CN109588785A - 一种电子烟的防干烧控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子烟的防干烧控制电路,包括供电模块、升降压控制模块、功率控制模块、检测模块和MCU;所述供电模块,用于为升降压控制模块和MCU提供工作电压;功率控制模块和检测模块均与一雾化器连接;所述MCU根据所述检测信号计算所述雾化器的阻值,当所述雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值时,判断为干烧状态。本发明通过检测电子烟雾化器的电阻变化,及时判断出是否有发生干烧,从而及时防止干烧的发生,电路简便,检测结果准确,无论是温控发热芯还是非温控发热芯均适用,应用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及电子烟技术领域,具体是一种电子烟的防干烧控制电路。
背景技术
电子烟的雾化器一般分为温控发热芯(Ni、Ti、SS316的等材质)和非温控发热芯(康泰尔、铁铬铝、镍铬等),温控发热芯使用起来的体验度会比非温控发热芯好很多,主要在于非温控不能做到防干烧,主这是由于非温控发热芯在加热过程中,其阻值变化非常小,TCR相对非常稳定;而温控发热芯能做到防干烧但是需要在模式和材质一一对应才能满足要求,这样用户操作起来比较麻烦。为了满足用户的使用体验感更好,需要一种新的电子烟功防干烧电路。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的提供一种电子烟的防干烧控制电路,其特征在于,包括供电模块、升降压控制模块、功率控制模块、检测模块和MCU;
所述供电模块,用于为升降压控制模块和MCU提供工作电压;
功率控制模块和检测模块均与一雾化器连接;
所述MCU,用于根据预设规则,通过升降压控制模块向功率控制模块输出第一控制信号,以使所述功率控制模块根据所述第一控制信号控制所述雾化器的输出电压,其中,所述预设规则为:依次并循环控制所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出、完全关闭输出、缓变开启输出的状态;以及用于当所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出和缓变开启输出的状态时,向检测模块输出第二控制信号,以控制所述检测模块处于关闭状态,当所述雾化器的输出电压处于完全关闭输出状态时,向所述检测模块输出第三控制信号,以控制所述检测模块处于开启状态,并采集所述检测模块反馈的检测信号,并根据所述检测信号计算所述雾化器的阻值,当所述雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值时,判断为干烧状态。
进一步地,还包括,当所述MCU判断为干烧状态时,则控制所述雾化器的输出电压为零,使得雾化器停止工作。
进一步地,还包括,当所述MCU判断为干烧状态时,则控制一声光报警装置工作,从而发出报警提醒。
进一步地,所述检测模块包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38和电容C16;所述三极管Q4的基极与MCU的输出端连接,三极管Q4的发射极接地,三极管Q4的集电极通过电阻R38与三极管Q3的发射极连接,三极管Q3的发射极与供电模块的正极连接,三极管Q3的基极通过电阻R37与三极管Q4的集电极连接;电阻R35和电阻R36连接构成第一串联支路,电阻R33与电阻R32连接构成第二串联支路,三极管Q3的集电极通过第一串联支路接地,三极管Q3的集电极通过第二串联支路与MCU的第二模数转换输入端连接,雾化器的一端连接在电阻R32与电阻R33之间,另一端接地;电容C16的一端连接在电阻R32与MCU的第二模数转换输入端之间,电容C16的另一端接地;电阻R34的一端与电阻R36和电阻R35之间的连接节点连接,电阻R34的另一端与MCU的第一模数转换输入端连接。
进一步地,所述检测模块反馈的检测信号包括电压VAD1和电压VAD2,VAD1为电阻R34与MCU连接一端处的电压值,VAD2为电阻R33与电阻R32之间处的电压值,并通过公式①计算出雾化器的阻值Resi,通过公式②计算出雾化器的阻值的变化率ΔRi:
其中,Resi表示第i次测量出的电阻值,n表示测量雾化器的阻值的次数,
当ΔRi的值大于或等于第一预设阈值,则雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数计为一次,当累加得到的雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值,则判断为干烧状态。
进一步地,所述检测模块还包括钳位电路,所述钳位电路包括第一二极管和第二二极管,第一二极管的正极与三极管Q3的集电极连接,第二二极管的正极与所述电阻R34的另一端连接,第一二极管和第二二极管的负极均与供电模块连接。
进一步地,所述三极管Q4为NPN型三极管。
进一步地,所述三极管Q3为PNP型三极管。
进一步地,所述供电模块包括直流电源和LDO,直流电源的输出端与LDO的输入端连接,LDO的第一输出端与升降压控制模块连接,第二输出端与MCU连接。
进一步地,所述功率控制模块包括放大器U15、电阻R11、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C11、电容C25和二极管D9;放大器U15的同相输入端与电阻R11的一端连接,放大器U15的反相输入端与电阻R11的另一端连接,放大器U15的接地端和重置端共同接地,放大器U15的电源端与一电源连接,放大器U5的电源端与电缆的连接节点通过电容C25接地,放大器U15的输出端与MCU的第三模数转换输入端连接,放大器U15的同相输入端与电阻R11之间的连接节点与升降压控制模块的输出端连接,升降压控制模块的输入端与供电模块连接,放大器U15的反相输入端与电阻R11之间的连接节点与雾化器的一端连接,雾化器的另一端接地;电阻R19与电阻R20连接构成第三串联支路,第三串联支路的一端和电阻R11与雾化器的连接节点连接,另一端接地,电阻R21和电容C24连接构成第四串联支路,第四串联支路的一端接地,另一端连接在电阻R19和电阻R20之间,电阻R21与电容C24之间的连接节点与MCU的第四模数转换输入端连接;在电阻R11与雾化器的连接节点还分别连接有电容C11的一端及二极管D9的负极,二极管D9的正极接地,电容C11的另一端接地。
本发明的有益效果为:本发明通过检测电子烟雾化器的电阻变化,及时判断出是否有发生干烧,从而及时防止干烧的发生,方法简便,检测结果准确,无论是温控发热芯还是非温控发热芯均适用,应用范围更广。
附图说明
图1为本发明对应实施例一的较佳实施例的流程图;
图2为本发明的电路示意图;
图3为本发明雾化器的输出电压状态及对应第三控制信号的关系图;图中,1-功率控制模块、2-检测模块。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述:
如图1和图2所示,一种电子烟的防干烧控制电路,包括供电模块、升降压控制模块、功率控制模块1、检测模块2和MCU,MCU优选为单片机。
供电模块包括直流电源和LDO(中文称为低压差线性稳压器)。
所述供电模块,用于为升降压控制模块和MCU提供工作电压;
功率控制模块1和检测模块2均与一雾化器连接,雾化器也即是负载Rct。
所述功率控制模块1包括放大器U15、电阻R11、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C11、电容C25和二极管D9,放大器U15的同相输入端(图中用IN+表示)与电阻R11的一端连接,放大器U15的反相输入端(图中用IN-表示)与电阻R11的另一端连接,放大器U15的接地端和重置端共同接地,放大器U15的电源端与一电源连接,电源用于提供放大器U15的工作电压,所述电源为10V的电源,放大器U5的电源端与电缆的连接节点通过电容C25接地,放大器U15的输出端与MCU的第三模数转换输入端连接,即图中放大器U15的连线AD_C与MCU的连线AD_C连接,放大器U15的同相输入端与电阻R11之间的连接节点与升降压控制模块的输出端连接,升降压控制模块的输入端与直流电源连接;升降压控制模块输出的电流通过电阻R11并经放大器U15放大后转换为电压信号,该电压信号经MCU的第三模数转换得到数字电压,该数字电压记为U数,从而可以计算出流经电阻R11的电流该电流也即是流经负载Rct的电流,而负载Rct两端的电压VRct可由电阻R19和电阻R20分压后计算出,因此可以计算出负载的实时功率P,则有P=U数*IR11;
放大器U15的反相输入端与电阻R11之间的连接节点与负载Rct的一端连接,负载Rct的另一端接地,本实施例中,负载为电子烟的雾化器;电阻R19与电阻R20连接构成第三串联支路,第三串联支路的一端和电阻R11与负载的连接节点连接,电阻R21和电容C24连接构成第四串联支路,第四串联支路的一端接地,另一端连接在电阻R19和电阻R20之间,电阻R21与电容C24之间的连接节点与MCU的第四模数转换输入端连接,即图中第三串联支路上的连线AD_V与MCU上的连线AD_V连接;在电阻R11与负载的连接节点还分别连接有电容C11的一端及二极管D9的负极,二极管D9的正极接地,电容C11的另一端接地。
所述检测模块2包括三极管Q3、三极管Q4、钳位电路D10、若干电阻和若干电容;所述三极管Q4的基极(即b极)与MCU的输出端连接,MCU向三极管Q4的基极提供高低电平,三极管Q4的发射极(即e极)接地,三极管Q4的集电极(即c极)通过电阻R38与三极管Q3的发射极连接,三极管Q3的发射极与一个直流电源的正极连接,也即图中B+处连接直流电源的正极,直流电源向三极管Q3的发射极提供正电压,直流电源可以为电池,三极管Q3的基极通过电阻R37与三极管Q4的集电极连接。电阻R35和电阻R36连接构成第一串联支路,电阻R33和电阻R32连接构成第二串联支路,三极管Q3的集电极通过第一串联支路接地,三极管Q3的集电极通过第二串联支路与双极二极管的第一正极连接,负载Rct的一端连接在电阻R32与电阻R33之间,负载Rct的另一端接地。MCU的第二模数转换输入端(图中未示出)以及电容C16的一端均连接在电阻R32与双极二极管的第一正极之间,即图中的AD2与MCU的第二模数转换输入端连接,电容C16的另一端接地。电阻R34的一端与电阻R36和电阻R35之间的连接节点连接,电阻R34的另一端与MCU的第一模数转换(图中未示出)输入端连接,即图中的AD1与MCU的第一模数转换输入端连接,第二二极管的正极与电阻R34的另一端连接,电容C21的一端与电阻R34的另一端连接,电容C21的另一端接地,第一二极管的负极和第二二极管的负极均与供电模块连接,供电模块向第一二极管和第二二极管提供钳位电压,本实施例钳位电压为3.3V,第一二极管和第二二极管构成钳位电路D10。
负载Rct的输出端Uout与MCU连接,MCU控制负载电压的输出变化状态。
本实施例中,三极管Q4为NPN型三极管,三极管Q3为PNP型三极管。
所述LDO的输入端与直流电源连接,输出端分别与MCU连接和钳位电路D10连接,用于转换直流电源的电压并向MCU和钳位电路D10提供所需的工作电压,例如向钳位电路D10提供3.3V的钳位电压。
所述检测模块反馈的检测信号包括电压VAD1和电压VAD2,VAD1为电阻R34与MCU连接一端处的电压值,VAD2为电阻R33与电阻R32之间处的电压值,并通过公式①计算出雾化器的阻值Resi,通过公式②计算出雾化器的阻值的变化率ΔRi:
其中,Resi表示第i次测量出的电阻值,n表示测量雾化器的阻值的次数,
当ΔRi的值大于或等于第一预设阈值,则雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数计为一次,当累加得到的雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值,则判断为干烧状态。
如图3所示,通过MCU控制升降压控制模块和功率控制模块1维持电子烟正常工作且控制负载Rct输出电压呈周期性的输出状态,输出状态包括有效输出、缓变关闭输出、完全关闭输出和缓变开启输出的输出状态,对应为高电平、下降沿、低电平和上升沿,有效输出时段记为T1,缓变关闭输出记为T2,完全关闭输出记为T3,缓变开启输出时段记为T3,高电平表示负载为有效输出,低电平表示负载被完全关闭,即没有电压输出,下降沿表示负载从有效输出转换为完全关闭的过程,上升沿表示负载从完全关闭转换为有效输出的过程;
具体地,所述MCU,用于根据预设规则,通过升降压控制模块向功率控制模块输出第一控制信号,以使所述功率控制模块根据所述第一控制信号控制所述雾化器的输出电压,其中,所述预设规则为:依次并循环控制所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出、完全关闭输出、缓变开启输出的状态;以及用于当所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出和缓变开启输出的状态时,向检测模块输出第二控制信号,即向三极管Q4提供低电平,以控制所述检测模块处于关闭状态,当所述雾化器的输出电压处于完全关闭输出状态时,向所述检测模块输出第三控制信号,即向三极管Q4提供高电平,以控制所述检测模块处于开启状态,并采集所述检测模块反馈的检测信号,并根据所述检测信号计算所述雾化器的阻值。
通过过功率控制模块1控制负载处于个电平时段的持续时间从而可以有效测量出不同电平下的负载的多个电阻值,具体地,以预设的采样频率,例如100次/秒,即每0.01秒测量一次,通过步骤1中公式①计算出低电平时段T3若干个所对应的负载Rct的电阻Resi(i=1,2,3,…,n),其中,Resi表示第i次测量出的电阻值,n表示采样频率的数值,也即是测量负载Rct的电阻的次数,以及计算出高电平时段T1对应的负载Rct的正常电阻Res0,负载Rct在高电平时段T1对应的正常电阻Res0为恒定且是正常阻值,并通过公式②计算出负载Rct的阻值变化率ΔRi,即将在T3时段测得的每一个电阻与正常阻值进行比较,当阻值变化率大于或等于第一预设阈值,比如第一预设阈值为80%,则雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数计为一次,当累加得到的雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值,例如第二预设阈值为5次或10次或其他,则表明负载开始发生干烧。当进入T3时段,通过MCU控制向三极管Q4的基极提供高电平,及时测量出负载Rct在T3时段的电阻Resi(i=1,2,3,…,n),先通过所述公式②计算出的阻值的变化率ΔRi大于或等于第一预设阈值ε(0<ε<1),当累加得到的变化率ΔRi大于或等于第一预设阈值ε的次数大于或等于第二预设阈值ε′,例如ε′=5,则判断负载发生干烧,可以避免因为干扰因素使得雾化器的阻值的变化率ΔRi偶然大于或等于第一预设阈值而导致的误判,可以通过控制声光报警装置工作而发出声光报警,或直接关闭功率控制模块1的输出,从而负载的输出电压为零,使得雾化器停止工作,防止负载发生干烧,有效保护负载。
因此,综上可以通过如下步骤实现对电子烟的防干烧控制:
步骤1:MCU通过升降压控制模块向功率控制模块输出第一控制信号,以使所述功率控制模块根据所述第一控制信号控制所述雾化器的输出电压;依次并循环控制所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出、完全关闭输出、缓变开启输出的状态;
步骤2:当雾化器的输出端Uout的输出电压处于低电平时段,单片机向防干烧检测电路输出高电平使得防干烧检测电路处于开启状态,以预设的采样频率,并根据检测模块反馈的检测信号计算出雾化器处于低电平时段对应的电阻Resi(i=1,2,3,…,n)的大小,其中,Resi表示第i次测量出的电阻值,n表示采样频率的数值;
步骤3:通过所述公式②计算出负载Rct的阻值变化率ΔRi,如果阻值变化率ΔRi大于或等于第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值,则判断雾化器发生干烧,关闭负载雾化器,否则重复步骤1-步骤3。
对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及变形,而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电子烟的防干烧控制电路,其特征在于,包括供电模块、升降压控制模块、功率控制模块、检测模块和MCU;
所述供电模块,用于为升降压控制模块和MCU提供工作电压;
功率控制模块和检测模块均与一雾化器连接;
所述MCU,用于根据预设规则,通过升降压控制模块向功率控制模块输出第一控制信号,以使所述功率控制模块根据所述第一控制信号控制所述雾化器的输出电压,其中,所述预设规则为:依次并循环控制所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出、完全关闭输出、缓变开启输出的状态;以及用于当所述雾化器的输出电压处于有效输出、缓变关闭输出和缓变开启输出的状态时,向检测模块输出第二控制信号,以控制所述检测模块处于关闭状态,当所述雾化器的输出电压处于完全关闭输出状态时,向所述检测模块输出第三控制信号,以控制所述检测模块处于开启状态,并采集所述检测模块反馈的检测信号,并根据所述检测信号计算所述雾化器的阻值,当所述雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值时,判断为干烧状态。
2.根据权利要求1所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:还包括,当所述MCU判断为干烧状态时,则控制所述雾化器的输出电压为零,使得雾化器停止工作。
3.根据权利要求1所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:还包括,当所述MCU判断为干烧状态时,则控制一声光报警装置工作,从而发出报警提醒。
4.根据权利要求1所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述检测模块包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38和电容C16;所述三极管Q4的基极与MCU的输出端连接,三极管Q4的发射极接地,三极管Q4的集电极通过电阻R38与三极管Q3的发射极连接,三极管Q3的发射极与供电模块的正极连接,三极管Q3的基极通过电阻R37与三极管Q4的集电极连接;电阻R35和电阻R36连接构成第一串联支路,电阻R33与电阻R32连接构成第二串联支路,三极管Q3的集电极通过第一串联支路接地,三极管Q3的集电极通过第二串联支路与MCU的第二模数转换输入端连接,雾化器的一端连接在电阻R32与电阻R33之间,另一端接地;电容C16的一端连接在电阻R32与MCU的第二模数转换输入端之间,电容C16的另一端接地;电阻R34的一端与电阻R36和电阻R35之间的连接节点连接,电阻R34的另一端与MCU的第一模数转换输入端连接。
5.根据权利要求4所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述检测模块反馈的检测信号包括电压VAD1和电压VAD2,VAD1为电阻R34与MCU连接一端处的电压值,VAD2为电阻R33与电阻R32之间处的电压值,并通过公式①计算出雾化器的阻值Resi,通过公式②计算出雾化器的阻值的变化率ΔRi:
其中,Resi表示第i次测量出的电阻值,n表示测量雾化器的阻值的次数,
当ΔRi的值大于或等于第一预设阈值,则雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数计为一次,当累加得到的雾化器的阻值的变化率超过第一预设阈值的次数大于或等于第二预设阈值,则判断为干烧状态。
6.根据权利要求4所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述检测模块还包括钳位电路,所述钳位电路包括第一二极管和第二二极管,第一二极管的正极与三极管Q3的集电极连接,第二二极管的正极与所述电阻R34的另一端连接,第一二极管和第二二极管的负极均与供电模块连接。
7.根据权利要求4所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述三极管Q4为NPN型三极管。
8.根据权利要求4所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述三极管Q3为PNP型三极管。
9.根据权利要求1所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述供电模块包括直流电源和LDO,直流电源的输出端与LDO的输入端连接,LDO的第一输出端与升降压控制模块连接,第二输出端与MCU连接。
10.根据权利要求1所述的电子烟的防干烧控制电路,其特征在于:所述功率控制模块包括放大器U15、电阻R11、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C11、电容C25和二极管D9;放大器U15的同相输入端与电阻R11的一端连接,放大器U15的反相输入端与电阻R11的另一端连接,放大器U15的接地端和重置端共同接地,放大器U15的电源端与一电源连接,放大器U5的电源端与电缆的连接节点通过电容C25接地,放大器U15的输出端与MCU的第三模数转换输入端连接,放大器U15的同相输入端与电阻R11之间的连接节点与升降压控制模块的输出端连接,升降压控制模块的输入端与供电模块连接,放大器U15的反相输入端与电阻R11之间的连接节点与雾化器的一端连接,雾化器的另一端接地;电阻R19与电阻R20连接构成第三串联支路,第三串联支路的一端和电阻R11与雾化器的连接节点连接,另一端接地,电阻R21和电容C24连接构成第四串联支路,第四串联支路的一端接地,另一端连接在电阻R19和电阻R20之间,电阻R21与电容C24之间的连接节点与MCU的第四模数转换输入端连接;在电阻R11与雾化器的连接节点还分别连接有电容C11的一端及二极管D9的负极,二极管D9的正极接地,电容C11的另一端接地。
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