TW202034794A - 用於氣溶膠產生裝置之設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種氣溶膠供給裝置。該裝置包含:多個電氣組件;一加熱總成,其包含用於加熱氣溶膠產生材料之一加熱組件;以及一電池,其用以向該多個電氣組件以及該加熱總成供電。在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於約0.25 W。
Description
發明領域
本發明係有關於一種氣溶膠供給裝置以及一種氣溶膠供給系統。
發明背景
諸如香菸、雪茄及其類似者之吸菸製品在使用期間燃燒菸草而形成菸草煙霧。已嘗試藉由製造在不燃燒之情況下釋放化合物之產品來提供燃燒菸草之該等製品之替代物。此類產品之實例為加熱裝置,其藉由加熱而非燃燒材料來釋放化合物。材料例如可為菸草或其他非菸草產品,其可或可不含有尼古丁。
發明概要
根據本揭露內容之第一態樣,提供一種氣溶膠供給裝置,其包含:
多個電氣組件;
一加熱總成,其包含用於加熱氣溶膠產生材料之一加熱組件;以及
一電池,其用以向該多個電氣組件及該加熱總成供電;
其中,在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於約0.25 W。
根據本揭露內容之第二態樣,提供一種氣溶膠供給裝置,其包含:
多個電氣組件;
一加熱總成,其包含用於加熱氣溶膠產生材料之一加熱組件;以及
一電池,其用以向該多個電氣組件及該加熱總成供電;
其中,在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於該加熱總成之功率消耗之約1%。
根據本揭露內容之第三態樣,提供一種氣溶膠供給系統,其包含:
根據第一態樣之一氣溶膠供給裝置;以及
包含氣溶膠產生材料之一製品。
本發明之其他特徵及優勢將自參看隨附圖式進行的僅藉助於實例給出的本發明之較佳實施例之以下描述變得顯而易見。
較佳實施例之詳細說明
如本文所用,術語「氣溶膠產生材料」包括在加熱後提供通常呈氣溶膠形式之揮發性組分的材料。氣溶膠產生材料包括任何含菸草材料,且可例如包括菸草、菸草衍生物、膨脹菸草、復原菸草或菸草替代物中之一或多者。氣溶膠產生材料亦可包括其他非菸草產品,取決於產品,氣溶膠產生材料可或可不含有尼古丁。氣溶膠產生材料可例如呈固體、液體、凝膠、蠟或其類似者的形式。氣溶膠產生材料亦可為例如材料之組合或摻合物。氣溶膠產生材料亦可稱為「可抽吸材料」。
已知加熱氣溶膠產生材料以使氣溶膠產生材料之至少一個組分揮發,從而通常在不燃燒氣溶膠產生材料的情況下形成可吸入之氣溶膠的設備。此設備有時被描述為「氣溶膠產生裝置」、「氣溶膠供給裝置」、「加熱而不燃燒裝置」、「菸草加熱產品裝置」或「菸草加熱裝置」或類似裝置。類似地,亦存在所謂的電子香菸裝置,其通常使呈液體形式的氣溶膠產生材料汽化,該氣溶膠產生材料可或可不含有尼古丁。氣溶膠產生材料可呈可插入至設備中之桿、筒或匣或其類似者的形式或提供為其部分。用於加熱及使氣溶膠產生材料揮發之加熱器可提供為設備之「永久性」部分。
氣溶膠供給裝置可容納包含氣溶膠產生材料之製品以進行加熱。在此上下文中,「製品」為在使用中包括或含有氣溶膠產生材料且在使用中任擇地包括或含有其他組分之組件,該組件經加熱以使氣溶膠產生材料揮發。使用者可在加熱之前將製品插入至氣溶膠供給裝置中以產生使用者隨後吸入之氣溶膠。舉例而言,該製品可具有經組配以置放於裝置之加熱腔室內的預定或特定大小,該加熱腔室之大小經設定以容納該製品。
本揭露內容描述一種氣溶膠供給裝置,其包含多個電氣組件;及加熱總成,該加熱總成包含至少一個用於加熱氣溶膠產生材料之加熱組件。加熱總成可使用電阻或感應加熱。在一特定實例中,加熱總成包含至少一個線圈。舉例而言,線圈可為電感器線圈。因此,加熱組件可為感受器,且線圈可加熱該感受器,該感受器又加熱氣溶膠產生材料。線圈可為電感器或電感器線圈。
該裝置進一步包含電池,其用以向多個電氣組件及加熱總成供電。在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於約0.25 W。
因此,該裝置包含經組配以加熱氣溶膠產生材料之加熱總成以及多個其他電氣組件。舉例而言,多個電氣組件可包含控制器,諸如微處理器;及視覺指示器,其包含多個LED。多個電氣組件不包括加熱總成,諸如加熱組件及線圈。
多個電氣組件之功率消耗較佳地低於約0.1 W。已發現,保持電氣組件之功率消耗低於0.1 W可降低裝置之表面溫度以及對總體能效作出貢獻。舉例而言,可能需要將裝置之表面溫度維持為低於約48℃或低於約43℃。電氣組件可對表面溫度具有大於預期之影響,因為其可位於比加熱組件更接近表面處且隔熱不太好。藉由使用能量有效組件,可減小裝置之表面溫度。另外,當電氣組件消耗低於約0.1 W時,裝置可在電池需要再充電之前使用較長時間週期。
電池可為DC電源供應器。電池可為鋰電池模組或電池總成。電池可為3-4V電池。
多個電氣組件之功率消耗可低於約0.05 W或低於約0.04 W,或低於約0.01 W。
在一個實例中,該多個電氣組件包含控制器,且當控制器處於作用中時,控制器之功率消耗介於約10 mW與約20 mW之間,且當控制器處於非作用中時,多個電氣組件之功率消耗低於約0.5 mW。
在一個實例中,多個電氣組件包含多個LED,且各LED在最大亮度或強度下具有低於約0.01 W之功率消耗。在一個實例中,存在四個LED,且四個LED之功率消耗在最大亮度下低於約0.04 W。舉例而言,四個LED之功率消耗可為約0.03 W。
因此,多個電氣組件可包含四個LED及控制器,且當控制器處於非作用中且LED斷開時,電氣組件之功率消耗低於約0.5 mW。當控制器處於作用中且LED接通時,電氣組件之功率消耗低於約0.05 W。舉例而言,當控制器處於作用中且LED接通時,電氣組件之功率消耗可介於約0.03 W與約0.05 W之間。
在加熱工作階段期間,加熱總成可消耗約15 W至約25 W。舉例而言,在使用中,加熱總成之功率消耗係介於約15 W與約25 W之間。較佳地,加熱總成之功率消耗係介於約20 W與約25 W之間,諸如約20 W與約23 W之間。
在一些實例中,多個電氣組件包括WiFi介面及/或藍芽介面及/或NFC介面。
在一些實例中,多個電氣組件之功率消耗低於加熱總成之功率消耗之約1%。在另一實例中,多個電氣組件之功率消耗低於加熱總成之功率消耗之約0.5%。較佳地,電氣組件之功率消耗低於加熱總成之功率消耗之約0.2%。舉例而言,多個電氣組件之功率消耗可為約0.05 W,且加熱總成之功率消耗可為約20 W。
電池可具有約30000 J與35000 J之間的電池容量。
加熱總成可經組配以操作約3分鐘至約5分鐘之週期,且可經組配以在該週期期間消耗約1000 J至約1400 J。因此,電池可經組配而為加熱總成供電約20至約35個週期。各週期可被稱為一加熱工作階段。在該週期期間,一或多個電感器線圈可間歇性地經操作。
較佳地,該裝置為菸草加熱裝置,亦被稱為加熱而不燃燒裝置。
如上文簡要地提及,在一些實例中,一或多個線圈經組配以在使用中引起至少一個導電加熱組件/元件(亦被稱為加熱組件/元件)之加熱,使得熱能可自至少一個導電加熱組件傳導至氣溶膠產生材料,從而引起氣溶膠產生材料之加熱。
在一些實例中,該/該等線圈經組配以在使用中產生用於穿透至少一個加熱組件/元件之變化磁場,從而引起至少一個加熱組件之感應加熱及/或磁滯加熱。在此配置中,該或各加熱組件可被稱為「感受器」。經組配以在使用中產生用於穿透至少一個導電加熱組件之變化磁場,從而引起至少一個導電加熱組件之感應加熱的線圈可被稱為「感應線圈」或「電感器線圈」。
該裝置可包括加熱組件,例如導電加熱組件,且加熱組件可相對於線圈合適地定位或可定位以能夠進行加熱組件之此加熱。加熱組件可相對於線圈處於固定位置。替代地,至少一個加熱組件,例如至少一個導電加熱組件可包括於用於插入至裝置之加熱區中的製品中,其中該製品亦包含氣溶膠產生材料且在使用後可自加熱區移除。替代地,裝置及此製品二者可包含至少一個各別加熱組件,例如至少一個導電加熱組件,且線圈可在製品處於加熱區中時引起裝置及製品中之各者的加熱。
在一些實例中,線圈為螺旋的。在一些實例中,線圈包圍裝置的經組配以容納氣溶膠產生材料之加熱區的至少一部分。在一些實例中,線圈為包圍加熱區之至少一部分的螺旋線圈。加熱區可為經成形以容納氣溶膠產生材料的容器。
在一些實例中,裝置包含至少部分地環繞加熱區之導電加熱組件,且線圈為包圍導電加熱組件之至少一部分的螺旋線圈。在一些實例中,導電加熱組件為管狀的。在一些實例中,線圈為電感器線圈。
圖1展示用於自氣溶膠產生介質/材料產生氣溶膠的氣溶膠供給裝置100之實例。概略地,裝置100可用於加熱包含氣溶膠產生介質之可替換製品110,以產生由裝置100之使用者吸入的氣溶膠或其他可吸入介質。
裝置100包含環繞及容置裝置100之各種組件的外殼102 (呈外罩形式)。裝置100在一端具有開口104,製品110可經由開口104插入以便由加熱總成加熱。在使用中,製品110可完全或部分插入至加熱總成中,其可在加熱總成中藉由加熱總成之一或多個組件加熱。
此實例之裝置100包含第一末端部件106,該第一末端部件106包含封蓋108,封蓋108可相對於第一末端部件106移動以在未置放製品110時關閉開口104。在圖1中,封蓋108展示為呈打開組配,然而帽蓋108可移動至關閉組配。舉例而言,使用者可使封蓋108沿箭頭「A」之方向滑動。
裝置100亦可包括在按壓時操作裝置100的使用者可操作控制元件112,諸如按鈕或開關。舉例而言,使用者可藉由操作開關112來開啟裝置100。
裝置100亦可包含可容納電纜以便為裝置100之電池充電的電氣組件,諸如插口/埠114。舉例而言,插口114可為充電埠,諸如USB充電埠。在一些實例中,插口114可另外或替代地用於在裝置100與諸如計算裝置之另一裝置之間傳送資料。
圖2描繪移除外罩102的圖1之裝置100。裝置100界定縱向軸線134。
如圖2中所展示,第一末端部件106配置於裝置100之一端,且第二末端部件116配置於裝置100之相對端。第一末端部件106及第二末端部件116一起至少部分界定裝置100之端面。舉例而言,第二末端部件116之底面至少部分界定裝置100之底面。外罩102之邊緣亦可界定端面之一部分。在此實例中,封蓋108亦界定裝置100之頂面之一部分。圖2亦展示與控制元件112相關聯之第二印刷電路板138。
裝置最接近開口104之末端可被稱為裝置100之近端(或口腔端),因為在使用中,其最接近使用者之口腔。在使用時,使用者將製品110插入至開口104中,操作使用者控制件112以開始加熱氣溶膠產生材料且抽吸裝置中產生之氣溶膠。此引起氣溶膠沿著流動路徑朝向裝置100之近端流動穿過裝置100。
裝置距開口104最遠之另一端可被稱為裝置100之遠端,因為在使用中,其為距使用者之口腔最遠的末端。當使用者抽吸裝置中產生之氣溶膠時,氣溶膠流動遠離裝置100之遠端。
裝置100進一步包含電源118。電源118可為例如電池,諸如可充電電池或不可充電電池。適合之電池之實例包括例如鋰電池(諸如鋰離子電池)、鎳電池(諸如鎳鎘電池)及鹼性電池。電池經電氣耦接至加熱總成以在需要時且在控制器(未展示)之控制下供應電功率,從而加熱氣溶膠產生材料。在此實例中,電池連接至將電池118固持於適當位置的中心支撐件120。電源118可為DC電壓源118。
裝置進一步包含至少一個電子模組122。電子模組122可包含例如印刷電路板(PCB)。PCB 122可支援諸如處理器之至少一個控制器,以及記憶體。PCB 122亦可包含一或多個用以將裝置100之各種電子組件電氣連接在一起的電氣軌道。舉例而言,電池接線端可電氣連接至PCB 122,使得功率可分佈於整個裝置100中。插口114亦可經由電氣軌道電氣耦接至電池。
在實例裝置100中,加熱總成為感應加熱總成,且包含用以經由感應加熱過程加熱製品110之氣溶膠產生材料的各種組件。感應加熱為藉由電磁感應加熱導電物件(諸如感受器)的過程。感應加熱總成可包含感應元件,例如一或多個電感器線圈;及用於使諸如交流電之變化電流穿過感應元件的裝置。感應元件中的變化電流產生變化磁場。變化磁場穿透相對於感應元件適當地定位之感受器,且在感受器內部產生渦電流。感受器對渦電流具有電阻,且因此渦電流抵抗此電阻之流動引起感受器藉由焦耳加熱進行加熱。在感受器包含諸如鐵、鎳或鈷之鐵磁材料的情況下,熱量亦可藉由感受器中之磁滯損耗,亦即藉由磁性材料中磁偶極子由於其與變化磁場之對準而變化的定向產生。在感應加熱時,相較於藉由例如導電加熱,熱量在感受器內部產生,從而允許迅速加熱。此外,感應加熱器與感受器之間不必有任何實體接觸,從而允許增強建構與應用中的自由度。
實例裝置100之感應加熱總成包含感受器結構132 (在本文中被稱作「感受器」)、第一電感器線圈124及第二電感器線圈126。第一電感器線圈124及第二電感器線圈126係由導電材料製成。在此實例中,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126係由絞合漆包線/電纜製成,該絞合漆包線/電纜以螺旋方式捲繞以提供螺旋電感器線圈124、126。絞合漆包線包含多個個別地隔離且絞撚在一起以形成單線的個別導線。絞合漆包線經設計以降低導體中之集膚效應損耗。在實例裝置100中,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126係由具有大體上圓形橫截面之銅絞合漆包線製成。在其他實例中,絞合漆包線可具有其他形狀之橫截面,諸如矩形。
第一電感器線圈124經組配以產生用於加熱感受器132之第一區段的第一變化磁場,且第二電感器線圈126經組配以產生用於加熱感受器132之第二區段的第二變化磁場。在本文中,感受器132之第一區段被稱作第一感受器區132a,且感受器132之第二區段被稱作第二感受器區132b。在此實例中,第一電感器線圈124在沿裝置100之縱向軸線134的方向上鄰近於第二電感器線圈126 (亦即,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126不重疊)。在此實例中,感受器結構132包含含有二個區之單一感受器,然而,在其他實例中,感受器結構132可包含二個或更多個分開之感受器。第一電感器線圈124及第二電感器線圈126之末端130連接至PCB 122。
將瞭解,在一些實例中,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126可具有至少一個彼此不同的特徵。舉例而言,第一電感器線圈124可具有至少一個不同於第二電感器線圈126之特徵。更特定言之,在一個實例中,第一電感器線圈124可具有不同於第二電感器線圈126的電感值。在圖2中,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126具有不同長度,使得第一電感器線圈124捲繞於比第二電感器線圈126小的感受器132區段上。因此,第一電感器線圈124可包含不同於第二電感器線圈126之匝數(假定個別匝之間的間距基本上相同)。在另一實例中,第一電感器線圈124可由不同於第二電感器線圈126之材料製成。在一些實例中,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126可基本上完全相同。
在此實例中,電感器線圈124 126以彼此相同之方向捲繞。亦即,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126二者為左側螺旋。在另一實例中,電感器線圈124、126二者可為右側螺旋。在另一實例中(未展示),第一電感器線圈124及第二電感器線圈126以相反方向捲繞。當電感器線圈在不同時間處於作用中時,此情況可適用。舉例而言,最初,第一電感器線圈124可操作以加熱製品110之第一區段,且稍後,第二電感器線圈126可操作以加熱製品110之第二區段。以相反方向捲繞線圈有助於減小在與特定類型之控制電路結合使用時非作用中線圈中感應之電流。在線圈124、126以不同方向捲繞(未展示)之一個實例中,第一電感器線圈124可為右側螺旋,且第二電感器線圈126可為左側螺旋。在另一此類實施例中,第一電感器線圈124可為左側螺旋,且第二電感器線圈126可為右側螺旋。
此實例之感受器132為中空的,且因此界定容納氣溶膠產生材料之容器。舉例而言,製品110可插入至感受器132中。在此實例中,感受器132為管狀的,具有圓形橫截面。
圖2之裝置100進一步包含隔離部件128,其一般可為管狀的且至少部分環繞感受器132。隔離部件128可由諸如塑膠材料之任何隔離材料建構。在此特定實例中,隔離部件係由聚醚醚酮(PEEK)建構。隔離部件128可有助於使裝置100之各種組件與感受器132中產生之熱量隔絕。
隔離部件128亦可完全或部分地支撐第一電感器線圈124及第二電感器線圈126。舉例而言,如圖2中所展示,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126定位於隔離部件128周圍且與隔離部件128之徑向向外表面接觸。在一些實例中,隔離部件128不抵靠第一電感器線圈124及第二電感器線圈126。舉例而言,隔離部件128之外表面與第一電感器線圈124及第二電感器線圈126之內表面之間可存在小間隙。
在一特定實例中,感受器132、隔離部件128以及第一電感器線圈124及第二電感器線圈126繞感受器132之中心縱向軸線同軸。
圖3以部分橫截面展示裝置100之側視圖。在此實例中,外罩102同樣不存在。第一電感器線圈124及第二電感器線圈126之圓形橫截面形狀在圖3中更清晰可見。
裝置100進一步包含支撐件136,其嚙合感受器132之一端以將感受器132固持於適當位置。支撐件136連接至第二末端部件116。
裝置100進一步包含朝向裝置100之遠端配置的第二封蓋/帽蓋140及彈簧142。彈簧142允許打開第二封蓋140以提供對感受器132之接近。使用者可例如打開第二封蓋140以清潔感受器132及/或支撐件136。
裝置100進一步包含膨脹腔室144,其朝向裝置之開口104延伸遠離感受器132之近端。固持夾片146至少部分位於膨脹腔室144內以在製品110容納於裝置100內時抵靠且固持製品110。膨脹腔室144連接至末端部件106。
圖4為圖1之裝置100之分解視圖,其中同樣省略外罩102。
圖5A描繪圖1之裝置100之一部分的橫截面。圖5B描繪圖5A之一區域之近視圖。圖5A及圖5B展示容納於感受器132內之製品110,其中製品110之尺寸經設定,使得製品110之外表面抵靠感受器132之內表面。此確保加熱最為高效。此實例之製品110包含氣溶膠產生材料110a。氣溶膠產生材料110a定位於感受器132內。製品110亦可包含諸如過濾器、包裝材料及/或冷卻結構的其他組件。
圖5B展示感受器132之外表面與電感器線圈124、126之內表面間隔開距離150,其係在垂直於感受器132之縱向軸線158的方向上量測的。在一個特定實例中,距離150為約3 mm至4 mm、約3 mm至3.5 mm或約3.25 mm。
圖5B進一步展示隔離部件128之外表面與電感器線圈124、126之內表面間隔開距離152,其係在垂直於感受器132之縱向軸線158的方向上量測的。在一個特定實例中,距離152為約0.05 mm。在另一實例中,距離152大體上為0 mm,使得電感器線圈124、126抵靠且觸碰隔離部件128。
在一個實例中,感受器132具有約0.025 mm至1 mm或約0.05 mm之壁厚154。
在一個實例中,感受器132具有約40 mm至60 mm、約40 mm至45 mm或約44.5 mm之長度。
在一個實例中,隔離部件128具有約0.25 mm至2 mm、0.25 mm至1 mm或約0.5 mm之壁厚156。
如上文已描述,實例裝置100之加熱總成為感應加熱總成,其包含各種用以經由感應加熱過程加熱製品110之氣溶膠產生材料的組件。詳言之,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126用於分別加熱感受器132之第一區132a及第二區132b,以便加熱氣溶膠產生材料並產生氣溶膠。下文參看圖6至圖12,將詳細描述裝置100在使用第一電感器線圈124及第二電感器線圈126來感應加熱感受器結構132時之操作。
裝置100之感應加熱總成包含LC電路。LC電路具有由感應元件提供之電感L及由電容器提供之電容C。在裝置100中,電感L係由第一電感器線圈124及第二電感器線圈126提供,且電容C係由如下文將論述之多個電容器提供。在一些情況下,包含電感L及電容C之感應加熱電路可表示為RLC電路,其包含由電阻器提供之電阻R。在一些情況下,電阻係由電路連接電感器與電容器之部分之歐姆電阻提供,且因此該電路不一定如此包括電阻器。此類電路可展現電氣諧振,其在電路元件之阻抗或導納之虛數部分彼此抵消時以特定諧振頻率發生。
LC電路之一個實例為其中電感器與電容器串聯連接的串聯電路。LC電路之另一實例為其中電感器與電容器並聯連接的並聯LC電路。諧振發生於LC電路中,因為電感器之磁場塌陷在其繞組中產生電流,從而對電容器進行充電,而放電電容器提供在電感器中構建磁場的電流。當並聯LC電路在諧振頻率下經驅動時,電路之動態阻抗最大(因為電感器之電抗等於電容器之電抗),且電路電流最小。然而,對於並聯LC電路,並聯電感器與電容器迴路充當電流倍增器(有效地使迴路內之電流倍增,且電流因此穿過電感器)。因此,允許RLC或LC電路在電路處於操作中以加熱感受器時於諧振頻率下操作至少一些時間可藉由提供穿透感受器之磁場之最大值而提供有效及/或高效感應加熱。
由裝置100用以加熱感受器132之LC電路可利用一或多個如下文將描述充當切換結構之電晶體。電晶體為用於切換電子信號之半導體裝置。電晶體通常包含至少三個用於與電子電路連接的端子。場效電晶體(FET)為所施加電場之效應可用於改變電晶體之有效導電率的電晶體。場效電晶體可包含主體、源極端S、汲極端D及閘極端G。場效電晶體包含作用中通道,其包含半導體,電荷載流子、電子或電洞可在源極S與汲極D之間流動穿過該半導體。通道之導電性,亦即汲極端D與源極端S之間的導電性隨著例如藉由施加至閘極端G之電位產生的閘極端G與源極端S之間的電位差而變。在增強模式FET中,FET在存在實質上零閘極G至源極S電壓時可關閉(亦即,實質上防止電流自其穿過),且在存在實質上非零閘極G至源極S電壓時可開啟(亦即,實質上允許電流穿過)。
可用於裝置100之電路中的一種類型之電晶體為n通道(或n型)場效電晶體(n-FET)。n-FET為其通道包含n型半導體之場效電晶體,其中電子為主要載流子,且電洞為次要載流子。舉例而言,n型半導體可包含摻雜有供體雜質(諸如磷)之純質半導體(諸如矽)。在n通道FET中,汲極端D置於比源極端S高之電位(亦即,存在正汲極至源極電壓或換言之負源極至汲極電壓)。為了「開啟」n通道FET (亦即,允許電流自其穿過),切換電位經施加至閘極端G,該切換電位比源極端S處之電位高。
可用於裝置100中的另一類型之電晶體為p通道(或p型)場效電晶體(p-FET)。p-FET為其通道包含p型半導體之場效電晶體,其中電洞為主要載流子,且電子為次要載流子。舉例而言,p型半導體可包含摻雜有受體雜質(諸如硼)之純質半導體(諸如矽)。在p通道FET中,源極端S置於比汲極端D高之電位(亦即,存在負汲極至源極電壓或換言之正源極至汲極電壓)。為了「開啟」p通道FET (亦即,允許電流自其穿過),切換電位經施加至閘極端G,該切換電位比源極端S處之電位低(且可例如比汲極端D處之電位高)。
在實例中,用於裝置100中的FET中之一或多者可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。MOSFET為閘極端G藉由隔離層與半導體通道電隔離的場效電晶體。在一些實例中,閘極端G可為金屬,且隔離層可為氧化物(諸如二氧化矽),因此為「金屬氧化物半導體」。然而,在其他實例中,閘極可由諸如多晶矽的並非金屬之材料製成,及/或隔離層可由諸如其他介電材料的並非氧化物之材料製成。此類裝置仍然通常被稱作金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET),且應瞭解,如本文所用,術語金屬氧化物半導體場效電晶體或MOSFET應解釋為包括此類裝置。
MOSFET可為n通道(或n型) MOSFET,其中半導體為n型。n通道MOSFET (n-MOSFET)可按與上文關於n通道FET所描述相同之方式操作。作為另一實例,MOSFET可為p通道(或p型)MOSFET,其中半導體為p型。p通道MOSFET (p-MOSFET)可按與上文關於p通道FET所描述相同之方式操作。n-MOSFET之源極至汲極電阻通常比p-MOSFET之源極至汲極電阻低。因此,在「開啟」狀態下(亦即,電流自其穿過之情況下),n-MOSFET相較於p-MOSFET產生較小熱量,且因此在操作中可浪費比p-MOSFET少之能量。此外,相較於p-MOSFET,n-MOSFET通常具有較短切換時間(亦即,自改變提供至閘極端G之切換電位至MOSFET改變而讓或不讓電流自其穿過的特徵性回應時間)。此可允許較高切換速率及改良切換控制。
現參看圖6,將對供裝置100用於感應加熱之電路予以描述。圖6展示氣溶膠產生裝置100之感應加熱電路600之一部分的簡化示意性表示形態。圖6展示感應加熱電路600之一部分,其包含用於在變化電流流動穿過第一電感器線圈124時加熱第一感受器區132a的第一電感器線圈124。第一感受器區132a在圖6中表示為具有感應元件及電阻元件,以表示感受器132如何與第一電感器124電感耦合且經由產生渦電流進行加熱。應注意,裝置100另外包含第二電感器線圈126,圖6中未展示。第二電感器線圈126亦為感應加熱電路600之部分且經控制以如下文將描述加熱第二感受器區132b。然而,為清楚起見,電路600將首先參看圖6中所展示之彼等特徵予以描述。
電路600包含第一諧振器區段601、用於將DC電壓供應至第一諧振器區段601之DC電壓供應器118以及用於控制電路600之控制結構。第一諧振器區段601包含第一電感器124及包含第一FET 608之切換結構,且控制結構經組配以如將在下文更詳細地描述回應於電路600中偵測到之電壓條件而使FET 608在第一狀態與第二狀態之間切換,從而操作第一電感器124。除感受器132外,電路600經配置於裝置100之PCB 122上,其中電感器線圈124在第一末端130a及第二末端130b連接至PCB 122。
第一諧振器區段601包含第一電容器606及第二電容器610,二者皆與第一電感器124並聯配置,使得當允許第一諧振器區段601諧振時,交流電在第一電容器606與第二電容器610之間流動且流動穿過電感器124。如上文所提及,在此實例中為n通道MOSFET之第一FET 608經配置以作為第一諧振器區段601中之切換結構操作。
應注意,在其他實例中,諧振器區段601可包含僅一個電容器,例如在第一電容器606之位置或第二電容器610之位置。在其他實例中,諧振器區段601可包含任何其他數目個電容器,諸如三個或三個以上電容器。舉例而言,第一電容器606及第二電容器610中之任一者或二者可由彼此並聯配置之二個或二個以上電容器替換。如將充分瞭解,諧振器區段601具有取決於諧振器區段601之電感L及電容C的諧振頻率。諧振區段601中之電容器之數目、類型及配置可基於考慮待用於電路600中之功率位準及操作電路600所需之頻率來選擇。舉例而言,應瞭解,可認為個別電容器及該等電容器之配置具有等效串聯電阻(ESR)以及該等電容器處置電流之能力限制。可在判定電容器之用以在諧振器區段601中提供電容的配置時考慮此類特徵。舉例而言,取決於所需功率位準及操作頻率,提供並聯之多個電容器可能存在提供較高電容或較低ESR之優勢。在此實例中,第一電容器606及第二電容器610皆為陶瓷C0G電容器,其各自具有約100 nF之電容。在其他實例中,可根據此段落中概述之考慮因素使用其他類型之電容器及/或具有其他電容值之電容器,例如具有不等電容值之電容器。
第一諧振器區段601係由DC電壓供應器118供應DC電壓,其為例如如上文所描述的藉由電池供應之電壓。如圖6中所展示,DC電壓供應器118包含正端118a及負端118b。在一個實例中,DC電壓供應器118將約4.2 V之DC電壓供應至第一諧振器區段601。在其他實例中,DC電壓供應器118可供應例如2至10 V或約3至5 V之電壓。
控制器1001經組配以控制電路600之操作。控制器1001可包含微控制器,例如微處理單元(MPU),其包含多個輸入端及輸出端。在一個實例中,控制器1001為STM32L051C8T6型MPU。在一些實例中,提供至電路600之DC電壓供應118係由自控制器1001之輸出提供,控制器1001自身自電池或其他電源接收功率。
DC電壓源118之正端118a電氣連接至第一節點600A。在一實例中,DC電壓源118經由控制器1001連接至節點600A,節點600A自DC電壓源118接收功率且將由DC電壓源供應之電壓供應至裝置之組件,包括電路600。第一節點600A電氣連接至第一電容器606之第一末端606a及第一電感器124之第一末端130a。第一電感器124之第二末端130b電氣連接至第二節點600B,第二節點600B在圖6中表示為電路圖中之二個電氣等效點。第二節點600B電氣連接至FET 608之汲極端608D。在此實例中,第二節點600B亦電氣連接至第二電容器610之第一末端610a。繼續圍繞該電路,第一FET 608之源極端608S電氣連接至第三節點600C。第三節點600C電氣連接至接地616,且在此實例中,電氣連接至第二電容器610之第二末端610b。第三節點600C經由電流感測電阻器615電氣連接至第四節點600D,且第四節點600D電氣連接至DC電壓源118之負端118b,在一實例中,負端118b如同正端一樣經由控制器1001供應。
應注意,在不存在第二電容器610之實例中,第三節點600C可具有僅三個電氣連接:連接至第一FET源極端608S,連接至接地616及連接至電流感測電阻器615。
如上文所提及,第一FET 608擔任第一諧振器區段601中之切換結構。第一FET 608可組配於第一狀態(亦即『開啟』狀態)與第二狀態(亦即『關閉』狀態)之間。如熟習此項技術者將充分瞭解,當n通道FET係呈關閉狀態時(亦即,當未施加適當控制電壓至其閘極時),其有效地充當二極體。在圖6中,第一FET 608在處於其關閉狀態時展現的二極體功能性係由第一二極體608a表示。亦即,當FET 608係呈關閉狀態時,第一二極體608a用以在很大程度上防止電流自汲極端608D流動至源極端608S,但在二極體608a適當地經正向偏壓時允許電流自源極端608S流動至汲極端608D。n通道FET在適當控制電壓經施加至其閘極時呈接通狀態,使得其汲極D與源極S之間存在導電路徑。如此,當第一FET 608係呈接通狀態時,其充當第一諧振器區段601中之閉合開關。
如上文所提及,電路600可被視為包含第一諧振器區段601及額外控制結構。控制結構包含比較器618、零電壓偵測器621及正反器622,且經組配以偵測第一諧振器區段601內之電壓條件並回應於偵測到之電壓條件控制第一FET 608。現將更詳細描述控制結構對第一FET 608之此控制。
在第二節點600B處,電氣連接有零電壓偵測器621,其經組配以偵測電路600中零電壓偵測器621所連接之點的電壓條件,亦即相對於接地電壓處於或接近0 V之電壓。零電壓偵測器621經組配以輸出信號,以便控制FET 608之狀態之切換。亦即,零電壓偵測器621經組配以輸出信號至正反器622。正反器622為可組配於二個穩定狀態之間的電路。正反器622電氣連接至第一閘極驅動器623,第一閘極驅動器623經組配以取決於正反器之狀態而提供電壓至第一FET閘極端608G。亦即,第一閘極驅動器623經組配以在正反器呈一個狀態時提供適當電壓至第一FET閘極端608G以將FET 608切換至開啟狀態,但經組配以在正反器622呈另一狀態時不提供適於將FET 608維持於開啟狀態下的電壓。舉例而言,第一閘極驅動器623可經組配以在正反器622呈狀態『1』時將適當閘極至源極電壓提供至第一FET閘極608G以切換FET 608,且第一閘極驅動器623可經組配以在正反器622呈狀態『0』時不提供該閘極至源極電壓。因此,正反器構件622之狀態控制第一FET 608開啟抑或關閉。
在此實例中,控制結構之零電壓偵測器621及第一閘極驅動器623經組配以自控制器1001接收各別信號1011、1021,控制器1001可藉由該等信號起始並控制電路600之操作,如將在下文更詳細地論述。
在第四節點600D處,電氣連接有控制電壓線619。控制電壓線619經由電阻器617a電氣連接至第五節點600E,且第五節點600E電氣連接至電壓比較器618,在下文中稱比較器618。第五節點600E電氣連接至比較器618之正端。比較器618之負端連接至接地616。在此實例中,比較器618經組配以基於第五節點600E處之電壓與接地電壓之比較而輸出信號。比較器618之輸出信號經發送至正反器622。在此實例中,控制電壓1031係經由第二電阻器617b自控制器1001供應至控制電壓線619。
如上文所提及,比較器618經電氣連接以提供輸出至正反器622。正反器622經組配以使得來自比較器618之輸出信號可改變正反器622之狀態,且從而引起第一驅動器623改變第一FET 608之狀態。
現將在第一諧振器區段601由控制器1001啟動以使得第一電感器線圈124經操作以加熱第一感受器區132a之上下文中更詳細描述實例電路600之功能。
首先,第一FET 608經組配處於關閉狀態,且因此充當二極體608a,從而防止電流流動穿過電感器124。控制器1001起始電路600之操作以藉由使FET 608自關閉狀態切換至開啟狀態來加熱第一感受器區132a。在此實例中,控制器1011藉由將開始(START)信號提供至零電壓偵測器621來起始電路600之操作。從而引起正反器622改變狀態並引起第一閘極驅動器623將信號提供至FET閘極端608G,從而將FET切換至開啟狀態。
一旦FET 608切換至開啟狀態,即開始可被稱作電路600之自振盪加熱循環的循環。現處於開啟狀態之FET 608充當閉合開關,從而允許DC電流開始自DC電壓源正端118a流動穿過第一電感器124並經由電流感測電阻器615返回至DC電壓源負端118b。如所熟知,第一電感器124對抗電流之此初始增加,從而經由法拉第定律及楞次定律產生反電動勢。在開啟狀態下,汲極端608D與源極端608S之間的電壓實質上為零。
圖7A展示自時間t0
處FET 608接通時開始,針對時間t流動穿過第一電感器124之電流之示意性圖形表示形態。自時間t0
,DC電流開始自零以取決於電感器124之電感L1及電路600之DC電阻的速率累積於電感器124中。在一個實例中,電流感測電阻器615具有約2 mΩ之電阻,而電感器124具有2至15 mΩ或4至10 mΩ或在此實例中約5.2 mΩ之DC電阻。如將充分瞭解,電流在電感器中之此累積對應於儲存磁能之電感器124,且可由電感器124儲存之磁能的量取決於其電感L1。
圖7B展示同樣自FET 608開啟時之時間t0
開始,針對時間t跨越電流感測電阻器615之電壓之簡化表示形態。在FET 608開啟之後不久,跨越電感器124產生較大電壓,由於電感器對抗電流之增加,故此為由電感器124產生之反電動勢。因此,此時,如圖7B中所展示之跨電流感測電阻器615的電壓較小,因為幾乎所有由DC供應器118提供之電壓差跨電感器124下降。隨後,隨著穿過電感器124之電流增加及電感器124之反電動勢衰減,跨電流感測電阻器615之電壓增加。此被視為跨電流感測電阻器615之負電壓之產生,如圖7B中所展示。亦即,跨電流感測電阻器615之電壓隨著FET 608開啟之時間長度而變得負值越來越大。
由於跨電流感測電阻器615之越來越大的負電壓與穿過電感器124之漸增的電流對應,故跨電流感測電阻器615之電壓量值指示流動穿過電感器124之電流。雖然FET 608保持開啟,但穿過電感器124之電流及跨電流感測電阻器615之電壓實質上隨著取決於電感L1及電路600之DC電阻的時間常數朝向各別最大值Imax
、Vmax
(其取決於由DC供應器118供應之DC電壓及電路600之DC電阻)線性地增加。應注意,由於穿過電感器124之電流在時間t0
之後改變,可能在穿過第一電感器124之DC電流累積時發生感受器132之某種感應加熱。
電路600經組配以使得在FET 608接通之時間儲存於第一電感器124中的能量之量係由控制結構判定且可由控制器1001控制。亦即,控制器1001控制允許累積於電感器124中之DC電流之量(且因此控制磁能之量),如現將描述。
如上文所描述,控制電壓1031經施加至控制電壓線619。在此實例中,控制電壓1031為正電壓,且在任一時間輸入至比較器618之正端的電壓(亦即,第五節點600E處之電壓)係取決於控制電壓1031之值及第四節點600D處之電壓。當跨電流感測電阻器615之負電壓達到特定值時,其在第五節點600E處抵消正控制電壓1031且在第五節點600E處得到0 V之電壓(亦即,接地電壓)。在此實例中,電阻器617a具有2 mΩ之電阻。電阻器617b表示對控制器1001之有效電阻為70 kΩ。當跨電流感測電阻器615之負電壓具有與控制電壓1031相同之量值時,第五節點600E處之電壓達到0 V。
比較器618經組配以比較其正端處之電壓與連接至其負端之接地616之電壓,且因此輸出信號。在一個實例中,比較器為標準組件FAN156,如可自安森美半導體(On-Semiconductor)獲得。因此,當第五節點600E處之電壓達到0 V時,比較器618在其正端接收0 V信號,且比較器618之比較結果為正端之電壓等於負端之電壓。比較器618因此將信號輸出至正反器622並使得FET 608斷開。因而,FET 608之斷開係取決於電路600中偵測到之電壓條件。亦即,在此實例中,當比較器618藉由比較跨其端子之電壓而偵測到跨電流感測電阻器615之負電壓已達到與在時間t1
產生的控制電壓1031相同之量值時,FET 608斷開。在圖7A中,在時間t1
當FET 608斷開時流動穿過電感器124之DC電流經標記為I1
。
當FET 608關閉時,在時間t1
,FET 608自充當閉合開關切換至充當諧振器區段601中之二極體608a,且出於自DC供應器118供應之目的,有效地切換至充當斷開開關。在時間t1
,穿過電感器124至接地616之DC電流之路徑由FET 608中斷。此觸發第一電感器124中流動之電流下降(此未展示於圖7A中),且電感器124藉由產生感應電壓來對抗電流之此改變。因此,電流開始以第一諧振器區段601之諧振頻率在電感器124與電容器606、608之間來回振盪。
類似地,跨電感器124且由此第一FET汲極端608D與源極端608S之間的電壓開始以第一諧振器區段601之諧振頻率振盪。隨著穿過電感器124之電流及跨電感器124之電壓開始振盪,感受器132以電感方式經加熱。FET 608切換至關閉狀態,因此用以在時間t1
釋放儲存於電感器124中之磁能以加熱感受器132。
圖8展示從FET 608自時間t0
至t1
處於開啟狀態開始,跨第一FET 608之電壓之軌跡800。在圖8中所繪示之時間內,第一FET 608關閉並開啟二次。
電壓軌跡800包含當第一FET 608開啟時在時間t0
與t1
之間的第一區段800a及當第一FET 608斷開時之第二區段800b至800d。在800e處,FET 608再次接通,且等效於第一區段800a之第三區段800f開始,同時第一FET 608保持開啟,且穿過電感器124之DC電流之累積之上文所描述過程重複。圖8亦展示當第一FET 608再次斷開以允許跨FET 608之電壓振盪時的第四區段800g及當第一FET 608隨後再次接通時的第五區段800h。
當第一FET 608在區段800a、800f及800h中開啟時,跨第一FET 608之電壓為零。當第一FET 608如由區段800b至800d所指示且亦由區段800g所指示關閉時,第一電感器124使用儲存於其磁場(其磁場為第一FET 608開啟時所累積之DC電流之結果)中之能量來感應對抗流動穿過第一電感器124之電流由於第一FET 608關閉所導致之下降的電壓。第一電感器124中感應到之電壓引起跨第一FET 608之電壓的對應變化。在電壓之此變化期間,第一電感器124及電容器606、610開始以正弦波形彼此諧振。藉由電壓軌跡800展示之電壓最初隨著第一電感器124中感應到之電壓增加以抵抗電流歸因於第一FET 608關閉之降低而增加(參見例如800b),達到峰值(參見例如800c),且隨後隨著儲存於第一電感器124之磁場中的能量減小而降低至零(參見例如800d)。
變化之電壓800b至800d及800g產生對應的變化電流(未展示),且由於在第一FET 608之關閉時間期間,電容器606、610及第一電感器124充當諧振LC電路,故第一電感器124及電容器606、610之組合之總阻抗在此時間期間處於最小值。因此,將瞭解,流動穿過第一電感器124之變化電流之最大量值將相對較大。此相對較大之變化電流相應地引起第一電感器124中之相對較大的變化磁場,該變化磁場使得感受器132產生熱量。在此實例中,跨第一FET 608之電壓如由區段800b至800d所指示及由區段800g所指示而變化的時間週期取決於第一諧振器區段601之諧振頻率。
現在參看圖6及圖8,電路600經組配以使得當第一FET 608關閉且跨第一FET 608之電壓降低至0 V時,零電壓偵測器621偵測到此電壓條件且將信號輸出至正反器622,從而使得第一FET 608切換回至開啟狀態。亦即,回應於第一諧振器區段601內偵測到之此電壓條件,FET 608自關閉狀態切換至開啟狀態。零電壓偵測器621可被視為偵測到指示由於FET 608斷開,感應元件與電容元件之間的電流振盪之循環的給定比例已完成的電壓條件。亦即,藉由零電壓偵測器621偵測到跨FET 608之電壓已返回至0 V或接近0 V,零電壓偵測器621偵測到在第一諧振器區段601之諧振頻率下的電流(及電壓)振盪之半個循環已完成。
在一些實例中,零電壓偵測器621可偵測跨第一FET 608之電壓返回至電壓位準801或電壓位準801以下的時間,且如此,可輸出信號以使得FET 608之狀態在跨FET 608之電壓恰好達到0 V之前切換。如圖8所繪示,零電壓偵測器621之操作截略諧振器區段601中之電壓在二分之一循環之後的振盪,且因此產生跨第一FET 608之大體上半正弦波電壓特徵曲線。零電壓偵測器621之操作之其他細節將在下文參看圖9予以描述。
當第一FET 608切換回至開啟時,在點800e處,由DC源118驅動之DC電流再次經由第一電感器124累積。第一電感器124隨後可再次儲存將在第一FET 608下次斷開以起始第一諧振器區段601內之諧振時釋放的呈磁場形式之能量。隨著第一FET 608以此方式反覆地接通及斷開,上文所描述之過程不斷重複以加熱感受器132。
應注意,上文所描述的穿過參看圖7A及圖7B描述的電感器124的電流累積在以下二者處發生:當FET 608最初回應於來自控制器1001之開始信號1011而開啟時,及當FET 608隨後藉由零電壓偵測器621偵測到之零電壓條件而接通時。在第一種情況下,回應於開始信號1011,電感器124中之電流自0大體上線性地累積。在第二種情況下,當FET 608回應於點800e處偵測到之零電壓條件而重新開啟時,一些多餘電流在電路600中循環(例如自FET 608之接通及斷開之先前循環)。隨著FET 608在偵測到零電壓條件之後重新開啟,再循環電流產生穿過FET 608之初始負電流。隨後,當FET 608保持開啟時,穿過FET 608及電感器124之電流自由再循環電流產生之初始負電流值大體上線性地累積。隨著穿過電感器124之電流累積,以上文所描述之方式,跨電流感測電阻器615之電壓對應地變得負值越來越大。
在實例中,FET 608之接通及斷開可在約100 kHz至2 MHz、或約500 kHz至1 MHz、或約300 kHz之頻率下發生。FET 608之接通及斷開發生之頻率取決於電感L、電容C、供應器618供應之DC供應電壓,且進一步取決於電流繼續再循環穿過諧振器區段601之程度及感受器132之負載效應。舉例而言,在DC供應電壓等於3.6 V之情況下,電感器124之電感為140 nH,且諧振器區段601之電容為100 nF,FET 608保持開啟之時間可為約2700 ns,且當FET 608關閉時完成半個振盪循環之時間可為約675 ns。此等值對應於自DC電壓供應器118供應至諧振器區段601的約20 W之功率。FET 608保持開啟之時間的以上值受電流在電路中再循環之量影響,因為如上文所描述,此再循環電流在FET 608接通後引起穿過電感器之初始負電流。亦應注意,電流累積至引起FET 608斷開之值的時間亦至少部分取決於電感器124之電阻,然而,此電阻對於該時間之影響相較於諧振器區段601之電感之影響相對輕微。完成半個振盪循環之時間(在此實例中為675 ns)係取決於諧振器區段601之諧振頻率,該諧振頻率不僅受電感器124及電容器606、610分別之電感值及電容值影響,而且受藉由使電感器124負載感受器132而提供之有效電阻影響。
迄今為止,已在其用以藉由一個電感器,即第一電感器124加熱感受器132之操作方面描述了電路600,且因此僅描述了供裝置100使用之電路600之一部分。然而,如上文所描述,裝置100亦包含用於加熱感受器132之第二區132b的第二電感器126。圖9展示除第一電感器124外亦包含第二電感器126的電路600之簡化示意圖。
如圖9中所展示,除參看圖6至圖8描述之特徵以外,電路600包含第二諧振器區段701,第二諧振器區段701包含第二電感器線圈126、第三電容器706、第四電容器710及第二FET 708,第二FET 708具有汲極端708D、源極端708S及閘極端708G。另外,電路600包含經組配以將閘極至源極電壓提供至第二FET閘極端708G的第二閘極驅動器723。控制器1001未展示於圖9中,但控制器1001以參看圖6至圖8描述之方式控制電路600,且另外經組配以將控制信號1012提供至第二閘極驅動器723。為清楚起見,已參看圖6描述的電路600之特徵之一些附圖標號已自圖9省略。
如上文所描述,第一電感器124經配置以加熱感受器132之第一區132a,且第二電感器126經配置以加熱感受器132之第二區132b。以與第一電感器124、第一電容器606及第二電容器610以及第一FET 608經配置以形成第一諧振器區段601相同之方式,第二電感器126、第三電容器706及第四電容器710以及第二FET 708經配置以形成第二諧振器區段701。在一個實例中,第三電容器706及第四電容器710亦為C0G電容器且可具有約100 nF之電容。在一個實例中,第二電感器126具有約8 mΩ之DC電阻。當處於作用中時,第二諧振器區段701操作以按如上文關於第一諧振器區段601所描述之等效方式加熱感受器132,且此描述在此將不再重複。
將瞭解,電感器124、126之DC電阻值將對電路600之效率有影響,因為較高DC電阻將引起電感器124、126中之較高電阻損耗,且因而可能需要例如藉由改變電感器124、126之繞組數目或橫截面來最小化電感器DC電阻。此外,將瞭解,歸因於集膚效應,電感器124之AC電阻相較於DC電阻增加。因而,在實例中使用絞合漆包線減少集膚效應,且從而減少來自電感器124、126之AC電阻及相關電阻損耗。舉一個實例,在第一電感器124具有約5 mΩ之DC電阻且第二電感器126具有約8 mΩ之DC電阻,且電路在約300 kHz下操作之情況下,形成線圈之絞合漆包線之特定配置使得電感器124、126之有效電阻為其DC電阻值之約1.14倍。
第二諧振器區段701中之節點700A等效於第一諧振器區段601之第一節點600A,且電氣連接至第一節點600A且從而連接至DC供應器118之正端118a。節點700C處於第二諧振器區段701中與第一諧振器區段601之第三節點600C等效之位置,且節點700C類似地連接至接地616。
值得注意的是,電路600經組配以由控制器1001操作,使得在任一時間僅諧振器區段601、701中之一者處於作用中。此操作之實例將在下文更詳細地予以描述。
在諧振器區段601、701中之一者啟動期間,零電壓偵測器621經組配以偵測作用中諧振器區段601、701中之零電壓條件且因此控制作用中諧振器區段601、701之各別FET 608、708之切換。零電壓偵測器621控制作用中諧振器區段601、701之各別FET 608、708恢復接通的時間(諸如在點800e處),且現將參看圖8至圖10對此實例予以更詳細描述。
在電路600中,零電壓偵測器621經組配以偵測第一諧振器區段601之第二節點600B處或第二諧振器區段701之等效節點700B處的零電壓條件。當第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中之一者處於作用中時,零電壓偵測器621偵測到每當各別FET 608、708斷開,跨FET 608、708之電壓返回至零(例如圖8中之點800e)或接近零,例如低於位準801。回應於零電壓偵測器621進行此偵測,信號經輸出以改變正反器622之狀態。處於操作中之各別閘極驅動器623隨後輸出閘極至源極電壓以將各別FET切換回至開啟狀態。
第一小信號二極體725將零電壓偵測器621連接至第一諧振器區段之第二節點600B,且第二小信號二極體726將零電壓偵測器621連接至第二諧振器區段701之等效節點700B。特定而言,第一小信號二極體725及第二小信號二極體之陽極經由共同節點701B連接至零電壓偵測器621輸入端,而二極體725、726之陰極分別連接至節點600B、700B。
在一特定實例中,現將參看展示零電壓偵測器621及正反器622的圖10對零電壓偵測器621之操作予以描述。在圖10中,構成零電壓偵測器621之組件由點線框圍封。展示連接至第一小信號二極體725及第二小信號二極體726之陽極的節點701B。自控制器1001至零電壓偵測器621之開始信號1011亦可見於圖13中。
在此實例中,零電壓偵測器621包含具有自節點701B之輸入端2及連接至正反器622之輸入端的輸出端4的反相器閘極U103。反相器閘極U103係由連接5及3供電,且電容器C108使連接5與接地分離。在此實例中,2.5 V之邏輯電源供應621a經施加至輸入端5,且經由上拉電阻器R111施加至反相器閘極U103之輸入端2。在此實例中,邏輯電源供應621a係自控制器1001供應的。反相器閘極U103經組配以充當用於開始信號1011及來自節點701B之零電壓偵測信號的或閘。亦即,反相器閘極U103經組配以接收呈來自控制器1001之開始信號1011形式的邏輯低信號,以起始電路600a之操作。開始信號1011可由控制器1001之開啟「汲極開路」信號引腳提供。反相器閘極U103亦經組配以在第一信號二極體725及第二信號二極體726中之一者歸因於節點600B、700B中之一者處於或接近零伏而正向偏壓時接收來自節點701B之邏輯低信號,如將在下文中解釋。當此等邏輯低信號中之任一者或二者由反相器閘極輸入端2接收時,反相器閘極U103使所接收信號反相且將邏輯高信號輸出至正反器622。
當第一電感器124正經操作以加熱感受器132時,第二FET 708保持關閉。當第二FET 708保持關閉時,第二小信號二極體726取決於邏輯電源及DC供應器118處之電壓而不具有偏壓或反向偏壓,亦即,第二小信號二極體726之陰極端(最接近節點700B)處之電壓大體上等於或高於第二小信號二極體726之陽極端(最接近零電壓偵測器621)處之電壓。
在第一諧振器區段601之操作期間,當第一FET 608關閉且跨其之電壓如由圖8之800b至800d指示而變化時,第一小信號二極體725反向偏壓。在電壓之此變化結束時,當電壓達到如由800e指示之0 V或接近0 V (例如處於或低於位準801)時,第一小信號二極體725變成正向偏壓。因此,當第一小信號二極體725在800e處正向偏壓時,提供至反相器閘極U103之輸入端2的信號由於電壓降自跨電阻器R111之邏輯信號621a產生而變成邏輯低信號。因而,一旦此邏輯低信號由反相器閘極U103反向,邏輯高信號經提供於反相器閘極U103之輸出端4處。
儘管在以上描述中關於控制第一FET 608之切換描述了零電壓偵測器621之功能,但應瞭解,零電壓偵測器621使用第二小信號二極體726代替第一小信號二極體725以相同方式起作用,從而控制第二FET 708。
仍參看圖10,正反器622包含時脈輸入端CLK、重設輸入端/RST及輸出端Q。正反器622亦包含用於供應功率之其他輸入端D及VCC,在此實例中,正反器自控制器1001接收與反相器閘極U103接收的相同之2.5 V邏輯電源供應621a。時脈輸入端CLK連接至反相器閘極U103之輸出端4且經組配以自其接收信號。當反相器閘極U103之輸出端4自邏輯低切換至邏輯高(歸因於反相器閘極U103之輸入端2接收如上文所描述的所偵測之零電壓條件或開始信號1011)時,正反器622之時脈輸入端CLK接收邏輯高上升沿信號,該信號對正反器622進行「計時」且使正反器輸出端Q之狀態為高。正反器622包含經組配以自比較器618之輸出端接收信號的另一輸入端/RST,比較器618可藉由該信號改變正反器621之狀態以使得正反器輸出端Q為高。正反器輸出端Q連接至第一閘極驅動器623及第二閘極驅動器723,且在自正反器輸出端Q接收高輸出時,無論閘極驅動器623、723中之哪一者處於作用中(歸因於接收如上文所描述之信號1021、1022),都將提供閘極驅動器信號至其各別FET 608、708。
在一個特定實例中,正反器622可在邏輯電源621a之電壓的一半,亦即在此實例中之1.25 V下切換。此意謂第一小信號二極體725之正向偏壓電壓及第一FET汲極608D處之電壓必須總計為1.25 V以便第一FET 608接通。因此,在此實例中,第一FET 608在其汲極608D處於0.55 V而不是恰好0 V時接通。應注意,在理想情況下,切換可在跨FET 608之0 V下發生,以達到最大效率。此零電壓切換有利地防止第一FET 608使電容器606、610放電及因此浪費儲存於該等電容器606、610中之能量。
圖11更詳細地展示第一閘極驅動器623及第二閘極驅動器723,以及其與其各別FET 608、708之閘極608G、708G的連接。閘極驅動器623、723中之各者具有輸入端IN,輸入端IN經組配以接收取決於自控制器1001供應之加熱器啟動信號1021、1022的信號。另外,由閘極驅動器623、723之輸入端IN接收的信號係取決於由正反器輸出端Q輸出之信號是否為高。輸入端IN經由各別電阻器R125、R128連接至正反器622之輸出端Q,電阻器R125、R128在此實例中各具有值2 kΩ。
閘極驅動器623、723各具有二個其他輸入端VDD及XREF,其中各輸入端VDD自控制器1001接收6 V電源供應,且輸入端XREF接收2.5 V邏輯電壓,該邏輯電壓在此實例中為由控制器1001供應至正反器622及反相器閘極U103之相同邏輯電壓。第一閘極驅動器623及第二閘極驅動器723中之各者之輸入端VDD連接至6 V供應電壓,且輸入端VDD經由二個緩衝電容器C120、C121連接至接地。閘極驅動器623、723亦各具有連接至接地之端子GND,其中端子VDD及GND用以將功率供應至閘極驅動器623、723。在此實例中,電容器C120、C121各具有值1 µF。閘極驅動器623、723經組配以自各別輸出端OUT輸出閘極驅動電壓。閘極驅動器623、723之輸出端OUT分別經由在此實例中各具有4.99 Ω之電阻的電阻器R114、R115連接至FET閘極608G、708G。
各閘極驅動器623、723經組配以在其輸入端IN處接收信號,以使得閘極驅動器僅在自正反器輸出端Q提供邏輯高信號且自控制器1001接收加熱器啟動信號1021、1022時啟動。「汲極開路」信號引腳可提供於經組配以提供信號1021、1022之控制器1001上。在一個實例中,
在實例中,藉由控制器1001首先利用加熱器起始信號1021、1022中之各別者起始閘極驅動器623、723中之所需者來繼續進行用於藉由諧振器區段601、701中之一者加熱的電路600之起始。控制器1001隨後將開始信號1011供應至零電壓偵測器621。開始信號1011之持續時間應比藉由作用中諧振器區段601、701之振盪循環之一半的週期(此週期可被稱作「諧振回掃週期」)短。此允許電路回應於所偵測之零電壓條件而適當地開始自振盪。在另一實例中,開始信號1011及各別加熱器啟用信號1021、1022之次序可相反,使得首先施加開始信號1011以將正反器Q輸出端設定為高,且隨後施加加熱器起始信號1021、1022中之一者以開始對應於信號1021、1022所供應至之加熱器的諧振器區段601、701之自振盪。
為繼續更詳細地描述用於控制電路600之控制結構,圖12展示包含比較器618及相關組件之控制結構之一部分。在圖12中,展示DC電源供應器118之正端118a連接到節點1500A,節點1500A分別連接至第一諧振器區段601及第二諧振器區段701之節點600A、700A。DC電源供應器之負端118b連接至等效於圖6中所展示之節點600D的節點1500B。節點1500B經由電流感測電阻器615連接至接地616。在此實例中各具有100 µF之電容的電容器C111、C112、C115及C116配置於節點1500A與1500B之間,並聯連接,從而在節點1500A與1500B之間提供緩衝。
圖12更詳細展示與比較器618用於偵測穿過作用中電感器124或126之電流已達到給定位準的功能相關聯之組件。如參看早先圖式所描述,比較器618用以比較指示作用中電感器(124或126)中流動之DC電流量的電壓與來源於控制器1001之控制電壓1031。比較器618經由輸入端6接收功率,輸入端6經由100 Ω電阻器R116連接至在此實例中由控制器1001供應之2.5 V邏輯電源信號及與由正反器622接收之信號621a相同的邏輯信號。比較器電源輸入端6經由10 nF電容器C119連接至接地。比較器618之另一端子2直接連接至接地。
在一些實例中,控制器1001為微處理單元,其包含用於產生信號之計時器(未展示),該信號產生控制電壓1031。在此實例中,控制電壓1031係藉由控制器1001所產生之脈寬調變信號PWM_DAC產生。控制器1001之計時器產生脈寬調變方形波,其例如具有約2.5 V之量值及約20 kHz之頻率且具有特定工作循環。該脈寬調變信號PWM_DAC由10 nF電容器C127及C128以及二個49.9 kΩ電阻器R121、R123及一個10 kΩ電阻器R124濾波,以在一頻率(在實例中為例如約64 Hz)下提供大體上恆定之控制電壓1031,控制器1001在該頻率下控制該控制電壓1031。為了調整控制電壓1031,實例中之控制器1001經組配以調整施加至電路600之脈寬調變信號PWM_DAC的工作循環。因而,位於輸入端PWM_DAC與比較器618之正端之間的組件有效地提供待藉由脈衝波調變信號產生之控制電壓1031及待藉由調整此脈衝波調變信號之工作循環來調整的控制電壓1031量值。圖6及圖9中所展示之控制電壓線619因此可由該等組件替換。然而,在其他實例中,控制電壓1031可藉由例如控制器1001所供應之大體上恆定的電壓產生。在此等實例中,圖12中所展示的用於對信號PWM_DAC進行濾波的一些或全部組件可能不存在。
如上文所提及,輸入至比較器618之正輸入端的節點1500B等效於電路600之節點600D。自圖12可見,如參看圖6中所展示之簡化示意圖所描述,節點1500B經由電阻器617a連接至比較器618之正輸入端。因而,比較器618之操作如上文所描述:取決於控制電壓1031及跨電流感測電阻器615之電壓接收其正端處之輸入。當比較器618之正端處之電壓達到接地電壓時,信號/FF RST經由電阻器R118輸出至正反器622之輸入端/RST,以改變正反器622之狀態且從而斷開作用中FET 608/708。
圖13展示用於電路600之控制結構之一特定實例的其他組件。圖13中所展示之組件界定用於提供信號I_SENSE的電流感測設備1300,信號I_SENSE指示在電路600之操作期間自DC電壓供應器118汲取之電流量。根據此信號,控制器1001可判定自電壓供應器118汲取之電流,且可使用此電流以及由DC電壓供應器118供應之電壓的值來判定供應至電路600之功率的值。在一些實例中,如下文將描述,所判定之功率值可供控制器1001用於控制電路600。
至電流感測設備1300之輸入端1301係經由圖12中所展示之電阻器R120提供。因此,輸入端經由電阻器R120連接至節點1500B且接收指示跨電流感測電阻器615之電壓的電壓。電流感測設備1300充當用於電路600之低壓側電流感測設備。在彼方面,如將充分瞭解,電流感測設備1300包含在電壓3.8 V運行的運算放大器U110,該電壓供應至針對使用電流感測電阻器615感測之低壓側電流而設定的運算放大器U110 (組件類型TS507)之輸入端5。具有內置式偏壓電阻器之電晶體U109 (組件類型RN4986)用以將由控制器1001供應之2.5 V切換至3.8 V供應以用於運算放大器U110。來自電晶體組件U109之電源供應線經由10 nF電容器C132連接至接地。此外,1 kΩ電阻器R130連接在運算放大器U110之正輸入端與接地之間,且412 kΩ電阻器R129連接在來自控制器1001之2.5 V輸入端與比較器U110之正輸入端之間。運算放大器U110之負端接收取決於跨電流感測電阻器615之電壓的電壓。串聯之電阻器R131及電容器C133提供對經由輸入端1301接收之電壓信號的濾波。另一電阻器R133 (在此實例中具有電阻97.6 kΩ)及10 nF電容器C134並聯連接於至運算放大器U110之負端的輸入端與運算放大器U110之輸出端之間,使得運算放大器以閉合迴路模式操作。
運算放大器U110用以將指示穿過電流感測電阻器615之電流的電壓信號I_SENSE輸出至控制器1001,且因此允許控制器1001判定經由電路600自DC電壓供應器118汲取之電流。
應注意,考慮到第一FET 608及第二FET 708以及電路600之拓樸,第一電感器線圈124及第二電感器線圈126相對於彼此之定相可經選擇,使得當正操作第一電感器線圈124時,防止足以引起感受器132之顯著加熱的電流在第二電感器線圈126中流動,且當正操作第二電感器線圈126時,防止足以引起感受器132之顯著加熱的電流在第一電感器線圈124中流動。
如上文所描述,第一FET 608及第二FET 708在斷開時有效地充當二極體608a、708a且因此可在其正向偏壓(亦即,FET並非完美開關)時傳導電流。因此,在實例中,電路600可經組配使得當第一電感器線圈124及電感器線圈126中之一者處於作用中以加熱感受器132時,跨另一非作用中電感器線圈感應之電壓並不使與非作用中電感器線圈相關聯之FET之本質二極體正向偏壓,而是使其反向偏壓。
經組配以回應於所偵測之電壓條件而控制電路600之切換結構608、708的上文所描述之控制結構的作用為:當第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中之一者處於作用中(亦即,其閘極驅動器623、723由控制器1001啟動)時,彼諧振器區段「自振盪」,而另一區段保持非作用中。亦即,諧振器區段601、701中之各別FET 608、708之切換以較高頻率重複,因為第一電壓條件(由比較器618偵測)使得FET自開啟切換至關閉,且第二電壓條件(由零電壓偵測器621偵測)使得FET自關閉切換至開啟。
控制器1001經組配以控制裝置100之感應加熱電路600,使得在任一時間僅第一電感器124及第二電感器126中之一者處於作用中。控制器1001經組配以在預定頻率下判定將啟動第一電感器124及第二電感器126中之哪一者。
在實例中,在裝置100之使用期間,控制器1001在預定頻率下(亦即針對多個預定時間間隔中之各者進行一次)判定將啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中的哪一者。在一個實例中,每當控制器1001判定將啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中之哪一者時,控制器1001可判定針對下一預定時間間隔之持續時間啟動彼諧振器區段以加熱感受器132。亦即,例如,在預定頻率(其可被稱作「中斷率」)為64 Hz之情況下,控制器1001可按1/64s之預定時間間隔判定將針對1/64s之下一持續時間啟動哪一諧振器區段601、701,直至控制器在下一1/64s時間間隔結束時進行關於哪一諧振器區段601、701之下一次判定為止。在其他實例中,中斷率可為例如20 Hz至80 Hz,或對應地,預定時間間隔可具有1/80s至1/20s之長度。為了判定將針對預定時間間隔啟動哪一電感器124、126,控制器1001判定應針對彼預定時間間隔加熱哪一感受器區132a、132b。在實例中,控制器1001參照感受器區132a、132b之所量測溫度來判定應加熱哪一感受器區132a、132b,如下文將描述。
圖14展示判定應針對特定預定時間間隔啟動二個諧振器區段601、701中之哪一者的實例方法之流程圖表示形態。在此實例中,控制器1001基於由第一電感器124加熱之第一感受器區132a的當前溫度T1及由第二電感器126加熱之第二感受器區132b的當前溫度T2判定將針對預定時間間隔啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中之哪一者。在一實例中,第一感受器區132a及第二感受器區132b之當前溫度T1及T2可藉由附接至感受器132之各區的各別熱電偶(未展示)來量測。熱電偶提供輸入至控制器1001,從而允許控制器1001判定溫度T1、T2。在其他實例中,其他適合之構件可用於判定感受器區132a、132b之各別溫度。
在區塊1051處,控制器1001判定溫度T1之當前值,且將此值與經配置以由第一電感器124加熱之第一區132a的目標溫度target1進行比較。第一區132a之目標溫度target1具有可在使用電路600之裝置之整個使用工作階段變化的值。舉例而言,可針對第一區界定溫度特徵曲線,從而界定target1在裝置100之整個使用工作階段中之值。
在區塊1052處,控制器1001執行與在區塊1051處阻斷第一電感器124所執行相同的操作,且判定第二區132b之當前溫度T2是否低於此時第二區132b之目標溫度target2。再次,第二區132b之目標溫度可由界定target2在整個使用工作階段中之值的溫度特徵曲線界定。第二區132b之溫度可類似於第一區132a藉由任何適合構件,諸如藉由熱電偶來量測。
若區塊1051及區塊1052處之答案皆為「否」,亦即二個感受器區132a、132b當前處於或高於其各別目標溫度target1、target2,則控制器1001判定針對下一預定時間間隔不應啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701。
若區塊1051處之答案為「否」且區塊1052處之答案為「是」,亦即第一區132a處於或高於其目標溫度target1但第二區132b低於其目標溫度target2,則控制器1001判定應針對下一預定時間間隔啟動第二諧振器區段701以加熱第二區132b。
若區塊1051處之答案為「是」且區塊1052處之答案為「否」,亦即第一區132a低於其目標溫度target1且第二區132b處於或高於其目標溫度target2,則控制器1001判定應針對下一預定時間間隔啟動第一諧振器區段601以加熱第一區132a。
若區塊1051處之答案為「是」且區塊1052處之答案為「是」,亦即第一區132a及第二區132b二者皆低於其各別目標溫度target1、target2,則控制器1001繼續至區塊1053。在區塊1053處,控制器1001有效地用以針對區132a、132b二者保持低於其各別目標溫度之各預定時間間隔交替啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701。
在一個實例中,為了交替地啟動第一諧振器區段601及第二諧振器區段701,在區塊1053處,控制器1001在一些實例中判定自工作階段開始是否已過去偶數個預定時間間隔。若自工作階段開始已過去偶數個預定時間間隔,則控制器1001判定應針對下一時間間隔啟動第一諧振器區段601。若自工作階段開始已過去奇數個預定時間間隔,則控制器1001判定應針對下一時間間隔啟動第二諧振器區段701。在其他實例中,應瞭解,控制器1001可交替地在已過去偶數個時間間隔時啟動第二諧振器區段701及在已過去奇數個時間間隔時啟動第一諧振器區段601。
在某些實例中,電路600經組配使得一旦諧振器區段601、701中之一者藉由在閘極驅動器623、624中之一者處接收信號1021或1022而啟動,彼諧振器區段601/701繼續操作,亦即自振盪,直至由控制器1001例如藉由提供不同信號至彼諧振器區段601/701之閘極驅動器來去啟動為止。因而,在判定於給定時間間隔期間啟動諧振器區段601、701中之哪一者後,為了起始此啟動,控制器1001可去啟動諧振器區段601、701中在前一時間間隔期間處於作用中之一者。
為了說明區塊1053之實例,其中以1/64s之時間間隔執行圖14中所展示之方法1050,若控制器1001判定二個區132a、132b低於其各別目標溫度target1、target2且自裝置100之使用工作階段開始已過去偶數個1/64s時間間隔,則控制器1001針對下一1/64s時間間隔啟動第一諧振器區段601,同時使第二諧振器區段701處於非作用中,在實例中,此操作要求控制器1001去啟動第二諧振器區段701。若在1/64s之此下一時間間隔之後,二個區132a、132b保持低於其各別目標溫度target1、taget2,則對於下一1/64s時間間隔,控制器1001啟動第二諧振器區段701,同時使第一諧振器區段601處於非作用中,在實例中,此操作要求控制器1001去啟動第二諧振器區段701。針對二個區132a、132b保持低於其各別目標溫度之各時間間隔,繼續啟動第一諧振器區段601與啟動第二諧振器區段701之間的此交替。
總之,方法1050具有從不同時啟動二個電感器124、126之效應。在判定需要啟動電感器124、126二者以使其各別區132a、132b達到目標溫度之情況下,控制器1001以預定頻率交替供應功率至電感器124、126,以使二個區132a、132b達到其各別目標溫度。因此可見,例如,在包含其中第一區132a實質上低於其目標溫度且第二區132b處於或高於其目標溫度之多個時間間隔的使用工作階段週期期間,方法1050具有可在接近此週期之100%內將功率供應至第一諧振器區段601的效應。然而,對於包含其中二個區132a、132b皆低於其目標溫度之多個時間間隔的使用工作階段週期,各電感器可在此週期之大致50%內接收功率。
如所提及,當二個區132a、132b皆處於其目標溫度時,可能不將功率供應至任一電感器。在某些實例中,在持續預定週期(諸如3、3.5、4或4.5分鐘)之加熱工作階段期間,電感器均可在大於約75%之時間或大於約80%之時間內不接收功率。換言之,二個電感器可在大於75%之時間或大於80%之時間內處於其目標溫度,使得不需要功率之恆定供應。取而代之,僅當區132a、132b之溫度降至其各別目標溫度以下時供應功率。在一特定實例中,加熱工作階段持續260秒之週期,且第一電感器124在加熱工作階段期間在總共約25秒內接收功率,且第二電感器線圈126在加熱工作階段期間在總共約19秒內接收功率。更一般而言,各電感器可在加熱工作階段期間在約7%至15%之時間內接收功率,意謂該等電感器操作約14%至30%之時間。
可將在各1/64s時間間隔內供應之功率判定為在此時間間隔期間跨DC供應器118之DC電壓與在該時間間隔期間自DC供應器118汲取之平均DC電流的乘積。在一特定實例中,當在一時間間隔期間操作一電感器時,功率可介於約15 W與約25 W之間,或更佳地約20 W與約23 W之間。
在此時間間隔期間由電感器消耗之能量係藉由功率與時間間隔之長度的乘積來判定。因此,在該時間間隔期間由電感器消耗的能量可介於約0.31 J與約0.36 J之間。當未操作電感器(由於區132a、132b處於其目標溫度)時,供應至該等電感器之功率及該等電感器消耗的能量可忽略。舉例而言,由電感器消耗的能量可低於約0.01 J。
第一電感器124及第二電感器126可統稱為加熱器/加熱總成。如上文所提及,假定電感器在加熱器工作階段期間僅啟動約25%之時間,則在工作階段期間由電感器消耗的總能量介於約1200 J與約1400 J之間。假定電感器在加熱器工作階段期間僅啟動約20%之時間,則由電感器消耗的總能量介於約1000 J與約1150 J之間。取決於加熱總成之該等特徵、環境及容納於裝置中之製品,由電感器消耗的總能量可介於約1000 J與約1400 J之間。
在一個實例中,DC供應器118 (亦即,電池)具有約3000 mAh之電池容量及約3至4 V之電壓,從而獲得約30,000J與約35,000J之間的容量。在一特定實例中,電池容量為約33,000 J。此允許DC供應器118在約25與30個加熱工作階段之間提供功率。
在一特定實例中,當裝置處於非作用中時,電流汲取為約0.1 mA。此電流汲取之大部分為由DC供應器118之電壓調節器汲取之靜態電流。在一實例中,調節器為2.5 V調節器。此電流中之一些可歸因於裝置中存在之任何額外供電積體電路,諸如與充電插口114相關聯之積體電路上的較小漏電流。假定電池具有約3.7 V之電壓,由裝置在其處於非作用中時消耗的功率可為約0.370 mW。較佳地,非作用中裝置100消耗低於約1 mW,或低於約0.5 mW,或低於約0.4 mW。
若控制器1001處於作用中,則電流汲取可為約3 mA。因此,控制器1001在使用中消耗約0.01 W。在一個實例中,控制器1001具有16 MHz時脈。較佳地,控制器1001消耗低於約0.05 W,或低於約0.03 W,或低於約0.01 W。
裝置100亦可包含視覺指示器,諸如多個LED。如上文簡要地提及,圖2展示第二印刷電路板138。4個LED安裝於第二印刷電路板138上。LED可發光以向使用者指示某些事件,諸如當裝置可供使用時。各LED在處於最大亮度或強度時可汲取約2mA之電流。當所有4個LED均處於最大亮度時,其消耗約0.03 W之合併功率。較佳地,視覺指示器消耗低於約0.05 W,或低於約0.04 W,或低於約0.03 W。舉例而言,LED可在加熱工作階段期間發光。
因此,在加熱工作階段期間,加熱總成可消耗約15 W至約25 W。裝置內之其他電氣組件(亦即,除電感器124、126以外的所有組件)可消耗約0.04 W之總功率(約0.03 W用於LED,且約0.01 W用於電壓調節器、控制器1001及其他漏電流)。較佳地,電氣組件之功率消耗低於約0.1 W,或低於約0.05 W。
在以上實例中,將瞭解,功率將隨電池118之電壓改變。在以上實例中,假定電池118之電壓為約3.7 V。
在一實例中,電氣組件之功率消耗低於加熱總成(亦即,電感器)之功率消耗之約0.5%。較佳地,電氣組件之功率消耗低於加熱總成之功率消耗之約0.2%。舉例而言,加熱總成(亦即,電感器)之功率消耗可為約20 W,且其他電氣組件之功率消耗為約0.04 W。因此,電氣組件之功率消耗為加熱總成之功率消耗之約0.2%。
在實例中,控制器1001亦經組配而以在實例中與執行方法1050之預定時間間隔相一致的預定時間間隔判定自DC供應器118供應至諧振器區段601、701中之一者的功率。
如上文所描述,詳言之,參看圖9至圖11,為了控制第一諧振器區段601及第二諧振器區段701中之哪一者在任一時間處於作用中,控制器1001以及傳輸開始信號1001以起始電路600之操作經組配以選擇性地傳輸第一加熱器操作信號1011至第一閘極驅動器623來啟動第一諧振器區段601或傳輸第二加熱器操作信號1012至第二閘極驅動器723來啟動第二諧振器區段701。
舉例而言,當控制器1001起始電路600之操作且控制器1001傳輸第一加熱器操作信號1011時,電路600如上文所描述操作以啟動第一電感器124來加熱第一感受器區132a。當控制器1001傳輸第二加熱器操作信號1012時,電路600用以啟動第二電感器126來加熱第二感受器區132b。若控制器1001既不傳輸第一加熱器信號1011也不傳輸第二加熱器信號1012,則既不啟動電感器124、126,也不加熱感受器132。
控制器1001經組配以基於供應至電路600之功率之量測與目標功率的比較來控制自DC電壓供應器118供應至電路600以供感受器132之感應加熱的功率。控制器1001經組配以藉由控制電路600之切換結構,亦即藉由控制FET 608、708之切換來控制供應至電路600之功率。控制器1001可藉由設定控制電壓1031來控制FET 608、708之切換,控制電壓1031決定在FET 608、708斷開之前允許在對應於彼FET 608、708之電感器124、126中累積的DC電流。
圖15展示由控制器1001執行以控制供應至電路600之功率的實例方法1100。在區塊1101處,控制器1001判定自DC供應器118供應至電路600的功率P。舉例而言,控制器1001可判定在前一預定時間間隔期間供應至電路600的功率之平均值。在實例中,在一時間間隔期間供應至電路600的功率P可藉由量測跨諧振器區段601、701中之給定者的電壓及經驅動穿過該諧振器區段的DC電流來判定。控制器1001隨後可判定跨諧振器區段601、701中之給定者之電壓與穿過該諧振器區段之DC電流的乘積,以判定供應至彼諧振器區段601、701之功率P。
在實例中,經判定之功率P為在預定時間間隔內自DC供應器118供應之平均功率,其可藉由判定跨DC供應器118之平均DC電壓與在前一時間間隔內自DC供應器118汲取之平均DC電流的乘積來判定。
在實例裝置100中,DC供應器118為連接至控制器1001的電池,且控制器1001則將DC供應器118之電壓輸出至電路600。控制器1001經組配以判定由電池118供應之DC電壓。自電池118汲取之電流係藉由電流感測設備1300之操作來判定。控制器1001每1/64s時間間隔判定一次DC電壓及DC電流。DC電壓可被視為在此短時間週期內基本上恆定。然而,電流以取決於接通及斷開電路之快速切換速率之速率變化。在一些實例中,如上文所描述,此為約300 kHz。如上文參看圖13所描述之電流感測設備1300輸出信號I_SENSE,信號I_SENSE經濾波以移除此約300 kHz之信號。因此,1/64s時間間隔中之平均DC電流係藉由對此經濾波信號I_SENSE進行量測來獲得,且I_SENSE之量測係剛好在1/64s時間間隔結束之前進行,以便允許來自濾波器之信號穩定。控制器1001藉此獲得1/64s時間間隔中之DC電壓及DC電流量測且可計算該等值之乘積以獲得經判定功率P。此經判定功率P可被視為在1/64s時間間隔內由DC供應器118供應之功率的平均值。
在區塊1102處,將在區塊1101處判定之所供應功率P與目標功率進行比較。在經判定功率P為預定時間間隔內之平均功率的情況下,目標功率為相同時間間隔內之目標平均功率。在一個實例中,目標功率為針對在預定時間間隔內供應之平均功率的目標且可具有10與25 W之間或15與23 W之間或約20 W的值。在此實例中,目標功率為例如20至21 W或15至25 W之範圍。因此,在區塊1102處,控制器1001可將在區塊1101處判定之所供應功率值P與目標範圍進行比較,且判定所供應功率係低於該範圍、處於目標範圍內抑或高於目標範圍。舉例而言,在目標範圍為20至21 W之情況下,在區塊1102處,控制器1001判定P<20 W,抑或20 W≤P≤21 W,抑或P>21 W。
基於所供應功率P與目標範圍之比較,控制器1001判定是否及如何調整用於下一預定時間間隔之功率,其目的在於使在下一預定時間間隔期間供應至作用中電感器124或126之實際功率接近目標功率範圍。亦即,若所供應功率P低於目標範圍,則控制器1001判定增加在下一預定時間間隔內供應至電路600之功率。若所供應功率P高於目標範圍,則控制器1001判定減小在下一預定時間間隔內供應至電路600之功率。若所供應功率P低於目標範圍,則控制器1001判定不調整在下一預定時間間隔內供應至電路600之功率。
歸因於上文所描述之電路600之組配,用於給定預定時間間隔之所供應功率P係取決於用於彼時間間隔之控制電壓1031之值。列舉第一諧振器區段601處於作用中之一個1/64s時間間隔之實例,此1/64s時間間隔包含許多重複循環,該等循環包含電壓軌跡800之區段800a至800e及其重複。對於在時間週期t1
至t0
期間之各循環,允許諧振器區段601諧振,且由於此週期FET 608關閉,故不經由第一諧振器區段601自DC供應器118汲取功率。因此,在給定1/64s時間間隔期間自DC供應器118汲取以對諧振器區段601供電的大體上所有功率係在電感器124正由電流「供能」,亦即FET 608開啟的t0
與t1
之間的週期期間汲取的。t1
與t0
之間的時間係藉由第一諧振器區段601之諧振頻率來判定。此諧振頻率可至少在整個給定1/64s時間間隔內保持大體上恆定(但歸因於對線圈及感受器溫度以及電池電壓之依賴性,可在電路600之操作週期內變化)。時間t0
至t1
之長度係藉由控制電壓1031之值以及由DC供應器118供應之DC電壓及第一諧振器區段601之電阻與電感(其適用於第二諧振器區段701)來判定。亦即,對於給定DC供應電壓,控制電壓1031設定允許在t0
與t1
之間累積於電感器124中的電流I1
,但在DC供應電壓降低之情況下,累積I1
之給定值所需的時間增加。因而,在1/64s時間間隔期間供應的平均功率係取決於控制電壓1031之值。
因此,在實例中,為了控制在下一時間間隔期間供應至電路600之功率,控制器1001設定用於下一時間間隔之控制電壓1031之值。在實例中,對於在諧振器區段601、701中之一者處於作用中的預定時間間隔內之給定DC供應118,控制電壓1031之正值越大,使得遞送至電路600之功率P的值越大。因此,在此等實例中,在控制器1001判定在上一時間間隔內供應之功率P高於目標範圍的情況下,控制器1001降低用於下一時間間隔之控制電壓1031。在控制器1001判定在上一時間間隔內供應之功率P低於目標範圍的情況下,控制器1001增加用於下一時間間隔之控制電壓1031。並且,在控制器1001判定在上一時間間隔內供應之功率P高於目標範圍的情況下,控制器1001使控制電壓1031在下一時間間隔保持不變。
應注意,在以上方法1100之一個實例中,在區塊1101處判定之所供應功率P為供應至諧振器區段601、701中之一特定者的功率。舉例而言,功率P可藉由量測跨第一諧振器區段601之電壓及穿過第一諧振器區段601之DC電流來判定。在此類實例中,其為供應至第一諧振器區段601之功率P,其用於控制控制電壓1031。亦應注意,在一些實例中,對於給定控制電壓1031,當各別諧振器區段601、701處於作用中時供應至電感器124、126中之各者之功率可不同。舉例而言,此可係由於電感器124、126具有不同值之電感或DC電阻,或二個諧振器區段601、701之電容不相等。因此,在此實例中,在給定預定時間間隔期間,超出目標功率範圍之目標功率可供應至第二諧振器區段701,但由於控制電壓1031係基於供應至第一諧振器區段601之功率P來控制,故在此實例中,控制器1001可不調整控制電壓1031。
舉例而言,對於給定值之控制電壓1031,控制器1001可在區塊1101處判定在給定時間間隔內將20 W之平均功率供應至第一諧振器區段601,在此實例中,目標電壓為20至21 W。在區塊1102處,控制器1001判定所供應電壓在目標範圍內,且因此,控制器1001判定不調整控制電壓1031。考慮到下一預定時間間隔,控制器1001判定(藉由實例方法1050)啟動第二諧振器區段701而不啟動第一諧振器區段601。對於給定值之控制電壓1031,在此實例中,歸因於第一諧振器區段601及第二諧振器區段701之電學特性差異,遞送22.5 W。然而,在此實例中,在區塊1102處,控制器1001比較遞送至第一諧振器區段601之功率P之上一量測值,且因此判定在區塊1103處不調整控制電壓1031。因而,在方法1100之一實例中,供應至電路600之實際功率可超出目標範圍。然而,此可允許藉由僅量測供應至諧振器區段601、701中之一者的功率P來控制供應至電感器124、126之功率。若例如諧振器區段601、701及其組件具有大致類似之電學特性,則此可提供將供應至電路600之功率維持於可接受範圍內的簡單且有用之解決方案。
如上文所提及,在一些實例中,DC供應器118為具有約2至10 V或3至5 V,或在一個實例中約4.2V之電壓的電池。在一些實例中,由DC供應器118產生之DC電壓可在操作電路600之時間內改變,例如減小。舉例而言,在DC電壓源118為電池之情況下,電池最初可供應4.2V之電壓,但由電池供應之電壓可隨著電池消耗而降低。因此,在給定週期之後,DC電壓源118可供應例如3.5 V,而非初始之4.2 V。
如上文所描述,在給定供應電壓下,控制電壓1031之值控制允許在各別FET 608/708斷開之前累積於作用中電感器124/126中的電流量。自DC電壓供應器118供應功率以藉由允許DC電流在FET 608、708開啟時累積而對作用中電感器124/126「供能」。亦如上文所描述,電流累積至引起FET 608/708之切換的值的時間t1
係取決於DC電壓供應。因此,舉例而言,若由DC供應器118供應之電壓降低,則電流累積於電感器線圈124中之速率降低,從而導致供應至電路600之功率P降低。
實例方法1100可提供即使在自DC供應器118供應之電壓變化的情況下亦可維持的目標功率。亦即,由於實際供應功率P經判定且用於控制控制電壓1031,故控制器1001可用以藉由調整控制電壓1031來維持目標功率。舉例而言,在電池位準已耗盡的情況下,控制器1001量測到在給定控制電壓1031下供應至電路600之功率P已降低,且控制器1001用以藉由增加控制電壓1031來增加供應至電路之功率P。因而,可在用於為電路600供電之電池消耗時維持目標功率位準。此為有利的,因為維持目標功率位準可提供感應加熱電路600之最佳操作效率。舉例而言,無論供應電壓如何,使所供應之功率維持大體上恆定允許可氣溶膠化材料110a之恆定加熱。類似地,無論電路中可影響遞送之功率量的其他變化因素如何,實例方法1100提供大體上恆定之功率,該等因素諸如當感受器132溫度升高時電路600上由感受器132提供之不同負載。此例如藉由提供至第一次吸吐的一致時間,亦即啟動裝置100與準備好提供由使用者吸入之氣溶膠之間的一致時間來為消費者提供始終良好之體驗。
在另一實例中,控制電壓1031之控制所基於的經量測功率值P在使用工作階段期間改變。舉例而言,在特定使用工作階段期間,對於使用工作階段之第一部分(例如使用工作階段之約前60s),溫度特徵曲線可使得第一電感器124首先處於作用中,而第二電感器126處於非作用中。對於使用工作階段之此第一部分,可適合於使控制電壓1031之控制基於遞送至第一諧振器區段601之功率的量測。然而,在工作階段後期,再次例如歸因於工作階段之溫度特徵曲線,第二電感器126可首先處於作用中,而第一電感器124在較少時間內處於作用中。因此,對於使用工作階段之第二部分(例如在約60s之後),可能有利的是基於遞送至第二諧振器區段701之功率的量測來控制控制電壓1031。因此,控制器1001可自使控制電壓1031之控制基於供應至第一諧振器區段601之功率的量測切換至使控制電壓1031之控制基於供應至第二諧振器區段701之功率的量測。以此方式,可在整個使用工作階段更密切地保持目標功率,因為例如控制電壓1031係基於遞送至作用中電感器124、126之實際功率與目標功率範圍之比較而設定。
在一些實例中,在控制器1001於區塊1103處判定應調整功率的情況下,控制器1001可按預定步驟調整控制電壓1031。舉例而言,控制器1001可經組配以針對每個預定時間間隔將控制電壓1031調整預定量。在控制器1001於區塊1102處判定所供應功率P低於目標功率範圍的情況下,控制器1001可針對下一預定時間間隔將控制電壓1031增加預定伏數。反之,在控制器1001於區塊1102處判定所供應功率高於目標功率範圍的情況下,控制器1001可在下一預定時間間隔將控制電壓1031增加預定量。
在上文尤其參看圖12所描述之實例中,控制電壓1031係藉由脈衝波調變信號PWM_DAC產生。如上文所描述,信號PWM_DAC在2.5 V下具有矩形波形。信號PWM_DAC之工作信號可由控制器1001控制,控制器1001針對PWM_DAC工作循環設定0至800之值,此值在0處對應於0%之工作循環且在800處對應於100%之工作循環。濾波時之信號PWM_DAC提供大體上恆定之控制電壓1031,且因此PWM_DAC信號之工作循環的0至800之設置提供具有0至2.5 V之量值的控制電壓1031。在此實例中,控制器1031可針對各預定時間間隔將PWM_DAC信號之工作循環設置調整設定量,諸如8/800,或保持該設置不變。在另一實例中,控制器1001可提供待藉由一些其他方式調整的控制電壓1031,且若控制器1001判定控制電壓1031應進行調整,則控制器1001可針對下一預定時間間隔將控制電壓1031調整控制電壓1031之最大值的例如1%或2%或5%。
在一些實例中,當電路600之操作由控制器1001起始,例如以開始包含電路600之裝置100的使用工作階段時,控制電壓1031經設定為預定初始值。在一個實例中,在電路600之設置期間判定與目標功率位準對應的控制電壓1031之值(例如,產生控制電壓1031之此值的信號PWM_DAC之工作循環設置)。亦即,可針對控制電壓1031之數個值判定(例如量測或理論上判定)遞送至電路600之功率,例如以產生校準曲線。隨後可判定對應於目標功率的控制電壓1031之值。在一個實例中,DC供應器118可供應4.2V,且為達成20W之目標功率,控制器1001可在實例校準中判定約344/800之PWM_DAC信號設置之工作循環的值。
在一個實例中,控制器1001經組配以將控制電壓1031設定於初始值,該初始值係基於控制電壓1031之此經判定值。舉例而言,判定控制電壓1031的PWM_DAC之工作循環之初始值可設定為對應於目標功率之經判定值的一半。舉例而言,在發現對應於目標功率之控制電壓1031之工作循環設置為344/800的情況下,控制器1001可開始該工作階段,其中該設置經設定為152/800,且對於各預定時間間隔將該設置增加預定量,直至經量測功率P在目標範圍內為止。此可具有如下效應:在使用工作階段開始時,所遞送之功率遠低於目標功率,且所遞送之功率隨後可斜升(藉由由控制器1001使控制電壓1031斜升),直至其達到目標功率範圍為止。所遞送之功率之此初始斜升可在電路600之操作中提供改良安全性,從而防止感受器在工作階段開始時過熱且允許電路600對如由控制器1001判定的所供應實際功率作出回應。
在一個實例中,預定時間間隔與判定啟動第一電感器124及第二電感器126中之哪一者的方法1050中控制器1001所使用的預定時間間隔相同。在一個此實例中,如上文所提及,預定時間間隔之長度為1/64s。預定時間間隔之長度(或等效地,中斷率)可經選擇以提供有利時間間隔,控制器可按該有利時間間隔監測電路且相應地調整參數。舉例而言,可使用64 Hz或大致10至100 Hz之範圍內的中斷率。在此等實例中斷率下,控制器1001可能以足夠高之速率量測感受器區之溫度的升高,使得其可判定在感受器132之區132a、132b可升高至遠高於其目標溫度之前停止由特定電感器124、126加熱。類似地,關於中斷率所給出之實例可提供有利頻率,控制電壓1031可在該有利頻率下經調整以允許將供應至電感器124、126之功率適當地控制於安全目標範圍內。
在電路600之操作方法的一實例中,供控制器1001在控制遞送至電路600之功率時使用的目標功率係基於計劃使用工作階段之特徵而預定的。舉例而言,目標功率範圍可在整個使用工作階段中加以調整。
圖16展示使用工作階段之一部分的溫度特徵曲線target1之示意性實例,溫度特徵曲線target1在此實例中為單一感受器區132a之目標溫度。在此實例中,最初在使用工作階段之該部分的第一部分1201處,第一區132a實質上低於其目標溫度target1。在此第一部分1201處,電路600操作以使第一區132a達至目標溫度target1。在使用工作階段之此實例部分,目標功率P1可具有例如20至21 W之值範圍。在工作階段之第一部分1201期間的目標功率可相對高,以便使感受器132且因此使可氣溶膠化材料110a快速達至適合於產生供使用者吸入之氣溶膠的溫度。
隨著使用工作階段進行,第一區132a實質上達到其目標溫度target1。使用工作階段之第二部分1202可經界定為在第一區132a達到其目標溫度target1之後不久開始。舉例而言,對於使用工作階段之此部分1202,第一區132a可實質上處於其目標溫度target1,例如250℃,且可根據方法1050維持在目標溫度target1下。類似地,儘管此未展示於圖16中,但第二區132b可藉由方法1050維持在其自身的目標溫度target2下(且第二區132b之目標溫度target2可界定的溫度特徵曲線不同於由target1界定之溫度特徵曲線)。
在第一區132a實質上達到溫度target1之後的使用工作階段中之部分1202的特徵可在於:控制器1001操作以維持第一區132a(或二個區132a、132b)之溫度,而不是如同第一部分1201中一般使第一區132a之溫度達至其目標值target1。因而,在使用工作階段之部分1202期間,相較於使感受器區132a達至目標溫度target1所需的功率,可能需要將相對小之功率供應至感受器區132a以維持目標溫度target1。在使用工作階段之第二部分1202處,可有利的是使目標功率P1之值相較於其在部分1201中之值降低。在一個實例中,目標功率位準P1在使用工作階段之部分1202期間可自部分1201中之20至21 W降低至約15 W。以此方式降低目標功率P1在一些實例中可為有利的,因為藉由使用較低功率,可降低電路中之能量損耗,且因此效率可增加。
對於使用工作階段之第三部分1203,目標溫度target1之值為0,亦即不啟動第一電感器124。此時,若使用工作階段已結束,則目標功率P1亦可降低至0,或若第二電感器126仍被啟動,則目標功率P1可在第二電感器126被啟動時保持於非零值。因此,目標功率可考慮二個區132a、132b在使用工作階段中之任一點處的溫度特徵曲線。若使用工作階段之一部分例如需要區中之一者的溫度顯著升高,則相對高之目標功率可為適當的。反之,對於區132a、132b皆不需要大量加熱的使用工作階段之部分,可使用相對低之目標功率。
如上文所提及,在使用工作階段之某些週期期間使用較低功率位準可提供可在工作階段之持續時間內達成能量節省的優勢。舉例而言,在目標功率位準自第一週期中之20至21 W降低至第二週期中之約15 W的情況下,在一些實例中,可歸因於在較低功率下操作時電路600中之能量損耗降低而達成約5-10%的能量節省。在一個實例中,在長度約260s之典型工作階段的過程中,在工作階段之整個持續時間內將目標功率維持於約20 W可產生約1000 J之能量使用。然而,在第一區132a首次達到其設定溫度後將目標功率降低至約15 W及在大體上相同長度的工作階段之剩餘部分內將目標功率位準維持於15 W可產生900與950 J之間的能量使用。在實例中,供裝置使用之幾乎所有功率係歸因於經供應以加熱感受器132之能量。除加熱電路外的例如LED指示器及微控制器之電氣組件的功率使用可小於約0.1 W,且在一些實例中可小於約0.01 W。
本文所描述之某些方法可藉助於可儲存於非暫時性儲存媒體上之非暫時性電腦程式碼實施。舉例而言,在某些實例中,控制器1001可包含有包含儲存於其上之一組電腦可讀指令的非暫時性電腦可讀儲存媒體及用以在由控制器1001執行時執行本文所描述之方法的處理器。控制器1001可包含一或多個處理器。舉例而言,在一些實例中,如上文所描述,控制器1001為可規劃微處理單元。控制器1001可包含儲存媒體,該儲存媒體包含例如呈電腦程式碼形式之一組機器可讀指令,該等指令在由控制器1001執行時引起執行本文所描述之方法。
應注意,儘管上文已描述包含二個電感器線圈之電路,但上文所描述之諸如用於控制感應加熱電路中供應之功率的態樣可應用於具有不同數目個線圈,諸如一或二個以上線圈的電路。此外,雖然本文中之描述內容已描述包含電感器線圈之感應電路,但本文所描述之態樣可同樣適用於使用具有電感且適合於產生變化磁場以加熱感受器結構的其他類型之感應元件的感應電路。另外,儘管已關於感應加熱描述了電路,但關於電氣組件及加熱組件之功率消耗的特徵同樣適用於使用電阻加熱之實施例。
以上實施例應瞭解為本發明之說明性實例。設想本發明之其他實施例。應瞭解,關於任一實施例所描述之任何特徵可單獨使用或結合所描述之其他特徵使用,且亦可結合任何其他實施例或任何其他實施例之任何組合的一或多個特徵使用。此外,亦可在不脫離隨附申請專利範圍界定的本發明之範疇的情況下採用上文中未描述之等效物及修改。
2,6,1301,D,IN,VCC,VDD,XREF:輸入端
3,5:連接
4,Q,OUT:輸出端
100:氣溶膠供給裝置
102:外殼,外罩
104:開口
106:第一末端部件
108:封蓋,帽蓋
110:製品
110a:氣溶膠產生材料
112:使用者可操作控制元件,開關,使用者控制件
114:插口,埠
116:第二末端部件
118:電源,DC電壓源,DC電壓供應器
118a:正端
118b:負端
120:中心支撐件
122:電子模組,PCB
124:第一電感器線圈,第一電感器
126:第二電感器線圈
128:隔離部件
130:末端
130a,606a,610a:第一末端
130b,610b:第二末端
132:感受器結構,感受器
132a:第一感受器區
132b:第二感受器區
134,158:縱向軸線
136:支撐件
138:第二印刷電路板
140:第二封蓋/帽蓋
142:彈簧
144:膨脹腔室
146:固持夾片
150,152:距離
154,156:壁厚
600:感應加熱電路
600A:第一節點
600B:第二節點
600C:第三節點
600D:第四節點
600E:第五節點
601:第一諧振器區段
606:第一電容器
608:第一FET
608a:第一二極體
608D,708D:汲極端
608G,708G:閘極端
608S,708S:源極端
610:第二電容器
615:電流感測電阻器
616:接地
617a,617b:第二電阻器
618:電壓比較器
619:控制電壓線
621:零電壓偵測器
621a:邏輯電源供應,信號
622:正反器
623:第一閘極驅動器
700A,700B,700C,1500A,1500B:節點
701:第二諧振器區段
701B:共同節點
706:第三電容器
708:第二FET
710:第四電容器
723:第二閘極驅動器
725:第一小信號二極體
726:第二小信號二極體
800:軌跡
800a:第一區段
800b至800d:第二區段
800f:第三區段
800g:第四區段
800h:第五區段
801:位準
1001:控制器
1011,1021:信號
1012:控制信號
1031:控制電壓
1050,1100:方法
1051,1052,1053,1101,1102,1103:區塊
1201:第一部分
1202:第二部分
1300:電流感測設備
A:箭頭
C108,C111,C112,C115,C116,C119,C120,C121,C127,C128,C132,C133,C134:電容器
I1:電流
L1:電感
P:功率
P1:目標功率
R111:上拉電阻器
R114,R115,R116,R118,R120,R121,R123,R124,R125,R128,R129,R130,R131,R133:電阻器
t,t0,t1:時間
T1,T2:當前溫度
target1,target2:目標溫度
U103:反相器閘極
U109:電晶體
U110:運算放大器
圖1展示氣溶膠產生裝置之實例之正視圖;
圖2展示移除外罩的圖1之氣溶膠產生裝置之正視圖;
圖3展示圖1之氣溶膠產生裝置之橫截面圖;
圖4展示圖2之氣溶膠產生裝置之分解視圖;
圖5A展示氣溶膠產生裝置內之加熱總成之橫截面圖;
圖5B展示圖5A之加熱總成之一部分之近視圖;
圖6展示用於圖1至圖5B之氣溶膠產生裝置的實例感應加熱電路之示意性表示形態;
圖7A展示穿過圖6之實例感應加熱電路之電感器的電流之示意性表示形態;
圖7B展示跨圖6之實例感應加熱電路之電流感測電阻器的電壓之示意性表示形態;
圖8展示跨圖6之電路之切換結構的電壓之示意性表示形態;
圖9展示用於圖1至圖5B之裝置的實例感應加熱電路之另一示意性表示形態;
圖10至圖13展示用於由先前圖式表示之實例感應加熱電路的實例控制結構之各個部分;
圖14展示控制實例感應加熱電路之態樣的實例方法之流程圖表示形態;
圖15展示控制實例感應加熱電路之態樣的另一實例方法的流程圖表示形態;以及
圖16展示電感器之溫度及將在實例感應加熱電路之操作期間供應至電感器的目標功率的示意性表示形態。
118:電源,DC電壓源,DC電壓供應器
118a:正端
118b:負端
124:第一電感器線圈,第一電感器
130a,606a,610a:第一末端
130b,606b,610b:第二末端
132a:第一感受器區
600:感應加熱電路
600A:第一節點
600B:第二節點
600C:第三節點
600D:第四節點
600E:第五節點
601:第一諧振器區段
606:第一電容器
608:第一FET
608a:第一二極體
608D:汲極端
608G:閘極端
608S:源極端
610:第二電容器
615:電流感測電阻器
616:接地
617a,617b:第二電阻器
618:電壓比較器
619:控制電壓線
621:零電壓偵測器
622:正反器
623:第一閘極驅動器
1001:控制器
1011、1021:信號
1012:控制信號
1031:控制電壓
Claims (13)
- 一種氣溶膠供給裝置,其包含: 多個電氣組件; 一加熱總成,其包含用於加熱氣溶膠產生材料之一加熱組件;以及 一電池,其用以向該多個電氣組件以及該加熱總成供電; 其中,在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於約0.25 W。
- 如請求項1之氣溶膠供給裝置,其中該多個電氣組件之該功率消耗低於約50 mW。
- 如請求項2之氣溶膠供給裝置,其中該多個電氣組件之該功率消耗低於約40 mW。
- 如前述請求項中任一項之氣溶膠供給裝置,其中該多個電氣組件包含一控制器,且當該控制器處於作用中時,該控制器之該功率消耗係介於約10 mW與約20 mW之間,且當該控制器處於非作用中時,該多個電氣組件之該功率消耗低於約0.5 mW。
- 如前述請求項中任一項之氣溶膠供給裝置,其中該多個電氣組件包含多個LED,且其中各LED在最大強度下具有低於約10 mW之一功率消耗。
- 一種氣溶膠供給裝置,其包含: 多個電氣組件; 一加熱總成,其包含用於加熱氣溶膠產生材料之一加熱組件;以及 一電池,其用以向該多個電氣組件以及該加熱總成供電; 其中,在使用中,該多個電氣組件之功率消耗低於該加熱總成之功率消耗之約1%。
- 如請求項1至6中任一項之氣溶膠供給裝置,其中在使用中,該加熱總成之該功率消耗係介於約15 W與約25 W之間。
- 如請求項1至7中任一項之氣溶膠供給裝置,其中該電池具有介於約30000 J與35000 J之間的一電池容量。
- 如前述請求項中任一項之氣溶膠供給裝置,其中該加熱總成經組配以操作約3分鐘至約5分鐘之一週期,且經配置以在該週期期間消耗約1000 J至約1400 J。
- 如請求項1至9中任一項之氣溶膠供給裝置,其中該加熱總成進一步包含至少一個經組配以加熱該加熱組件的線圈。
- 如請求項10之氣溶膠供給裝置,其中該加熱總成包含經組配以加熱該加熱組件之一第一線圈以及一第二線圈。
- 如請求項1至11中任一項之氣溶膠供給裝置,其中在使用中,該裝置之一外表面保持低於約48℃。
- 一種氣溶膠供給系統,其包含: 如請求項1至12中任一項之氣溶膠供給裝置;以及 包含氣溶膠產生材料之一製品。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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