC voltage source 118 is a battery, then the battery may initially supply 4.2 V, but the voltage supplied by the battery may decrease as the battery discharges. . Therefore, after a predetermined period, the DC voltage source 118 can supply, for example, 3.5 V instead of the initial 4.2 V.

Как описано выше, при заданном напряжении питания значение управляющего напряжения 1031 управляет величиной тока, который может нарастать в активной катушке 124/126 индуктивности перед выключением соответствующего полевого транзистора 608/708. Питание подают от источника 118 постоянного напряжения, чтобы "запитывать" активную катушку 124/126 индуктивности, позволяя постоянному току нарастать, когда полевой транзистор 608, 708 включен. Как также было описано выше, время t1 для нарастания тока до значения, которое вызывает переключение полевого транзистора 608/708, зависит от источника постоянного напряжения. Следовательно, например, если напряжение, подаваемое источником 118 постоянного тока, уменьшается, скорость, с которой нарастает ток в катушке 124 индуктивности, уменьшается, что приводит к уменьшению мощности P, подаваемой в цепь 600.As described above, at a given supply voltage, the value of the control voltage 1031 controls the amount of current that can build up in the active inductor 124/126 before turning off the corresponding FET 608/708. Power is supplied from a DC voltage source 118 to "energize" the active inductor 124/126, allowing the DC current to build up when the FET 608, 708 is turned on. As also described above, the time t 1 for the current to rise to a value that causes the FET 608/708 to switch depends on the DC voltage source. Therefore, for example, if the voltage supplied by the DC source 118 decreases, the rate at which the current in the inductor 124 rises decreases, resulting in a decrease in the power P supplied to the circuit 600.

Пример способа 1100 может обеспечивать поддержание целевой мощности даже в том случае, когда напряжение, подаваемое от источника 118 постоянного тока, изменяется. То есть, поскольку для управления управляющим напряжением 1031определяют и используют фактическую подаваемую мощность P, то контроллер 1001 может действовать так, чтобы поддерживать заданную мощность, регулируя управляющее напряжение 1031. Например, если уровень заряда батареи истощился, то контроллер 1001 измеряет, что мощность P, подаваемая в цепь 600 при заданном управляющем напряжении 1031, уменьшилась, и действует так, чтобы увеличить мощность P, подаваемую в цепь, путем увеличения управляющего напряжения 1031. По существу, целевой уровень мощности могут поддерживать, пока батарея, используемая для питания цепи 600, разряжается. Это выгодно, поскольку поддержание заданного уровня мощности может обеспечить оптимальную эффективность работы цепи 600 индукционного нагрева. Например, поддержание по существу постоянной подаваемой мощности позволяет обеспечить постоянный нагрев аэрозолируемого материала 110a независимо от напряжения питания. Аналогично, пример способа 1100 предусматривает обеспечение по существу постоянной мощности независимо от других изменяющихся факторов в цепи, которые могут повлиять на величину подаваемой мощности, например, от различной нагрузки на цепь 600, создаваемой токоприемником 132, когда температура токоприемника 132 увеличивается. Это обеспечивает неизменно хорошее впечатление для потребителя, например, обеспечивая постоянное время до первой затяжки, то есть постоянное время между активацией устройства 100 и его готовностью выдать аэрозоль для вдыхания пользователем.An example method 1100 can maintain the target power even when the voltage supplied from the DC source 118 changes. That is, since the actual supplied power P is determined and used to control the control voltage 1031, the controller 1001 can act to maintain the set power by adjusting the control voltage 1031. For example, if the battery level is depleted, then the controller 1001 measures that the power P, supplied to the circuit 600 at a given control voltage 1031 has decreased, and acts to increase the power P supplied to the circuit by increasing the control voltage 1031. As such, the target power level can be maintained while the battery used to power the circuit 600 is discharged . This is advantageous because maintaining the desired power level can provide optimal performance for the induction heating circuit 600. For example, maintaining a substantially constant applied power allows for constant heating of the aerosol material 110a regardless of the supply voltage. Similarly, exemplary method 1100 provides for substantially constant power regardless of other changing factors in the circuit that may affect the amount of power delivered, such as varying load on circuit 600 by pantograph 132 as the temperature of pantograph 132 increases. This provides a consistently good consumer experience, for example by providing a constant time to first puff, that is, a constant time between activation of the device 100 and its readiness to dispense an inhalation aerosol by the user.

В другом примере измеренное значение P мощности, на котором основано управление управляющим напряжением 1031, изменяется в течение сеанса использования. Например, во время конкретного сеанса использования для первой части сеанса использования (например, для первых ~60 с сеанса использования) профиль температуры может быть таким, что активна в основном первая катушка 124 индуктивности, а вторая катушка 126 индуктивности неактивна. Для этой первой части сеанса использования может быть целесообразно основывать управление управляющим напряжением 1031 на измерениях мощности, подаваемой на первую секцию 601 резонатора. Однако позже во время сеанса, опять же, например, из-за профиля температуры для сеанса, может оказаться, что активна в основном вторая катушка 126 индуктивности, в то время как первая катушка 124 индуктивности активна в течение меньшего времени. Таким образом, для второй части сеанса использования (например, после ~60 с) может быть полезно управлять управляющим напряжением 1031 на основе измерений мощности, подаваемой на вторую секцию 701 резонатора. Контроллер 1001 может, соответственно, переключиться с управления управляющим напряжением 1031 на основе измерений мощности, подаваемой на первую секцию 601 резонатора, на управление управляющим напряжением 1031 на основе измерений мощности, подаваемой на вторую секцию 701 резонатора. Таким образом, можно более точно придерживаться целевой мощности на протяжении всего сеанса использования, поскольку, например, управляющее напряжение 1031 устанавливают на основе сравнения фактической мощности, подаваемой на активную катушку 124, 126 индуктивности, с целевым диапазоном мощности.In another example, the measured power value P, on which the control voltage 1031 is based, changes during a usage session. For example, during a particular usage session, for the first portion of the usage session (eg, for the first ~60 seconds of usage session), the temperature profile may be such that the first inductor 124 is mostly active and the second inductor 126 is inactive. For this first part of the session, it may be appropriate to base the control of the control voltage 1031 on measurements of the power supplied to the first resonator section 601. However, later in the session, again, for example, due to the temperature profile for the session, it may be that the second inductor 126 is mainly active, while the first inductor 124 is active for a shorter time. Thus, for the second part of the session (eg, after ~60 s) it may be useful to control the control voltage 1031 based on measurements of the power supplied to the second resonator section 701. The controller 1001 may accordingly switch from controlling the control voltage 1031 based on measurements of the power supplied to the first cavity section 601 to controlling the control voltage 1031 based on the measurements of the power supplied to the second cavity section 701. In this way, it is possible to more closely adhere to the target power throughout the entire session, since, for example, the control voltage 1031 is set based on a comparison of the actual power supplied to the active inductor 124, 126 with the target power range.

В некоторых примерах, где контроллер 1001 в блоке 1103 определяет, что необходимо отрегулировать мощность, контроллер 1001 может регулировать управляющее напряжение 1031 с заранее заданными шагами. Например, контроллер 1001 может быть выполнен с возможностью регулировки управляющего напряжения 1031 на заранее определенную величину за заранее определенный промежуток времени. Если в блоке 1102 контроллер 1001 определяет, что подаваемая мощность P ниже целевого диапазона мощности, то контроллер 1001 может увеличить управляющее напряжение 1031 на предварительно заданное количество вольт для следующего предварительно заданного интервала. Наоборот, если в блоке 1102 контроллер 1001 определяет, что подаваемая мощность выше целевого диапазона мощности, то контроллер 1001 может увеличить управляющее напряжение 1031 на предварительно заданную величину для следующего предварительно заданного интервала.In some instances, where controller 1001 determines at block 1103 that power needs to be adjusted, controller 1001 may adjust control voltage 1031 in predetermined steps. For example, the controller 1001 may be configured to adjust the control voltage 1031 by a predetermined amount over a predetermined amount of time. If, at block 1102, controller 1001 determines that the supplied power P is below the target power range, then controller 1001 may increase control voltage 1031 by a predetermined number of volts for the next predetermined interval. Conversely, if at block 1102 the controller 1001 determines that the supplied power is above the target power range, then the controller 1001 may increase the control voltage 1031 by a predetermined amount for the next predetermined interval.

В примере, описанном выше со ссылкой, в частности, на фиг. 12, управляющее напряжение 1031 создают с помощью сигнала PWM_DAC с импульсной модуляцией. Сигнал PWM_DAC, как описано выше, имеет прямоугольную форму при 2,5 В. Рабочим циклом сигнала PWM_DAC управляет контроллер 1001, который устанавливает значение от 0 до 800 для рабочего цикла PWM_DAC, это значение соответствует рабочему циклу 0% при 0 и 100% при 800. Сигнал PWM_DAC после фильтрации обеспечивает по существу постоянное управляющее напряжение 1031, и поэтому настройки от 0 до 800 рабочего цикла сигнала PWM_DAC обеспечивают, чтобы управляющее напряжение 1031 имело величину от 0 до 2,5 В. В этом примере контроллер 1031 может регулировать настройку рабочего цикла сигнала PWM_DAC на установленную величину, например 8 из 800, или оставлять настройку неизменной для каждого заранее заданного интервала. В другом примере контроллер 1001 может обеспечить регулировку управляющего напряжения 1031 некоторым другим средством, и если контроллер 1001 определяет, что управляющее напряжение 1031 должно быть отрегулировано, контроллер 1001 может регулировать управляющее напряжение 1031, например, до уровня 1%, или 2%, или 5% от максимального значения управляющего напряжения 1031 для следующего заранее заданного интервала.In the example described above with reference in particular to FIG. 12, the control voltage 1031 is generated by a pulse modulated PWM_DAC signal. The PWM_DAC signal as described above is a square wave at 2.5V. The duty cycle of the PWM_DAC signal is controlled by the controller 1001, which sets a value from 0 to 800 for the PWM_DAC duty cycle, this value corresponds to a duty cycle of 0% at 0 and 100% at 800 The PWM_DAC signal, after filtering, provides a substantially constant control voltage 1031, and therefore the duty cycle settings of 0 to 800 of the PWM_DAC signal ensure that the control voltage 1031 has a value of 0 to 2.5 V. In this example, the controller 1031 can adjust the duty cycle setting PWM_DAC signal by a set value, such as 8 out of 800, or leave the setting unchanged for each predetermined interval. In another example, the controller 1001 may provide adjustment of the control voltage 1031 by some other means, and if the controller 1001 determines that the control voltage 1031 should be adjusted, the controller 1001 may adjust the control voltage 1031, for example, to a level of 1%, or 2%, or 5 % of the maximum value of the control voltage 1031 for the next preset interval.

В некоторых примерах, когда контроллер 1001 инициирует работу цепи 600, например чтобы начать сеанс использования устройства 100, содержащего цепь 600, управляющее напряжение 1031 устанавливают на заранее заданное начальное значение. В одном примере значение управляющего напряжения 1031 (например, установка рабочего цикла сигнала PWM_DAC, который создает это значение управляющего напряжения 1031), которое соответствует целевому уровню мощности, определяют во время настройки цепи 600. То есть мощность, подаваемая в цепь 600, может быть определена (например, измерена или определена теоретически) для ряда значений управляющего напряжения 1031, например, для построения калибровочной кривой. Затем может быть определено значение управляющего напряжения 1031, соответствующее целевой мощности. В одном примере источник 118 постоянного тока может подавать 4,2 В, и для достижения целевой мощности 20 Вт контроллер 1001 может определить во время калибровки значение настройки рабочего цикла сигнала PWM_DAC, равное примерно 344 из 800.In some instances, when controller 1001 initiates circuit 600, such as to start a session of device 100 containing circuit 600, control voltage 1031 is set to a predetermined initial value. In one example, a control voltage value 1031 (eg, setting the duty cycle of the PWM_DAC signal that produces this control voltage value 1031) that corresponds to the target power level is determined during circuit 600 tuning. That is, the power supplied to circuit 600 can be determined (for example, measured or determined theoretically) for a number of values of the control voltage 1031, for example, to build a calibration curve. The control voltage value 1031 corresponding to the target power can then be determined. In one example, DC source 118 may supply 4.2 volts, and to achieve a target power of 20 watts, controller 1001 may determine during calibration a PWM_DAC signal duty cycle setting value of approximately 344 out of 800.

В одном примере контроллер 1001 выполнен с возможностью установки управляющего напряжения 1031 на начальное значение, которое основано на этом определенном значении управляющего напряжения 1031. Например, начальное значение рабочего цикла PWM_DAC, которое определяет управляющее напряжение 1031, может быть установлено равным половине определенного значения, соответствующего целевой мощности. Например, если настройка рабочего цикла для управляющего напряжения 1031, которое, как установлено, соответствует целевой мощности, составляет 344 из 800, то контроллер 1001 может начать сеанс с настройкой, установленной на 152 из 800, и увеличивать настройку на заранее определенное количество с каждым заранее заданным интервалом, пока измеренная мощность P не окажется в пределах целевого диапазона. Это может привести к тому, что в начале сеанса использования подаваемая мощность будет значительно ниже целевой мощности, а затем подаваемая мощность может нарастать (путем увеличения контроллером 1001 управляющего напряжения 1031) до тех пор, пока не достигнет целевого диапазона мощности. Это начальное увеличение подаваемой мощности может обеспечить повышенную безопасность работы цепи 600, предотвращая перегрев токоприемника в начале сеанса и позволяя цепи 600 реагировать на фактическую подаваемую мощность, определяемую контроллером 1001.In one example, the controller 1001 is configured to set the control voltage 1031 to an initial value that is based on that determined value of the control voltage 1031. power. For example, if the duty cycle setting for the control voltage 1031, which is set to match the target power, is 344 out of 800, then the controller 1001 may start the session with the setting set to 152 out of 800 and increase the setting by a predetermined amount with each predetermined set interval until the measured power P is within the target range. This can result in the applied power being well below the target power at the beginning of a usage session, and then the applied power may be ramped up (by increasing the control voltage 1031 by the controller 1001) until it reaches the target power range. This initial increase in power input can provide increased safety for circuit 600 by preventing the pantograph from overheating at the start of a session and allowing circuit 600 to respond to the actual power input as determined by controller 1001.

В одном примере заранее заданный интервал представляет собой тот же заранее заданный интервал, который использует контроллер 1001 в способе 1050 определения того, какую из первой 124 и второй 126 катушек индуктивности активировать. В одном из таких примеров, как упомянуто выше, заранее заданные интервалы имеют длительность 1/64 с. Длительность заранее заданного интервала (или, что эквивалентно, частота прерываний) может быть выбрана для обеспечения благоприятного временного интервала, в течение которого контроллер может контролировать цепь и соответствующим образом корректировать параметры. Например, может быть использована частота прерывания 64 Гц или в диапазоне приблизительно 10-100 Гц. При этих примерах частот прерывания контроллер 1001 может измерять повышение температуры зон токоприемника с достаточно высокой скоростью, чтобы он мог принять решение о прекращении нагрева конкретной катушкой 124, 126 индуктивности до того, как температура зоны 132a, 132b токоприемника 132 тоже сможет увеличиться намного выше целевой температуры. Аналогично, примеры, приведенные для частоты прерываний, могут обеспечить предпочтительную частоту, на которой управляющее напряжение 1031 может быть отрегулировано так, чтобы обеспечить соответствующее управление мощностью, подаваемой на катушки 124, 126 индуктивности, в пределах безопасного целевого диапазона.In one example, the predetermined interval is the same predetermined interval that the controller 1001 uses in the method 1050 to determine which of the first 124 and second 126 inductors to activate. In one such example, as mentioned above, the predetermined intervals are 1/64 s long. The duration of the predetermined interval (or, equivalently, the frequency of interruptions) can be chosen to provide a favorable time interval during which the controller can monitor the circuit and adjust the parameters accordingly. For example, a chopping frequency of 64 Hz, or in the range of approximately 10-100 Hz, may be used. With these examples of interruption frequencies, the controller 1001 can measure the temperature rise of the pantograph zones at a fast enough rate that it can decide to stop heating a particular inductor 124, 126 before the temperature of the pantograph 132 zone 132a, 132b can also rise well above the target temperature. . Likewise, the examples given for the interrupt frequency may provide a preferred frequency at which the control voltage 1031 can be adjusted to provide adequate control of the power supplied to the inductors 124, 126 within a safe target range.

В примере способа работы цепи 600 целевая мощность для использования контроллером 1001 при управлении мощностью, подаваемой в цепь 600, предварительно определяют на основе характеристик запланированного сеанса использования. Например, целевой диапазон мощности может быть отрегулирован в течение сеанса использования.In an exemplary way of operating circuit 600, the target power to be used by controller 1001 in controlling the power supplied to circuit 600 is predetermined based on the characteristics of the scheduled usage session. For example, the target power range may be adjusted during a session of use.

На фиг. 16 показан схематический пример целевого профиля температуры target1 для части сеанса использования, который в этом примере является целевой температурой для единственной зоны 132a токоприемника. В этом примере первоначально в первой части 1201 сеанса использования температура первой зоны 132a существенно ниже ее целевой температуры target1. В этой первой части 1201 цепь 600 работает так, чтобы довести температуру первой зоны 132a до целевой температуры target1. В таком примере части сеанса использования целевая мощность P1 может иметь диапазон значений, например, 20-21 Вт. Целевая мощность в течение первой части 1201 сеанса может быть сравнительно высокой, чтобы быстро довести температуру токоприемника 132 и, следовательно, аэрозолируемого материала 110a до температуры, подходящей для образования аэрозоля для вдыхания пользователем.In FIG. 16 shows a schematic example of a target temperature profile target1 for a portion of a usage session, which in this example is the target temperature for a single pantograph zone 132a. In this example, initially in the first part 1201 of the session, the temperature of the first zone 132a is well below its target temperature target1. In this first part 1201, the circuit 600 operates to bring the temperature of the first zone 132a to the target temperature target1. In such an example of a portion of a usage session, the target power P1 may have a range of values, eg 20-21 watts. The target power during the first part 1201 of the session may be relatively high in order to rapidly bring the temperature of the current collector 132, and hence the aerosolized material 110a, to a temperature suitable for generating an aerosol for inhalation by the user.

По мере того, как продолжается сеанс использования, первая зона 132a по существу достигает своей целевой температуры target1. Вторая часть 1202 сеанса использования может быть задана, начиная вскоре после того, как первая зона 132a достигает своей целевой температуры target1. Например, для этой части 1202 сеанса использования первая зона 132a может по существу иметь заданную целевую температуру target1, например 250°C, и ее могут удерживать на уровне целевой температуры target1 в соответствии со способом 1050. Аналогично, хотя это не показано на фиг. 16, температуру второй зоны 132b могут поддерживать равной ее собственному целевому заданному значению температуры target2 с помощью способа 1050 (и целевое значение температуры target2 второй зоны 132b может определять профиль температуры, отличный от профиля, определенного посредством target1).As the usage session continues, the first zone 132a substantially reaches its target temperature target1. The second part 1202 of the session may be set to begin shortly after the first zone 132a reaches its target temperature target1. For example, for this portion of the session 1202, the first zone 132a may substantially have a target temperature target1, such as 250°C, and may be held at the target temperature target1 in accordance with method 1050. Similarly, although not shown in FIG. 16, the temperature of the second zone 132b may be maintained equal to its own target temperature setpoint target2 by method 1050 (and the temperature target target2 of the second zone 132b may define a different temperature profile than that determined by target1).

Часть 1202 в сеансе использования после того, как первая зона 132a по существу достигает заданной температуры target1, может быть охарактеризована тем, что контроллер 1001 работает для поддержания температуры первой зоны 132a (или обеих зон 132a, 132b), а не для доведения температуры первой зоны 132a до целевого значения target1, как в первой части 1201. Таким образом, во время части 1202 сеанса использования может потребоваться сравнительно небольшая мощность, которую будут подавать в зону 132a токоприемника для поддержания целевой температуры target1, по сравнению с мощностью, необходимой для доведения температуры зоны 132a токоприемника до целевой температуры target1. Во второй части 1202 сеанса использования может быть выгодно уменьшить значение целевой мощности P1 по сравнению с ее значением в части 1201. В одном примере целевой уровень P1 мощности может быть снижен с 20-21 Вт в части 1201 до примерно 15 Вт в части 1202 сеанса использования. Уменьшение целевой мощности P1 таким образом может быть выгодным в некоторых примерах, поскольку при использовании более низкого уровня мощности потери энергии в цепи могут быть уменьшены, и, таким образом, эффективность может быть увеличена.The part 1202 in the session after the first zone 132a has substantially reached the set temperature target1 can be characterized in that the controller 1001 operates to maintain the temperature of the first zone 132a (or both zones 132a, 132b) and not to bring the temperature of the first zone 132a to the target value target1, as in the first part 1201. Thus, during the part 1202 of the session, relatively little power may be required to be supplied to the current collector zone 132a to maintain the target temperature target1, compared to the power required to bring the temperature of the zone 132a of the pantograph to the target temperature target1. In the second part 1202 of the session, it may be beneficial to reduce the value of the target power P1 compared to its value in part 1201. In one example, the target power level P1 can be reduced from 20-21 W in part 1201 to about 15 W in part 1202 of the session . Reducing the target power P1 in this manner may be advantageous in some instances because by using a lower power level, the energy losses in the circuit can be reduced and thus efficiency can be increased.

Для третьей части 1203 сеанса использования значение целевой температуры target1 равно 0, то есть первую катушку 124 индуктивности не активируют. В этот момент целевая мощность P1 также может быть уменьшена до 0, если сеанс использования подошел к концу, или, если вторая катушка 126 индуктивности все еще активирована, то целевая мощность P1 может оставаться на ненулевом значении, пока вторая катушка 126 индуктивности активна. Соответственно, целевая мощность может учитывать температурный профиль обеих зон 132a, 132b в любой момент сеанса использования. Если, например, часть сеанса использования требует значительного повышения температуры в одной из зон, то может потребоваться сравнительно высокая целевая мощность. И наоборот, для частей сеанса использования, где не требуется значительный нагрев ни одной зоны 132a, 132b, может быть использована сравнительно низкая целевая мощность.For the third part 1203 of the session, the value of the target temperature target1 is 0, that is, the first coil 124 is not activated. At this point, the target power P1 may also be reduced to 0 if the session has ended, or if the second inductor 126 is still active, then the target power P1 may remain at a non-zero value as long as the second inductor 126 is active. Accordingly, the target power may take into account the temperature profile of both zones 132a, 132b at any point in the session. If, for example, part of a session of use requires a significant increase in temperature in one of the zones, then a relatively high target power may be required. Conversely, for portions of the session where significant heating is not required for either zone 132a, 132b, a relatively low target power may be used.

Как упомянуто выше, использование более низких уровней мощности в течение определенных периодов сеанса использования может обеспечить преимущество, заключающееся в том, что в течение продолжительности сеанса может быть достигнута экономия энергии. Например, если целевой уровень мощности снижают с 20-21 Вт в первом периоде до примерно 15 Вт во втором периоде, то в некоторых примерах может быть достигнута экономия около 5-10% энергии за счет снижения потерь энергии в цепи 600 при работе на меньшей мощности. В одном примере в течение типичного сеанса продолжительностью около 260 с поддержание целевой мощности на уровне около 20 Вт в течение всей продолжительности сеанса может привести к потреблению энергии около 1000 Дж. Однако снижение целевой мощности примерно до 15 Вт после того, как первая зона 132a впервые достигнет заданной температуры, и поддержание целевого уровня мощности на уровне 15 Вт в течение оставшейся части сеанса, по существу, такой же продолжительности, может привести к потреблению энергии от 900 до 950 Дж. В примерах почти вся энергия, используемая устройством, обусловлена энергией, подаваемой для нагрева токоприемника 132. Энергопотребление электрических компонентов, отличных от цепи нагрева, например светодиодных индикаторов и микроконтроллера, может быть менее 0,1 Вт, а в некоторых примерах – менее 0,01 Вт.As mentioned above, using lower power levels during certain periods of a usage session can provide the advantage that energy savings can be achieved over the duration of the session. For example, if the target power level is reduced from 20-21 watts in the first period to about 15 watts in the second period, then in some examples, about 5-10% energy savings can be achieved by reducing the energy loss in circuit 600 when operating at lower power. . In one example, during a typical session of about 260 seconds, maintaining the target power at about 20 watts for the duration of the session can result in an energy consumption of about 1000 joules. However, reducing the target power to about 15 watts after the first zone 132a first reaches set temperature, and maintaining the target power level at 15 W for the remainder of a session of substantially the same duration, could result in power consumption between 900 and 950 J. In the examples, almost all of the energy used by the device is due to the energy supplied to heating of the pantograph 132. The power consumption of electrical components other than the heating circuit, such as LED indicators and microcontroller, can be less than 0.1 W, and in some examples less than 0.01 W.

Определенные способы, описанные в данном документе, могут быть реализованы посредством компьютерного программного кода, который может храниться на энергонезависимом носителе данных. Например, в некоторых примерах контроллер 1001 может содержать энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, содержащий набор машиночитаемых инструкций, хранящихся на нем, и процессор для выполнения описанного в этом документе способа контроллером 1001. Контроллер 1001 может содержать один или несколько процессоров. Например, в некоторых примерах, как описано выше, контроллер 1001 представляет собой программируемый микропроцессор. Контроллер 1001 может содержать носитель данных, содержащий набор машиночитаемых инструкций, например в виде компьютерного кода, который при выполнении контроллером 1001 вызывает выполнение описанного в этом документе способа.Certain methods described herein may be implemented by computer program code that may be stored on a non-volatile storage medium. For example, in some examples, controller 1001 may include a non-volatile computer-readable storage medium containing a set of computer-readable instructions stored thereon, and a processor for controller 1001 to execute the method described herein. Controller 1001 may include one or more processors. For example, in some examples, as described above, the controller 1001 is a programmable microprocessor. The controller 1001 may include a storage medium containing a set of machine-readable instructions, such as computer code, which, when executed by the controller 1001, causes the method described herein to be executed.

Следует отметить, что хотя выше была описана цепь, содержащая две катушки индуктивности, аспекты, описанные выше, например, для управления мощностью, подаваемой в цепь индукционного нагрева, могут быть применены к цепям с другим количеством катушек, например, с одной или с более чем с двумя катушками. Кроме того, хотя в данном документе описана индуктивная цепь, содержащая катушки индуктивности, аспекты, описанные в данном документе, могут быть в равной степени применены к индуктивной цепи, использующей другие типы индуктивных элементов, обладающих индуктивностью, и подходящих для создания переменного магнитного поля для нагрева токоприемной конструкции. Кроме того, хотя цепи выше были описаны в отношении индукционного нагрева, признаки, относящиеся к потребляемой мощности электрических компонентов и нагревательных компонентов, в равной степени применимы к вариантам осуществления, использующим резистивный нагрев.It should be noted that although a circuit containing two inductors has been described above, the aspects described above, for example, for controlling the power supplied to an induction heating circuit, can be applied to circuits with a different number of coils, for example, with one or more with two coils. In addition, although this document describes an inductive circuit containing inductors, the aspects described in this document can be equally applied to an inductive circuit using other types of inductive elements having inductance and suitable for creating an alternating magnetic field for heating current-carrying structure. In addition, although the circuits above have been described with respect to induction heating, features relating to the power consumption of electrical components and heating components are equally applicable to embodiments using resistive heating.

Вышеупомянутые варианты осуществления следует понимать как иллюстративные примеры изобретения. Предусмотрены другие варианты осуществления изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в отношении любого одного варианта осуществления, может быть использован отдельно или в комбинации с другими описанными признаками, а также может быть использован в сочетании с одним или несколькими признаками любого другого варианта осуществления или любой комбинацией любых других вариантов осуществления. Кроме того, эквиваленты и модификации, не описанные выше, также могут быть использованы без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.The above embodiments are to be understood as illustrative examples of the invention. Other embodiments of the invention are contemplated. It should be understood that any feature described with respect to any one embodiment may be used alone or in combination with other features described, and may also be used in combination with one or more features of any other embodiment, or any combination of any other embodiments. . In addition, equivalents and modifications not described above may also be used without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (19)

1. Устройство предоставления аэрозоля, содержащее:1. An aerosol delivery device, comprising: несколько электрических компонентов, включающих контроллер, содержащий процессор и носитель данных, содержащий набор машиночитаемых инструкций; указанные несколько электрических компонентов расположены в непосредственной близости к внешней поверхности указанного устройства;several electrical components, including a controller containing a processor and a storage medium containing a set of machine-readable instructions; these several electrical components are located in close proximity to the outer surface of the specified device; нагревательный узел, содержащий изолирующий элемент, катушку индуктивности и нагревательный компонент для нагрева, но не сжигания, материала, образующего аэрозоль, посредством электромагнитной индукции; иa heating unit comprising an insulating element, an inductor, and a heating component for heating, but not burning, the aerosol-forming material by electromagnetic induction; and батарею для подачи питания на указанные электрические компоненты и нагревательный узел под управлением указанного контроллера;a battery for supplying power to said electrical components and a heating unit under the control of said controller; причем во время сеанса нагрева потребление энергии нагревательным узлом составляет от 15 до 25 Вт, а потребление энергии указанными электрическими компонентами составляет менее 0,1 Вт, так что температура внешней поверхности указанного устройства остается ниже 4°С.moreover, during the heating session, the energy consumption of the heating unit is from 15 to 25 W, and the energy consumption of said electrical components is less than 0.1 W, so that the temperature of the outer surface of said device remains below 4°C. 2. Устройство предоставления аэрозоля по п. 1, в котором потребление энергии указанными электрическими компонентами составляет менее 50 мВт.2. The aerosol delivery device according to claim 1, wherein the power consumption of said electrical components is less than 50 mW. 3. Устройство предоставления аэрозоля по п. 2, в котором потребление энергии указанными электрическими компонентами составляет менее 40 мВт.3. The aerosol delivery device according to claim 2, wherein the power consumption of said electrical components is less than 40 mW. 4. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором, когда контроллер активен, потребляемая мощность контроллера составляет от 10 мВт до 20 мВт, а когда контроллер неактивен, потребляемая мощность указанными электрическими компонентами меньше 0,5 мВт.4. An aerosol delivery device according to any one of the preceding claims, wherein when the controller is active, the power consumption of the controller is between 10 mW and 20 mW, and when the controller is inactive, the power consumption of said electrical components is less than 0.5 mW. 5. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные электрические компоненты содержат несколько светодиодов, и каждый светодиод имеет потребляемую мощность менее 10 мВт при максимальной интенсивности.5. An aerosol dispenser according to any one of the preceding claims, wherein said electrical components comprise a plurality of LEDs and each LED has a power consumption of less than 10 mW at maximum intensity. 6. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные электрические компоненты также содержат WiFi-интерфейс, и/или интерфейс Bluetooth, и/или интерфейс NFC.6. An aerosol delivery device according to any one of the preceding claims, wherein said electrical components also comprise a WiFi interface and/or a Bluetooth interface and/or an NFC interface. 7. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором, при использовании устройства, потребление энергии нагревательным узлом составляет от 15 Вт до 25 Вт.7. An aerosol supply device according to any one of the preceding claims, wherein, when using the device, the power consumption of the heating unit is between 15W and 25W. 8. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором емкость батареи от 30000 Дж до 35000 Дж.8. An aerosol delivery device according to any one of the preceding claims, wherein the battery capacity is from 30,000 J to 35,000 J. 9. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором нагревательный узел выполнен с возможностью работы в течение периода от 3 минут до 5 минут и выполнен с возможностью потребления от 1000 Дж до 1400 Дж в течение указанного периода.9. An aerosol delivery device according to any one of the preceding claims, wherein the heating unit is configured to operate for a period of 3 minutes to 5 minutes and configured to consume 1000 J to 1400 J during said period. 10. Устройство предоставления аэрозоля по любому из предыдущих пунктов, в котором нагревательный узел также содержит по меньшей мере одну катушку, выполненную с возможностью нагрева указанного нагревательного компонента.10. An aerosol delivery device according to any one of the preceding claims, wherein the heating unit also comprises at least one coil configured to heat said heating component. 11. Устройство предоставления аэрозоля по п. 10, в котором нагревательный узел содержит первую катушку и вторую катушку, выполненные с возможностью нагрева указанного нагревательного компонента.11. The aerosol delivery device of claim 10, wherein the heating assembly comprises a first coil and a second coil configured to heat said heating component. 12. Устройство предоставления аэрозоля по п. 10 или 11, в котором нагревательный компонент содержит по меньшей мере один электропроводящий нагревательный компонент, включенный в изделие для вставки в зону нагрева указанного устройства, при этом указанное изделие также содержит материал, образующий аэрозоль, и является удаляемым из зоны нагрева после использования.12. An aerosol delivery device according to claim 10 or 11, wherein the heating component comprises at least one electrically conductive heating component included in an article for insertion into a heating zone of said device, said article also containing an aerosol-forming material and being removable from the heating zone after use. 13. Система предоставления аэрозоля, содержащая:13. An aerosol delivery system, comprising: устройство предоставления аэрозоля по любому из пп. 1-11; иan aerosol supply device according to any one of paragraphs. 1-11; and изделие, содержащее материал, образующий аэрозоль.an article containing an aerosol-forming material.
RU2021126487A 2019-03-11 2020-03-09 Aerosol delivery device RU2788974C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/816,264 2019-03-11

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2023100892A Division RU2023100892A (en) 2019-03-11 2020-03-09 AEROSOL DELIVERY DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788974C1 true RU2788974C1 (en) 2023-01-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU935069A1 (en) * 1980-05-08 1982-06-15 За витель Smoking appliance
WO2014066730A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Lbs Imports, Llc. Electronic cigarette
EP3229620A1 (en) * 2014-12-11 2017-10-18 Nicoventures Holdings Limited Electronic vapour provision system
CN108143009A (en) * 2011-12-30 2018-06-12 菲利普莫里斯生产公司 Aerosol generating device with air-flow detection function
WO2019030353A1 (en) * 2017-08-09 2019-02-14 Philip Morris Products S.A. Aerosol generating system with multiple susceptors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU935069A1 (en) * 1980-05-08 1982-06-15 За витель Smoking appliance
CN108143009A (en) * 2011-12-30 2018-06-12 菲利普莫里斯生产公司 Aerosol generating device with air-flow detection function
WO2014066730A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Lbs Imports, Llc. Electronic cigarette
EP3229620A1 (en) * 2014-12-11 2017-10-18 Nicoventures Holdings Limited Electronic vapour provision system
WO2019030353A1 (en) * 2017-08-09 2019-02-14 Philip Morris Products S.A. Aerosol generating system with multiple susceptors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220183377A1 (en) Apparatus for aerosol generating device
US20220183392A1 (en) Apparatus for aerosol generating device
JP7360744B2 (en) Aerosol delivery device
KR102616074B1 (en) Apparatus for aerosol-generating devices
CA3110943C (en) Apparatus for an aerosol generating device
US20230127267A1 (en) Apparatus for an aerosol generating device
RU2788974C1 (en) Aerosol delivery device
RU2816455C2 (en) Unit for aerosol generation device
US20230127975A1 (en) Apparatus for an aerosol generating device
KR20230159478A (en) Induction heating device with voltage converter