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CN115736387A - 气溶胶生成装置及其控制方法 - Google Patents

气溶胶生成装置及其控制方法 Download PDF

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CN115736387A
CN115736387A CN202111024657.8A CN202111024657A CN115736387A CN 115736387 A CN115736387 A CN 115736387A CN 202111024657 A CN202111024657 A CN 202111024657A CN 115736387 A CN115736387 A CN 115736387A
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徐中立
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Abstract

本申请提出一种气溶胶生成装置及其控制方法，该气溶胶生成装置包括电芯，用于提供直流；逆变器，包括开关电路和谐振电路；所述谐振电路包括电感器和电容器；所述开关电路被配置为在脉冲信号的驱动下交替地导通和断开，以使得所述谐振电路中的电感器流过交变电流并产生变化的磁场；感受器，被配置为被变化的磁场穿透而发热，以对可抽吸材料进行加热生成气溶胶；控制器，被配置为根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。以上气溶胶生成装置，通过电芯的实时电压调整驱动开关电路的脉冲信号的占空比和/或频率，避免了由于电芯电压降低，导致加热装置前后预热速度不一致、影响用户的抽吸体验的问题。

Description

气溶胶生成装置及其控制方法
技术领域
本申请实施例涉及加热不燃烧低温烟具技术领域，尤其涉及一种气溶胶生成装置及其控制方法。
背景技术
烟制品(例如，香烟、雪茄等)在使用过程中燃烧烟草以产生烟雾。人们试图通过制造在不燃烧的情况下释放化合物的产品来替代这些燃烧烟草的制品。
此类产品的示例为加热装置，其通过加热而不是燃烧材料来释放化合物。在已知的装置中，通过电磁感应发热的加热器对烟草产品加热以生成供吸食的气溶胶。
发明人在实现本申请的过程中发现，上述加热装置存在的问题是，随着加热装置的使用时间增加，电芯电压会随之降低，这将很容易引起加热装置前后预热速度不一致，进而影响用户的抽吸体验。
发明内容
本申请实施例提供一种气溶胶生成装置及其控制方法，旨在解决现有电磁感应加热装置中存在的预热速度不一致、抽吸体验较差的问题。
本申请实施例一方面提供一种气溶胶生成装置，包括：
电芯，用于提供直流；
逆变器，包括开关电路和谐振电路；所述谐振电路包括电感器和电容器；所述开关电路被配置为在脉冲信号的驱动下交替地导通和断开，以使得所述谐振电路中的电感器流过交变电流并产生变化的磁场；
感受器，被配置为被变化的磁场穿透而发热，以对可抽吸材料进行加热生成气溶胶；
控制器，被配置为根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
本申请实施例另一方面还提出一种气溶胶生成装置的控制方法，该气溶胶生成装置包括：
电芯，用于提供直流；
逆变器，包括开关电路和谐振电路；所述谐振电路包括电感器和电容器；所述开关电路被配置为在脉冲信号的驱动下交替地导通和断开，以使得所述谐振电路中的电感器流过交变电流并产生变化的磁场；
感受器，被配置为被变化的磁场穿透而发热，以对可抽吸材料进行加热生成气溶胶；
所述方法包括：
根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
本申请实施例提供的气溶胶生成装置及其控制方法，通过电芯的实时电压调整驱动开关电路的脉冲信号的占空比和/或频率，避免了由于电芯电压降低，导致加热装置前后预热速度不一致、影响用户的抽吸体验的问题。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本申请实施例提供的气溶胶生成装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的电路示意图；
图3是本申请实施例提供的电路另一示意图；
图4是本申请实施例提供的LC谐振电路的电压和电流变化的示意图；
图5是本申请实施例提供的感受器的温度曲线示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。
本申请的一实施例提出一种气溶胶生成装置，其构造可以参见图1所示，包括：
腔室，气溶胶生成制品A可移除地接收在腔室内；
电感器L，用于在交变电流下产生变化磁场；
感受器30，至少一部分在腔室内延伸，并被配置为与电感器L感应耦合，在被变化磁场穿透下发热，进而对气溶胶生成制品A中的可抽吸材料进行加热，使气溶胶生成制品A的至少一种成分挥发，形成供抽吸的气溶胶；
电芯10，用于提供直流；优选的，电芯10为可充电的电芯。
电路20，用于控制气溶胶生成装置的整体操作。
根据产品使用中的设置，电感器L可以包括绕成螺旋状的圆柱形电感器线圈，如图1中所示。绕成螺旋状的圆柱形电感器L可以具有范围在大约5mm到大约10mm内的半径r，并特别地半径r可以大约为7mm。绕成螺旋状的圆柱形电感器L的长度可以在大约8mm到大约14mm的范围内，电感器L的匝数大约8匝到15匝的范围内。相应地，内体积可能在大约0.15cm3至大约1.10cm3的范围内。
在一个优选的实施例中，电芯10提供的直流电压值在约2.5V至约9.0V的范围内，电芯10可提供的直流电流值在约2.5A至约20A的范围内。
在一个优选的实施例中，感受器30大体呈销钉或者刀片状的形状，进而对于插入至气溶胶生成制品A内是有利的；同时，感受器30可以具有大约12毫米的长度，大约4毫米的宽度和大约0.5毫米的厚度，并且可以由等级430的不锈钢(SS430)制成。作为替代性实施例，感受器30可以具有大约12毫米的长度，大约5毫米的宽度和大约0.5毫米的厚度，并且可以由等级430的不锈钢(SS430)制成。在其他的变化实施例中，感受器30还可以被构造成圆筒状或管状的形状；在使用时其内部空间形成用于接收气溶胶生成制品A的腔室，并通过对气溶胶生成制品A的外周加热的方式，生成供吸食的气溶胶。这些感受器还可以由等级420的不锈钢(SS420)、以及含有铁/镍的合金材料(比如坡莫合金)制成。
在图1所示的实施例中，气溶胶生成装置还包括用于布置电感器L和感受器30的支架40，该支架40的材质可以包括耐高温非金属材料比如PEEK或者陶瓷等。在实施中，电感器L采用缠绕在支架40的外壁上进而固定。同时，根据图1所示，该支架40的中空的管状形状，其管状中空的部分空间形成上述用于接收气溶胶生成制品A的腔室。
在可选的实施中，感受器30是由以上感受性的材质制备的，或者是由陶瓷等耐热的基体材质外表面上电镀、沉积等形成感受材料涂层获得的。
以上由电路20在一个优选的实施方式中的结构和基本组件可以参见图2至图3所示，包括：
逆变器21，包括开关电路211和谐振电路212。开关电路211包括晶体管Q1；谐振电路212由电容器C1与电感器L并联连形成，从而构成并联LC谐振电路。
晶体管Q1在脉冲信号的驱动下交替的导通和关闭，以在电芯10与谐振电路212之间引导电流使谐振电路212产生谐振，形成流过电感器L的交变电流，从而使电感器L产生变化的磁场诱导感受器30发热。在图2-图3所示的实施例中，晶体管Q1是常用的MOS管，MOS管根据G极接收的PWM脉冲信号进而导通或者断开。在优选的实施中，PWM脉冲信号的频率介于80KHz～400KHz；更具体地，所述频率可以在大约200KHz到300KHz的范围。
在图2-图3所示的实施例中，开关电路211的导通或者断开是由驱动器23生成的PWM脉冲信号控制的，驱动器23包括驱动芯片U1及其周边电路。当然，驱动器23是基于控制器22发出的PWM脉冲控制信号生成的。在其它实施例中，PWM脉冲信号也可由集成于控制器22的驱动器生成。
在一个优选的实施中，晶体管Q1的导通时间和断开时间是不同的，即PWM脉冲信号的占空比不是50％，谐振电路212的谐振过程是非对称的，使谐振电路212维持具有足够的谐振电压保持磁场的强度。具体，以图4中示出了图3所示电路20的谐振电路212以占空比50％的对称谐振方式进行驱动下，在时间t1～t5的一个周期内谐振电流/电压的变化过程；包括：
S1，t1～t2时间段：驱动器23通过发送PWM脉冲信号至MOS管Q1的G极使MOS管导通。导通后电流i1从电芯10的正极流过电感器L，由于线圈感抗不允许电流突变；所以在t1～t2时间对电感器L充电形成线性上升的电流i1。
S2，t2～t3时间段：在t2时刻，PWM脉冲结束，MOS管Q1断开，同样由于电感器L的感抗作用，电流不能立即变0，而是呈向电容器C1充电，产生对电容器C1充电的电流i2。
直至t3时刻，电容器C1电荷充满，电流变为0；此时电感器L的磁场能量全部转为电容器C1的电场能量，在电容器C1两端达到峰值电压，MOS管Q1的D极/S极间形成的电压实际为逆相脉冲峰压与电芯10的正极输出电压之和。
S3，t3～t4时间段：电容器C1通过电感器L放电直至完毕，i3达到最大值,电容器C1两端电压逐渐下降至消失，这时电容器C1中的电能又全部转为电感器L中的磁能。同样因感抗作用流经电感器L的电流逐步变化并且是与以上S1和S2方向相反；电容器C1放电直至电感器L两端电动势反向。
S4，t4～t5时间段：在t4时刻再次导通MOS管Q1，电感器L与滤波电容C3形成回流，电感器L的能量反冲到滤波电容C3形成逐渐下降的电流i4，直至降低至0的t5时刻周期结束；而后开始下一个谐振周期。
由以上过程的描述可以知悉，在t4的时刻MOS管Q1的D极/S极间电压会过零点，并且MOS管Q1在谐振的过程中，是由D极/S极间电压过零的时刻进行切换导通/断开的状态的。
进一步图3和图4中，同步检测单元24用于检测谐振电路212的谐振电压；具体，根据图4所示，同步检测单元24主要包括过零比较器U2，用于采样和检测MOS管Q1的D极电压信号的过零点，以便仅控制器22根据过零的时刻控制MOS管Q1导通/断开的切换。
图2的实施例中进一步提出了检测电芯10的实时电压，以便于控制晶体管Q1的电压检测电路25，包括可控开关管Q2、分压电阻R1以及分压电阻R2。可控开关管Q2在控制器22的控制信号作用下，可导通或者断开电压检测电路25。
基于电压检测电路25检测到的电芯10的实时电压，控制器22可调整输出至MOS管Q1的PWM脉冲信号的占空比和/或频率。若检测到的电芯10的实时电压较低，可加大PWM脉冲信号的占空比和/或降低PWM脉冲信号的频率；若检测到的电芯10的实时电压较高，可减小PWM脉冲信号的占空比和/或提高PWM脉冲信号的频率。在具体的实施中，可预先建立电芯10的实时电压、PWM脉冲信号的占空比和/或PWM脉冲信号的频率的关联表格，基于电压检测电路25检测到的电芯10的实时电压，通过查表的方式可以确定PWM脉冲信号的占空比和/或PWM脉冲信号的频率，从而使得控制器22根据确定的占空比和/或频率控制PWM脉冲信号。
在一个优选的实施中，控制器22被配置为，若电芯10的实时电压小于或者等于第一预设电压阈值，则根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。
在该实施中，基于电压检测电路25检测到的电芯10的实时电压，判断电芯10的实时电压是否小于或者等于第一预设电压阈值，在电芯10的实时电压小于或者等于第一预设电压阈值的情况下，根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。在该实施中，若电芯10的实时电压大于第一预设电压阈值，则无需调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。一般的，第一预设电压阈值略小于电芯10的最大工作电压，以4.2V为例，第一预设电压阈值可以设置为4.1V。
在一个优选的实施中，控制器22被配置为，若电芯10的实时电压小于或者等于第二预设电压阈值，则以第二预设电压阈值对应的脉冲信号的占空比和/或频率，驱动晶体管Q1交替地导通和断开；其中，第二预设电压阈值小于第一预设电压阈值。
在该实施中，基于电压检测电路25检测到的电芯10的实时电压，判断电芯10的实时电压是否小于或者等于第二预设电压阈值，电芯10的实时电压小于或者等于第二预设电压阈值的情况下，以第二预设电压阈值对应的脉冲信号的占空比和/或频率，驱动晶体管Q1交替地导通和断开。一般的，第二预设电压阈值介于3V～3.6V之间；或者介于3.1V～3.6V之间；或者介于3.2V～3.6V之间；或者介于3.3V～3.6V之间；或者介于3.3V～3.5V之间。优选的，第二预设电压阈值设置为3.4V。第二预设电压阈值对应的脉冲信号的占空比和/或频率，可以预先设置，或者通过上述查表方式得到。
在一个优选的实施中，控制器22被配置为，若电芯10前后两次的实时电压的差值大于或者等于预设差值阈值，则根据电芯10当前的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。
在该实施中，基于电压检测电路25检测到的电芯10的实时电压，先判断电芯10前后两次的实时电压的差值是否大于或者等于预设差值阈值，在电芯10前后两次的实时电压的差值大于或者等于预设差值阈值的情况下，根据电芯10当前的实时电压确定其对应的PWM脉冲信号的占空比和/或PWM脉冲信号的频率，从而使得控制器22根据确定的占空比和/或频率控制PWM脉冲信号。优选的，预设差值阈值设置为0.1V。
在一个优选的实施中，控制器22被配置为，在控制感受器30从初始温度上升到预设温度的期间，根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。
在该实施中，可通过气溶胶生成装置中设置的温度传感器(附图未示出)，获取感受器30的实时温度，从而使得控制器22控制感受器30从初始温度上升到预设温度。预设温度可以为可抽吸材料产生气溶胶的最佳温度，即可抽吸材料在该温度下可以提供最适合用户抽吸、口感较佳的烟雾量及温度。一般的，预设温度介于150℃～350℃；或者，介于180℃～350℃；或者，介于220℃～350℃；或者，介于220℃～300℃；或者，介于220℃～280℃；220℃～260℃。
在不同电芯10电压下，以相同的占空比和/或频率驱动晶体管Q1，会导致感受器30从初始温度上升到预设温度的时间不一致，例如：在4.2V、3.2V的电芯电压下，感受器30从初始温度上升到预设温度的时间会相差7～8s，进而影响用户的抽吸体验。因此，在该期间通过根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率，可以前后一致，用户的抽吸体验也较好。
进一步优选的实施中，控制器22还被配置为，在控制感受器30从初始温度上升到预设温度的期间，获取感受器30的实时温度；若感受器30的实时温度小于预设温度阈值，则根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。
在该实施中，基于温度传感器感测到的感受器30的实时温度，判断感受器30的实时温度是否小于预设温度阈值；若感受器30的实时温度小于预设温度阈值，则根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。否则的话，可以无需调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。
在一个优选的实施中，控制器22被配置为，基于所述电芯10的实时电压的电压值正相关地调整PWM脉冲信号的频率，或者基于所述电芯10的实时电压的电压值负相关地调整PWM脉冲信号的占空比。
具体地，当接收所述电芯10的第一电压值时控制输出第一占空比的脉冲电压；当接收所述电芯10的小于第一电压值的第二电压值时控制输出第二占空比的脉冲电压；其中第一占空比小于第二占空比；
或者，当接收所述电芯10的第一电压值时控制输出第一频率的脉冲电压，当接收所述电芯10的小于第一电压值的第二电压值时控制输出第二频率的脉冲电压，其中第一频率大于第二频率。
在一个替代的实施中，控制器22被配置为，当接收所述电芯10的实时电压的电压值处于第一区间时，控制输出第一占空比或第一频率的脉冲电压，当接收所述电芯10的实时电压的电压值处于不同于第一区间的第二区间时，控制输出第二占空比或第二频率的脉冲电压。
本申请的又一实施例提出一种气溶胶生成装置的控制方法，所述方法包括：根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。其中，气溶胶生成装置可参考前述内容，方法的实施方式可参考前述控制器22的内容，在此不作赘述。
以下结合图5，对气溶胶生成装置的控制过程进行说明：
图5是本申请实施方式提供的感受器30的温度曲线示意图，其中，温度曲线的横坐标t表示时间，纵坐标T表示温度。具体地：
t0时刻，感受器30的初始温度为T0。
t0～t1时间段，控制器22控制感受器30的加热功率以电芯10的全功率进行加热。在t1时刻，感受器30加热到目标温度T1，例如250℃。
自t0时刻开始，每间隔一段时间，控制器22通过温度传感器获取感受器30的实时温度、并通过电压检测电路25获取电芯10的实时电压；若感受器30的实时温度小于预设温度阈值，则根据电芯10的实时电压调整PWM脉冲信号的占空比和/或频率。若感受器30的实时温度不小于预设温度阈值，则继续获取感受器30的实时温度以及电芯10的实时电压。这样，在t0～t1时间段内，通过不断的检测以及PWM脉冲信号的调整，使得无论电芯10电压的高低，感受器30从初始温度T加热到目标温度T1的时间，前后保持一致，提升用户的抽吸体验。
t1～t2时间段，控制器22控制电芯10提供给感受器30的电力并控制感受器30在目标温度T1(250℃)下保持一段时间(即t1～t2时间段)。t2时刻，控制器22可输出抽吸气溶胶的提示信号，提示用户抽吸。
t2～t3时间段，在输出可抽吸气溶胶的提示信号之后，控制器22控制电芯10提供给感受器30的加热功率并控制感受器30的温度从T1(250℃)下降到T2(例如：200℃)。随后，控制器22控制电芯10提供给感受器30的电力，以控制感受器30在T2下保持一段时间。
需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种气溶胶生成装置，其特征在于，包括：
电芯，用于提供直流；
逆变器，包括开关电路和谐振电路；所述谐振电路包括电感器和电容器；所述开关电路被配置为在脉冲信号的驱动下交替地导通和断开，以使得所述谐振电路中的电感器流过交变电流并产生变化的磁场；
感受器，被配置为被变化的磁场穿透而发热，以对可抽吸材料进行加热生成气溶胶；
控制器，被配置为根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，在控制所述感受器从初始温度上升到预设温度的期间，根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
3.根据权利要求2所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，在控制所述感受器从初始温度上升到预设温度的期间，获取所述感受器的实时温度；若所述感受器的实时温度小于预设温度阈值，则根据所述电芯的实时电压，调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
4.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，若所述电芯的实时电压小于或者等于第一预设电压阈值，则根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
5.根据权利要求4所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，若所述电芯的实时电压小于或者等于第二预设电压阈值，则以所述第二预设电压阈值对应的脉冲信号的占空比和/或频率，驱动所述开关电路交替地导通和断开；其中，所述第二预设电压阈值小于所述第一预设电压阈值。
6.根据权利要求5所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述第二预设电压阈值介于3V～3.6V之间；或者介于3.1V～3.6V之间；或者介于3.2V～3.6V之间；或者介于3.3V～3.6V之间；或者介于3.3V～3.5V之间。
7.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，若所述电芯前后两次的实时电压的差值大于或者等于预设差值阈值，则根据所述电芯当前的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
8.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为基于所述电芯的实时电压的电压值正相关地调整所述脉冲信号的频率，或者基于所述电芯的实时电压的电压值负相关地调整所述脉冲信号的占空比。
9.根据权利要求8所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，当接收所述电芯的第一电压值时控制输出第一占空比的脉冲电压；当接收所述电芯的小于第一电压值的第二电压值时控制输出第二占空比的脉冲电压；其中第一占空比小于第二占空比；
或者，当接收所述电芯的第一电压值时控制输出第一频率的脉冲电压，当接收所述电芯的小于第一电压值的第二电压值时控制输出第二频率的脉冲电压，其中第一频率大于第二频率。
10.根据权利要求8所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，当接收所述电芯的实时电压的电压值处于第一区间时，控制输出第一占空比或第一频率的脉冲电压，当接收所述电芯的实时电压的电压值处于不同于第一区间的第二区间时，控制输出第二占空比或第二频率的脉冲电压。
11.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，还包括电压检测电路，用于检测所述电芯的实时电压。
12.根据权利要求11所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电压检测电路包括串联连接的可控开关管和分压电阻；
所述可控开关管在所述控制器的控制信号作用下，可导通或者断开所述电压检测电路。
13.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电感器和所述电容器并联连接，以形成并联LC谐振电路。
14.一种气溶胶生成装置的控制方法，该气溶胶生成装置包括：
电芯，用于提供直流；
逆变器，包括开关电路和谐振电路；所述谐振电路包括电感器和电容器；所述开关电路被配置为在脉冲信号的驱动下交替地导通和断开，以使得所述谐振电路中的电感器流过交变电流并产生变化的磁场；
感受器，被配置为被变化的磁场穿透而发热，以对可抽吸材料进行加热生成气溶胶；
其特征在于，所述方法包括：
根据所述电芯的实时电压调整所述脉冲信号的占空比和/或频率。
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