TWM601481U - 用於電子菸的短路偵測電路 - Google Patents

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TWM601481U
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曾欽煌
許文彬
賴惠林
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正崴精密工業股份有限公司
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Abstract

本創作公開一種用於電子菸的短路偵測電路，其包括一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、一監控單元、一控制單元與一加熱單元。該MOSFET的一汲極輸出一加熱電流。該監控單元接收一電池電壓，並耦接至該MOSFET的一源極。該控制單元耦接至該MOSFET的一閘極，並調整該加熱電流。該加熱單元耦接至該MOSFET以接收該加熱電流。

Description

用於電子菸的短路偵測電路
本創作涉及一種短路偵測電路，且特別是關於一種用於電子菸的短路偵測電路。
電子菸是一種透過電池供電驅動霧化器，透過加熱菸彈以產生菸霧的裝置。
現有的電子菸可能會用維持固定電壓或固定電流的方式去自動調整溫度，但是這樣的調節效果穩定度不佳。
然而，若電子菸中無任何溫度調節措施，則當溫度過高時，菸油中會產生對人體有害的物質，同時也浪費能源，且不固定的溫度也讓使用者每口吸入的菸霧溫度與感受不一致，導致體驗感不佳。
因此，需要提出能在電池電壓改變的情形下維持溫度，改善菸彈加熱品質的方法。
有鑑於用電池提供的電壓去加熱菸彈時，由於電壓會隨著電池電力下降，導致加熱效果降低。本創作是透過軟體讀取電池電壓後，根據所讀取的電池電壓給加熱菸彈的加熱器不同的脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)電壓去維持菸彈的加熱品質。
為了實現以上目的，本創作公開一種用於電子菸的短路偵測電路，其包括：一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、一監控單元、一控制單元與一加熱單元。該MOSFET的一汲極輸出一加熱電流。該監控單元接收一電池電壓，並耦接至該MOSFET的一源極。該控制單元耦接至該MOSFET的一閘極，並調整該加熱電流。該加熱單元耦接至該MOSFET以接收該加熱電流。
承上所述，本創作所公開的短路偵測電路能達到輸出恆壓加熱達到加熱霧化過程的恆溫效果，並能判斷是否短路，進行短路保護，以提供使用者舒適與安全的體驗。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，可以透過本創作所公開實現的效果不限於上文具體描述的內容，並且從以上結合附圖的詳細描述中將更清楚地理解本創作的優點。
為詳細說明本創作之技術內容、構造特徵、所達成的目的及功效，以下茲例舉實施例並配合圖式詳予說明。
請參照第一圖與第二圖，第一圖是根據本創作一實施例的用於電子菸的短路偵測電路1的方塊圖，第二圖是根據第一圖實施例的用於電子菸的短路偵測電路的電路圖。
如第一圖所示，短路偵測電路1包括： MOSFET 10、控制單元11、加熱單元12以及監控單元13。使用該短路偵測電路1的電子菸由一電池(未顯示於圖中)供電。
如第二圖所示，此處的MOSFET 10較佳是P型MOSFET，其供電的電壓V_BAT經電阻R9與電阻R10被輸入至該監控單元13。該MOSFET 10的一源極處接收一加熱電流I_HEAT，並經汲極將I_HEAT’傳入該加熱單元12。
該控制單元11通過電阻R6耦接至該MOSFET 10的一閘極，且傳輸一PMW值至該MOSFET 10。該加熱單元12耦接至該MOSFET 10的一汲極，並通過電阻R25與R5接收一對應的加熱電流I_HEAT’。
另外，一般電子菸會使用控制單元11中的微控制器(未顯示於圖中)輸出PMW信號給脈寬調變控制電路(未顯示於圖中)來調整輸出電壓，也就是加熱電壓V_HEAT。
在此實施例中，根據以下的一對應表（表1），該電池電壓V_BAT會對應該PWM值。
表1
V_BAT PWM值
3.0 111
3.3 560
3.6 871
當該加熱電流I_HEAT變大時，控制單元11調整MOSFET 10的該汲極的對應該加熱電壓V_HEAT的一PWM值，讓該PWM值變小以減少該加熱電流I_HEAT。
在本實施例中，透過監控單元13中的韌體程式讀取該電池電壓V_BAT，並根據該電池電壓V_BAT，例如3.0V，而該控制單元11會傳送表1中對應的PWM值，例如111，達到用穩定電壓去維持電子菸的加熱品質。
此時，該監控單元13透過加熱電流I_HEAT監控該加熱單元12的加熱溫度。 當加熱溫度升高時、加熱電流I_HEAT變大，將調整該MOSFET 10輸出的PWM頻寬讓其變窄，以減少該加熱電流I_HEAT，讓加熱溫度自動調降同時仍保有電子菸的加熱品質。
同樣地，當加熱電流I_HEAT過大，或當該加熱電壓V_HEAT大於一臨界值時，在此實施例中為1V，此數值只是用於舉例，而非用於限制本創作，監控單元13中的韌體程式將會判斷在輸出處有短路現象，則該控制單元11會將該MOSFET 10關閉以防止該電池電壓繼續通往菸彈以進行短路保護。
舉例來說，供電給該短路偵測電路1的電子菸的電池，其一開始的供電電壓是V_BAT=3.6V，且供電電流流經電阻R9與電阻R10至該監控單元13。該MOSFET 10(此處是P型MOSFET)的源極處從該監控單元13接收一加熱電流I_HEAT。該加熱單元12接收MOSFET 10的汲極處通過電阻R25與R5流出的電流I_HEAT’，並經電阻R7與電阻R4產生加熱電壓V_HEAT，同時MOSFET 10閘極會流出對應的電流I_HEAT’’，通過電阻R6流至該控制單元11中。
根據上述的表1，該電池電壓V_BAT會對應一PWM值PWM。例如，當V_BAT為3.6V時，PWM值為871。而隨著時間電池電力變弱，電池電壓減弱為3.3V的V_BAT1時，其對應的PWM值變為PWM1=560，同時對應的加熱電壓變為V_HEAT1，而加熱電流變為I_HEAT1。
同樣地，當電池電壓變為大小為3.0V的V_BAT2時，PWM值變為PWM2=111，同時對應的加熱電壓變為V_HEAT2，而加熱電流變為I_HEAT2。
雖然在使用過程中，電池電壓會逐漸下降，導致加熱效果變弱。
例如上述的V_BAT>V_BAT1>V_BAT2，其加熱器的對應V_BAT、V_BAT1、V_BAT2的溫度分別是T、T1、T2，大小順序是T2>T1>T，而上述的對應加熱電流的大小順序是I_HEAT2>I_HEAT1>I_HEART，且對應V_BAT、V_BAT1、V_BAT2的PWM值是PWM>PWM1>PWM2，當加熱器溫度上升時，其中流過的加熱電流變大。
根據上述PWM值與加熱電流的關係，該控制單元11會根據該監控單元13，在此可使用U6電流監控器，以該監控單元13所偵測的電池電壓去調整MOSFET 10所輸出的PWM脈寬寬度，也就是針對電池電壓判斷給加熱器的不同對應PWM值，以達到穩定電壓電流。
如上所述，當加熱溫度升高時、加熱電流變大，將調整該MOSFET 10輸出的PWM頻寬讓其變窄，以減少該加熱電流，讓加熱溫度自動調降，以達到維持加熱品質的效果。
另外，當加熱電流超過對應上述加熱電壓臨界值(1V)的臨界值時，監控單元中的韌體程式會判斷為輸出處有短路現象，並且控制單元11會關斷該MOSFET 10，使電池電壓無法傳送至菸彈端，達到輸出短路保護效果。
請參照第三圖，第三圖是根據本創作一實施例的用於電子菸的短路偵測方法的流程圖，其包含以下步驟S300-S305。
步驟S300：讀取供電給該電子菸的電池的一電池電壓。一般電子菸中會使用微控制器輸出信號給脈寬調變控制電路來調整輸出電壓，也就是加熱電壓，因此接下來進入步驟S301。
步驟S301：根據一對應表得到對應該電池電壓的一PWM值，然後進入步驟S302。
步驟S302：對電子菸加熱，並且隨著加熱時電池電力逐漸下降，該電池電壓也會下降，而被加熱的菸彈其加熱溫度也會上升，且會讓對應的加熱電壓改變，因此需要進入步驟S303。
步驟S303：讀取加熱電壓，以確認如何調整該MOSFET 10輸出，此時進入步驟S304。
步驟S304：判斷該加熱電壓是否大於一臨界值，當該加熱電壓大於一臨界值時，此處臨界值為1V，代表發生短路。若發生短路則如上述實施例進入S305，若無則重複步驟S300。此處臨界值只是用於舉例，而非用於限制本創作。
步驟S305：將該MOSFET 10關閉以防止該電池電壓繼續通往菸彈以進行短路保護，並在進行短路保護後進入步驟S306。
步驟S306：停止對電子菸加熱，也就是如上述將MOSFET 10關斷，同時在一些實施例的應用裝置中也可顯示出LED警告燈號。
第三圖的方法亦可被使用於第一圖與第二圖的實施例中，因此詳細說明在此不重複以求簡潔。
請參照第四圖，第四圖是根據本創作一實施例的用於電子菸的恆溫方法的流程圖。
步驟S400-S402對應於第三圖中的S300-S302，且是用於讓監控單元13中的韌體讀取該電池電壓V_BAT的高低，由控制單元11去調整該MOSFET 10的輸出對應的PWM值寬度，達到輸出恆壓以讓加熱菸彈能有恆溫效果，因此不會執行第三圖中後續短路偵測與短路保護的步驟。
舉例來說，第四圖方法用於第一圖與第二圖的實施例時，由供電電池供電給該短路偵測電路1的電子菸，經由步驟S400來讀取電池電壓，一開始是V_BAT0。一般電子菸中會使用微控制器輸出信號給脈寬調變控制電路來調整輸出電壓，也就是加熱電壓，此時對應電池電壓V_BAT0的是加熱電壓V_HEAT0。接下來進行步驟S401。
步驟S401：根據表1得到對應該電池電壓V_BAT的一PWM值PWM，例如V_BAT為3.6V時，PWM值為871。然後，進行步驟S402。
步驟S402：對電子菸加熱。由於隨著加熱時電池電力逐漸下降，電池電壓也會下降，這時重複步驟S400。例如：電池電壓變為大小為3.3V的V_BAT1時，再由步驟S401得到其對應的PWM值變為PWM1=560，同時對應的加熱電壓變為V_HEAT1，而加熱電流變為I_HEAT1。
同樣地，當電池電壓再次下降，再執行步驟S400。例如：電池電壓變為大小為3.0V的V_BAT2時，由步驟S401得到對應的PWM值變為PWM2=111。
如上所述，在以上步驟的重複過程中，經由使用PWM值的調整，可以在加熱溫度升高加熱電流變大時，減少該加熱電流，讓加熱溫度自動調降，以達到維持加熱品質的效果。
本創作所提出的短路偵測電路能透過韌體會讀取電池電壓的高低，同時對照電壓與PWM寬度，達到加熱霧化過程的恆溫效果，以提供使用者舒適的體驗，以及透過偵測對應加熱溫度的加熱電壓來判斷是否短路，進行短路保護，以保護使用者安全。
對於所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，在不脫離本創作的精神的情況下，本創作可以以其他特定形式實施。因此，以上描述不應在所有方面都被解釋為限制意義，而應被解釋為說明性的。
本創作的範圍應當透過對所附申請專利範圍的合理解釋來確定，並且在本創作的等同物的範圍內的所有改變都包含在本創作的範圍內。
1:短路偵測電路
10:P-MOSFET
11:控制單元
12:加熱單元
13:監控單元
S300~S306:步驟
S400~S402:步驟
［第一圖］係根據本創作一實施例的用於電子菸的短路偵測電路 的方塊圖。 ［第二圖］係根據第一圖實施例的用於電子菸的短路偵測電路的電路圖。 ［第三圖］係根據本創作一實施例的用於電子菸的短路偵測方法的流程圖。 ［第四圖］係根據本創作一實施例的用於電子菸的恆溫方法的流程圖。
1:短路偵測電路
10:P-MOSFET
11:控制單元
12:加熱單元
13:監控單元

Claims (4)

  1. 一種用於電子菸的短路偵測電路，該短路偵測電路包括：一金氧半場效電晶體(MOSFET)，該MOSFET的一汲極處輸 出一加熱電流；一監控單元，接收一電池電壓，並耦接至該MOSFET的一源  極；一控制單元，耦接至該MOSFET的一閘極，並調整該加熱電流；以及一加熱單元，耦接至該MOSFET以接收該加熱電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之短路偵測電路，其中，當該加熱電       壓高於一臨界值時，該控制單元將該MOSFET關閉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之短路偵測電路，其中，根據一對應    表，該電池電壓對應一脈寬調變(PWM)值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之短路偵測電路，其中，該控制單元    傳輸一PMW信號至該MOSFET。
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