RU2800769C2 - Appliance for an aerosol generation apparatus - Google Patents
Appliance for an aerosol generation apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800769C2 RU2800769C2 RU2021108653A RU2021108653A RU2800769C2 RU 2800769 C2 RU2800769 C2 RU 2800769C2 RU 2021108653 A RU2021108653 A RU 2021108653A RU 2021108653 A RU2021108653 A RU 2021108653A RU 2800769 C2 RU2800769 C2 RU 2800769C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- transistor
- current
- voltage
- circuit
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к прибору для устройства генерации аэрозоля, в частности, к прибору, содержащему определитель температуры для определения температуры токоприемной конструкции.The present invention relates to an instrument for an aerosol generating apparatus, in particular to an instrument comprising a temperature detector for determining the temperature of a current-collecting structure.
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 путем создания продуктов, которые высвобождают соединения без горения. Примерами таких продуктов являются так называемые продукты "нагрева без горения" или устройства или продукты для нагревания табака, которые выделяют соединения при нагревании, но не сжигании материала. Вещество 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 by creating products that release compounds without burning. Examples of such products are so-called "non-burning" products or tobacco heating devices or products which release compounds when the material is heated but not burned. The substance 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 предложен прибор для устройства генерации аэрозоля, причем прибор содержит: резонансную LC-цепь, содержащую индуктивный элемент для индукционного нагрева токоприемной конструкции, чтобы нагревать материал, генерирующий аэрозоль, чтобы тем самым получать аэрозоль; переключающее устройство для получения изменяющегося тока от источника постоянного напряжения и протекания его через индуктивный элемент, чтобы вызвать индукционный нагрев токоприемной конструкции; и определитель температуры, предназначенный для того, чтобы при использовании определять температуру токоприемной конструкции, исходя из частоты, на которой работает LC-цепь.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for an aerosol generating apparatus, the apparatus comprising: an LC resonant circuit comprising an inductive element for inductively heating a current-collecting structure to heat an aerosol generating material to thereby produce an aerosol; a switching device for receiving a varying current from a constant voltage source and flowing it through the inductive element to cause inductive heating of the current-collecting structure; and a temperature detector for determining, in use, the temperature of the current-collecting structure based on the frequency at which the LC circuit operates.
Определитель температуры может быть предназначен для того, чтобы в дополнение к частоте, на которой работает резонансная LC-цепь, при использовании определять температуру токоприемной конструкции на основе постоянного тока от источника постоянного тока.The temperature detector may be designed to, in addition to the frequency at which the resonant LC circuit operates, when used, determine the temperature of the current collector structure based on direct current from a direct current source.
Определитель температуры может быть предназначен для того, чтобы в дополнение к частоте, на которой работает резонансная LC-цепь, и постоянному току от источника постоянного тока при использовании определять температуру токоприемной конструкции на основе напряжения постоянного тока от источника постоянного напряжения.The temperature detector may be designed to, in addition to the frequency at which the resonant LC circuit operates and the direct current from the direct current source in use, determine the temperature of the current-collecting structure based on the direct current voltage from the direct voltage source.
LC-цепь может представлять собой параллельную LC-цепь, содержащую емкостный элемент, расположенный параллельно с индуктивным элементом.The LC circuit may be a parallel LC circuit containing a capacitive element in parallel with an inductive element.
Определитель температуры может определять эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента и токоприемной конструкции на основе частоты, на которой работает резонансная LC-цепь, постоянного тока от источника постоянного тока и постоянного напряжения от источника постоянного напряжения, и определяет температуру токоприемной конструкции, исходя из полученног8о эффективного группового сопротивления.The temperature detector can determine the effective group resistance of the inductive element and the current collector structure based on the frequency at which the resonant LC circuit operates, DC from a DC source, and DC voltage from a DC voltage source, and determines the temperature of the current collector structure based on the obtained effective group resistance. .
Определитель температуры может определять температуру токоприемной конструкции на основе калибровочных значений эффективного группового сопротивления индуктивного элемента и токоприемной конструкции и температуры токоприемной конструкции.The temperature determiner may determine the temperature of the susceptor structure based on the calibration values of the effective group resistance of the inductive element and the susceptor structure and the temperature of the susceptor structure.
Калибровка может быть основана на полиномиальном уравнении, предпочтительно полиномиальном уравнении третьего порядка.The calibration may be based on a polynomial equation, preferably a third order polynomial equation.
Определитель температуры может определять эффективное групповое сопротивление r с использованием следующей формулы:The temperature determiner can determine the effective group resistance r using the following formula:
где Vs - напряжение постоянного тока, Is - постоянный ток, C - емкость резонансной LC-цепи, а f0 - частота, на которой работает резонансная LC-цепь.where V s is the DC voltage, I s is the DC current, C is the capacitance of the resonant LC circuit, and f 0 is the frequency at which the resonant LC circuit operates.
Частота, на которой работает резонансная LC-цепь, может представлять собой резонансную частоту резонансной LC-цепи.The frequency at which the resonant LC circuit operates may be the resonant frequency of the resonant LC circuit.
Переключающее устройство может быть выполнено с возможностью переключаться между первым состоянием и вторым состоянием, а частота, на которой работает LC-цепь, может быть определена на основе определения частоты, с которой переключающее устройство переключается между первым состоянием и вторым состоянием.The switching device may be configured to switch between the first state and the second state, and the frequency at which the LC circuit operates may be determined based on determining the frequency at which the switching device switches between the first state and the second state.
Переключающее устройство может содержать один или несколько транзисторов, а частота, на которой работает LC-цепь, может быть определена путем измерения периода, с которым один из транзисторов переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием.The switching device may comprise one or more transistors, and the frequency at which the LC circuit operates can be determined by measuring the period with which one of the transistors switches between an on state and an off state.
Прибор может содержать преобразователь частоты в напряжение, выполненный с возможностью выдавать значение напряжение, указывающее на частоту, на которой работает LC-цепь.The instrument may include a frequency-to-voltage converter configured to output a voltage value indicative of the frequency at which the LC circuit is operating.
Постоянное напряжение и постоянный ток могут представлять собой оцененные значения.DC voltage and DC current may be estimated values.
Значения, полученные для постоянного напряжения и/или постоянного тока, могут представлять собой значения, измеренные прибором.The values obtained for DC voltage and/or DC current may be the values measured by the instrument.
Калибровка значений между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции может представлять собой одну из множества калибровок между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции, и определитель температуры может быть выполнен с возможностью выбирать одну из множества калибровок для применения при определении температуры токоприемника по значениям эффективного группового сопротивления.The calibration of the values between the effective group resistance and the temperature of the current collector structure may be one of a plurality of calibrations between the effective group resistance and the temperature of the current collector structure, and the temperature detector may be configured to select one of the plurality of calibrations for use in determining the temperature of the current collector from the effective group resistance values. .
Прибор может содержать датчик температуры, выполненный с возможностью определять температуру, связанную с токоприемной конструкцией, до нагрева с помощью индуктивного элемента, и определитель температуры может использовать температуру, полученную датчиком температуры, для выбора калибровки.The instrument may include a temperature sensor configured to detect a temperature associated with the current-collecting structure prior to being heated by the inductive element, and the temperature detector may use the temperature sensed by the temperature sensor to select a calibration.
Температура, измеренная датчиком температуры, может представлять собой температуру окружающей среды для устройства генерации аэрозоля.The temperature measured by the temperature sensor may represent the ambient temperature for the aerosol generating device.
Устройство получения аэрозоля может содержать камеру для вставки токоприемной конструкции, например, камеру для вставки расходной детали, содержащей токоприемную конструкцию, а температура, измеренная датчиком температуры, может представлять собой температуру камеры.The aerosol receiving device may include a chamber for inserting a current-collecting structure, for example, a chamber for inserting a consumable containing a current-collecting structure, and the temperature measured by the temperature sensor may be the temperature of the chamber.
Определитель температуры может быть выполнен с возможностью определять значение эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, определенной датчиком температуры, и выбирать калибровку из множества калибровок на основе сравнения между температурой, определенной датчиком температуры, и температурой, заданной каждой калибровкой из множества калибровок, с использованием значения эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, определенной датчиком температуры.The temperature determiner may be configured to determine the effective group resistance value corresponding to the temperature detected by the temperature sensor and select a calibration from the plurality of calibrations based on a comparison between the temperature determined by the temperature sensor and the temperature specified by each calibration from the plurality of calibrations using the effective value. group resistance corresponding to the temperature determined by the temperature sensor.
Каждая калибровка может представлять собой калибровочную кривую, или полиномиальное уравнение, или набор калибровочных значений в справочной таблице.Each calibration can be a calibration curve, or a polynomial equation, or a set of calibration values in a lookup table.
Определитель температуры может быть выполнен с возможностью выполнять выбор калибровки каждый раз при включении устройства генерации аэрозоля или каждый раз, когда устройство генерации аэрозоля переходит в режим генерации аэрозоля.The temperature detector may be configured to perform a calibration selection each time the aerosol generating device is turned on or each time the aerosol generating device enters an aerosol generating mode.
Переключающее устройство может быть выполнено с возможностью переключаться между первым состоянием и вторым состоянием в ответ на колебания напряжения в резонансной цепи, работающей на резонансной частоте резонансной цепи, и тем самым может поддерживать изменяющийся ток на резонансной частоте резонансной цепи.The switching device may be configured to switch between the first state and the second state in response to voltage fluctuations in the resonant circuit operating at the resonant frequency of the resonant circuit, and thereby can maintain a varying current at the resonant frequency of the resonant circuit.
Переключающее устройство может содержать первый транзистор и второй транзистор, причем, если переключающее устройство находится в первом состоянии, то первый транзистор выключен, а второй транзистор включен, а если переключающее устройство находится во втором состоянии, то первый транзистор включен, а второй выключен.The switching device may comprise a first transistor and a second transistor, and if the switching device is in the first state, then the first transistor is off and the second transistor is on, and if the switching device is in the second state, then the first transistor is on and the second is off.
Первый транзистор и второй транзистор могут содержать первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, и при этом переключающее устройство выполнено так, что первый транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора.The first transistor and the second transistor may include a first terminal for turning the transistor on and off, a second terminal and a third terminal, and wherein the switching device is configured such that the first transistor switches from an on state to an off state if the voltage at the second terminal of the second transistor is less than or equal to threshold switching voltage of the first transistor.
Первый транзистор и второй транзистор могут содержать первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, при этом переключающее устройство выполнено так, что второй транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора.The first transistor and the second transistor may comprise a first terminal for turning this transistor on and off, a second terminal and a third terminal, wherein the switching device is configured such that the second transistor switches from on to off if the voltage at the second terminal of the first transistor is less than or equal to the threshold switching voltage of the second transistor.
Резонансная цепь также может содержать первый диод и второй диод, и первый вывод первого транзистора может быть подключен ко второму выводу второго транзистора через первый диод, а первый вывод второго транзистора может быть подключен ко второму выводу первого транзистора через второй диод, тем самым, первый вывод первого транзистора находится под низким напряжением, когда второй транзистор включен, а первый вывод второго транзистора находится под низким напряжением, когда первый транзистор включен.The resonant circuit may also include a first diode and a second diode, and the first terminal of the first transistor may be connected to the second terminal of the second transistor through the first diode, and the first terminal of the second transistor may be connected to the second terminal of the first transistor through the second diode, thereby the first terminal of the first transistor is low when the second transistor is on, and the first terminal of the second transistor is low when the first transistor is on.
Переключающее устройство может быть выполнено так, что первый транзистор переключается во включенное состояние из выключенного, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора плюс напряжение смещения первого диода.The switching device may be configured such that the first transistor switches on from off if the voltage at the second terminal of the second transistor is less than or equal to the switching threshold voltage of the first transistor plus the bias voltage of the first diode.
Переключающее устройство может быть выполнено так, что второй транзистор переключается во включенное состояние из выключенного, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора плюс напряжение смещения второго диода.The switching device may be configured such that the second transistor switches on from off if the voltage at the second terminal of the first transistor is less than or equal to the switching threshold voltage of the second transistor plus the bias voltage of the second diode.
Первый вывод источника постоянного напряжения может быть подключен к первой и второй точкам в резонансной цепи, причем первая точка и вторая точка электрически расположены с каждой стороны индуктивного элемента.The first terminal of the constant voltage source may be connected to the first and second points in the resonant circuit, with the first point and the second point electrically located on each side of the inductive element.
Прибор может содержать по меньшей мере один дроссель, расположенный между источником постоянного напряжения и индуктивным элементом.The device may include at least one choke located between the DC voltage source and the inductive element.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предложено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее прибор в соответствии с первым аспектом.According to a second aspect of the invention, an aerosol generating device is provided, comprising an apparatus according to the first aspect.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 схематично показано устройство, генерирующее аэрозоль, в соответствии с примером.In FIG. 1 schematically shows an aerosol generating device according to an example.
На фиг. 2 схематично показана резонансная цепь в соответствии с примером.In FIG. 2 schematically shows a resonant circuit according to the example.
На фиг. 3 показаны графики напряжения, тока, эффективного группового сопротивления и температуры токоприемной конструкции в зависимости от времени в соответствии с примером.In FIG. 3 shows plots of voltage, current, effective group resistance, and temperature of a current-collecting structure versus time in accordance with an example.
На фиг. 4 показан график температуры токоприемной конструкции в зависимости от параметра r в соответствии с примером.In FIG. 4 shows a plot of the temperature of the current-collecting structure as a function of the parameter r according to the example.
На фиг. 5 приведено схематичное представление множества графиков температуры токоприемной конструкции в зависимости от параметра r в соответствии с примером.In FIG. 5 is a schematic representation of a plurality of plots of current-collecting structure temperature versus parameter r according to an example.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Индукционный нагрев - это процесс нагрева электропроводящего объекта (или токоприемника) с помощью электромагнитной индукции. Индукционный нагреватель может содержать индуктивный элемент, например, индукционную катушку, 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, 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.Induction heating is the process of heating an electrically conductive object (or current collector) using electromagnetic induction. An induction heater may include an inductive element, such as an induction coil, 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, creating 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.
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.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.
Индукционный нагреватель может содержать LC-цепь, обладающую индуктивностью L, обеспечиваемую индуктивным элементом, например, электромагнитом, который может быть выполнен с возможностью индуктивного нагрева токоприемника, и емкостью C, обеспечиваемую конденсатором. В некоторых случаях цепь 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. Такую цепь можно называть, например, LC-схемой. 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 heater may comprise an LC circuit having an inductance L provided by an inductive element such as an electromagnet, which may be configured to inductively heat a current collector, and a capacitance C provided by a capacitor. In some cases, the circuit can be represented as an RLC circuit containing the resistance R provided by the 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. Such a circuit can be called, for example, an LC circuit. 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 цепи, демонстрирующей электрический резонанс, является LC-цепь, содержащая индуктивный элемент, конденсатор и, как вариант, резистор. 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. Настоящее раскрытие сфокусировано на параллельных LC-цепях. Когда параллельный 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, приведение RLC- или LC-цепи к резонансной частоте или близко к ней может обеспечить эффективный и/или действенный индукционный нагрев за счет обеспечения наибольшего значения магнитного поля, проникающего в токоприемник.One example of a circuit exhibiting electrical resonance is an LC circuit containing an inductive element, a capacitor, and optionally a resistor. 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. The present disclosure focuses on parallel LC circuits. 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, driving the RLC or LC circuit to or close to the resonant frequency can provide efficient and/or efficient induction heating by providing the largest amount of magnetic field penetrating the current collector.
Транзистор - это полупроводниковое устройство для переключения электронных сигналов. Транзистор обычно содержит по меньшей мере три вывода для подключения к электронной схеме. В некоторых примерах предшествующего уровня техники переменный ток могут подавать в цепь с использованием транзистора путем подачи управляющего сигнала, который заставляет транзистор переключаться на заранее определенной частоте, например, на резонансной частоте цепи.A transistor is a semiconductor device for switching electronic signals. A transistor usually contains at least three leads for connection to an electronic circuit. In some prior art examples, alternating current can be applied to a circuit using a transistor by applying a control signal that causes the transistor to switch at a predetermined frequency, such as the resonant frequency of the circuit.
Полевой транзистор (FET) - это транзистор, в котором влияние приложенного электрического поля можно использовать для изменения эффективной проводимости транзистора. Полевой транзистор может содержать корпус B, 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.A field effect transistor (FET) is a transistor where the effect of an applied electric field can be used to change the effective conductance of the transistor. The FET may include a package B, 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.
n-канальный полевой транзистор (или полевой транзистор n-типа) (n-FET) 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.An n-channel FET (or n-type FET) (n-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.
p-канальный полевой транзистор (или полевой транзистор p-типа) (p-FET) 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).A p-channel FET (or p-type FET) (p-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 ).
Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET, 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.A metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (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, in the on state (i.e. when current flows 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.
На фиг. 1 схематично показано устройство 100, генерирующее аэрозоль, в соответствии с примером. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит источник 104 питания постоянного тока, в этом примере батарею 104, цепь 150, содержащую индуктивный элемент 158, токоприемную конструкцию 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль.In FIG. 1 schematically shows an aerosol generating device 100 according to an example. The aerosol generating device 100 includes a DC power supply 104, in this example a battery 104, a circuit 150 including an inductive element 158, a current collector structure 110, and an aerosol generating material 116.
В примере, показанном на фиг. 1, токоприемная конструкция 110 расположена внутри расходной детали 120 вместе с материалом 116, генерирующим аэрозоль. Источник 104 питания постоянного тока электрически соединен с цепью 150 и выполнен с возможностью подачи электроэнергии постоянного тока на цепь 150. Устройство 100 также содержит схему 106 управления, в этом примере цепь 150 подключена к батарее 104 через схему 106 управления.In the example shown in FIG. 1, the current-collecting structure 110 is located within the consumable 120 along with the aerosol generating material 116. DC power source 104 is electrically coupled to circuit 150 and configured to supply DC electrical power to circuit 150. Device 100 also includes control circuit 106, in this example circuit 150 is connected to battery 104 via control circuit 106.
Схема 106 управления может содержать средство для включения и выключения устройства 100, например, в ответ на ввод пользователя. Схема 106 управления может, например, содержать детектор затяжки (не показан), известный сам по себе, и/или может принимать пользовательский ввод с помощью по меньшей мере одной кнопки или сенсорного элемента управления (не показан). Схема 106 управления может содержать средство для контроля температуры компонентов устройства 100 или компонентов расходной детали 120, вставленной в устройство. В дополнение к индуктивному элементу 158 схема 150 содержит другие компоненты, которые описаны ниже.The control circuit 106 may include means for turning the device 100 on and off, for example, in response to user input. The control circuit 106 may, for example, include a puff detector (not shown) known per se and/or may receive user input via at least one button or touch control (not shown). The control circuit 106 may include means for controlling the temperature of the components of the device 100 or the components of the consumable 120 inserted into the device. In addition to inductive element 158, circuit 150 includes other components, which are described below.
Индуктивный элемент 158 может представлять собой, например, катушку, которая может быть, например, плоской. Индуктивный элемент 158 может быть выполнен, например, из меди (которая имеет сравнительно низкое удельное сопротивление). Схема 150 предназначена для преобразования входного постоянного тока от источника 104 постоянного тока в изменяющийся, например, переменный ток через индуктивный элемент 158. Схема 150 предназначена для пропускания переменного тока через индуктивный элемент 158.The inductive element 158 may be, for example, a coil, which may be, for example, flat. The inductive element 158 may be made of copper (which has a relatively low resistivity), for example. Circuit 150 is configured to convert the DC input from DC source 104 to varying, for example, AC current through inductive element 158. Circuit 150 is configured to pass AC current through inductive element 158.
Токоприемная конструкция 110 расположена относительно индуктивного элемента 158 для индуктивной передачи энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной конструкции 110. Токоприемная конструкция 110 может быть выполнена из любого подходящего материала, который может быть нагрет индуктивно, например, из металла или металлического сплава, например, из стали. В некоторых реализациях токоприемная конструкция 110 может содержать или быть полностью выполнена из ферромагнитного материала, который может содержать один или комбинацию металлов, таких как железо, никель и кобальт. В некоторых реализациях токоприемная конструкция 110 может состоять или быть полностью выполнена из не являющегося ферромагнитным материала, например, из алюминия. Индуктивный элемент 158, через который пропускают переменный ток, вызывает нагрев токоприемной конструкции 110 за счет джоулева нагрева и/или за счет магнитного гистерезисного нагрева, как описано выше. Токоприемная конструкция 110 выполнена с возможностью нагрева материала 116, генерирующего аэрозоль, например, за счет теплопроводности, конвекции и/или нагрева излучением, с целью образования аэрозоля при использовании. В некоторых примерах токоприемная конструкция 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль, образуют единый блок, который может быть вставлен и/или удален из устройства 100, генерирующего аэрозоль, и может быть одноразовым. В некоторых примерах индуктивный элемент 158 может быть снят с устройства 100, например, для замены. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, может быть переносным. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью нагревания материала 116, генерирующего аэрозоль, для создания аэрозоля для вдыхания пользователем.Current collector structure 110 is located relative to inductive element 158 for inductively transferring energy from inductive element 158 to current collector structure 110. Current collector structure 110 may be made of any suitable material that can be heated inductively, such as metal or a metal alloy, such as steel. . In some implementations, current-collecting structure 110 may comprise or be made entirely of a ferromagnetic material, which may contain one or a combination of metals such as iron, nickel, and cobalt. In some implementations, the current-collecting structure 110 may consist of, or be made entirely of, a non-ferromagnetic material, such as aluminum. The inductive element 158, through which an alternating current is passed, causes the current-collecting structure 110 to be heated by Joule heating and/or by magnetic hysteresis heating, as described above. The current-collecting structure 110 is configured to heat the aerosol generating material 116, for example, by conduction, convection and/or radiation heating, to generate an aerosol in use. In some examples, current-collecting structure 110 and aerosol generating material 116 form a single unit that can be inserted and/or removed from aerosol generating device 100 and can be disposable. In some examples, the inductive element 158 may be removed from the device 100, for example, for replacement. The aerosol generating device 100 may be portable. The aerosol generating device 100 may be configured to heat the aerosol generating material 116 to create an aerosol for inhalation by the user.
Отметим, что в данном контексте выражение "материал, генерирующий аэрозоль" обозначает вещества, которые выделяют летучие компоненты при нагревании, обычно в виде пара или аэрозоля. "Материал, генерирующий аэрозоль" может представлять собой не содержащий табака материал или табакосодержащий материал. Например, материал, генерирующий аэрозоль, может быть табаком или содержать его. Материал, генерирующий аэрозоль, например, может включать в себя одно или несколько из следующего: табак сам по себе, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак, табачный экстракт, гомогенизированный табак или заменители табака. Материал, генерирующий аэрозоль, может быть в виде молотого табака, резаных листьев табака, экструдированного табака, восстановленного табака, восстановленного аэрозолируемого материала, жидкости, геля, гелевого листа, порошка или аггломератов и т.п. Материал, генерирующий 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, генерирующий аэрозоль, может содержать один или несколько увлажнителей, таких как глицерин или пропиленгликоль.Note that in this context, the expression "aerosol generating material" refers to substances that emit volatile components when heated, usually in the form of vapor or aerosol. The "aerosol generating material" may be a non-tobacco material or a tobacco-containing material. For example, the aerosol generating material may be or contain tobacco. The aerosol generating material, for example, may include one or more of the following: tobacco itself, tobacco derivatives, exploded tobacco, reconstituted tobacco, tobacco extract, homogenized tobacco, or tobacco substitutes. The aerosol generating material may be in the form of ground tobacco, cut tobacco leaves, extruded tobacco, reconstituted tobacco, reconstituted aerosol material, liquid, gel, gel sheet, powder or agglomerates, and the like. The aerosol generating material may also include other non-tobacco products, which may or may not contain nicotine, depending on the product. The aerosol generating material may contain one or more humectants such as glycerin or propylene glycol.
Возвращаясь к фиг. 1, устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит внешний корпус 112, в котором размещен источник 104 постоянного тока, схема 106 управления и цепь 150, содержащая индуктивный элемент 158. Расходную деталь 120, содержащую токоприемную конструкцию 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль, в этом примере также вставляют в корпус 112, чтобы подготовить устройство 100 к использованию. Внешний корпус 112 содержит мундштук 114, позволяющий аэрозолю, образующемуся при использовании, выходить из устройства 100.Returning to FIG. 1, the aerosol generating device 100 includes an outer housing 112 housing a DC source 104, a control circuit 106, and a circuit 150 containing an inductive element 158. example is also inserted into the housing 112 to prepare the device 100 for use. The outer housing 112 includes a mouthpiece 114 to allow aerosol generated during use to exit the device 100.
При использовании пользователь может активировать, например, с помощью кнопки (не показана) или детектора затяжки (не показан), схему 106, чтобы вызвать изменяющийся, например, переменный ток, который должен проходить через индуктивный элемент 108, тем самым индуктивно нагревая токоприемную конструкцию 110, которая, в свою очередь, нагревает материал 116, генерирующий аэрозоль, и заставляет материал 116, генерирующий аэрозоль, генерировать аэрозоль. Образующийся аэрозоль попадает в воздух, втягиваемый в устройство 100 через впуск воздуха (не показан), и тем самым его переносят к мундштуку 104, где аэрозоль выходит из устройства 100 для вдыхания пользователем.In use, the user may activate, for example, with a button (not shown) or a puff detector (not shown), the circuit 106 to cause a varying, for example, alternating current to pass through the inductive element 108, thereby inductively heating the current collector structure 110 , which in turn heats the aerosol generating material 116 and causes the aerosol generating material 116 to generate aerosol. The resulting aerosol enters the air drawn into the device 100 through an air inlet (not shown) and is thereby carried to the mouthpiece 104 where the aerosol exits the device 100 for inhalation by the user.
Цепь 150, содержащая индуктивный элемент 158, и токоприемная конструкция 110 и/или устройство 100 в целом, может быть приспособлена для нагрева материала 116, генерирующего аэрозоль, до определенного диапазона температур для испарения по меньшей мере одного компонента материала 116, генерирующего аэрозоль, без сжигания материала, генерирующего аэрозоль. Например, диапазон температуры может составлять от 50°C до 350°C, например, от 50°C до 300°C, от 100°C до 300°C, от 150°C до 300°C, от 100°C до 200°C, от 200°C до 300°C, или от 150°C до 250°C. В некоторых примерах диапазон температур составляет примерно от 170°C до 250°C. В некоторых примерах диапазон температур может отличаться от этого диапазона, а верхний предел диапазона температур может быть больше 300°C.The circuit 150 including the inductive element 158 and the current collector structure 110 and/or the device 100 as a whole can be adapted to heat the aerosol generating material 116 to a certain temperature range to vaporize at least one component of the aerosol generating material 116 without burning. aerosol generating material. For example, the temperature range may be 50°C to 350°C, such as 50°C to 300°C, 100°C to 300°C, 150°C to 300°C, 100°C to 200 °C, 200°C to 300°C, or 150°C to 250°C. In some examples, the temperature range is from about 170°C to 250°C. In some examples, the temperature range may differ from this range, and the upper limit of the temperature range may be greater than 300°C.
Следует понимать, что может существовать разница между температурой токоприемной конструкции 110 и температурой материала 116, генерирующего аэрозоль, например, во время нагревания токоприемной конструкции 110, например, когда скорость нагрева велика. Таким образом, следует понимать, что в некоторых примерах температура, до которой нагревают токоприемную конструкцию 110, может быть, например, выше, чем температура, до которой желательно нагревать материал 116, генерирующий аэрозоль.It should be understood that there may be a difference between the temperature of the current collector structure 110 and the temperature of the aerosol generating material 116, for example, during heating of the current collector structure 110, for example, when the heating rate is high. Thus, it should be understood that, in some instances, the temperature to which current-collecting structure 110 is heated may be, for example, higher than the temperature to which aerosol generating material 116 is desired to be heated.
Теперь обратимся к фиг. 2, на которой показан пример цепи 150, которая является резонансной цепью, для индуктивного нагрева токоприемной конструкции 110. Резонансная цепь 150 содержит индуктивный элемент 158 и конденсатор 156, соединенные параллельно.Let us now turn to FIG. 2, which shows an example of a circuit 150, which is a resonant circuit, for inductively heating the current-collecting structure 110. The resonant circuit 150 includes an inductive element 158 and a capacitor 156 connected in parallel.
Резонансная цепь 150 содержит переключающее устройство M1, M2, которое в этом примере содержит первый транзистор M1 и второй транзистор M2. Первый транзистор M1 и второй транзистор M2 содержат первый вывод G, второй вывод D и третий вывод S. Вторые выводы D первого транзистора M1 и второго транзистора M2 подключены к одной из сторон параллельного подключенных индуктивного элемента 158 и конденсатора 156, как будет более подробно объяснено ниже. Третьи выводы S первого транзистора M1 и второго транзистора M2 соединены с землей 151. В примере, показанном на фиг. 2, первый транзистор M1 и второй транзистор M2 являются МОП-транзисторами, а первые выводы G - выводами затвора, вторые выводы D - выводами стока, а третьи выводы S - выводами истока.The resonant circuit 150 includes a switching device M1, M2, which in this example includes a first transistor M1 and a second transistor M2. The first transistor M1 and the second transistor M2 comprise a first terminal G, a second terminal D and a third terminal S. The second terminals D of the first transistor M1 and the second transistor M2 are connected to one side of the parallel connected inductive element 158 and the capacitor 156, as will be explained in more detail below. . The third terminals S of the first transistor M1 and the second transistor M2 are connected to ground 151. In the example shown in FIG. 2, the first transistor M1 and the second transistor M2 are MOSFETs, and the first G terminals are gate terminals, the second D terminals are drain terminals, and the third S terminals are source terminals.
Следует понимать, что в альтернативных примерах можно использовать другие типы транзисторов вместо полевых МОП-транзисторов, описанных выше.It should be understood that alternative types of transistors may be used in place of the MOSFETs described above in alternative examples.
Резонансная цепь 150 имеет индуктивность L и емкость C. Индуктивность L резонансной цепи 150 обеспечена индуктивным элементом 158, и на нее также может влиять индуктивность токоприемной конструкции 110, которая выполнена с возможностью индуктивного нагрева посредством индуктивного элемента 158. Индуктивный нагрев токоприемной конструкции 110 осуществляют посредством переменного магнитного поля, создаваемого индуктивным элементом 158, который, как описано выше, вызывает джоулев нагрев и/или потери магнитного гистерезиса в токоприемной конструкции 110. Часть индуктивности L резонансной цепи 150 может быть связана с магнитной проницаемостью токоприемной конструкции 110. Изменяющееся магнитное поле, создаваемое индуктивным элементом 158, создается изменяющимся, например, переменным током, протекающим через индуктивный элемент 158.The resonant circuit 150 has an inductance L and a capacitance C. The inductance L of the resonant circuit 150 is provided by the inductive element 158, and can also be affected by the inductance of the current collector structure 110, which is configured to be inductively heated by the inductive element 158. The inductive heating of the current collector structure 110 is carried out by an alternating magnetic field generated by the inductive element 158, which, as described above, causes Joule heating and/or magnetic hysteresis losses in the current collector structure 110. The inductance L of the resonant circuit 150 may be associated with the magnetic permeability of the current collector structure 110. The changing magnetic field generated by the inductive element 158 is created by a changing, for example, alternating current flowing through the inductive element 158.
Индуктивный элемент 158, например, может иметь форму проводящего элемента, свернутого в спираль. Например, индуктивный элемент 158 может быть медной катушкой. Индуктивный элемент 158 может содержать, например, многожильный провод, такой как высокочастотный обмоточный провод, например, провод, содержащий несколько индивидуально изолированных проводов, скрученных вместе. Сопротивление многожильного провода переменному току зависит от частоты, и многожильный провод может быть выполнен таким образом, чтобы потребление энергии индуктивным элементом уменьшалось на частоте возбуждения. В качестве другого примера индуктивный элемент 158 может представлять собой, например, спиральную дорожку на печатной плате. Использование спиральной дорожки на печатной плате может быть полезно, поскольку это дает жесткую и самонесущую дорожку с поперечным сечением, что устраняет любые требования к многожильному проводу (который может быть дорогим), которую можно производить серийно с высокой воспроизводимостью при низкой стоимости. Хотя показан один индуктивный элемент 158, понятно, что может быть более одного индуктивного элемента 158, предназначенного для индукционного нагрева одного или нескольких токоприемных конструкций 110.The inductive element 158, for example, may be in the form of a coiled conductive element. For example, inductive element 158 may be a copper coil. The inductive element 158 may comprise, for example, a stranded wire, such as a high frequency winding wire, such as a wire containing several individually insulated wires twisted together. The resistance of the stranded wire to alternating current depends on the frequency, and the stranded wire can be designed in such a way that the power consumption of the inductive element decreases at the driving frequency. As another example, the inductive element 158 may be, for example, a helical track on a printed circuit board. The use of a helical track on a PCB can be beneficial as it gives a rigid and self-supporting track with a cross section that eliminates any requirement for stranded wire (which can be expensive) that can be mass-produced with high reproducibility at low cost. Although one inductive element 158 is shown, it is understood that there may be more than one inductive element 158 for inductively heating one or more current collector structures 110.
Емкость C резонансной цепи 150 обеспечивают конденсатором 156. Конденсатор 156 может представлять собой, например, керамический конденсатор класса 1, например, конденсатор типа COG. Полная емкость C может также включать паразитную емкость резонансной цепи 150; однако она пренебрежимо мала по сравнению с емкостью, обеспечиваемой конденсатором 156.The capacitance C of the resonant circuit 150 is provided with a capacitor 156. The capacitor 156 may be, for example, a class 1 ceramic capacitor, such as a COG type capacitor. The total capacitance C may also include the parasitic capacitance of the resonant circuit 150; however, it is negligible compared to the capacitance provided by capacitor 156.
Сопротивление резонансной цепи 150 не показано на фиг. 2, но следует понимать, что сопротивление цепи может быть обеспечено сопротивлением дорожки или провода, соединяющего компоненты резонансной цепи 150, сопротивлением индуктивного элемента 158 и/или сопротивлением току, протекающему по резонансной цепи 150, обеспечиваемым токоприемной конструкцией 110, предназначенной для передачи энергии с помощью индуктивного элемента 158. В некоторых примерах в резонансную цепь 150 могут быть включены один или несколько специальных резисторов (не показаны).The resistance of resonant circuit 150 is not shown in FIG. 2, but it should be understood that the resistance of the circuit may be provided by the resistance of the trace or wire connecting the components of the resonant circuit 150, the resistance of the inductive element 158, and/or the resistance to the current flowing through the resonant circuit 150 provided by the current-sinking structure 110 for transferring power using inductive element 158. In some examples, one or more special resistors (not shown) may be included in resonant circuit 150.
На резонансную цепь 150 подают напряжение V1 постоянного тока, обеспечиваемое источником 104 постоянного тока (см. фиг. 1), например, батареей. Положительный вывод источника V1 напряжения постоянного тока соединен с резонансной цепью 150 в первой точке 159 и во второй точке 160. Отрицательный вывод (не показан) источника V1 напряжения постоянного тока соединен с землей 151 и, следовательно, в этом примере, с выводами S истока обоих полевых МОП-транзисторов M1 и M2. В примерах напряжение V1 питания постоянного тока могут подавать в резонансную цепь непосредственно от батареи или через промежуточный элемент.The resonant circuit 150 is supplied with a DC voltage V1 provided by a DC source 104 (see FIG. 1), such as a battery. The positive terminal of the DC voltage source V1 is connected to the resonant circuit 150 at the first point 159 and at the second point 160. The negative terminal (not shown) of the DC voltage source V1 is connected to ground 151 and therefore, in this example, to the source terminals S of both MOSFETs M1 and M2. In examples, the DC supply voltage V1 may be supplied to the resonant circuit directly from the battery or through an intermediate element.
Следовательно, резонансную цепь 150 можно рассматривать как электрический мост с индуктивным элементом 158 и конденсатором 156, включенными параллельно между двумя плечами моста. Резонансная цепь 150 действует, создавая эффект переключения, описанный ниже, в результате чего через индуктивный элемент 158 протекает изменяющийся, например, переменный ток, создавая, таким образом, переменное магнитное поле и нагревая токоприемную конструкцию 110.Therefore, resonant circuit 150 can be viewed as an electrical bridge with inductor 158 and capacitor 156 connected in parallel between the two arms of the bridge. The resonant circuit 150 operates to create a switching effect, described below, whereby a varying, for example, alternating current flows through the inductive element 158, thus creating an alternating magnetic field and heating the current-collecting structure 110.
Первая точка 159 подключена к первому узлу A, расположенному на первой стороне параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156. Вторая точка 160 подключена ко второму узлу B, расположенному на второй стороне параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156. Первый дроссель 161 включен последовательно между первой точкой 159 и первым узлом A, а второй дроссель 162 включен последовательно между второй точкой 160 и вторым узлом B. Первый и второй дроссели 161 и 162 служат для отфильтровывания частот переменного тока, не пропуская их в цепь из первой точки 159 и второй точки 160 соответственно, но позволяя проходить постоянному току в индуктивный элемент 158 и через него. Дроссели 161 и 162 позволяют напряжению в узлах A и B колебаться с небольшими или отсутствующими видимыми эффектами в первой точке 159 или второй точке 160.The first point 159 is connected to the first node A, located on the first side of the parallel combination of inductive element 158 and capacitor 156. The second point 160 is connected to the second node B, located on the second side of the parallel combination of inductive element 158 and capacitor 156. The first inductor 161 is connected in series between the first point 159 and the first node A, and the second choke 162 is connected in series between the second point 160 and the second node B. The first and second chokes 161 and 162 serve to filter AC frequencies, not passing them into the circuit from the first point 159 and the second point 160 respectively, but allowing direct current to flow into and through the inductive element 158. Chokes 161 and 162 allow the voltage at nodes A and B to oscillate with little or no visible effects at the first point 159 or the second point 160.
В этом конкретном примере первый полевой МОП-транзистор M1 и второй полевой МОП-транзистор M2 представляют собой полевые n-канальные МОП-транзисторы, работающие в режиме обогащения. Вывод стока первого полевого МОП-транзистора M1 подключен к первому узлу A через провод или подобное, в то время как вывод стока второго полевого МОП-транзистора M2 подключен ко второму узлу B через провод или подобное. Вывод истока каждого полевого МОП-транзистора M1, M2 подключен к земле 151.In this particular example, the first MOSFET M1 and the second MOSFET M2 are n-channel MOSFETs operating in enrichment mode. The drain terminal of the first MOSFET M1 is connected to the first node A via a wire or the like, while the drain terminal of the second MOSFET M2 is connected to the second node B via a wire or the like. The source terminal of each MOSFET M1, M2 is connected to ground 151.
Резонансная цепь 150 содержит второй источник напряжения V2, источник напряжения затвора (или иногда называемый здесь управляющим напряжением), при этом его положительный вывод подключен к третьей точке 165, которую используют для подачи напряжения на выводы G затвора первого и второго полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Управляющее напряжение V2, подаваемое на третью точку 165 в этом примере, не зависит от напряжения V1, подаваемого на первую и вторую точки 159, 160, что позволяет изменять напряжение V1 без воздействия на управляющее напряжение V2. Первый нагрузочный резистор 163 подключен между третьей точкой 165 и выводом G затвора первого полевого МОП-транзистора M1. Второй нагрузочный резистор 164 подключен между третьей точкой 165 и выводом G затвора второго полевого МОП-транзистора M2.The resonant circuit 150 contains a second voltage source V2, a gate voltage source (or sometimes referred to here as a control voltage), with its positive terminal connected to a third point 165, which is used to energize the G gate terminals of the first and second MOSFETs M1 and M2. The control voltage V2 applied to the third point 165 in this example is independent of the voltage V1 applied to the first and second points 159, 160, which allows the voltage V1 to be changed without affecting the control voltage V2. The first terminating resistor 163 is connected between the third point 165 and the gate terminal G of the first MOSFET M1. A second terminating resistor 164 is connected between the third point 165 and the gate terminal G of the second MOSFET M2.
В других примерах можно использовать транзистор другого типа, например, полевой транзистор другого типа. Следует понимать, что эффект переключения, описанный ниже, может быть в равной степени достигнут для другого типа транзистора, который способен переключаться из включенного состояния в выключенное состояние. Значения и полярности питающих напряжений V1 и V2 могут быть выбраны в зависимости от свойств используемого транзистора и других компонентов в схеме. Например, напряжения питания могут быть выбраны в зависимости от того, используется ли n-канальный транзистор или p-канальный, или в зависимости от конфигурации, в которой подключен транзистор, или от разности потенциалов, приложенной к выводам транзистора, что приводит к тому, что транзистор либо включен, либо выключен.In other examples, a different type of transistor may be used, such as a different type of FET. It should be understood that the switching effect described below can equally be achieved with another type of transistor that is capable of switching from an on state to an off state. The values and polarities of the supply voltages V1 and V2 can be chosen depending on the properties of the used transistor and other components in the circuit. For example, supply voltages can be selected depending on whether an n-channel transistor or a p-channel is used, or depending on the configuration in which the transistor is connected, or on the potential difference applied to the transistor's terminals, which causes the transistor is either on or off.
Резонансная цепь 150 также содержит первый диод d1 и второй диод d2, которые в этом примере являются диодами Шотки, но в других примерах может быть использован любой другой подходящий тип диода. Вывод G затвора первого полевого МОП-транзистора M1 соединен с выводом D стока второго полевого МОП-транзистора M2 через первый диод d1, причем проводящее направление первого диода d1 направлено в сторону стока D второго полевого МОП-транзистора M2.The resonant circuit 150 also includes a first diode d1 and a second diode d2, which in this example are Schottky diodes, but in other examples any other suitable type of diode may be used. The gate terminal G of the first MOSFET M1 is connected to the drain terminal D of the second MOSFET M2 via the first diode d1, with the conducting direction of the first diode d1 directed towards the drain D of the second MOSFET M2.
Вывод G затвора второго полевого МОП-транзистора M2 соединен с выводом D стока первого полевого МОП-транзистора M1 через второй диод d2, причем проводящее направление второго диода d2 направлено в сторону стока D первого полевого МОП-транзистора M1. Первый и второй диоды Шотки d1 и d2 могут иметь пороговое напряжение диода около 0,3 В. В других примерах можно использовать кремниевые диоды, имеющие пороговое напряжение диода около 0,7 В. В примерах тип используемого диода выбирают в сочетании с пороговым напряжением затвора, чтобы обеспечить требуемое переключение полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Следует понимать, что тип диода и напряжение V2 питания затвора также можно выбрать в сочетании со значениями нагрузочных резисторов 163 и 164, а также других компонентов резонансной цепи 150.The gate terminal G of the second MOSFET M2 is connected to the drain terminal D of the first MOSFET M1 via a second diode d2, with the conductive direction of the second diode d2 directed towards the drain D of the first MOSFET M1. The first and second Schottky diodes d1 and d2 can have a diode threshold voltage of about 0.3V. In other examples, silicon diodes having a diode threshold voltage of about 0.7V can be used. In the examples, the type of diode used is chosen in conjunction with the gate threshold voltage, to ensure the required switching of MOSFETs M1 and M2. It should be understood that the diode type and gate supply voltage V2 can also be selected in conjunction with the values of the terminating resistors 163 and 164 as well as other components of the resonant circuit 150.
Резонансная цепь 150 поддерживает ток через индуктивный элемент 158, который представляет собой переменный ток из-за переключения первого и второго полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Поскольку в этом примере полевые МОП-транзисторы M1 и M2 являются полевыми МОП-транзисторами, работающими в режиме обогащения, если напряжение, приложенное к выводу затвора G одного из полевых МОП-транзисторов, является таким, что напряжение затвор-исток выше заранее заданного порога для этого полевого МОП-транзистора, то полевой МОП-транзистор переходит во включенное состояние. Тогда ток может течь от вывода D стока к выводу S истока, который подключен к земле 151. Последовательное сопротивление полевого МОП-транзистора в этом включенном состоянии пренебрежимо мало для работы цепи, и можно считать, что вывод D стока имеет потенциал земли, когда полевой МОП-транзистор находится во включенном состоянии. Порог затвор-исток для полевого МОП-транзистора может быть любым подходящим значением для резонансной цепи 150, и понятно, что величину напряжения V2 и сопротивления резисторов 164 и 163 выбирают в зависимости от порогового напряжения затвор-исток полевых МОП-транзисторов M1 и M2 по существу так, чтобы напряжение V2 было больше, чем пороговое напряжение(я) затвора.The resonant circuit 150 maintains current through the inductive element 158, which is an alternating current due to the switching of the first and second MOSFETs M1 and M2. Since, in this example, the MOSFETs M1 and M2 are enrichment mode MOSFETs, if the voltage applied to the gate terminal G of one of the MOSFETs is such that the gate-to-source voltage is higher than a predetermined threshold for this MOSFET, the MOSFET turns on. Current can then flow from the drain terminal D to the source terminal S which is connected to ground 151. The series resistance of the MOSFET in this on state is negligible for circuit operation, and the drain terminal D can be considered to be at ground potential when the MOSFET is the transistor is on. The gate-source threshold for the MOSFET may be any suitable value for the resonant circuit 150, and it will be understood that the voltage V2 and the resistance of resistors 164 and 163 are chosen depending on the gate-source threshold voltage of the MOSFETs M1 and M2 essentially so that V2 is greater than the gate threshold voltage(s).
Теперь будет описана процедура переключения резонансной цепи 150, которая приводит к изменению тока, протекающего через индуктивный элемент 158, начиная с состояния, при котором напряжение в первом узле A высокое, а напряжение во втором узле B низкое.A switching procedure of the resonant circuit 150 will now be described which causes the current flowing through the inductive element 158 to change from a state where the voltage at the first node A is high and the voltage at the second node B is low.
Если напряжение в узле A высокое, то напряжение на выводе стока D первого полевого МОП-транзистора M1 также высокое, потому что в этом примере вывод стока M1 подключен непосредственно к узлу A через проводник. В то же время, если напряжение в узле B удерживают низким, то напряжение на выводе D истока второго полевого МОП-транзистора M2 соответственно является низким (в этом примере вывод истока транзистора M2 непосредственно подключен к узлу B через проводник).If the voltage at node A is high, then the voltage at the drain pin D of the first MOSFET M1 is also high, because in this example the drain pin of M1 is connected directly to node A via a conductor. At the same time, if the voltage at node B is kept low, then the voltage at the source terminal D of the second MOSFET M2 is correspondingly low (in this example, the source terminal of transistor M2 is directly connected to node B via a conductor).
Соответственно, в это время значение напряжения стока транзистора M1 высокое и больше, чем напряжение затвора транзистора M2. Поэтому второй диод d2 в это время имеет обратное смещение. Напряжение затвора транзистора M2 в это время больше, чем напряжение на выводе истока транзистора M2, а напряжение V2 таково, что напряжение затвор-исток на транзисторе M2 больше, чем порог включения для МОП-транзистора M2. Таким образом, M2 в это время включен.Accordingly, at this time, the drain voltage value of the transistor M1 is high and greater than the gate voltage of the transistor M2. Therefore, the second diode d2 is reverse biased at this time. The gate voltage of the transistor M2 at this time is greater than the voltage at the source terminal of the transistor M2, and the voltage V2 is such that the gate-source voltage of the transistor M2 is greater than the turn-on threshold for the MOSFET M2. So M2 is on at this time.
В то же время напряжение стока транзистора M2 низкое, и первый диод d1 является прямосмещенным из-за подачи напряжения V2 затвора на вывод затвора транзистора M1. Таким образом, вывод затвора транзистора M1 соединен через прямосмещенный первый диод d1 с выводом стока низкого напряжения второго полевого МОП-транзистора M2, и поэтому напряжение затвора транзистора M1 также низкое. Другими словами, поскольку транзистор M2 включен, он действует как зажим заземления, что приводит к прямому смещению первого диода d1 и низкому напряжению затвора транзистора M1. Таким образом, напряжение затвор-исток транзистора M1 ниже порога включения, и первый полевой МОП-транзистор M1 выключен.At the same time, the drain voltage of the transistor M2 is low and the first diode d1 is forward-biased due to the application of the gate voltage V2 to the gate terminal of the transistor M1. Thus, the gate terminal of the transistor M1 is connected through the forward biased first diode d1 to the low voltage drain terminal of the second MOSFET M2, and therefore the gate voltage of the transistor M1 is also low. In other words, since transistor M2 is on, it acts as a ground clamp, which causes the first diode d1 to be forward biased and the gate voltage of transistor M1 to be low. Thus, the gate-source voltage of the transistor M1 is below the turn-on threshold, and the first MOSFET M1 is turned off.
В общем, в этот момент цепь 150 находится в первом состоянии, в котором:In general, at this point, the circuit 150 is in the first state, in which:
напряжение в узле А высокое; напряжение в узле B низкое; первый диод d1 является прямосмещенным;voltage at node A is high; voltage at node B is low; the first diode d1 is forward biased;
второй МОП-транзистор M2 включен;the second MOSFET M2 is on;
второй диод d2 является обратносмещенным; иthe second diode d2 is reverse biased; And
первый полевой МОП-транзистор M1 выключен.the first MOSFET M1 is turned off.
С этого момента, когда второй полевой МОП-транзистор M2 находится во включенном состоянии, а первый полевой МОП-транзистор M1 находится в выключенном состоянии, ток от источника V1 проходит через первый дроссель 161 и через индуктивный элемент 158. Благодаря наличию индуктивного дросселя 161 напряжение в узле A может свободно колебаться. Поскольку индуктивный элемент 158 параллелен конденсатору 156, наблюдаемое напряжение в узле A соответствует полусинусоидальному профилю напряжения. Частота наблюдаемого напряжения в узле A равна резонансной частоте f0 цепи 150.From now on, when the second MOSFET M2 is in the on state and the first MOSFET M1 is in the off state, the current from the source V1 passes through the first choke 161 and through the inductive element 158. Due to the presence of the inductive choke 161, the voltage in node A is free to oscillate. Because inductor 158 is in parallel with capacitor 156, the observed voltage at node A follows a half-sine voltage profile. The frequency of the observed voltage at node A is equal to the resonant frequency f 0 of circuit 150.
Напряжение в узле A уменьшается синусоидально с течением времени от максимального значения до 0 в результате ослабления энергии в узле A. Напряжение в узле B поддерживают низким (поскольку МОП-транзистор M2 включен), а индуктивный элемент L заряжается от источника V1 постоянного тока. МОП-транзистор M2 отключается в момент времени, когда напряжение в узле A равно или ниже порогового напряжения затвора транзистора M2 плюс напряжение прямого смещения диода d2. Когда напряжение в узле A наконец достигнет нуля, МОП-транзистор M2 будет полностью выключен.The voltage at node A decreases sinusoidally over time from a maximum value to 0 as a result of the weakening of the energy at node A. The voltage at node B is kept low (because the MOSFET M2 is on) and the inductive element L is charged from the DC source V1. MOSFET M2 turns off at the point in time when the voltage at node A is equal to or lower than the gate threshold voltage of M2 plus the forward bias voltage of diode d2. When the voltage at node A finally reaches zero, the MOSFET M2 will be completely turned off.
В то же время или вскоре после этого напряжение в узле B становится высоким. Это происходит из-за резонансной передачи энергии между индуктивным элементом 158 и конденсатором 156. Когда напряжение в узле B становится высоким из-за этой резонансной передачи энергии, ситуация, описанная выше в отношении узлов A и B и полевых МОП-транзисторов M1 и M2, меняется на противоположную. То есть, когда напряжение на A уменьшается до нуля, напряжение стока транзистора M1 уменьшается. Напряжение стока транзистора M1 уменьшается до точки, когда второй диод d2 больше не является обратносмещенным и становится прямосмещенным. Точно так же напряжение в узле B повышается до своего максимума, и первый диод d1 переключается с прямого смещения на обратное. Когда это происходит, напряжение затвора транзистора M1 больше не связано с напряжением стока транзистора M2, и поэтому напряжение затвора транзистора M1 становится высоким при подаче напряжения V2 затвора. Поэтому первый полевой МОП-транзистор M1 переходит во включенное состояние, поскольку его напряжение затвор-исток теперь превышает пороговое значение для включения. Поскольку вывод затвора транзистора M2 теперь соединен через прямосмещенный второй диод d2 с выводом стока низкого напряжения транзистора M1, то напряжение затвора транзистора M2 является низким. Поэтому транзистор M2 переходит в выключенное состояние.At the same time, or shortly thereafter, the voltage at node B goes high. This is due to resonant power transfer between inductive element 158 and capacitor 156. When the voltage at node B becomes high due to this resonant power transfer, the situation described above with respect to nodes A and B and MOSFETs M1 and M2, changes to the opposite. That is, when the voltage across A decreases to zero, the drain voltage of transistor M1 decreases. The drain voltage of transistor M1 is reduced to the point where the second diode d2 is no longer reverse biased and becomes forward biased. Similarly, the voltage at node B rises to its maximum and the first diode d1 switches from forward bias to reverse bias. When this happens, the gate voltage of the transistor M1 is no longer related to the drain voltage of the transistor M2, and therefore the gate voltage of the transistor M1 becomes high when the gate voltage V2 is applied. Therefore, the first MOSFET M1 turns on because its gate-source voltage now exceeds the turn-on threshold. Since the gate terminal of transistor M2 is now connected via the forward biased second diode d2 to the low voltage drain terminal of transistor M1, the gate voltage of transistor M2 is low. Therefore, the transistor M2 turns off.
В общем, в этот момент цепь 150 находится во втором состоянии, в котором:In general, at this point circuit 150 is in a second state in which:
напряжение в узле А низкое; напряжение в узле B высокое; первый диод d1 является обратносмещенным; второй полевой МОП-транзистор M2 выключен;voltage at node A is low; voltage at node B is high; the first diode d1 is reverse biased; the second MOSFET M2 is off;
второй диод d2 является прямосмещенным; иthe second diode d2 is forward biased; And
первый полевой МОП-транзистор M1 включен.the first MOSFET M1 is turned on.
В этот момент ток проходит через индуктивный элемент 158 от напряжения V1 питания через второй дроссель 162. Таким образом, направление тока изменилось на противоположное из-за операции переключения резонансной цепи 150. Резонансная цепь 150 будет продолжать переключаться между описанным выше первым состоянием, в котором первый полевой МОП-транзистор M1 выключен, а второй полевой МОП-транзистор M2 включен, и вышеописанным вторым состоянием, в котором первый полевой МОП-транзистор M1 включен, а второй полевой МОП-транзистор M2 выключен.At this point, the current flows through the inductive member 158 from the supply voltage V1 through the second inductor 162. Thus, the direction of the current is reversed due to the switching operation of the resonant circuit 150. The resonant circuit 150 will continue to switch between the above-described first state, in which the first the MOSFET M1 is turned off and the second MOSFET M2 is turned on, and the above-described second state in which the first MOSFET M1 is turned on and the second MOSFET M2 is turned off.
В установившемся режиме работы энергия передается между электростатической областью (то есть, конденсатором 156) и магнитной областью (т.е. индуктивным элементом 158), и наоборот.In steady state operation, energy is transferred between the electrostatic region (ie, capacitor 156) and the magnetic region (ie, inductive element 158), and vice versa.
Чистый эффект переключения возникает в ответ на колебания напряжения в резонансной цепи 150, где происходит передача энергии между электростатической областью (то есть конденсатором 156) и магнитной областью (т.е. индуктивным элементом 158), таким образом создавая изменяющийся со временем ток в параллельной LC-цепи, который изменяется на резонансной частоте резонансной цепи 150. Это предпочтительно для передачи энергии между индуктивным элементом 158 и токоприемной конструкцией 110, поскольку цепь 150 работает на оптимальном уровне эффективности и, следовательно, обеспечивает более эффективный нагрев материала 116, генерирующего аэрозоль, по сравнению со схемой, работающей без резонанса. Описанное устройство переключения обладает преимуществом, поскольку оно позволяет цепи 150 работать на резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки. Это означает, что в случае изменения свойств цепи 150 (например, если присутствует токоприемник 110 или нет, или если изменяется температура токоприемника, или даже при физическом перемещении токоприемного элемента 110), динамическая природа цепи 150 непрерывно адаптирует свою резонансную точку для оптимальной передачи энергии, что означает, что цепь 150 всегда работает в резонансе. Более того, конфигурация цепи 150 такова, что не требуется внешний контроллер или что-либо подобное для подачи сигналов управляющего напряжения на затворы полевых МОП-транзисторов для осуществления переключения.The net switching effect occurs in response to voltage fluctuations in resonant circuit 150 where energy is transferred between the electrostatic region (i.e., capacitor 156) and the magnetic region (i.e., inductive element 158), thus creating a time-varying current in the parallel LC. circuit that changes at the resonant frequency of resonant circuit 150. This is advantageous for power transfer between inductive element 158 and current-collecting structure 110 because circuit 150 operates at an optimum level of efficiency and therefore provides more efficient heating of aerosol generating material 116 compared to with a circuit operating without resonance. The switching arrangement described is advantageous in that it allows circuit 150 to operate at resonant frequency under varying load conditions. This means that if the properties of the circuit 150 change (for example, if the current collector 110 is present or not, or if the temperature of the current collector changes, or even if the current collector 110 is physically moved), the dynamic nature of the circuit 150 continuously adapts its resonant point for optimal power transfer, which means that circuit 150 is always running in resonance. Moreover, circuit 150 is configured such that no external controller or the like is required to supply control voltage signals to the gates of the MOSFETs for switching.
В примерах, описанных выше со ссылкой на фиг. 2, на выводы G затвора подают напряжение затвора посредством второго источника питания, который отличается от источника питания напряжения V1 истока. Однако в некоторых примерах на выводы затвора могу подавать то же напряжение, что и напряжение V1 истока. В таких примерах первая точка 159, вторая точка 160 и третья точка 165 в цепи 150 могут, например, быть подключены к одной шине питания. В таких примерах следует понимать, что свойства компонентов цепи должны быть выбраны так, чтобы описанное переключение могло иметь место. Например, напряжение питания затвора и пороговые напряжения диодов следует выбирать таким образом, чтобы колебания цепи запускали переключение полевых МОП-транзисторов на соответствующем уровне. Обеспечение отдельных значений напряжения для напряжения V2 питания затвора и напряжения V1 истока позволяет изменять напряжение V1 истока независимо от напряжения V2 питания затвора, не влияя на работу механизма переключения цепи.In the examples described above with reference to FIG. 2, the gate terminals G are supplied with a gate voltage by a second power supply that is different from the source voltage V1. However, in some examples, the gate terminals may be supplied with the same voltage as the source voltage V1. In such examples, the first point 159, the second point 160 and the third point 165 in circuit 150 may, for example, be connected to the same power rail. In such examples, it should be understood that the properties of the circuit components must be chosen so that the described switching can take place. For example, the gate supply voltage and diode threshold voltages should be chosen such that circuit oscillations trigger the MOSFETs to switch at the appropriate level. Providing separate voltage values for the gate supply voltage V2 and the source voltage V1 allows the source voltage V1 to vary independently of the gate supply voltage V2 without affecting the operation of the circuit switching mechanism.
Резонансная частота f0 цепи 150 может находиться в мегагерцовом диапазоне, например, в диапазоне от 0,5 МГц до 4 МГц, например, в диапазоне от 2 МГц до 3 МГц. Следует понимать, что резонансная частота f0 резонансной цепи 150 зависит от индуктивности L и емкости C цепи 150, как указано выше, что, в свою очередь, зависит от индуктивного элемента 158, конденсатора 156, а также от токоприемной конструкции 110. По существу, резонансная частота f0 цепи 150 может варьироваться от реализации к реализации. Например, частота может находиться в диапазоне от 0,1 МГц до 4 МГц, или в диапазоне от 0,5 МГц до 2 МГц, или в диапазоне от 0,3 МГц до 1,2 МГц. В других примерах резонансная частота может находиться в диапазоне, отличном от описанного выше. Как правило, резонансная частота будет зависеть от характеристик цепи, таких как электрические и/или физические свойства используемых компонентов, включая токоприемную конструкцию 110.The resonant frequency f 0 of circuit 150 may be in the megahertz range, for example, in the range from 0.5 MHz to 4 MHz, for example, in the range from 2 MHz to 3 MHz. It should be understood that the resonant frequency f 0 of the resonant circuit 150 depends on the inductance L and capacitance C of the circuit 150 as discussed above, which in turn depends on the inductive element 158, the capacitor 156 as well as the current collector structure 110. As such, the resonant frequency f 0 of circuit 150 may vary from implementation to implementation. For example, the frequency may be in the range of 0.1 MHz to 4 MHz, or in the range of 0.5 MHz to 2 MHz, or in the range of 0.3 MHz to 1.2 MHz. In other examples, the resonant frequency may be in a range other than that described above. Typically, the resonant frequency will depend on the characteristics of the circuit, such as the electrical and/or physical properties of the components used, including the current-collecting structure 110.
Также понятно, что свойства резонансной цепи 150 могут быть выбраны на основе других факторов для данной токоприемной конструкции 110. Например, чтобы улучшить передачу энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной конструкции 110, может быть полезно выбрать глубину скин-слоя (то есть глубину от поверхности токоприемной конструкции 110, в пределах которой плотность тока падает на коэффициент 1/e, который по меньшей мере является функцией частоты) на основе свойств материала токоприемной конструкции 110. Глубина скин-слоя различается для разных материалов токоприемных конструкций 110 и уменьшается с увеличением частоты возбуждения. С другой стороны, например, чтобы уменьшить долю мощности, подаваемой в резонансную цепь 150 и/или приводной элемент 102, которая теряется в виде тепла внутри электронных компонентов, может быть предпочтительной схема, которая работает на сравнительно более низких частотах. Поскольку в этом примере частота возбуждения равна резонансной частоте, здесь рассматривают вопросы, касающиеся частоты возбуждения, в отношении получения соответствующей резонансной частоты, например, путем разработки токоприемной конструкции 110 и/или использования конденсатора 156 с определенной емкостью и индуктивного элемента 158 с определенной индуктивностью. Поэтому в некоторых примерах в качестве подходящего и/или желательного может быть выбран компромисс между этими факторами.It is also understood that the properties of resonant circuit 150 may be selected based on other factors for a given current collector structure 110. susceptor structure 110, within which the current density falls by a factor of 1/e, which is at least a function of frequency) based on the material properties of the susceptor structure 110. The skin depth differs for different materials of the susceptor structures 110 and decreases with increasing drive frequency. On the other hand, for example, in order to reduce the proportion of power supplied to resonant circuit 150 and/or drive element 102 that is lost as heat within the electronic components, a circuit that operates at relatively lower frequencies may be preferred. Since the driving frequency is equal to the resonant frequency in this example, the questions regarding the driving frequency are considered here in relation to obtaining an appropriate resonant frequency, for example, by developing a current-collecting structure 110 and/or using a capacitor 156 with a certain capacitance and an inductive element 158 with a certain inductance. Therefore, in some instances, a compromise between these factors may be selected as appropriate and/or desirable.
Резонансная цепь 150 на фиг. 2 имеет резонансную частоту f0, при которой ток I минимизируют, а динамический импеданс максимизируют. Резонансная цепь 150 работает на этой резонансной частоте, и поэтому колеблющееся магнитное поле, создаваемое индуктивным элементом 158, является максимальным, а индукционный нагрев токоприемной конструкции 110 индуктивным элементом 158 максимален.Resonance circuit 150 in FIG. 2 has a resonant frequency f 0 at which the current I is minimized and the dynamic impedance is maximized. The resonant circuit 150 operates at this resonant frequency, and therefore the oscillating magnetic field generated by the inductive element 158 is maximum, and the inductive heating of the current-collecting structure 110 by the inductive element 158 is maximum.
В некоторых примерах индукционным нагревом токоприемной конструкции 110 резонансной цепью 150 можно управлять, управляя напряжением питания, подаваемым в резонансную цепь 150, которое, в свою очередь, может управлять током, протекающим в резонансной цепи 150, и, следовательно, может управлять энергией, передаваемой токоприемной конструкции 110 посредством резонансной цепи 150, и, следовательно, степенью, до которой нагревают токоприемную конструкцию 110. Понятно, что в других примерах температуру токоприемной конструкции 110 можно контролировать и регулировать, например, путем изменения напряжения (например, путем изменения величины подаваемого напряжения или изменения рабочего цикла импульса сигнала напряжения широтно-импульсной модуляции), подаваемого на индуктивный элемент 158 в зависимости от того, надо ли в большей или меньшей степени нагревать токоприемную конструкцию 110.In some examples, the induction heating of the current collector structure 110 by the resonant circuit 150 can be controlled by controlling the supply voltage supplied to the resonant circuit 150, which in turn can control the current flowing in the resonant circuit 150 and therefore can control the energy transmitted to the current collector. structure 110 via resonant circuit 150, and hence the degree to which current-collecting structure 110 is heated. duty cycle of the PWM voltage signal pulse) applied to the inductive element 158 depending on whether the current-collecting structure 110 needs to be heated to a greater or lesser extent.
Как упоминалось выше, индуктивность L резонансной цепи 150 обеспечивают индуктивным элементом 158, предназначенным для индукционного нагрева токоприемной конструкции 110. По меньшей мере часть индуктивности L резонансной цепи 150 связана с магнитной проницаемостью токоприемной конструкции 110. Поэтому, индуктивность L и, следовательно, резонансная частота f0 резонансной цепи 150 может зависеть от конкретного используемого токоприемника(ов) и его положения относительно индуктивного элемента(ов) 158, которое может время от времени изменяться. Кроме того, магнитная проницаемость токоприемной конструкции 110 может изменяться при изменении температуры токоприемника 110.As mentioned above, the inductance L of the resonant circuit 150 is provided by an inductive element 158 for inductively heating the current-collecting structure 110. At least a portion of the inductance L of the resonant circuit 150 is associated with the magnetic permeability of the current-collecting structure 110. Therefore, the inductance L and hence the resonant frequency f The 0 of resonant circuit 150 may depend on the particular current collector(s) used and its position relative to inductive element(s) 158, which may change from time to time. In addition, the magnetic permeability of the current collector structure 110 may change as the temperature of the current collector 110 changes.
В примерах, описанных в данном документе, токоприемная конструкция 110 содержится в расходной детали и, поэтому, является сменной. Например, токоприемная конструкция 110 может быть одноразовой и, например, может быть интегрирована в материал 116, генерирующий аэрозоль, который она должна нагревать. Резонансная цепь 150 позволяет схеме работать на резонансной частоте, автоматически учитывая различия в конструкции и/или типе материала различных токоприемных конструкций 110 и/или различия в размещении токоприемных конструкций 110 относительно индуктивного элемента 158 при замене токоприемной конструкции 110. Кроме того, резонансная цепь выполнена с возможностью работать в резонансе независимо от конкретного индуктивного элемента 158 или от любого используемого компонента резонансной цепи 150. Это особенно полезно для того, чтобы учитывать изменения в производстве как в отношении токоприемной конструкции 110, так и в отношении других компонентов цепи 150. Например, резонансная цепь 150 позволяет цепи продолжать работать на резонансной частоте независимо от использования различных индуктивных элементов 158 с разными значениями индуктивности и/или различий в размещении индуктивного элемента 158 относительно токоприемной конструкции 110. Цепь 150 также может работать в резонансе, даже если компоненты заменяют в течение срока службы устройства.In the examples described herein, the current collector structure 110 is contained in a consumable and therefore is replaceable. For example, the current-collecting structure 110 may be disposable and, for example, may be integrated into the material 116 that generates the aerosol it is intended to heat. The resonant circuit 150 allows the circuit to operate at a resonant frequency, automatically taking into account differences in the design and/or type of material of the various current collector structures 110 and/or differences in the placement of the current collector structures 110 relative to the inductive element 158 when the current collector structure 110 is replaced. the ability to operate in resonance independently of the particular inductor 158 or any component of the resonant circuit 150 used. This is particularly useful in order to account for changes in manufacturing, both in relation to the current-collecting design 110 and in relation to other components of the circuit 150. For example, the resonant circuit 150 allows the circuit to continue to operate at resonant frequency regardless of the use of different inductive elements 158 with different inductance values and/or differences in the placement of the inductive element 158 relative to the current-collecting structure 110. The circuit 150 can also operate at resonance even if components are replaced during the life of the device. .
Теперь будет описана работа устройства 100, генерирующего аэрозоль, содержащего резонансную цепь 150, в соответствии с примером. Перед включением устройства 100 устройство 100 может находиться в выключенном состоянии, то есть в резонансной цепи 150 ток не течет. Устройство 150 переключают во включенное состояние, например, пользователь включает устройство 100. После включения устройства 100 резонансная цепь 150 начинает потреблять ток от источника 104 напряжения, при этом ток, проходящий через индуктивный элемент 158, изменяется с резонансной частотой f0. Устройство 100 может оставаться во включенном состоянии до тех пор, пока контроллер 106 не получит новый входной сигнал, например, пока пользователь не перестанет нажимать кнопку (не показана), или пока детектор затяжки (не показан) будет активирован, или пока не истечет максимальное время нагрева. Резонансная цепь 150, работающая на резонансной частоте f0, заставляет переменный ток I течь в резонансной цепи 150 и индуктивном элементе 158 и, следовательно, индуктивно нагревать токоприемную конструкцию 110 для заданного напряжения. Поскольку токоприемную конструкцию 110 нагревают индуктивно, ее температура (и, следовательно, температура материала 116, генерирующего аэрозоль) увеличивается. В этом примере токоприемная конструкция 110 (и материал 116, генерирующий аэрозоль) нагревают так, что она достигает постоянной температуры TMAX. Температура TMAX может представлять собой температуру, которая по существу равна температуре, при которой материал 116, генерирующий аэрозоль, генерирует значительное количество аэрозоля. Температура TMAX может составлять, например, от около 200 до около 300°C (хотя, конечно, это может быть другая температура в зависимости от материала 116, токоприемной конструкции 110, компоновки всего устройства 100 и/или других требований и/или условий). Таким образом, устройство 100 находится в состоянии или режиме "нагрева", при котором материал 116, образующий аэрозоль, достигает температуры, при которой в основном образуется аэрозоль или образуется значительное количество аэрозоля. Следует понимать, что в большинстве, если не во всех случаях, при изменении температуры токоприемной конструкции 110 изменяется и резонансная частота f0 резонансной цепи 150. Это связано с тем, что магнитная проницаемость токоприемной конструкции 110 является функцией температуры, и, как описано выше, магнитная проницаемость токоприемной конструкции 110 влияет на связь между индуктивным элементом 158 и токоприемной конструкцией 110 и, следовательно, на резонансную частоту f0 резонансной цепи 150.Now, the operation of the aerosol generating device 100 including the resonant circuit 150 will be described according to an example. Before turning on the device 100, the device 100 may be in the off state, that is, no current flows in the resonant circuit 150. The device 150 is switched to the on state, for example, the user turns on the device 100. After the device 100 is turned on, the resonant circuit 150 begins to draw current from the voltage source 104, while the current passing through the inductive element 158 changes with the resonant frequency f 0 . The device 100 may remain on until the controller 106 receives a new input, such as until the user stops pressing a button (not shown), or until the puff detector (not shown) is activated, or until the maximum time has elapsed. heating. The resonant circuit 150, operating at the resonant frequency f 0 , causes an alternating current I to flow in the resonant circuit 150 and the inductive element 158 and hence inductively heat the current collector structure 110 for a given voltage. As the current-collecting structure 110 is heated inductively, its temperature (and hence the temperature of the aerosol generating material 116) increases. In this example, current-collecting structure 110 (and aerosol generating material 116) is heated so that it reaches a constant temperature T MAX . The temperature T MAX may be a temperature that is substantially equal to the temperature at which the aerosol generating material 116 generates a significant amount of aerosol. The temperature T MAX may be, for example, from about 200 to about 300°C (although, of course, this may be a different temperature depending on the material 116, the current-collecting structure 110, the layout of the entire device 100, and/or other requirements and/or conditions) . Thus, the device 100 is in a "heating" state or mode in which the aerosol-generating material 116 reaches a temperature at which aerosol is mainly formed or a significant amount of aerosol is formed. It should be understood that in most if not all cases, as the temperature of the current collector structure 110 changes, so does the resonant frequency f 0 of the resonant circuit 150. This is because the magnetic permeability of the current collector structure 110 is a function of temperature, and as described above, the magnetic permeability of the current-collecting structure 110 affects the coupling between the inductive element 158 and the current-collecting structure 110 and hence the resonant frequency f 0 of the resonant circuit 150.
В настоящем раскрытии преимущественно описана конфигурация параллельной LC-цепи. Как упоминалось выше, для параллельной LC-цепи в резонансе импеданс является максимальным, а ток минимальным. Отметим, что минимальный ток обычно относится к току, наблюдаемому за пределами параллельного LC-контура, например, слева от дросселя 161 или справа от дросселя 162. И наоборот, в последовательной LC-цепи ток является максимальным, и, вообще говоря, необходимо вставить резистор, чтобы ограничить ток до безопасного значения, который в противном случае может повредить некоторые электрические компоненты в цепи. Обычно это снижает эффективность схемы, поскольку через резистор теряют энергию. Параллельная цепь, работающая в резонансе, не требует таких ограничений.The present disclosure mainly describes the configuration of a parallel LC circuit. As mentioned above, for a parallel LC circuit at resonance, the impedance is maximum and the current is minimum. Note that the minimum current usually refers to the current seen outside of the parallel LC circuit, for example, to the left of choke 161 or to the right of choke 162. Conversely, in a series LC circuit, the current is at its maximum and, generally speaking, a resistor must be inserted to limit the current to a safe value that could otherwise damage some electrical components in the circuit. This usually reduces the efficiency of the circuit, as energy is lost through the resistor. A parallel circuit operating at resonance does not require such restrictions.
В некоторых примерах токоприемная конструкция 110 содержит или состоит из алюминия. Алюминий является примером цветного металла и поэтому имеет относительную магнитную проницаемость, близкую к единице. Это означает, что алюминий обычно имеет низкую степень намагничивания в ответ на приложенное магнитное поле. Поэтому, обычно считалось трудным осуществить индуктивный нагрев алюминия, особенно при низких значениях напряжения, таких как те, которые используют в системах подачи аэрозолей. Также в целом было установлено, что работа цепи на резонансной частоте является предпочтительной, поскольку она обеспечивает оптимальную связь между индуктивным элементом 158 и токоприемной конструкцией 110. Для алюминия замечено, что небольшое отклонение от резонансной частоты вызывает заметное уменьшение индуктивной связи между токоприемной конструкцией 110 и индуктивным элементом 158 и, таким образом, заметное снижение эффективности нагрева (в некоторых случаях до такой степени, что нагрева больше не наблюдается). Как упоминалось выше, при изменении температуры токоприемной конструкции 110 изменяется и резонансная частота f0 цепи 150. Следовательно, в случае, когда токоприемная конструкция 110 содержит или состоит из неферромагнитного токоприемника, например, из алюминия, то резонансная цепь 150 в соответствии с настоящим изобретением обладает преимущество, которое состоит в том, что цепь всегда работает на резонансной частоте (независимо от какого-либо внешнего механизма управления). Это означает, что все время достигают максимальной индуктивной связи и, следовательно, максимальной эффективности нагрева, что позволяет эффективно нагревать алюминий. Было установлено, что расходную деталь, включающую в себя алюминиевый токоприемник, можно эффективно нагревать, если расходная деталь включает в себя алюминиевую обертку, образующую замкнутую электрическую цепь и/или имеющую толщину менее 50 микрон.In some examples, current-collecting structure 110 comprises or consists of aluminum. Aluminum is an example of a non-ferrous metal and therefore has a relative magnetic permeability close to unity. This means that aluminum usually has a low degree of magnetization in response to an applied magnetic field. Therefore, it has generally been considered difficult to effect inductive heating of aluminium, especially at low voltages such as those used in aerosol delivery systems. It has also generally been found that operating the circuit at the resonant frequency is preferable as it provides optimum coupling between the inductive element 158 and the current collector structure 110. element 158 and thus a noticeable reduction in heating efficiency (in some cases to the extent that heating is no longer observed). As mentioned above, as the temperature of the current collector structure 110 changes, the resonant frequency f 0 of the circuit 150 also changes. the advantage that the circuit always operates at the resonant frequency (regardless of any external control mechanism). This means that maximum inductive coupling and therefore maximum heating efficiency is achieved all the time, allowing the aluminum to be heated efficiently. It has been found that a consumable including an aluminum current collector can be heated efficiently if the consumable includes an aluminum wrapper that forms a closed electrical circuit and/or has a thickness of less than 50 microns.
В примерах, где токоприемная конструкция 110 образует часть расходной детали, расходная деталь может иметь вид, описанный в документе PCT/EP2016/070178, который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.In instances where current-collecting structure 110 forms part of a consumable, the consumable may be of the form described in PCT/EP2016/070178, which is incorporated herein by reference in its entirety.
Устройство 100 оснащено определителем температуры, предназначенным для того, чтобы при использовании определять температуру токоприемной конструкции 110. Как показано на фиг. 1, определитель температуры может представлять собой схему 106 управления, например, процессор, который управляет общей работой устройства 100. Определитель 106 температуры определяет температуру токоприемной конструкции 110 на основе частоты, на которой работает резонансная цепь 150, постоянного тока от источника постоянного напряжения V1 и постоянного напряжения V1 источника постоянного напряжения.The device 100 is equipped with a temperature detector for detecting the temperature of the current-collecting structure 110 in use. As shown in FIG. 1, the temperature detector may be a control circuit 106, such as a processor, that controls the overall operation of the device 100. The temperature detector 106 determines the temperature of the current-collecting structure 110 based on the frequency at which the resonant circuit 150 operates, the DC current from the DC voltage source V1, and the DC voltage V1 of the constant voltage source.
Не ограничиваясь теорией, нижеследующее описание объясняет вывод взаимосвязей между электрическими и физическими свойствами резонансной цепи 150, которые позволяют определять температуру токоприемной конструкции 110 в примерах, описанных в данном документе.Without being limited by theory, the following description explains the derivation of relationships between the electrical and physical properties of the resonant circuit 150 that allow the temperature of the current-collecting structure 110 to be determined in the examples described herein.
При использовании импеданс при резонансе параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156 представляет собой динамический импеданс Rdyn.When used, the impedance at resonance of the parallel combination of inductive element 158 and capacitor 156 is the dynamic impedance R dyn .
Как пояснялось выше, действие переключающего устройства M1 и M2 приводит к тому, что постоянный ток, потребляемый от источника постоянного напряжения V1, преобразуют в переменный ток, который протекает через индуктивный элемент 158 и конденсатор 156. На индуктивном элементе 158 и конденсаторе 156 также возникает индуцированное переменное напряжение.As explained above, the operation of the switching device M1 and M2 causes the direct current drawn from the direct voltage source V1 to be converted into an alternating current that flows through the inductive element 158 and the capacitor 156. An induced current also occurs on the inductive element 158 and the capacitor 156. AC voltage.
В результате колебательного характера резонансной цепи 150 импеданс колебательного контура равен Rdyn для заданного напряжения Vs источника (источника напряжения V1). Ток Is будут потреблять в ответ на Rdyn. Следовательно, импеданс нагрузки Rdyn резонансной цепи 150 может быть приравнен к импедансу эффективного напряжения и потребляемого тока. Это позволяет определять импеданс нагрузки посредством определения, например, измеренных значений постоянного напряжения Vs и постоянного тока Is в соответствии с уравнением (1) ниже.As a result of the oscillatory nature of the resonant circuit 150, the impedance of the oscillatory circuit is R dyn for a given source voltage V s (voltage source V1). Current I s will be drawn in response to R dyn . Therefore, the load impedance R dyn of the resonant circuit 150 can be equated to the impedance of the effective voltage and current drawn. This makes it possible to determine the load impedance by determining, for example, the measured values of DC voltage V s and DC current I s in accordance with equation (1) below.
(1) (1)
На резонансной частоте f0 динамический импеданс Rdyn равенAt the resonant frequency f 0, the dynamic impedance R dyn is
(2) (2)
где можно считать, что параметр r представляет эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента 158 и влияние токоприемной конструкции 110 (при ее наличии), а, как описано выше, L - индуктивность индуктивного элемента 158, а C - емкость конденсатора 156. Параметр r описан здесь как эффективное групповое сопротивление. Как будет понятно из приведенного ниже описания, параметр r измеряют в единицах сопротивления (Ом), но в определенных обстоятельствах можно не рассматривать его как представляющий физическое/реальное сопротивление цепи 150.where the parameter r can be considered to represent the effective group resistance of the inductive element 158 and the effect of the current-collecting structure 110 (if any), and, as described above, L is the inductance of the inductive element 158, and C is the capacitance of the capacitor 156. The parameter r is described here as effective group resistance. As will be clear from the description below, the parameter r is measured in units of resistance (Ω), but in certain circumstances it may not be considered as representing the physical/actual resistance of the circuit 150.
Как описано выше, индуктивность индуктивного элемента 158 здесь учитывает взаимодействие индуктивного элемента 158 с токоприемной конструкцией 110. Таким образом, индуктивность L зависит от свойств токоприемной конструкции 110 и положения токоприемной конструкции 110 относительно индуктивного элемента 158. Индуктивность L индуктивного элемента 158 и, следовательно, резонансной цепи 150 зависит, помимо прочих факторов, от магнитной проницаемости μ токоприемной конструкции 110. Магнитная проницаемость μ - это мера способности материала поддерживать формирование магнитного поля внутри себя, и она выражает степень намагниченности, которую получает материал в ответ на приложенное магнитное поле. Магнитная проницаемость μ материала, из которого состоит токоприемная конструкция 110, может изменяться с температурой.As described above, the inductance of the inductive element 158 here takes into account the interaction of the inductive element 158 with the current collector structure 110. Thus, the inductance L depends on the properties of the current collector structure 110 and the position of the current collector structure 110 relative to the inductive element 158. The inductance L of the inductive element 158 and, therefore, the resonant circuit 150 depends, among other factors, on the magnetic permeability μ of current-collecting structure 110. Permeability μ is a measure of a material's ability to support the formation of a magnetic field within itself, and it expresses the degree of magnetization the material receives in response to an applied magnetic field. The magnetic permeability μ of the material constituting the current-collecting structure 110 may change with temperature.
Из уравнений (1) и (2) можно получить следующее уравнение (3)From equations (1) and (2) one can obtain the following equation (3)
(3) (3)
Связь резонансной частоты f0 с индуктивностью L и емкостью C можно моделировать по меньшей мере двумя способами, задаваемыми уравнениями (4a и 4b) ниже.The relation of resonant frequency f 0 to inductance L and capacitance C can be modeled in at least two ways given by equations (4a and 4b) below.
(4a) (4a)
(4b) (4b)
Уравнение (4a) представляет резонансную частоту, смоделированную с использованием параллельной LC-цепи, содержащей индуктивный элемент L и конденсатор C, тогда как уравнение (4b) представляет резонансную частоту, смоделированную с использованием параллельной LC-цепи с дополнительным резистором r, подключенным последовательно с индуктивным элементом L. Для уравнения (4b) следует понимать, что, когда r стремится к нулю, уравнение (4b) стремится к уравнению (4a).Equation (4a) represents the resonant frequency modeled using a parallel LC circuit containing an inductive element L and a capacitor C, while equation (4b) represents the resonant frequency modeled using a parallel LC circuit with an additional resistor r connected in series with the inductive element L. For equation (4b), it should be understood that as r goes to zero, equation (4b) goes to equation (4a).
Далее мы предполагаем, что r мало, и поэтому можем использовать уравнение (4a). Как будет описано ниже, это приближение работает хорошо, поскольку оно объединяет изменения в цепи 150 (например, индуктивности и температуры) в рамках представления L. Из уравнений (3) и (4a) можно получить следующее выражениеIn what follows, we assume that r is small and therefore we can use equation (4a). As will be described below, this approximation works well because it combines changes in circuit 150 (eg, inductance and temperature) in terms of the L representation. From equations (3) and (4a), the following expression can be obtained
(5) (5)
Следует понимать, что уравнение (5) дает выражение для параметра r в терминах измеряемых или известных величин. Здесь следует понимать, что на параметр r влияет индуктивная связь в резонансной цепи 150. В нагруженном состоянии, то есть при наличии токоприемной конструкции, мы не можем считать значение параметра r малым. В этом случае параметр r может больше не быть точным представлением групповых сопротивлений, но вместо этого является параметром, на который влияет эффективная индуктивная связь в цепи 150. Параметр r называют динамическим параметром, который зависит от свойств токоприемной конструкции 110, а также от температуры T токоприемной конструкции.It should be understood that equation (5) gives an expression for the parameter r in terms of measurable or known quantities. Here it should be understood that the parameter r is affected by the inductive coupling in the resonant circuit 150. In the loaded state, that is, in the presence of a current-collecting structure, we cannot consider the value of the parameter r small. In this case, the parameter r may no longer be an accurate representation of the group resistances, but instead is a parameter that is affected by the effective inductive coupling in the circuit 150. The parameter r is referred to as a dynamic parameter that depends on the properties of the current collector structure 110 as well as on the temperature T of the current collector. designs.
Значение источника постоянного тока Vs известно (например, напряжение батареи) или может быть измерено вольтметром, а значение постоянного тока Is, потребляемого от источника постоянного напряжения V1, может быть измерено любым подходящим средством, например, с использованием вольтметра, установленного соответствующим образом для измерения напряжения источника Vs.The value of the DC source V s is known (e.g. the battery voltage) or can be measured with a voltmeter, and the value of the DC current I s drawn from the DC voltage V1 can be measured by any suitable means, for example using a voltmeter suitably set for measurement of source voltage V s .
Чтобы можно было получить параметр r, может быть измерена и/или определена частота f0.To be able to obtain the parameter r, the frequency f 0 can be measured and/or determined.
В одном примере частота f0 может быть измерена с использованием преобразователя 210 частоты в напряжение (F/V). Преобразователь 210 F/V может, например, быть связан с выводом затвора первого полевого МОП-транзистора M1 или второго полевого МОП-транзистора M2. В примерах, где в переключающем механизме схемы используют другие типы транзисторов, преобразователь 210 F/V может быть подключен к выводу затвора или другому выводу, который выдает периодический сигнал напряжения с частотой, равной частоте переключения одного из транзисторов. Следовательно, преобразователь 210 F/V может принимать сигнал от вывода затвора одного из полевых МОП-транзисторов M1, M2, представляющий резонансную частоту f0 резонансной цепи 150. Сигнал, принимаемый преобразователем 210 F/V, может представлять собой приблизительно прямоугольный сигнал с периодом, представляющим резонансную частоту резонансной цепи 210. Преобразователь 210 F/V может затем использовать этот период для представления резонансной частоты f0 в качестве выходного напряжения.In one example, the frequency f 0 can be measured using the converter 210 frequency to voltage (F/V). The F/V converter 210 may, for example, be connected to the gate terminal of the first MOSFET M1 or the second MOSFET M2. In examples where other types of transistors are used in the switching mechanism of the circuit, the F/V converter 210 may be connected to a gate terminal or other terminal that outputs a periodic voltage signal at a frequency equal to the switching frequency of one of the transistors. Therefore, the F/V converter 210 may receive a signal from the gate terminal of one of the MOSFETs M1, M2 representing the resonant frequency f 0 of the resonant circuit 150. The signal received by the F/V converter 210 may be an approximately square wave with a period representing the resonant frequency of the resonant circuit 210. The F/V converter 210 can then use this period to represent the resonant frequency f 0 as the output voltage.
Соответственно, поскольку C известна из значения емкости конденсатора 156, а Vs, Is и f0 могут быть измерены, например, как описано выше, то параметр r может быть определен из этих измеренных и известных значений.Accordingly, since C is known from the capacitance value of capacitor 156, and V s , I s and f 0 can be measured, for example, as described above, the parameter r can be determined from these measured and known values.
Параметр r индуктивного элемента 158 изменяется в зависимости от температуры и, кроме того, в зависимости от индуктивности L. Это означает, что параметр r имеет первое значение, когда резонансная цепь 150 находится в "ненагруженном" состоянии, то есть когда индуктивный элемент 158 индуктивно не связан с токоприемной конструкцией 110, и значение r изменяется, когда цепь переходит в "нагруженное" состояние, то есть когда индуктивный элемент 158 и токоприемная конструкция 110 индуктивно связаны друг с другом.The parameter r of the inductive element 158 varies with temperature and further with the inductance L. This means that the parameter r has a first value when the resonant circuit 150 is in an "unloaded" state, i.e. when the inductive element 158 is not inductively coupled to the current collector structure 110, and the value of r changes when the circuit enters the "loaded" state, that is, when the inductive element 158 and the current collector structure 110 are inductively coupled to each other.
При использовании описанного в этом документе способа для определения температуры токоприемной конструкции 110 учитывают, находится ли цепь в "нагруженном" состоянии или в "ненагруженном" состоянии. Например, значение параметра r индуктивного элемента 158 в определенной конфигурации может быть известно, и его можно сравнить с измеренным значением для определения того, находится ли цепь в "нагруженном" или "ненагруженном" состоянии. В примерах определить, находится ли цепь в нагруженном или ненагруженном состоянии, можно с помощью схемы 106 управления, детектирующей вставку токоприемной конструкции 110, например, детектирующей вставку расходной детали, содержащей токоприемную конструкцию 110 в устройство 100. Вставка токоприемной конструкции 110 может быть детектирована любым подходящим средством, таким как, например, оптический датчик или емкостный датчик. В других примерах ненагруженное значение параметра r может быть известно и сохранено в схеме 106 управления. В некоторых примерах токоприемная конструкция 119 может содержать часть устройства 100, так что можно считать, что резонансная цепь 150 постоянно находится в нагруженном состоянии.When using the method described in this document to determine the temperature of the current-collecting structure 110 consider whether the circuit is in the "loaded" state or in the "unloaded" state. For example, the value of parameter r of inductive element 158 in a particular configuration may be known and compared with a measured value to determine whether the circuit is in a "loaded" or "unloaded" state. In the examples, whether the circuit is in a loaded or unloaded state can be determined by control circuit 106 detecting the insertion of the current collector structure 110, for example, detecting the insertion of a consumable containing the current collector structure 110 into the device 100. The insertion of the current collector structure 110 may be detected by any suitable means such as, for example, an optical sensor or a capacitive sensor. In other examples, the unloaded value of the parameter r may be known and stored in the control circuit 106 . In some examples, current-collecting structure 119 may include a portion of device 100 such that resonant circuit 150 can be considered to be in a permanently loaded state.
Как только определено или можно предположить, что резонансная цепь 150 находится в нагруженном состоянии, с токоприемной конструкцией 110, индуктивно связанной с индуктивным элементом 158, можно предположить, что изменение параметра r указывает на изменение температуры токоприемной конструкции 110. Например, изменение r можно рассматривать как свидетельство нагрева токоприемной конструкции 110 индуктивным элементом 158.Once it is determined or can be assumed that the resonant circuit 150 is in a loaded state, with the susceptor structure 110 inductively coupled to the inductive element 158, it can be assumed that a change in the parameter r indicates a change in the temperature of the susceptor structure 110. For example, a change in r can be considered as evidence of heating of the current-collecting structure 110 by the inductive element 158.
Устройство 100 (или фактически резонансная цепь 150) может быть откалибровано, чтобы определитель 106 температуры мог определять температуру токоприемной конструкции 110, исходя из измерения параметра r.The device 100 (or the actual resonant circuit 150) can be calibrated so that the temperature detector 106 can determine the temperature of the current-collecting structure 110 based on the measurement of the parameter r.
Калибровка может быть выполнена на самой резонансной цепи 150 (или на идентичной испытательной цепи, используемой для целей калибровки), путем измерения температуры T токоприемной конструкции 110 с помощью подходящего датчика температуры, такого как термопара, при нескольких при заданных значениях параметра r и построения графика зависимости r от T.Calibration can be performed on the resonant circuit 150 itself (or on an identical test circuit used for calibration purposes) by measuring the temperature T of the susceptor structure 110 with a suitable temperature sensor such as a thermocouple at several given values of r and plotting r from T.
На фиг. 3 показан пример измеренных значений Vs, Is, r и T, показанных на оси y в зависимости от времени t работы резонансной цепи 150, отложенного по оси x. Видно, что при по существу постоянном напряжении Vs источника, составляющего около 4 В, в течение примерно 30 секунд постоянный ток Is увеличивается от примерно 2,5 А до примерно 3 А, а параметр r увеличивается от примерно 1,7-1,8 Ом до примерно 2,5 Ом. В то же время, температура T растет от примерно 20-25°C до примерно 250-260°C.In FIG. 3 shows an example of the measured values of V s , I s , r and T plotted on the y-axis as a function of the time t of operation of the resonant circuit 150 plotted on the x-axis. It can be seen that at a substantially constant source voltage V s of about 4 V, within about 30 seconds, the constant current I s increases from about 2.5 A to about 3 A, and the parameter r increases from about 1.7-1, 8 ohm to about 2.5 ohm. At the same time, the temperature T rises from about 20-25°C to about 250-260°C.
На фиг. 4 показан калибровочный график, основанный на значениях r и T, показанных на фиг. 3 и описанных выше. На фиг. 4 температура T токоприемной конструкции 110 показана на оси y, в параметр r показан на оси x. В примере на фиг. 4 была для графика T в зависимости от r подобрана функция, которая в этом примере представляет собой полиномиальную функцию третьего порядка. Функция подогнана к значениям r, которые соответствуют изменению температуры T. Как было отмечено выше, значение параметра r также может меняться между ненагруженным состоянием (когда токоприемная конструкция 110 отсутствует) и нагруженным состоянием (когда имеется токоприемная конструкция 110), хотя это не показано на фиг. 4. Таким образом, диапазон r, выбранный для отображения на графике для такой калибровки, может быть выбран так, чтобы исключить какие-либо изменения r из-за изменений в цепи, напр., изменения между "нагруженным" и "ненагруженным" состоянием. В других примерах к графику могут быть подогнаны другие функции, или массив значений r и T может быть сохранен, например, в виде справочной таблицы. Хотя, как было отмечено выше, в нагруженном состоянии мы не можем считать, что значение r является небольшим, было установлено, что аппроксимация уравнения 4a все еще позволяет точно отслеживать температуру T. Не желая быть ограниченными теорией, полагают, что изменения различных электрических и магнитных параметров цепи "учтены" в значении E уравнения 4a.In FIG. 4 shows a calibration plot based on the r and T values shown in FIG. 3 and described above. In FIG. 4, the temperature T of the current collector structure 110 is shown on the y-axis, the parameter r is shown on the x-axis. In the example in FIG. 4, a function was selected for the plot of T versus r, which in this example is a polynomial function of the third order. The function is fitted to values of r that correspond to a change in temperature T. As noted above, the value of the parameter r can also change between an unloaded state (when there is no current collector structure 110) and a loaded state (when there is a current collector structure 110), although this is not shown in FIG. . 4. Thus, the range of r chosen to be plotted for such a calibration can be chosen to exclude any changes in r due to changes in the circuit, eg changes between "loaded" and "unloaded" states. In other examples, other functions may be fitted to the graph, or an array of r and T values may be stored, for example, as a lookup table. Although, as noted above, in the loaded state we cannot assume that the value of r is small, it was found that the approximation of equation 4a still allows you to accurately track the temperature T. Without wishing to be limited by theory, it is believed that changes in various electrical and magnetic circuit parameters are "taken into account" in the E value of Equation 4a.
При использовании определитель 106 температуры принимает значения постоянного напряжения Vs, постоянного тока Is и частоты f0 и определяет значение параметра r в соответствии с вышеприведенным уравнением 5. Определитель температуры определяет значение температуры токоприемной конструкции 110 с использованием вычисленного значения параметра r, например, путем вычисления температуры с использованием функции, такой как показанная на фиг. 4, или выполняя поиск в таблице значений для параметра r и температуры T, полученной путем калибровки, как было объяснено выше.In use, the temperature detector 106 takes the values of DC voltage V s , DC current I s and frequency f 0 and determines the value of the parameter r in accordance with Equation 5 above. temperature calculation using a function such as that shown in FIG. 4, or by searching the table of values for parameter r and temperature T obtained by calibration, as explained above.
В некоторых примерах это может позволить схеме 106 управления выполнить действия, исходя из определенной температуры токоприемника 110. Например, подача напряжения может быть отключена или снижена (либо путем понижения подаваемого напряжения, либо путем снижения среднего напряжения, подаваемого в рабочем цикле, если используют схему широтно-импульсной модуляции), если полученная температура T токоприемника выше предварительно заданного значения.In some instances, this may allow the control circuit 106 to take action based on a determined temperature of the pantograph 110. For example, the supply voltage may be turned off or reduced (either by lowering the supplied voltage or by reducing the average voltage supplied in the duty cycle if a wide-width circuit is used). -pulse modulation) if the obtained temperature T of the pantograph is higher than a predetermined value.
В некоторых примерах способ определения температуры T по параметру r может содержать следующее: подразумевают наличие взаимосвязи между T и r, определяют изменение r и по изменению r определяют изменение температуры T.In some examples, the method for determining the temperature T from the parameter r may comprise assuming a relationship between T and r, determining the change in r, and determining the change in temperature T from the change in r.
На фиг. 4 представлена единственная калибровочная кривая, которая характеризует определенную геометрию токоприемной конструкции 110, тип материала и/или положение относительно индуктивного элемента 158. В некоторых реализациях, в частности, в реализациях, в которых в устройстве 100 используют в широком смысле одинаковые токоприемные конструкции 110, единственной калибровочной кривой может быть достаточно, чтобы учесть, например, производственные допуски. Другими словами, погрешность измерения температуры (по определенному значению r) может быть допустима, чтобы учесть различные производственные допуски единственной токоприемной конструкции 110. Поэтому, схема 106 управления выполнена с возможностью выполнять операции определения значения r, затем определения значения температуры T (например, с использованием полиномиальной кривой или справочной таблицы, как показано выше).In FIG. 4 shows a single calibration curve that characterizes a particular current-collecting structure 110 geometry, material type, and/or position relative to the inductive element 158. a calibration curve may be sufficient to account for manufacturing tolerances, for example. In other words, the temperature measurement error (at a certain value of r) can be allowed to allow for various manufacturing tolerances of the single current collector structure 110. Therefore, the control circuit 106 is configured to perform the operations of determining the value of r, then determining the temperature value T (for example, using polynomial curve or lookup table as shown above).
В других примерах, в частности в тех, где токоприемник имеет другую форму и/или выполнен из другого материала, могут потребоваться другие калибровочные кривые (например, различные полиномы третьего порядка) для этих различных токоприемных конструкций 110. На фиг. 5 показано базовое представление набора из трех калибровочных кривых, каждая из которых имеет соответствующую подогнанную к ней полиномиальную функцию (не показана). Как на фиг. 4, температура T токоприемной конструкции 110 показана на оси y, а эффективное групповое сопротивление r показано на оси x. Только для примера и для иллюстрации, кривая A может характеризовать токоприемник из нержавеющей стали, кривая B может характеризовать токоприемник из железа, а кривая C может характеризовать токоприемник из алюминия.In other examples, particularly those where the current collector has a different shape and/or material, different calibration curves (eg, different third order polynomials) may be required for these different current collector structures 110. FIG. 5 shows a basic representation of a set of three calibration curves, each with a corresponding polynomial function fitted to it (not shown). As in FIG. 4, the temperature T of current-collecting structure 110 is shown on the y-axis, and the effective group resistance r is shown on the x-axis. By way of example and illustration only, curve A may represent a stainless steel pantograph, curve B may represent an iron pantograph, and curve C may represent an aluminum pantograph.
В устройствах 100 генерации аэрозоля, в которые могут быть вставлены и нагреты различные токоприемные конструкции 110, схема 106 управления также может быть выполнена с возможностью определять, какая из калибровочных кривых (например, выбранная из кривых A, B или C на фиг. 5) является корректной кривой для использования для вставленной токоприемной конструкции 110. В одном примере устройство 100 генерации аэрозоля может быть оснащено датчиком температуры (не показан), который выполнен с возможностью измерять температуру, связанную с устройством 100. В одной реализации датчик температуры может быть выполнен с возможностью детектировать температуру окружающей среды вокруг устройства 100 (т.е. температуру окружающей среды). Эта температура может характеризовать температуру токоприемной конструкции 110 непосредственно перед вставкой в устройство 110 в предположении, что токоприемная конструкция не была нагрета каким-либо другим средством, отличным от окружающей среды, непосредственно перед вставкой. В других примерах датчик температуры может быть выполнен с возможностью измерять температуру камеры, предназначенной для вставки расходной детали 120.In aerosol generation devices 100 into which various current collector structures 110 may be inserted and heated, the control circuit 106 may also be configured to determine which of the calibration curves (e.g., selected from curves A, B, or C in FIG. 5) is correct curve to use for the inserted current collector structure 110. In one example, the aerosol generating device 100 may be equipped with a temperature sensor (not shown) that is configured to measure the temperature associated with the device 100. In one implementation, the temperature sensor may be configured to detect ambient temperature around the device 100 (i.e. ambient temperature). This temperature may be indicative of the temperature of the current collector 110 just prior to insertion into the device 110, assuming that the current collector has not been heated by any means other than the environment immediately prior to insertion. In other examples, the temperature sensor may be configured to measure the temperature of the chamber for inserting the consumable 120.
Как в общем показано на фиг. 5, значение r может быть определено (rdet) на основе уравнения (5). Значение rdet измеряют либо сразу после того, как токоприемную конструкцию 110 размещают в устройстве 100 (если индуктивный элемент 158 в данный момент активен), либо сразу после активации индуктивного элемента 158 (т.е. сразу после того, как начинает течь в цепи 150). То есть, rdet предпочтительно определяют при отсутствии какого-либо дополнительного нагрева, вызванного передачей энергии от индуктивного элемента 158. Как видно на фиг. 5, для заданного значения rdet имеется несколько возможных значений температуры (T1, T2 и T3), каждое из которых соответствует точке на одной из калибровочных кривых. Чтобы определить, какая из калибровочных кривых является наиболее подходящей для использования для токоприемной конструкции 110, которую вставили в устройство 100, схема 106 управления выполнена с возможностью сначала определять значение r (как описано выше). Схема 106 управления выполнена с возможностью получать/принимать измерение температуры (или указание н измерение температуры) от датчика температуры и сравнивать измерение температуры со значениями температуры, соответствующими определенному значению r для каждой из калибровочных кривых (или из их подмножества). В качестве примера и со ссылкой на фиг. 5, если датчик температуры измеряет температуру t, равную T1, то схема управления сравнивает измеренную температуру T с тремя значениями температуры T1, T2, T3, соответствующими определенному значению r для каждой калибровочной кривой A, B, C. В зависимости от результата сравнения схема управления задает калибровочную кривую, имеющую значение температуры, наиболее близкое к измеренному/полученному значению температуры, в качестве калибровочной кривой для этой токоприемной конструкции 110. В вышеприведенном примере калибровочная кривая A задана схемой 106 управления в качестве калибровочной кривой для вставленного токоприемника 110. После этого, каждый раз, когда схема 106 управления определяет значение r, температуру токоприемной конструкции 110 вычисляют на основе выбранной калибровочной кривой (кривой A). Хотя выше было описано, что калибровочную кривую выбирают/задают, следует понимать, что это может означать, что выбирают полиномиальное уравнение, представляющее кривую, или может быть выбрано множество калибровочных значений, соответствующих кривой, например, в справочной таблице.As generally shown in FIG. 5, the value of r can be determined (r det ) based on Equation (5). The value of r det is measured either immediately after the current-collecting structure 110 is placed in the device 100 (if the inductive element 158 is currently active), or immediately after the activation of the inductive element 158 (i.e., immediately after the circuit 150 begins to flow ). That is, r det is preferably determined in the absence of any additional heating caused by power transfer from inductive element 158. As seen in FIG. 5, for a given value of r det, there are several possible temperature values (T1, T2 and T3), each corresponding to a point on one of the calibration curves. To determine which of the calibration curves is the most appropriate to use for the current collector structure 110 that has been inserted into the device 100, the control circuit 106 is configured to first determine the value of r (as described above). The control circuit 106 is configured to receive/receive a temperature measurement (or an indication and a temperature measurement) from a temperature sensor and compare the temperature measurement with temperature values corresponding to a certain value of r for each of the calibration curves (or a subset thereof). By way of example and with reference to FIG. 5, if the temperature sensor measures a temperature t equal to T1, then the control circuit compares the measured temperature T with three temperature values T1, T2, T3 corresponding to a certain value r for each calibration curve A, B, C. Depending on the result of the comparison, the control circuit sets a calibration curve having a temperature value closest to the measured/obtained temperature value as a calibration curve for this current collector structure 110. In the above example, calibration curve A is set by the control circuit 106 as a calibration curve for the inserted current collector 110. Thereafter, each once the control circuit 106 determines the value of r, the temperature of the current-collecting structure 110 is calculated based on the selected calibration curve (curve A). Although it has been described above that a calibration curve is selected/specified, it should be understood that this may mean that a polynomial equation representing the curve is selected, or a plurality of calibration values corresponding to the curve may be selected, for example, in a look-up table.
В этой связи, этап сравнения, описанный выше, может быть выполнен в соответствии с любым подходящим алгоритмом сравнения. Например, предположим, что измеренная температура находится между значениями T1 и T2. Схема 106 управления может выбрать либо кривую A, либо кривую B в зависимости от используемого алгоритма. Алгоритм может выбирать кривую, имеющую наименьшее отличие (то есть, ту, для которой разница T2-t или T1-t наименьшая). Могут быть реализованы другие алгоритмы, такие как выбор наибольшего значения (в этом случае T2). Принципы настоящего изобретения не ограничены определенным используемым алгоритмом.In this regard, the comparison step described above may be performed in accordance with any suitable comparison algorithm. For example, suppose the measured temperature is between T1 and T2. The control circuit 106 may select either Curve A or Curve B depending on the algorithm used. The algorithm may choose the curve having the smallest difference (that is, the one for which the T2-t or T1-t difference is the smallest). Other algorithms may be implemented, such as selecting the largest value (in this case T2). The principles of the present invention are not limited to the particular algorithm used.
Кроме того, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс определения калибровочной кривой в определенных условиях. Например, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс идентификации соответствующей кривой в соответствующее время (например, когда на индуктивный элемент 158 впервые подают ток) каждый раз, когда устройство включают. В этой связи, устройство 100 может иметь несколько режимов работы, таких как состояние начального включения, когда энергию от батареи подают на схему 106 управления (но не на резонансную цепь 150). Переход в это состояние может происходить, например, когда пользователь нажимает кнопку на поверхности устройства 100. Устройство 100 также может иметь режим генерации аэрозоля, в котором энергию также подают на резонансную цепь 150. Он может быть активирован либо с помощью кнопки, либо датчиком затяжки (как описано выше). Следовательно, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс выбора соответствующей калибровочной кривой, когда впервые выбирают режим генерации аэрозоля. В качестве альтернативы, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью определять, когда токоприемную конструкцию удаляют из устройства 100 (или вставляют в него), и с возможностью повторять процесс определения калибровочной кривой при следующей подходящей возможности.In addition, the control circuit 106 may be configured to repeat the process of determining the calibration curve under certain conditions. For example, the control circuit 106 may be configured to repeat the process of identifying the corresponding curve at the appropriate time (eg, when the inductive element 158 is first energized) each time the device is turned on. In this regard, the device 100 may have several modes of operation, such as an initial turn-on state where battery power is applied to the control circuit 106 (but not to the resonant circuit 150). Transition to this state can occur, for example, when a user presses a button on the surface of the device 100. The device 100 can also have an aerosol generation mode in which energy is also applied to the resonant circuit 150. It can be activated either by a button or by a puff sensor ( as described above). Therefore, the control circuit 106 can be configured to repeat the selection process of the appropriate calibration curve when the aerosol generation mode is selected for the first time. Alternatively, the control circuit 106 may be configured to determine when the current-collecting structure is removed from (or inserted into) device 100 and to repeat the calibration curve determination process at the next appropriate opportunity.
Хотя выше было описано, что схема управления использует уравнения 4a и 5, следует понимать, что другие уравнения, дающие такой же или подобный эффект, могут быть использованы в соответствии с принципами настоящего изобретения. В одном примере значение Rdyn может быть вычислено на основе значений переменного тока и напряжения в цепи 150. Например, может быть измерено напряжение в узле A, и было установлено, что оно отличается от Vs - мы называем это напряжение Vac. Напряжение Vac можно измерить практически любым подходящим способом, но это напряжение переменного тока в параллельной LC-цепи. Используя это, можно определить переменный ток, Iac, приравняв мощность переменного и постоянного тока. То есть, VacIac=VsIs. Параметры Vs и Is могут быть заменены их эквивалентами переменного тока в уравнении 5 или в любом другом подходящем уравнении для параметра r. Следует понимать, что в этом случае может быть реализован другой набор калибровочных кривых.While it has been described above that the control circuit uses Equations 4a and 5, it should be understood that other equations having the same or similar effect may be used in accordance with the principles of the present invention. In one example, R dyn may be calculated from the AC current and voltage values in circuit 150. For example, the voltage at node A may be measured and found to be different from V s - we call this voltage V ac . The voltage V ac can be measured by almost any suitable method, but it is an AC voltage in a parallel LC circuit. Using this, one can determine the alternating current, I ac , by equating the power of alternating and direct current. That is, V ac I ac =V s I s . The parameters V s and I s may be replaced by their AC equivalents in equation 5 or any other suitable equation for the parameter r. It should be understood that in this case, another set of calibration curves can be implemented.
В то время как в приведенном выше описании описана работа концепции измерения температуры в контексте цепи 150, которая сконфигурирована для самовозбуждения на резонансной частоте, вышеописанные концепции также применимы к цепи индукционного нагрева, которая не сконфигурирована для работы на резонансной частоте. Например, вышеописанный способ определения температуры токоприемник может быть выполнен с помощью цепи индукционного нагрева, которая работает на предварительно заданной частоте, которая может не являться резонансной частотой цепи. В одном из таких примеров цепь индукционного нагрева может быть приведена в действие через мостовую схему управления, содержащую механизм переключения, такой как множество полевых МОП-транзисторов. Мостовой схемой управления можно управлять с помощью микроконтроллера или подобного, чтобы использовать напряжение постоянного тока для подачи переменного тока на индуктивный элемент с частотой переключения мостовой схемы управления, заданной микроконтроллером. В таком примере предполагается, что вышеуказанные соотношения, изложенные в уравнениях (1)-(5), выполняются и обеспечивают допустимую, например, пригодную, оценку температуры токоприемника T для частот в диапазоне частот, включающим в себя резонансную частоту. В примере описанный выше способ может быть использован для получения калибровки между параметром r и температурой T на резонансной частоте, и затем то же самую калибровку используют для соотнесения r и T, если цепь не находится в состоянии резонанса. Тем не менее, следует понимать, что вывод уравнения 5 предполагает, что цепь 150 работает на резонансной частоте f0. Поэтому, вероятно, погрешность, связанная с определенной температурой, будет увеличиваться при увеличении разницы между резонансной частотой f0 и предварительно заданной частотой работы. Другими словами, измерение температуры с большей точностью может быть определено тогда, когда цепь работает на резонансной частоте или на частоте близкой к ней. Например, вышеописанный способ соотнесения и определения r и T может быть использован для частот в диапазоне от f0-Δf до f0+Δf, где Δf, например, может определено экспериментально путем непосредственного измерения температуры T токоприемника и проверки выведенных выше соотношений. Например, большие значения Δf могут обеспечить меньшую точность при определении температуры T токоприемника, но при этом могут быть еще применимыми.While the above description describes the operation of the temperature measurement concept in the context of circuit 150 that is configured to self-excite at resonant frequency, the above concepts also apply to an induction heating circuit that is not configured to operate at resonant frequency. For example, the above-described pantograph temperature detection method may be performed with an induction heating circuit that operates at a predetermined frequency, which may not be the resonant frequency of the circuit. In one such example, an induction heating circuit may be driven via a bridge control circuit containing a switching mechanism such as a plurality of MOSFETs. The bridge control circuit may be controlled by a microcontroller or the like to use a DC voltage to supply an alternating current to the inductive element at a switching frequency of the bridge control circuit set by the microcontroller. In such an example, it is assumed that the above relationships set forth in equations (1)-(5) hold and provide a valid, eg, usable estimate of the current collector temperature T for frequencies in the frequency range including the resonant frequency. In an example, the method described above can be used to obtain a calibration between the parameter r and temperature T at the resonant frequency, and then the same calibration is used to relate r and T if the circuit is not in resonance. However, it should be understood that the derivation of equation 5 assumes that the circuit 150 operates at the resonant frequency f 0 . Therefore, it is likely that the error associated with a certain temperature will increase as the difference between the resonant frequency f 0 and the predetermined operating frequency increases. In other words, the temperature measurement can be determined with greater accuracy when the circuit is operated at or near the resonant frequency. For example, the above method of correlating and determining r and T can be used for frequencies in the range f 0 -Δf to f 0 +Δf, where Δf, for example, can be determined experimentally by directly measuring the temperature T of the pantograph and checking the above relationships. For example, larger values of Δf may provide less accuracy in determining the current collector temperature T, but may still be applicable.
В некоторых примерах способ может содержать присвоение постоянных значений Vs и Is и предположение, что эти значения не изменяются при вычислении параметра r. Тогда может не потребоваться измерение напряжения Vs и тока Is для оценки температуры токоприемника. Например, напряжение и ток могут быть приблизительно известны из свойств источника питания и цепи и могут считаться постоянными во всем диапазоне используемых температур. В таких примерах температура T может быть оценена путем измерения только частоты, на которой работает цепь, и с использованием предполагаемых или ранее измеренных значений напряжения и тока. Таким образом, изобретение может предложить способ определения температуры токоприемника путем измерения частоты работы цепи. В некоторых реализациях изобретение может предложить способ определения температуры токоприемника путем только измерения частоты работы цепи.In some examples, the method may include assigning constant values of V s and I s and assuming that these values do not change when the parameter r is calculated. Then it may not be necessary to measure the voltage V s and current I s to estimate the temperature of the current collector. For example, voltage and current may be known approximately from the properties of the power supply and the circuit, and may be assumed to be constant over the entire range of temperatures used. In such examples, the temperature T can be estimated by measuring only the frequency at which the circuit is operating and using assumed or previously measured voltage and current values. Thus, the invention can provide a method for determining the temperature of a pantograph by measuring the frequency of the circuit. In some implementations, the invention may provide a method for determining the temperature of a current collector by measuring the frequency of the circuit only.
Вышеупомянутые примеры следует понимать как иллюстративные примеры изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в отношении любого примера, 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 примера или любой комбинацией любых других примеров. 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 examples are to be understood as illustrative examples of the invention. It should be understood that any feature described in relation to any example 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 example, or any combination of any other examples. 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 (36)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1814199.4 | 2018-08-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021108653A RU2021108653A (en) | 2022-09-30 |
RU2800769C2 true RU2800769C2 (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4025912A (en) * | 1976-07-19 | 1977-05-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for remotely transducing and transmitting pressure and temperature changes |
WO2015177255A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device for heating an aerosol-forming substrate |
WO2017085242A1 (en) * | 2015-11-19 | 2017-05-26 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device for heating an aerosol-forming substrate |
WO2018096000A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device, aerosol-generating system comprising an inductive heating device and method of operating the same |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4025912A (en) * | 1976-07-19 | 1977-05-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for remotely transducing and transmitting pressure and temperature changes |
WO2015177255A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device for heating an aerosol-forming substrate |
RU2015151873A (en) * | 2014-05-21 | 2017-06-07 | Филип Моррис Продактс С.А. | INDUCTION HEATING DEVICE, AEROSOL FEEDING SYSTEM CONTAINING INDUCTION HEATING DEVICE AND METHOD OF OPERATION |
WO2017085242A1 (en) * | 2015-11-19 | 2017-05-26 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device for heating an aerosol-forming substrate |
WO2018096000A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | Philip Morris Products S.A. | Inductive heating device, aerosol-generating system comprising an inductive heating device and method of operating the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2762626C1 (en) | Appliance for an aerosol generation apparatus | |
KR102543579B1 (en) | Apparatus for aerosol-generating devices | |
RU2770618C1 (en) | Resonant circuit for aerosol generation system | |
US20230127267A1 (en) | Apparatus for an aerosol generating device | |
JP7520134B2 (en) | Apparatus for an aerosol generating device | |
RU2800769C2 (en) | Appliance for an aerosol generation apparatus | |
CN112702929B (en) | Device for aerosol generating apparatus | |
JP2024147625A (en) | Apparatus for an aerosol generating device |