CN106712170A - 一种恒功率输出的电子烟及其使用方法 - Google Patents

一种恒功率输出的电子烟及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恒功率输出的电子烟，包括指示灯(1)、气流传感器(2)、内置电池(3)、加热部件(4)，其特征在于：还包括控制芯片(5)；所述指示灯(1)与控制芯片(5)的LED端以及VSS端相连；所述气流传感器(2)与控制芯片(5)的SENS端以及VSS端相连；所述内置电池(3)正端与控制芯片(5)的VDD端相连，负端与控制芯片(5)的VSS端相连；所述加热部件(4)与控制芯片的输出端OUT以及VSS端相连。本发明仅需通过内部控制输出占空比，来保证在整个电池电压变化范围内保证输出的等效均方根电压保持恒定，即可实现电子烟在整个电池电压变化范围内的输出功率恒定的效果，大大提高了电池的利用率。

Description

一种恒功率输出的电子烟及其使用方法
技术领域
本发明涉及电子烟产品技术领域，具体涉及一种恒功率输出的电子烟及其使用方法。
背景技术
电子烟包括用于加热发烟物质的发热组件、为发热组件供电的电源，发热组件通电之后产生热量使得烟油、烟液等雾化，变成烟雾，从而让使用者在吸时有一种类似吸烟的感觉。
使烟油、烟液等雾化的方式，是将供电的电源的输出电压直接通过电子控制组件加在到发热组件上，而随着电子烟的使用，供电的电源电压会下降，发热组件的发热功率也会随着电池电压的改变而改变，很容易影响吸烟者的口感。
然而，现有技术中有采用保持供电的电源输出电压恒定的，但是在电池电量较高时候，会造成功率损耗，大大缩小了电子烟电池的使用效率。
同时，现有技术中，采用电子烟恒功率控制技术的，主要是基于采样输出电压Vout和输出电流Iout，通过内部乘法器运算得出输出功率，并与内部基准功率进行比较，确定输出的占空比，这就需要在电路内部具有电压采样电路，电流采样电路以及乘法器电路，极大的增加了电路的复杂性,这种设计方式往往会造成电路规模较大,而现阶段小型电子烟控制***仅仅是一块可以装在一根普通香烟大小的烟管里的PCB***板,这就限制了电子烟芯片的电路规模，因此电池不得不设计的很小。
发明内容
本发明的目的是提供一种恒功率输出的电子烟及其使用方法，解决了现有技术中由于电池电压降低而影响使用者口感，电路复杂导致电池设计过小的问题。
本发明采用如下的技术手段：
一种恒功率输出的电子烟，包括指示灯1、气流传感器2、内置电池3、加热部件4，还包括控制芯片5；指示灯1与控制芯片5的LED端以及VSS端相连；气流传感器2与控制芯片5的SENS端以及VSS端相连；内置电池3正端与控制芯片5的VDD端相连，负端与控制芯片5的VSS端相连；加热部件4与控制芯片的输出端OUT以及VSS端相连；
控制芯片5根据内置电池3的电压VDD输出恒定功率。
控制芯片5由吸烟检测模块51，控制模块52，保护模块53，SWITCH驱动模块54，LED驱动模块55，开关管SWITCH56组成；其中吸烟检测模块51与SENS端、控制模块52相连，通过检测外部SENS端的信号，判断***是否发生吸烟动作；保护模块53与控制模块52相连，通过检测***工作过程中的是否发生异常，并将信息传送给控制模块52；LED驱动模块55，与LED端、控制模块52相连，响应控制模块52的LED控制信号，并产生相应的LED驱动信号控制外部的LED；SWITCH驱动模块54与控制模块52、开关管SWITCH56相连，响应控制模块52的驱动控制信号，并产生与之匹配的驱动开关器件的驱动信号，控制开关管SWITCH56；开关管SWITCH56与VDD端，OUT端以及SWITCH驱动模块54相连，响应SWITCH驱动模块54的驱动信号，确定VDD端与OUT端输出功率或者断开。
控制模块52由状态判断模块521，驱动控制模块522和LED控制模块523组成；其中状态判断模块521根据外部的保护模块53和吸烟检测模块51的输出判断***所处的状态并根据目前状态分别向驱动控制模块522和LED控制模块523提供相应的控制信号；驱动控制模块522为外部的SWITCH驱动模块54提供控制信号，LED控制模块523为LED驱动模块55提供控制信号。
驱动控制模块522由运算器524和PWM发生器525组成；运算器524根据内置电池3的不同的电压VDD，通过内部计算，产生不同的对PWM发生器525的控制信号，而PWM发生器525根据控制信号产生相应占空比的输出信号，发送给SWITCH驱动模块54，SWITCH驱动模块54根据接受的占空比输出信号，确定VDD端与OUT端输出功率。
运算器524根据不同的内置电池3电压VDD，计算输出占空比的变量关系为：
VoutP＝F1(DP，VDD)
其中Voutp为输出等效均方根电压，VDD为内置电池3电压，Dp为恒功率输出占空比；
此时，输出功率Pout与输出等效均方根电压Voutp、加热部件4的电阻RL的变量关系为：
Pout＝F2(Voutp，RL)
运算器524根据不同的内置电池3电压VDD，计算输出占空比的变量关系的公式为：
VoutP 2＝DP*VDD2
其中Voutp为输出等效均方根电压，VDD为内置电池3电压，Dp为恒功率输出占空比；
此时，输出功率Pout与输出等效均方根电压Voutp、加热部件4的电阻RL的变量关系的公式为：
一种恒功率输出的电子烟使用方法，包括以下步骤：
(1)当用户开始吸烟行为时，气流传感器2感应到气体流动，向控制芯片5的SENS端输出信号；
(2)控制芯片5的吸烟检测模块51检测SENS端信号，收到气流传感器2发出的信号后，向控制模块52发送信号；
(3)控制模块52的状态判断模块521收到信号后，控制LED控制模块522向LED驱动模块55发送信号；LED驱动模块55接收到信号后，产生相应的LED驱动信号控制外部的LED亮起，显示当前进入吸烟状态；
(4)控制模块52的驱动控制模块522收到信号后，运算器524根据均方根电压与内置电池3电压的变量关系：VoutP＝F1(DP，VDD)计算输出占空比，随后PWM发生器525将产生的占空比的输出信号发送给SWITCH驱动模块54，SWITCH驱动模块54根据变量关系：Pout＝F2(Voutp，RL)确定输出的恒定功率；
随后控制驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送信号，SWITCH驱动模块54响应控制模块52的信号，向开关管SWITCH56发送信号；
(5)开关管SWITCH56接受到SWITCH驱动模块54发出的信号后调控输出功率输出，加热部件4开始加热，烟油雾化，由烟嘴进入使用者口中；
(6)当用户停止吸烟行为时，气流传感器2感应不到气体流动，停止向控制芯片5的SENS端输出信号；
(7)LED驱动模块55停止产生驱动信号，外部的指示灯1熄灭；
(8)驱动控制模块522停止产生向SWITCH驱动模块54发送信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端。
步骤4中，运算器524根据输出功率的变量关系的公式为：VoutP 2＝DP*VDD2；SWITCH驱动模块54根据变量关系公式：确定输出的恒定功率。
在使用过程中，随着内置电池3电量减少，电池电压也随着减少，运算器524根据不同的电池电压，计算出相应的占空比，已确保输出等效均方根电压Voutp不变，从而保持在不同电量，输出功率恒定不变。
与控制模块52相连的保护模块53检测***工作过程中的是否发生异常；如果发生异常，控制模块52的驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送断开信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端，以保证整个电子烟安全。
本发明的有益效果是：本发明仅需通过内部控制输出占空比，来保证在整个电池电压变化范围内保证输出的等效均方根电压保持恒定，即可实现电子烟在整个电池电压变化范围内的输出功率恒定的效果，大大提高了电池的利用率；同时，不需要设置电压采样电路,电流采样电路以及乘法器电路，简化了电路规模，有更多的空间放置大容量的电池，大大节约了成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路图；
图3为本发明控制芯片5的电路示意图；
图4为本发明控制模块52的电路示意图；
图5为本发明驱动控制模块522的电路示意图；
图6为本发明恒功率占空比与恒压占空比随电池电压变化曲线图。
其中，1-指示灯，2-气流传感器，3-内置电池，4-加热部件，5-控制芯片，51-吸烟检测模块，52-控制模块，521-状态判断模块，522-驱动控制模块，523-LED控制模块，524-运算器，525-PWM发生器，53-保护模块，54-SWITCH驱动模块，55-LED驱动模块，56-开关管SWITCH。
具体实施例
如图2所示，本发明的一种恒功率输出的电子烟，由指示灯1、气流传感器2、内置电池3、加热部件4，还包括控制芯片5组成。指示灯1与控制芯片5的LED端以及VSS端相连；气流传感器2与控制芯片5的SENS端以及VSS端相连；内置电池3正端与控制芯片5的VDD端相连，负端与控制芯片5的VSS端相连；加热部件4与控制芯片的输出端OUT以及VSS端相连。
如图1所示，指示灯1主要用来仿真吸烟过程中的火光的显示效果以及实现电子烟在使用过程中的各种指示效果，力求达到逼真的吸烟视觉效果，同时，指示灯1还指示电子烟目前所处的状态。
气流传感器2主要将用户的吸烟动作转化为控制芯片所能识别的电学特性的变化，同时向控制芯片5的SENS端发送信号。
内置电池3主要用于给电子烟的加热部件4提供电源，是电子烟内部所有部件的能量的来源,也是决定电子烟使用寿命的主要部件。
加热部件4主要是保证在吸烟过程中,当电热丝获取足够的能量温度上升到烟油雾化所需的温度时,烟油雾化,满足用户的吸烟味觉体验。
控制芯片5主要通过接受气流传感器的输出信号,判断***现阶段是处于待机或者吸烟状态,并根据不同的状态判断结果,控制加热部件4以及指示灯1做出相应的动作,满足用户在吸烟过程中的视觉以及味觉等感官要求。
如图3所示，控制芯片5由吸烟检测模块51，控制模块52，保护模块53，SWITCH驱动模块54，LED驱动模块55，开关管SWITCH56组成；其中吸烟检测模块51与SENS端、控制模块52相连，通过检测外部SENS端的信号，判断***是否发生吸烟动作；保护模块53与控制模块52相连，通过检测***工作过程中的是否发生异常，并将信息传送给控制模块52；LED驱动模块55，与LED端、控制模块52相连，响应控制模块52的LED控制信号，并产生相应的LED驱动信号控制外部的LED；SWITCH驱动模块54与控制模块52、开关管SWITCH56相连，响应控制模块52的驱动控制信号，并产生与之匹配的驱动开关器件的驱动信号，控制开关管SWITCH56；开关管SWITCH56与VDD端，OUT端以及SWITCH驱动模块54相连，响应SWITCH驱动模块54的驱动信号，确定VDD端与OUT端输出功率或者断开。
如图4所示，控制模块52由状态判断模块521，驱动控制模块522和LED控制模块523组成；其中状态判断模块521根据外部的保护模块53和吸烟检测模块51的输出判断***所处的状态并根据目前状态分别向驱动控制模块522和LED控制模块523提供相应的控制信号；驱动控制模块522为外部的SWITCH驱动模块54提供控制信号，LED控制模块523为LED驱动模块55提供控制信号。
如图5所示，驱动控制模块522由运算器524和PWM发生器525组成；运算器524根据内置电池3的不同的电压VDD，通过内部计算，产生不同的对PWM发生器525的控制信号，而PWM发生器525根据控制信号产生相应占空比的输出信号，发送给SWITCH驱动模块54，SWITCH驱动模块54根据接受的占空比输出信号，确定VDD端与OUT端输出功率。
运算器524根据不同的内置电池3电压VDD，计算输出占空比的变量关系为：
VoutP＝F1(DP，VDD)
其中Voutp为输出等效均方根电压，VDD为内置电池3电压，Dp为恒功率输出占空比；
此时，输出功率Pout与输出等效均方根电压Voutp、加热部件4的电阻RL的变量关系为：
Pout＝F2(Voutp，RL)
实施例1
本发明在使用时，有以下步骤：
(1)当用户开始吸烟行为时，气流传感器2感应到气体流动，向控制芯片5的SENS端输出信号；
(2)控制芯片5的吸烟检测模块51检测SENS端信号，收到气流传感器2发出的信号后，向控制模块52发送信号；
(3)控制模块52的状态判断模块521收到信号后，控制LED控制模块522向LED驱动模块55发送信号；LED驱动模块55接收到信号后，产生相应的LED驱动信号控制外部的LED亮起，显示当前进入吸烟状态；
(4)控制模块52的驱动控制模块522收到信号后，运算器524根据均方根电压与内置电池3电压的变量关系：VoutP＝F1(DP，VDD)计算输出占空比，随后PWM发生器525将产生的占空比的输出信号发送给SWITCH驱动模块54，SWITCH驱动模块54根据变量关系：Pout＝F2(Voutp，RL)确定输出的恒定功率；
随后控制驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送信号，SWITCH驱动模块54响应控制模块52的信号，向开关管SWITCH56发送信号；
(5)开关管SWITCH56接受到SWITCH驱动模块54发出的信号后调控输出功率输出，加热部件4开始加热，烟油雾化，由烟嘴进入使用者口中；
(6)当用户停止吸烟行为时，气流传感器2感应不到气体流动，停止向控制芯片5的SENS端输出信号；
(7)LED驱动模块55停止产生驱动信号，外部的指示灯1熄灭；
(8)驱动控制模块522停止产生向SWITCH驱动模块54发送信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端。
在使用过程中，随着内置电池3电量减少，电池电压也随着减少，运算器524根据不同的电池电压，计算出相应的占空比，已确保输出等效均方根电压Voutp不变，从而保持在不同电量，输出功率恒定不变。
与控制模块52相连的保护模块53检测***工作过程中的是否发生异常；如果发生异常，控制模块52的驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送断开信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端，以保证整个电子烟安全。
实施例2
本发明在使用时，有以下步骤：
(1)当用户开始吸烟行为时，气流传感器2感应到气体流动，向控制芯片5的SENS端输出信号；
(2)控制芯片5的吸烟检测模块51检测SENS端信号，收到气流传感器2发出的信号后，向控制模块52发送信号；
(3)控制模块52的状态判断模块521收到信号后，控制LED控制模块522向LED驱动模块55发送信号；LED驱动模块55接收到信号后，产生相应的LED驱动信号控制外部的LED亮起，显示当前进入吸烟状态；
(4)控制模块52的驱动控制模块522收到信号后，运算器524根据输出功率的变量关系的公式：VoutP 2＝DP*VDD2计算输出占空比，随后PWM发生器525将产生的占空比的输出信号发送给SWITCH驱动模块54，SWITCH驱动模块54根据变量关系的公式：确定输出的恒定功率；
随后控制驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送信号，SWITCH驱动模块54响应控制模块52的信号，向开关管SWITCH56发送信号；
(5)开关管SWITCH56接受到SWITCH驱动模块54发出的信号后调控输出功率输出，加热部件4开始加热，烟油雾化，由烟嘴进入使用者口中；
(6)当用户停止吸烟行为时，气流传感器2感应不到气体流动，停止向控制芯片5的SENS端输出信号；
(7)LED驱动模块55停止产生驱动信号，外部的指示灯1熄灭；
(8)驱动控制模块522停止产生向SWITCH驱动模块54发送信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端。
在使用过程中，随着内置电池3电量减少，电池电压也随着减少，运算器524根据不同的电池电压，计算出相应的占空比，已确保输出等效均方根电压Voutp不变，从而保持在不同电量，输出功率恒定不变。
与控制模块52相连的保护模块53检测***工作过程中的是否发生异常；如果发生异常，控制模块52的驱动控制模块522向SWITCH驱动模块54发送断开信号，开关管SWITCH56断开VDD端与OUT端，以保证整个电子烟安全。
本发明的恒功率方式电子烟与恒压方式电子烟进行比较,恒压控制方式的占空比由下式确定:
Vout＝DV*Vdd
其中DV为恒压输出占空比。
与本发明的恒功率方式电子烟相比，可以得到：
DP＝Dv 2
以电子烟输出Vout＝VoutP＝3.5V为例(并不局限于输出电压为3.5V),恒压输出和恒功率输出占空比随电源电压的变化趋势如图6所示。
由以上曲线可以得出,新提出的恒功率控制方式相对于恒压控制方式，在输出电压一致的情况下,随着电池电压的升高，Dp相对于Dv有下降的趋势，这就保证在电池电压较高时，恒功率控制方式既能保证用户的吸烟体验要求，同时又避免了恒压控制方式在电池电压较高时的无效功率损耗，有效增加了电子烟电池的使用效率。
综上,本发明提出了一种针对电子烟的恒功率控制技术,效果为实现输出的平均功率在整个电池电压范围内保持一致,相对于之前的恒压控制方式,使得烟油的雾化效果在整个电子烟使用寿命周期内保持一致,实现了用户使用过程中不会由于使用时间的延长导致电池电压下降而导致吸烟体验效果的偏差；同时,由于恒功率控制方式在电池电压较高时具有相对于恒压输出方式更低的占空比,从而进一步延长了电子烟电池的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种恒功率输出的电子烟，包括指示灯(1)、气流传感器(2)、内置电池(3)、加热部件(4)，其特征在于：还包括控制芯片(5)；所述指示灯(1)与控制芯片(5)的LED端以及VSS端相连；所述气流传感器(2)与控制芯片(5)的SENS端以及VSS端相连；所述内置电池(3)正端与控制芯片(5)的VDD端相连，负端与控制芯片(5)的VSS端相连；所述加热部件(4)与控制芯片的输出端OUT以及VSS端相连；
所述控制芯片(5)根据内置电池(3)的电压VDD输出恒定功率。
2.根据权利要求1所述的一种恒功率输出的电子烟，其特征在于：所述控制芯片(5)由吸烟检测模块(51)，控制模块(52)，保护模块(53)，SWITCH驱动模块(54)，LED驱动模块(55)，开关管SWITCH(56)组成；其中吸烟检测模块(51)与SENS端、控制模块(52)相连，通过检测外部SENS端的信号，判断***是否发生吸烟动作；保护模块(53)与控制模块(52)相连，通过检测***工作过程中的是否发生异常，并将信息传送给控制模块(52)；LED驱动模块(55)，与LED端、控制模块(52)相连，响应控制模块(52)的LED控制信号,并产生相应的LED驱动信号控制外部的LED；SWITCH驱动模块(54)与控制模块(52)、开关管SWITCH(56)相连，响应控制模块(52)的驱动控制信号，并产生与之匹配的驱动开关器件的驱动信号，控制开关管SWITCH(56)；开关管SWITCH(56)与VDD 端，OUT端以及SWITCH驱动模块(54)相连，响应SWITCH驱动模块(54)的驱动信号，确定VDD端与OUT端输出功率或者断开。
3.根据权利要求2所述的一种恒功率输出的电子烟，其特征在于：所述控制模块(52)由状态判断模块(521)，驱动控制模块(522)和LED控制模块(523)组成；其中状态判断模块(521)根据外部的保护模块(53)和吸烟检测模块(51)的输出判断***所处的状态并根据目前状态分别向驱动控制模块(522)和LED控制模块(523)提供相应的控制信号；驱动控制模块(522)为外部的SWITCH驱动模块(54)提供控制信号，LED控制模块(523)为LED驱动模块(55)提供控制信号。
4.根据权利要求3所述的一种恒功率输出的电子烟，其特征在于：所述驱动控制模块(522)由运算器(524)和PWM发生器(525)组成；运算器(524)根据内置电池(3)的不同的电压VDD，通过内部计算，产生不同的对PWM发生器(525)的控制信号，而PWM发生器(525)根据控制信号产生相应占空比的输出信号，发送给SWITCH驱动模块(54)，SWITCH驱动模块(54)根据接受的占空比输出信号，确定VDD端与OUT端输出功率。
5.根据权利要求4所述的一种恒功率输出的电子烟，其特征在于：运算器(524)根据不同的内置电池(3)电压VDD，计算输出占空比的变量关系为：
VoutP＝F1(DP，VDD)
其中Voutp为输出等效均方根电压，VDD为内置电池(3)电压，Dp为恒功率输出占空比；
此时，输出功率Pout与输出等效均方根电压Voutp、加热部件(4)的电阻RL的变量关系为：
Pout＝F2(Voutp，RL)。
6.根据权利要求4所述的一种恒功率输出的电子烟，其特征在于：运算器(524)根据不同的内置电池(3)电压VDD，计算输出占空比的变量关系的公式为：
VoutP 2＝DP*VDD2
其中Voutp为输出等效均方根电压，VDD为内置电池(3)电压，Dp为恒功率输出占空比；
此时，输出功率Pout与输出等效均方根电压Voutp、加热部件(4)的电阻RL的变量关系的公式为：
。
7.一种恒功率输出的电子烟使用方法，包括以下步骤：
(1)当用户开始吸烟行为时，气流传感器(2)感应到气体流动，向控制芯片(5)的SENS端输出信号；
(2)控制芯片(5)的吸烟检测模块(51)检测SENS端信号，收到气流传感器(2)发出的信号后，向控制模块(52)发送信号；
(3)控制模块(52)的状态判断模块(521)收到信号后，控制LED控制模块(522)向LED驱动模块(55)发送信号；LED驱动模块(55)接收到信号后，产生相应的LED驱动信号控制外部的LED 亮起，显示当前进入吸烟状态；
(4)控制模块(52)的驱动控制模块(522)收到信号后，运算器(524)根据输出均方根电压与内置电池(3)电压的变量关系：VoutP＝F1(DP，VDD)计算输出占空比，随后PWM发生器(525)将产生的占空比的输出信号发送给SWITCH驱动模块(54)，SWITCH驱动模块(54)根据变量关系：Pout＝F2(Voutp，RL)确定输出的恒定功率；
随后控制驱动控制模块(522)向SWITCH驱动模块(54)发送信号，SWITCH驱动模块(54)响应控制模块(52)的信号，向开关管SWITCH(56)发送信号；
(5)开关管SWITCH(56)接受到SWITCH驱动模块(54)发出的信号后调控输出功率输出，加热部件(4)开始加热，烟油雾化，由烟嘴进入使用者口中；
(6)当用户停止吸烟行为时，气流传感器(2)感应不到气体流动，停止向控制芯片(5)的SENS端输出信号；
(7)LED驱动模块(55)停止产生驱动信号，外部的指示灯(1)熄灭；
(8)驱动控制模块(522)停止产生向SWITCH驱动模块(54)发送信号，开关管SWITCH(56)断开VDD端与OUT端。
8.根据权利要求7所述的一种恒功率输出的电子烟使用方法，其特征在于：步骤4中，运算器(524)根据输出均方根电压与内置电池(3)电压的变量关系的公式为：VoutP 2＝DP*VDD2；SWITCH驱动 模块(54)根据变量关系公式：确定输出的恒定功率。
9.根据权利要求7所述的一种恒功率输出的电子烟使用方法，其特征在于：在使用过程中，随着内置电池(3)电量减少，电池电压也随着减少，运算器(524)根据不同的电池电压，计算出相应的占空比，已确保输出等效均方根电压Voutp不变，从而保持在不同电量，输出功率恒定不变。
10.根据权利要求7所述的一种恒功率输出的电子烟使用方法，其特征在于：与控制模块(52)相连的保护模块(53)检测***工作过程中的是否发生异常；如果发生异常，控制模块(52)的驱动控制模块(522)向SWITCH驱动模块(54)发送断开信号，开关管SWITCH(56)断开VDD端与OUT端，以保证整个电子烟安全。
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