ES2957555T3

ES2957555T3 - Gestión dinámica de potencia de salida para dispositivo electrónico para fumar

Info

Publication number: ES2957555T3
Application number: ES14908768T
Authority: ES
Inventors: Lik Hon; Li Zhuoran
Original assignee: Fontem Ventures BV
Current assignee: Fontem Ventures BV
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2024-01-22
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: EP3236787A1; TW201625149A; PL3236787T3; CN107105774A; US11185648B2; CN107105774B; EP3236787A4; WO2016101200A1; GB201502497D0; US20200077705A1; EP4183282A1; US20170367410A1; US20220176046A1; GB2533651A; US10398176B2; EP3236787B1

Abstract

Se divulga una unidad de gestión de potencia de salida dinámica para un circuito de calentamiento (100) de un dispositivo electrónico para fumar, teniendo el circuito de calentamiento (100) un elemento de calentamiento (10) conectado a una fuente de energía (20) a través de un primer elemento de conmutación (30). , teniendo la unidad al menos un dispositivo de detección de voltaje para detectar valores de voltaje en varios puntos del circuito de calefacción (100); y un controlador (2) configurado para derivar una resistencia del elemento calefactor (10), estimando un tiempo de descarga o un valor de consumo de energía de la fuente de energía (20) de manera que una energía convertida en un período de tiempo sea sustancialmente idéntica a una valor de conversión de energía predeterminado durante un mismo período de tiempo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Gestión dinámica de potencia de salida para dispositivo electrónico para fumar

Campo técnico

La presente invención se refiere a una unidad de gestión de potencia de salida (PMU) para dispositivos electrónicos para fumar.

Antecedentes de la invención

Un dispositivo electrónico para fumar, tal como un cigarrillo electrónico, normalmente tiene un elemento de calentamiento para vaporizar líquido y una fuente de alimentación para proporcionar energía al elemento de calentamiento. En algunos casos, el elemento de calentamiento puede ser un componente de un atomizador. Proporcionar un suministro de energía consistente al elemento de calentamiento mejora la consistencia de cada bocanada. En promedio, cada bocanada dura alrededor del mismo tiempo (por ejemplo, 2,5 segundos/bocanada). Se puede lograr un suministro de energía consistente al elemento de calentamiento en cada bocanada a través de una salida de potencia consistente de la fuente de alimentación durante este intervalo.

El documento US 2014/0270727 A1 describe un método para controlar el calentamiento de una disposición precursora en aerosol de un artículo electrónico para fumar, en donde una potencia promedio se dirige desde una fuente de alimentación a un dispositivo de calentamiento dispuesto para calentar la disposición precursora de aerosol y se inicia proporcionalmente un período de tiempo de calentamiento. En el mismo, se determina una potencia real dirigida al dispositivo de calentamiento como producto de un voltaje en el dispositivo de calentamiento y una corriente a través del mismo, en donde la potencia real se compara con la potencia promedio, y la potencia promedio se ajusta para dirigir la potencia real hacia el punto de ajuste de potencia seleccionado. El documento US 2014/334804 A1 describe un dispositivo electrónico para fumar que comprende: un atomizador que incluye un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica; una fuente de alimentación conectada al elemento de calentamiento y a un controlador; un primer elemento de conmutación conectado entre el elemento de calentamiento y la fuente de alimentación; un dispositivo de detección de voltaje conectado al controlador y a la fuente de alimentación para medir el voltaje de salida de la fuente de alimentación; y un medio para proporcionar la resistencia del elemento de calentamiento.

Típicamente, la fuente de alimentación es una batería desechable o recargable con voltaje de trabajo que disminuye a lo largo de su vida útil. El voltaje decreciente puede dar como resultado bocanadas inconsistentes. Además, los elementos de calentamiento pueden tener resistencias que varían en operación debido a factores, tales como la cantidad de solución electrónica, los contactos del elemento de calentamiento y la temperatura de operación.

Por lo tanto, existe una necesidad de una unidad de gestión dinámica de potencia de salida para proporcionar una potencia de salida estable en respuesta a la capacidad cambiante de la batería y/o la resistencia cambiante del elemento de calentamiento.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un dibujo esquemático de un cigarrillo electrónico o dispositivo de vaporización similar;

La Fig. 1A es un diagrama que muestra un circuito de calentamiento de un cigarrillo electrónico que incluye una unidad de gestión dinámica de potencia de salida;

La Fig. 1B es un diagrama que muestra otra realización de un circuito de calentamiento de un cigarrillo electrónico que incluye una unidad de gestión dinámica de potencia de salida;

La Fig. 2 es un diagrama que muestra el tiempo de descarga de una fuente de alimentación cuando el elemento de calentamiento tiene una resistencia constante;

La Fig. 3 es un diagrama que muestra el tiempo de descarga de una fuente de alimentación cuando el elemento de calentamiento tiene una resistencia variable;

La Fig.4 es un diagrama que muestra el tiempo de descarga de otra fuente de alimentación cuando el elemento de calentamiento tiene una resistencia variable;

La Fig. 5 es un diagrama de bloques que ilustra la unidad de gestión dinámica de potencia de salida en la Fig. 1A; La Fig. 6 es un diagrama de bloques que ilustra la unidad de gestión dinámica de potencia de salida en la Fig. 1B; La Fig. 7A es un diagrama de flujo de un método de control mediante la unidad de gestión de potencia ilustrada en la Fig.5;

La Fig. 7B es un diagrama de flujo de un mecanismo de control implementado por la unidad de gestión de potencia ilustrada en la Fig. 5 según otra realización de la invención;

La Fig. 8A es un diagrama de flujo de un método de control alternativo mediante la unidad de gestión de potencia ilustrada en la Fig. 6;

La Fig. 8B es un diagrama de flujo de un método de control alternativo mediante la unidad de gestión de potencia ilustrada en la Fig. 6; y

La Fig. 9 es un diagrama de bloques que ilustra otro ejemplo de la unidad de gestión dinámica de potencia de salida en la Fig. 1B.

Descripción detallada

Una unidad de gestión dinámica de potencia de salida para un cigarrillo electrónico, una pipa de cigarro, etc., proporciona una cantidad sustancialmente constante de líquido vaporizado en un intervalo de tiempo predeterminado, por ejemplo, la duración de una bocanada. Esto puede aumentar la compatibilidad de un cigarrillo electrónico con varios tipos de elementos de calentamiento, y/o puede compensar una caída de voltaje de salida de la fuente de alimentación.

Para los cigarrillos electrónicos convencionales, un circuito de calentamiento típicamente incluye un elemento de calentamiento conectado a la fuente de alimentación a través de un elemento de conmutación que se enciende cuando se detecta una bocanada y permanece encendido durante un periodo constante de tiempo para cada bocanada. Por el contrario, con la presente PMU se ajusta dinámicamente el tiempo de descarga de la fuente de alimentación para obtener una vaporización más consistente durante el mismo intervalo de tiempo. En consecuencia, se puede inhalar una cantidad de aerosol más consistente por un usuario durante cada bocanada. Para compensar un voltaje de salida de la fuente de alimentación que cae por encima del tiempo de descarga, técnicas de control de forma de onda, por ejemplo, la técnica de PWM (modulación de ancho de pulso) se pueden usar para controlar al menos un elemento de conmutación dentro del circuito de calentamiento, para controlar el tiempo activo del circuito de calentamiento. Se puede usar un generador de forma de onda para generar la forma de onda de control deseada. El generador de forma de onda puede ser un generador de forma de onda de PWM dentro de un controlador de PWM o un módulo de PWM en un microcontrolador, por ejemplo, un MOSFET. Se determina una relación de tiempo alto y tiempo bajo, que luego se usa por el controlador de PWM para controlar el ENCENDIDO/APAGa Do del circuito de calentamiento.

En diseños donde la resistencia del elemento de calentamiento cambia a medida que cambia la temperatura de trabajo, la resistencia instantánea del elemento de calentamiento se puede medir en tiempo real incorporando un componente de referencia, por ejemplo un resistor de referencia, en el circuito de calentamiento para controlar el tiempo activo del circuito de calentamiento.

Cambiar la resistencia del elemento de calentamiento puede cambiar la cantidad de aerosol generado durante el proceso de vaporización, dando como resultado una variación en la cantidad del dando como resultado variaciones en la cantidad o carácter del vapor generado, la nicotina por ejemplo, necesita ser controlada dentro de un rango particular de modo que la garganta del ser humano no se irrite o se puedan cumplir ciertos requisitos regulatorios administrativos. Por lo tanto, otro beneficio de la técnica de gestión dinámica de potencia de salida es que puede ser compatible con diversos tipos de elementos de calentamiento, por ejemplo, bobinas metálicas y fibra de calentamiento, entre otros. Especialmente, para el elemento de calentamiento hecho de fibras, haces de fibras de carbono por ejemplo, de las cuales una resistencia precisa no se puede mantener de manera factible en todos los haces de fibras de carbono de un mismo lote, la técnica de gestión dinámica de salida es deseable dado que puede ajustar la potencia de salida dentro de un rango de respuesta a haces de fibra de carbono con una resistencia dentro de un rango de, por ejemplo, 1,5 ohmios. Esto aliviaría la carga del proceso de fabricación del haz de fibras de carbono y, como resultado, reduciría el coste de los haces de fibras de carbono.

La Fig. 1 muestra un ejemplo de un cigarrillo electrónico que puede tener un tamaño y una forma generalmente comparables con un cigarrillo de tabaco real, típicamente de alrededor de 100 mm con un diámetro de 7,5 mm, aunque las longitudes pueden oscilar desde 70 hasta 150 o 180 mm, y los diámetros desde 5 hasta 20 mm. Una fuente de alimentación o batería 20 está contenida dentro de la carcasa de cigarrillo electrónico, que opcionalmente está dividida en una primera carcasa 8 y una segunda carcasa 9. Una o más entradas 4 se proporcionan en la carcasa, y una salida 14 se sitúa en el extremo posterior del cigarrillo electrónico. Un controlador electrónico 2 que incluye la PMU está conectado eléctricamente a la batería y al elemento de calentamiento 10, que puede tener la forma de una bobina de alambre. Un recipiente o espacio 15 de contenido de líquido puede rodear un canal 12 que se extiende desde el elemento de calentamiento 10 hasta la salida 14.

Haciendo referencia a la Fig. 1A, un circuito de calentamiento 100 incluye el elemento de calentamiento 10, la fuente de alimentación 20 y un elemento de conmutación 30 conectado entre el elemento de calentamiento 10 y la fuente de alimentación 20. La bobina de calentamiento se puede tratar o permanecer sustancialmente seca durante el trabajo de modo que tenga una resistencia sustancialmente constante en el rango de la temperatura de trabajo. El primer elemento de conmutación 30 puede ser un primer conmutador de MOSFET, que es configurable entre un estado ENCENDIDO y un estado APAGADO mediante una primera forma de onda de control. La fuente de alimentación 20 puede ser una batería común, por ejemplo, una batería recargable de Níquel-Hidrógeno, una batería recargable de Litio, una batería desechable de Litio-manganeso batería o una batería desechable de zincmanganeso. La primera forma de onda de control se puede generar por un generador de forma de onda que se puede incluir en la unidad de gestión de potencia 200 o se puede implementar mediante una circuitería dedicada o mediante un procesador o un controlador que implementa funciones.

La Fig. 5 muestra una realización alternativa en la que la PMU 200 tiene al menos un detector de voltaje 201 para detectar el voltaje de salida de la fuente de alimentación 20. Un dispositivo de estimación de tiempo de descarga 202 estima el tiempo de descarga de la fuente de alimentación en la duración de una bocanada en base al voltaje de salida detectado y una resistencia del elemento de calentamiento almacenado en un dispositivo de memoria 203. Un dispositivo de derivación de patrón de forma de onda 204 determina la relación de tiempo alto y tiempo bajo de la primera forma de onda de control en base al tiempo de descarga estimado y un consumo de energía predeterminado P y el tiempo que normalmente dura una bocanada talmacenado en la memoria. Un generador de forma de onda 205 genera una primera forma de onda de control según el patrón determinado.

Como se ilustra en la Fig. 7A, en el paso S101 se puede hacer la detección del voltaje de trabajo de la fuente de alimentación al comienzo de cada bocanada para derivar el tiempo que debería estar encendido el elemento de calentamiento. El consumo de energía predeterminado P y el tiempo que normalmente dura una bocanada tson parámetros conocidos y se pueden almacenar por adelantado dentro del dispositivo de memoria 203, por ejemplo, registros dentro de un microcontrolador.

El consumo de energía del elemento de calentamiento para una bocanada se estima en base a la resistencia del elemento de calentamiento usando la Ecuación 1, que luego se usa en el paso S102 para derivar un periodo de tiempo que es necesario para dotar al elemento de calentamiento con la energía deseada:

Ecuación 1: P X t/t<h-p>= V<2>/R<h>o t<h-p>/t= P X R<h>/V<2>;

en donde P es un consumo de energía predeterminado del elemento de calentamiento para una bocanada; t<h-p>es el tiempo en el que se debería encender el elemento de calentamiento; tes el tiempo que normalmente dura una bocanada; V es el voltaje de funcionamiento de la fuente de alimentación; y R<h>es la resistencia del elemento de calentamiento.

Con el tiempo estimado que se ha de alimentar el elemento de calentamiento, en el paso S103 se puede derivar un patrón de forma de onda.

Por ejemplo, el t<h-p>derivado puede ser igual o mayor que la duración de una bocanada t. En estas circunstancias, el primer conmutador de MOSFET 30 se puede mantener en el estado APAGADO durante toda la duración de la bocanada. La salida de la fuente de alimentación 20 que se aplicó sobre el elemento de calentamiento 10 en esta bocanada se presenta entonces en forma de una salida de DC.

En otros ejemplos, el t<h-p>derivado puede ser menor que la duración de cada bocanada t. En este caso, el primer conmutador de MOSFET 30 se puede configurar según diferentes formas de onda de control de diferentes relaciones de tiempo alto y tiempo bajo, para reflejar la relación de t<h-p>a t.

Luego se usa un dispositivo de forma de onda, por ejemplo, el generador de forma de onda 205 en el paso S104 para generar la primera forma de onda de control según el patrón de forma de onda derivado.

En una realización adicional, como se ilustra en la Fig. 7B, una bocanada se puede dividir en múltiples ciclos de intervalo, por ejemplo, N ciclos de intervalo, cada ciclo t<c>durará un tiempo de t<c>= t/N, S201. El voltaje de trabajo de la fuente de alimentación puede ser ligeramente diferente en los ciclos de intervalo respectivos y el tiempo de descarga de la fuente de alimentación para cada ciclo de intervalo se pueden derivar en consecuencia en base a la detección del voltaje de trabajo al comienzo de cada ciclo de intervalo S202. Se pueden aplicar algoritmos similares a los descritos anteriormente a cada ciclo para determinar el tiempo que el elemento de calentamiento debería estar encendido durante la duración de t<c>. El tiempo que el elemento de calentamiento debería estar alimentado para cada ciclo t'<h-p>se puede derivar en el paso S203 a partir de la Ecuación 2:

Ecuación 2: tW t<c>= P X R<h>/V<2>;

en donde P es un consumo de energía predeterminado del elemento de calentamiento para un ciclo de intervalo, y el consumo de energía predeterminado para un ciclo de intervalo puede ser un resultado del consumo de energía predeterminado en un ciclo dividido por el número de ciclos de intervalo.

De manera similar, con el tiempo estimado que el elemento de calentamiento se ha de alimentar en el paso S204, se puede derivar un patrón de forma de onda.

El t'<h-p>derivado puede ser igual o mayor que la duración de un ciclo de intervalo t<c>. De este modo, el primer conmutador de MOSFET 30 se puede mantener en el estado APAGADO durante todo el ciclo de intervalo. La salida de la fuente de alimentación 20 aplicada al elemento de calentamiento 10 en este ciclo de intervalo tiene la forma de una salida de DC.

En otros ejemplos, el t'<h-p>derivado puede ser menor que la duración de cada bocanada t<c>, y el primer conmutador de MOSFET 30 se puede configurar según diferentes formas de onda de control de diferentes relaciones de tiempo alto y tiempo bajo, para reflejar la relación de t'<h-p>a t<c>. De acuerdo con este paso, la energía convertida en un período de tiempo es sustancialmente idéntica a un valor de conversión de energía predeterminado para el mismo período de tiempo.

Un dispositivo de forma de onda, por ejemplo, el generador de forma de onda 205, se usa luego en el paso S205 para generar la primera forma de onda de control según el patrón de forma de onda derivado. El proceso se repite hasta que se generan formas de onda para todos los ciclos de intervalo de la bocanada. También se pueden usar como elementos de conmutación transistores bipolares y diodos para activar o desactivar el circuito de calentamiento en lugar de usar los MOSFET como elementos de conmutación.

La primera forma de onda de control puede ser una forma de onda de PWM (Modulación de Ancho de Pulso) y el generador de forma de onda puede ser un generador de forma de onda de PWM. El generador de forma de onda de PWM puede ser parte de un microprocesador o parte de un controlador de PWM.

El diseño de la Fig. 1B incluye los elementos de la Fig. 1A y además incluye un elemento de referencia 40, por ejemplo, un resistor de referencia o un conjunto de resistores de referencia conectados en serie o en paralelo y que tienen un valor de resistencia sustancialmente constante. El elemento de referencia 40 se conecta en serie con el elemento de calentamiento 10 y se desconecta del circuito de calentamiento a través de un segundo elemento de conmutación 50, por ejemplo, un segundo conmutador de MOSFET que es configurable entre un estado ENCENDIDO y un estado APAGADO mediante una segunda forma de onda de control. El resistor de referencia 40 tiene una resistencia conocida R<f>que es consistente durante la temperatura de trabajo y el tiempo de trabajo del cigarrillo electrónico.

En la Fig. 6 se ilustra un diagrama de bloques de la unidad de gestión de potencia 200 de la Fig. 1B. La unidad 200 tiene al menos un detector de voltaje 201 para detectar un voltaje de salida de la fuente de alimentación 20 y/o una caída de voltaje a través del resistor de referencia, y/o una caída de voltaje a través del elemento de calentamiento. Una unidad de cálculo de resistencia de elemento de calentamiento 206 calcula la resistencia instantánea o el valor medio de la resistencia del elemento de calentamiento en base al voltaje de salida detectado de la fuente de alimentación y/o la caída de voltaje a través del resistor de referencia y/o la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento, y un valor de resistencia del resistor de referencia almacenado dentro de un dispositivo de memoria 203. Un dispositivo de estimación de tiempo de descarga 202 estima el tiempo de descarga de la fuente de alimentación en la duración de una bocanada en base al voltaje de salida detectado y la resistencia calculada del elemento de calentamiento. Un dispositivo de derivación de patrón de forma de onda 204 determina la relación de tiempo alto y tiempo bajo de la primera forma de onda de control en base al tiempo de descarga estimado y un consumo de energía predeterminado P y un tiempo que normalmente dura una bocanada talmacenados en la memoria 203. Un generador de forma de onda 205 genera la primera forma de onda de control de acuerdo con el patrón determinado.

Para detectar un voltaje de salida de una fuente de alimentación y/o una caída de voltaje a través de un resistor de referencia y/o una caída de voltaje a través de un elemento de calentamiento 10, el primer conmutador de MOSFET 30 está configurado en el estado ENCENDIDO y el segundo conmutador de MOSFET 50 está configurado en el estado APAGADO. La fuente de alimentación 20, el resistor de referencia 40 y el elemento de calentamiento 10 están conectados como un circuito cerrado. Como se ilustra en la Fig. 8A, en el paso S301 se realizan la detección del voltaje de trabajo de la fuente de alimentación 20 y/o la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento 10. La resistencia instantánea se puede derivar entonces en el paso S302 calculando con referencia a la resistencia del resistor de referencia 40 y los voltajes medidos usando la Ecuación 3

Ecuación 3: R<h>= V<2>XR<f>/(Vr V<2>);

en donde R<h>es la resistencia instantánea del elemento de calentamiento; R<f>es la resistencia del resistor de referencia; V<1>es el voltaje de trabajo de la fuente de alimentación de DC; y V<2>es la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento.

Alternativamente o además, en el paso S302 la caída de voltaje a través del resistor de referencia 40 se puede detectar derivando la resistencia instantánea del elemento de calentamiento 10. La Ecuación 3, a su vez, se puede ajustar ligeramente para implicar la caída de voltaje del resistor de referencia 40 en lugar del voltaje de salida de la fuente de alimentación 20.

La medición y el cálculo de la resistencia instantánea del elemento de calentamiento se pueden repetir, y se puede derivar un valor medio a partir del resultado de los resultados del cálculo repetido y se puede usar para procesamiento adicional.

Después de que se calcula la resistencia instantánea o la resistencia media del elemento de calentamiento, se detecta de nuevo un voltaje de salida de la fuente de alimentación 20 con el primer conmutador de MOSFET en estado APAGADO y el segundo conmutador de MOSFET en estado ENCENDIDO. Un tiempo de descarga de la fuente de alimentación para una bocanada se estima luego en el paso S303 en base a la resistencia calculada del elemento de calentamiento y el voltaje de salida recién detectado de la fuente de alimentación usando la Ecuación 1. Después de que se estime el tiempo de descarga, en el paso S304 se puede determinar un patrón de forma de onda y se pueden generar formas de onda de control en el paso S305.

Del mismo modo, en esta realización, como se ilustra en la Fig. 8B, una bocanada también se puede dividir en múltiples ciclos de intervalo, por ejemplo N ciclos de intervalo, cada ciclo de intervalo t<c>que dura un tiempo de t<c>= t/N, S401. La Ecuación 2 se puede usar de nuevo para derivar el tiempo que el elemento de calentamiento se debería alimentar para cada ciclo.

Al comienzo de un primer intervalo de tiempo, el primer conmutador de MOSFET 30 está ENCENDIDO y el segundo conmutador de MOSFET 50 está APAGADO. La caída de voltaje a través del resistor de referencia 40 y el voltaje de salida de la fuente de alimentación se detectan luego en el paso S402. La resistencia instantánea del elemento de calentamiento 10 se puede derivar luego a partir de la Ecuación 3 en el paso S403.

Después de que se derive la resistencia instantánea del elemento de calentamiento, el primer conmutador de MOSFET 30 está configurado en el estado APAGADO y el segundo conmutador de MOSFEt 50 está configurado en el estado ENCENDIDO por lo que el resistor de referencia 40 se desconecta del circuito de calentamiento 100. Luego se detecta de nuevo el voltaje de salida V de la fuente de alimentación 20 y el tiempo de descarga de la fuente de alimentación 20, es decir, el tiempo que el primer conmutador de MOSFET 30 necesita ser mantenido en el estado APAGADO en el ciclo de intervalo para una conversión de energía deseada en el elemento de calentamiento, se deriva según la Ecuación 2 en el paso S404.

El tiempo que el primer conmutador de MOSFET 30 se debería mantener en el estado APAGADO se deriva luego para cada ciclo de intervalo siguiendo el mismo proceso que se mencionó anteriormente. En algunas realizaciones, la resistencia instantánea del elemento de calentamiento se deriva al comienzo de cada bocanada y solamente se deriva una vez y luego se usa para derivar el tiempo que el primer conmutador de MOSFET 30 debería estar en el estado APAGADO durante la duración de la bocanada. En otras realizaciones, la resistencia instantánea del elemento de calentamiento 10 se deriva al comienzo de cada ciclo de intervalo y se usa solamente para derivar el tiempo que el primer conmutador de MOSFET 30 necesita ser mantenido en el estado APAGADO para ese ciclo de intervalo. Puede ser deseable derivar la resistencia instantánea del elemento de calentamiento si el elemento de calentamiento es muy sensible a su temperatura de trabajo.

De manera similar, se puede derivar en su lugar un valor medio de la resistencia para el resistor de referencia y se usa para derivar el tiempo que el primer conmutador de MOSFET necesita ser configurado en el estado APAGADO. En algunas realizaciones, el t'<h-p>derivado puede ser igual o mayor que la duración de cada ciclo de intervalo t<c>. En este caso, el primer conmutador de MOSFET 30 será mantenido en el estado APAGADO durante todo el ciclo de intervalo y en base a la relación de t'<h-p>a t<c>, el primer conmutador de MOSFET 30 también se puede mantener en el estado APAGADO durante un cierto período de tiempo en un ciclo de intervalo posterior o toda la duración del ciclo de intervalo posterior. La fuente de alimentación 20 suministra una corriente de salida de DC al elemento de calentamiento 10 en este ciclo de intervalo o ciclos de intervalo.

En otras realizaciones, el t'<h-p>derivado puede ser menor que la duración de cada ciclo de intervalo t<c>. Luego, el primer conmutador de MOSFET 30 se configura según diferentes formas de onda de control, por ejemplo, formas de onda de PWM de diferentes relaciones de tiempo alto y tiempo bajo, para reflejar la relación de t'<h-p>a t<c>.

Por ejemplo, en el paso S405 se determina entonces un patrón de forma de onda según la relación de t'<h-p>a t<c>y la primera y segunda formas de onda de control se generan según el patrón de forma de onda determinado en el paso S406. Las formas de onda de control para todos los ciclos de intervalo se generan repitiendo los pasos anteriores en el paso S407. Similar a la primera forma de onda de control, la segunda forma de onda de control también puede ser una forma de onda de PWM y el generador de forma de onda puede ser un generador de forma de onda de PWM. El generador de forma de onda de PWM también puede ser parte de un microprocesador o parte de un controlador de PWM.

Alternativamente o además de la realización descrita en la Fig. 1B, el resistor de referencia 40 se puede disponer en paralelo con el elemento de calentamiento 10. En esta disposición, la resistencia instantánea del elemento de calentamiento 10 se puede derivar con referencia al flujo de corriente a través de cada rama del circuito de calentamiento. En algunas realizaciones, el voltaje a través del resistor de referencia 40 y el elemento de calentamiento 10 se puede detectar mediante una sonda de voltaje, un circuito de medición de voltaje o un dispositivo de medición de voltaje.

Los cálculos según las Ecuaciones 1 a 3 se pueden realizar mediante un procesador o un controlador que ejecuta códigos de instrucciones o mediante circuitos de cálculo dedicados diseñados para realizar la lógica mencionada anteriormente. Se puede usar un microprocesador que tenga una función de PWM y una función de almacenamiento. La función de almacenamiento puede almacenar el código de instrucciones que, cuando se ejecuta por el microprocesador, puede implementar la lógica como se describió anteriormente.

En una realización adicional, en lugar de derivar el tiempo de descarga para generar las formas de onda de control, se puede derivar un consumo de energía estimado del elemento de calentamiento para generar las formas de onda de control.

Como se ilustra en la Fig. 9, la unidad de gestión de potencia en este ejemplo incluye un ADC 201 para detectar un primer voltaje de salida de la fuente de alimentación 20 y/o una caída de voltaje a través del resistor de referencia 40, y/o una caída de voltaje a través del elemento de calentamiento 10. Una unidad de cálculo de resistencia de elemento de calentamiento 206 calcula la resistencia instantánea o el valor medio de la resistencia del elemento de calentamiento en base al primer voltaje de salida detectado de la fuente de alimentación y/o la caída de voltaje a través del resistor de referencia y/o la caída de voltaje a través de la elemento de calentamiento. Un valor de resistencia del resistor de referencia 40 almacenado dentro de un dispositivo de memoria 203. Un dispositivo de estimación de consumo de energía 207 estima el consumo de energía durante un período de tiempo dado, por ejemplo, la duración de una bocanada o un ciclo de intervalo dentro de la bocanada, en base a un segundo voltaje de salida detectado y la resistencia calculada del elemento de calentamiento. Un dispositivo de derivación de patrón de forma de onda 204 determina la relación de tiempo alto y de tiempo bajo de la primera forma de onda de control en base al consumo de energía estimado y un consumo de energía predeterminado P almacenado en la memoria 203. Un generador de forma de onda 205 genera una primera forma de onda de control según el patrón determinado.

El elemento de calentamiento en este ejemplo puede ser un elemento de calentamiento a base de fibra de carbono. Un ADC de un microcontrolador lee la relación de voltaje del elemento de calentamiento de fibra de carbono V<mecha>y la caída de voltaje V<res>a través de un resistor de referencia que tiene una resistencia de R<estándar>. La resistencia del resistor estándar es conocida y la resistencia del elemento de calentamiento de fibra de carbono se puede derivar mediante la Ecuación 4:

Ecuación 4:

El resistor de referencia se desconecta luego del circuito de calentamiento y el elemento de calentamiento de fibra de carbono. Luego, el ADC lee el voltaje de circuito cerrado de la fibra de carbono V<cerrado>. La potencia de la fibra de carbono se puede calcular mediante la Ecuación 5:

Ecuación 5: P<CF>_ V<2cerrado>/ R<mecha>

La potencia estimada P<cf>puede ser, por ejemplo, 3,2 W, que es mayor que un valor predeterminado de 2,5 W, el tiempo de ENCENDIDO y APAGADO del primer conmutador de<m>O<s>FET 30 se puede determinar luego determinando la relación de tiempo alto y tiempo bajo de la forma de onda de control.

Por ejemplo, en cada ciclo largo de 50 ms, el tiempo alto es , el tiempo bajo es 50 ms || ig | tiempo = 11 ms Una forma de onda de control se genera luego por el generador de forma de onda para configurar el tiempo de ENCENDIDO/APAGADO del primer conmutador de MOSFET 30.

En caso de que la P<cf>estimada sea menor que el valor predeterminado de 2,5 W, la forma de onda de salida al primer controlador de MOSFET estará completamente APAGADA y la salida de la fuente de alimentación se proporcionará como DC.

Las Figs. 2 a 4 son diagramas que muestran los resultados de las pruebas del circuito de calentamiento usando la unidad de gestión de potencia. Estos resultados muestran que se ha mantenido una salida sustancialmente constante incluso aunque la resistencia del elemento de calentamiento pueda variar durante el ciclo de trabajo del elemento de calentamiento y/o el voltaje de la batería pueda caer con el trascurso del tiempo.

Resultado de la prueba 1: resistencia sustancialmente constante del elemento de calentamiento con capacidad de batería decreciente

En un ejemplo, se llevaron a cabo pruebas de descarga dinámica usando la unidad de gestión dinámica de potencia de salida de la Fig. 1A en un elemento de calentamiento seco, es decir, un elemento de calentamiento que tiene una resistencia sustancialmente consistente. Los resultados se muestran en la Fig.2, en donde las líneas de datos de arriba a abajo representan el voltaje de la batería V, la energía de salida en J a 280 mAh, y el tiempo de descarga en ms, es decir el tiempo de alimentación, durante el tiempo de prueba en segundos.

En algunos ejemplos, la resistencia del elemento de calentamiento cambia dependiendo de las condiciones de trabajo del elemento de calentamiento, por ejemplo, la cantidad de solución electrónica con la que entra en contacto el elemento de calentamiento, la carbonización alrededor/dentro del elemento de calentamiento y la temperatura de trabajo. El elemento de calentamiento puede ser un elemento de calentamiento convencional o un elemento de calentamiento a base de fibra, por ejemplo un elemento de calentamiento de fibra de carbono.

Ejemplo 2: elemento de calentamiento mojado con capacidad de batería decreciente

En otro ejemplo, se llevaron a cabo pruebas de descarga dinámica húmeda usando la unidad de gestión dinámica de potencia de salida de la Fig. 1A o 1B en un elemento de calentamiento húmedo, es decir, la resistencia del elemento de calentamiento puede cambiar cuando tiene una cantidad diferente de líquido. Los resultados se muestran en la Fig. 3. Las líneas de datos de arriba a abajo representan la resistencia del elemento de calentamiento en ohmios, el voltaje de la batería V, el energía de salida en J, a 240 mAh y el tiempo de descarga en ms, es decir, el tiempo de alimentación, durante el tiempo de prueba en segundos.

Ejemplo 3: elemento de calentamiento mojado con capacidad de batería decreciente

Los resultados para otro conjunto de pruebas de descarga dinámica húmeda se muestran en la Fig.4. Las líneas de datos de arriba a abajo representan la resistencia del elemento de calentamiento en ohmios, el voltaje de la batería V, la energía de salida en J a 280 mAh y el tiempo de descarga en ms, es decir, el tiempo de alimentación, durante el tiempo de prueba en segundos.

El sistema de gestión de potencia descrito puede incluir una unidad de gestión dinámica de potencia de salida para un circuito de calentamiento de un dispositivo electrónico para fumar, con la PMU que tiene al menos un dispositivo de detección de voltaje para detectar un voltaje de salida de una fuente de alimentación, y/o una caída de voltaje a través de un elemento de calentamiento operable para ser conectado o desconectado de la fuente de alimentación a través de un primer elemento de conmutación, y/o una caída de voltaje a través de un elemento de referencia operable para ser conectado a o desconectado del circuito de calentamiento a través de un cambio de estado de un segundo elemento de conmutación desde un primer estado a un segundo estado y de un segundo estado al primer estado. Un controlador está configurado para cambiar el segundo elemento de conmutación del primer estado al segundo estado; para recibir un primer resultado de detección desde el dispositivo de detección; derivar una resistencia del elemento de calentamiento; cambiar el segundo elemento de conmutación del segundo estado al primer estado; recibir un segundo resultado de detección del dispositivo de detección de voltaje; y derivar un tiempo de descarga de la fuente de alimentación en función de la resistencia del elemento de calentamiento y la segunda detección de voltaje. Como resultado, la energía convertida en un período de tiempo es sustancialmente idéntica a un valor de conversión de energía predeterminado para el mismo período de tiempo.

El sistema de gestión de potencia descrito puede operar sobre instrucciones almacenadas en medios legibles por máquina no transitorios, las instrucciones cuando se ejecutan hacen que un procesador controle un dispositivo de detección de voltaje para detectar un primer voltaje de salida de una fuente de alimentación, y/o una caída de voltaje a través de un elemento de calentamiento conectado operativamente a la fuente de alimentación a través de un primer elemento de conmutación, y/o una caída de voltaje a través de un elemento de referencia conectado operativamente a la fuente de alimentación a través de un segundo elemento de conmutación. El primer voltaje de salida se detecta cuando el elemento de referencia está conectado a la fuente de alimentación. Las instrucciones pueden dirigir el procesador a derivar una resistencia del elemento de calentamiento en función de al menos dos del primer voltaje de salida de una fuente de alimentación, la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento y la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento, y para controlar el dispositivo de detección de voltaje para detectar un segundo voltaje de salida de la fuente de alimentación. Luego, el procesador puede estimar el tiempo de descarga de la fuente de alimentación para la bocanada en función del segundo voltaje de salida de la fuente de alimentación y la resistencia derivada del elemento de calentamiento de manera que la energía convertida en la bocanada sea sustancialmente idéntica a un valor de conversión de energía predeterminada para una bocanada.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo electrónico para fumar que comprende:

un atomizador que incluye un elemento de calentamiento de resistencia eléctrica (10);

una fuente de alimentación (20) conectada al elemento de calentamiento (10) y a un controlador;

un primer elemento de conmutación (30) conectado entre el elemento de calentamiento (10) y la fuente de alimentación (20);

un dispositivo de detección de voltaje (201) conectado al controlador y a la fuente de alimentación (20) para medir el voltaje de salida de la fuente de alimentación (20);

un medio para proporcionar la resistencia del elemento de calentamiento (10) que comprende una memoria (203) para almacenar un valor de resistencia; y caracterizado por

el controlador que ajusta la potencia eléctrica suministrada desde la fuente de alimentación (20) al elemento de calentamiento (10) en base al voltaje de la fuente de alimentación y la resistencia proporcionada del elemento de calentamiento (10).

2. El dispositivo electrónico para fumar de la reivindicación 1, que comprende además: un elemento de referencia (40) y un segundo elemento de conmutación (50) para conectar y desconectar el elemento de referencia (40) de una conexión en serie con el elemento de calentamiento (10).

3. El dispositivo electrónico para fumar de la reivindicación 1, en donde la fuente de alimentación (20) es una batería, el primer circuito es un circuito de medición de batería, el segundo circuito es un circuito de medición de resistencia de elemento de calentamiento, la potencia eléctrica es una potencia eléctrica de corriente continua y el voltaje de la fuente de alimentación es un voltaje de batería, que comprende además:

una carcasa tubular; y

un suministro de líquido en la carcasa para proporcionar líquido al elemento de calentamiento (10).

4. El dispositivo electrónico para fumar de la reivindicación 3 con el circuito de medición de resistencia de elemento de calentamiento y el circuito de medición de batería que están incluidos en el controlador.

5. El dispositivo electrónico para fumar de la reivindicación 3 con el controlador proporcionando corriente desde la batería al elemento de calentamiento (10) de modo que el producto de la corriente por el voltaje al elemento de calentamiento (10) varíe en menos del 15 % durante la vida útil de la carga de la batería.

6. Un método de operación de un dispositivo electrónico para fumar, que comprende:

detectar un voltaje de salida de una fuente de alimentación (20) de un circuito de calentamiento en el dispositivo electrónico para fumar;

proporcionar una resistencia de un elemento de calentamiento (10), que está conectado a la fuente de alimentación (20) a través de un primer elemento de conmutación (30), usando un valor de resistencia almacenado en una memoria (203); y

estimar un tiempo de descarga de la fuente de alimentación (20) en función del voltaje de salida detectado de la fuente de alimentación (20) y la resistencia proporcionada del elemento de calentamiento (10) de manera que una energía convertida en una bocanada sea sustancialmente idéntica a un valor de conversión de energía predeterminado para una bocanada.

7. El método de la reivindicación 6, que comprende además: derivar un patrón de una forma de onda en base al tiempo de descarga estimado y un tiempo de descarga predeterminado para cada bocanada; y generar una forma de onda de control para el primer elemento de conmutación (30) en el circuito de calentamiento en base al patrón derivado.

8. El método de la reivindicación 6, en donde la detección de un primer voltaje de salida de una fuente de alimentación (20) se realiza al comienzo de la bocanada.

9. El método de la reivindicación 6, que comprende además:

dividir la duración de la bocanada en un número de ciclos de intervalo;

detectar en cada ciclo de intervalo un primer voltaje de salida de la fuente de alimentación (20), detectar una caída de voltaje a través de un elemento de calentamiento (10) conectado operativamente a la fuente de alimentación (20) a través de un primer elemento de conmutación (30) o una caída de voltaje a través de un elemento de referencia (40) conectado operativamente a la fuente de alimentación (20) a través de un segundo elemento de conmutación (50) y el elemento de calentamiento (10), en donde el primer voltaje de salida se detecta cuando el elemento de referencia se conecta a la fuente de alimentación (20);

derivar una resistencia del elemento de calentamiento (10) en función de los al menos dos del primer voltaje de salida de la fuente de alimentación (20), la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento (10) y la caída de voltaje a través del elemento de calentamiento (10);

detectar un segundo voltaje de salida de la fuente de alimentación (20); y

estimar el tiempo de descarga de la fuente de alimentación (20) para el ciclo de intervalo en función del segundo voltaje de salida de la fuente de alimentación (20) y la resistencia derivada del elemento de calentamiento (10) de manera que una energía convertida en el ciclo de intervalo sea sustancialmente idéntica a un valor de conversión de energía predeterminado para un ciclo de intervalo.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la detección de un primer voltaje de salida de la fuente de alimentación (20) se realiza al comienzo de cada ciclo de intervalo.

11. El método de la reivindicación 9, que comprende además:

derivar un patrón de una forma de onda de control en base al tiempo de descarga estimado y un tiempo de descarga predeterminado para cada ciclo de intervalo; y

generar una forma de onda de control para el primer elemento de conmutación (30) en base al patrón derivado.