JP2023541755A - エアロゾル生成装置 - Google Patents

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Abstract

一実施形態によれば、バッテリ電圧を供給するバッテリ、バッテリ電圧よりも高い第１ブースティング電圧にバッテリ電圧を昇圧する第１ブースト回路、第１及び第２ＰＷＭ信号に基づいて第１及び第２スイッチング電圧をそれぞれ生成し、生成された第１及び第２スイッチング電圧によって第１ブースティング電圧を第２ブースティング電圧に昇圧する第２ブースト回路、第２ブースティング電圧が印加されることにより、超音波振動を発生させ、エアロゾル生成物質を霧化する振動子、及びバッテリ、第１ブースト回路及び第２ブースト回路を制御するプロセッサを含むエアロゾル生成装置が提供されうる。

Description

本発明は、エアロゾル生成装置に関する。
シガレットを燃焼させてエアロゾルを生成する方式を代替して非燃焼方式でエアロゾルを生成するエアロゾル生成装置に係わる需要が増加している。例えば、エアロゾル生成装置は、エアロゾル生成物質から非燃焼方式でエアロゾルを生成してユーザに供給することができる。
超音波振動を用いるエアロゾル生成装置は、振動子に交流電圧を印加して超音波振動を発生させ、超音波振動を介してエアロゾル生成物質を微粒子化することができる。エアロゾル生成物質が微粒子化されて放出されることで、エアロゾルが生成されうる。一方、振動子が安定して効率的に駆動されるためには、エアロゾル生成装置のバッテリ電圧の電圧値、例えば、３．４Ｖ～４．２Ｖよりも遥かに高い電圧値、例えば、５５Ｖ～７０Ｖを有する交流電圧が振動子に印加されなければならない。したがって、全体的な回路サイズ及び電力消耗を過度に増加させずとも、高い電圧値を有する交流電圧を振動子に印加するための技術が要求される。
多様な実施形態は、エアロゾル生成装置を提供する。本開示が解決しようとする技術的課題は、前述したような技術的課題に限定されず、以下の実施形態からさらに他の技術的課題が類推されうる。
上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本発明の一側面によるエアロゾル生成装置は、バッテリ電圧を供給するバッテリ；前記バッテリ電圧よりも高い第１ブースティング電圧にバッテリ電圧を昇圧する第１ブースト回路；第１及び第２ＰＷＭ信号に基づいて第１及び第２スイッチング電圧をそれぞれ生成し、前記生成された第１及び第２スイッチング電圧によって前記第１ブースティング電圧を第２ブースティング電圧に昇圧する第２ブースト回路；前記第２ブースティング電圧が印加されることにより、超音波振動を発生させ、エアロゾル生成物質を霧化する振動子；及び前記バッテリ、前記第１ブースト回路及び前記第２ブースト回路を制御するプロセッサ；を含む。
前記第２ブースト回路は、前記プロセッサから入力された前記第１及び第２ＰＷＭ信号に基づいて前記第１及び第２スイッチング電圧をそれぞれ生成する電力駆動回路；及び前記電力駆動回路から出力された前記第１及び第２スイッチング電圧によって前記第１ブースティング電圧を前記第２ブースティング電圧に昇圧する昇圧回路；を含む。
前記昇圧回路は、一端に前記第１ブースティング電圧が印加され、他端が前記振動子の一端に連結された第１インダクタ；前記第１インダクタの前記他端と連結され、前記第１スイッチング電圧によって前記第１インダクタと接地との間の電流フローをスイッチングする第１トランジスタ；一端に前記第１ブースティング電圧が印加され、他端が前記振動子の他端に連結される第２インダクタ；及び前記第２インダクタの前記他端と連結され、前記第２スイッチング電圧によって前記第２インダクタと接地との間の電流フローをスイッチングする第２トランジスタ；を含む。
前記電力駆動回路は、前記第１及び第２スイッチング電圧のうち、いずれか１つがしきい値電圧以下である場合、前記電力駆動回路の出力を遮断する出力遮断回路をさらに含む。
前記電力駆動回路は、１つの統合ＩＣによって具現されうる。
前記第１ブースティング電圧は、前記バッテリ電圧の少なくとも３倍以上であり、前記第２ブースティング電圧は、前記第１ブースティング電圧の少なくとも４倍以上でもある。
前記バッテリ電圧及び前記第１ブースティング電圧は、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧であり、前記第２ブースティング電圧は、ＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧でもある。
前記第１ブースト回路は、前記バッテリ電圧が印加される入力端子、前記入力端子とパワーインダクタを介して連結されるスイッチ端子、基準電圧端子、及び前記第１ブースティング電圧を出力する出力端子を含むＤＣ－ＤＣコンバータ；一端が前記出力端子に連結され、他端が前記基準電圧端子に連結される第１抵抗；及び一端が前記基準電圧端子に連結され、他端が接地に連結される第２抵抗；を含む。
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、前記第１抵抗及び前記第２抵抗の比率に基づいて前記第１ブースティング電圧を出力する。
前記第１トランジスタは、ゲート電極に印加された前記第１スイッチング電圧の状態によって、接地に連結されたソース電極と前記第１インダクタの前記他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチであり、
前記第２トランジスタは、ゲート電極に印加された前記第２スイッチング電圧の状態によって、接地に連結されたソース電極と前記インダクタの前記他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチでもある。
前記第１ＰＷＭ信号及び前記第２ＰＷＭ信号は、相補的（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）でもある。
前記第１スイッチング電圧が第１状態であり、前記第２スイッチング電圧が第２状態である場合、前記第１インダクタ及び前記第２インダクタのうち、１つのインダクタと接地との間の電流フローが許容されることにより、前記１つのインダクタを介して流れる電流の変化に対応するエネルギーが前記１つのインダクタに保存され、前記第１インダクタ及び前記第２インダクタのうち、他の１つのインダクタと接地との間の電流フローが遮断されることにより、前記他の１つのインダクタに保存されていたエネルギーが前記振動子に伝達されうる。
本発明は、エアロゾル生成装置を提供する。具体的に、本発明の一実施形態によるエアロゾル生成装置は、第１ブースト回路を用いてバッテリ電圧を第１ブースティング電圧に昇圧し、第２ブースト回路を用いて第１ブースティング電圧を第２ブースティング電圧に昇圧し、第２ブースティング電圧を振動子に印加することができる。第１ブースト回路は、全体的な回路サイズの過度な増加を防止するために、適正な昇圧率だけバッテリ電圧を１次的に昇圧するＤＣ－ＤＣコンバータ回路を含む。また、第２ブースト回路は、インダクタの逆起電力とスイッチング回路を用いて、直流電圧を交流電圧に変換するだけではなく、２次的な昇圧効果を獲得し、交流昇圧電力を提供する２個の電力半導体スイッチをスイッチングする電力駆動回路を１つの統合集積回路として具現することで、所要部品の数を減らし、ＰＣＢ回路サイズを減少させうる。
したがって、本発明の一実施形態によれば、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ回路をカスケード（ｃａｓｃａｄｅ）方式で結合するか、一回で１０倍以上の高い昇圧率に昇圧可能なコンバータ回路を使用する場合と比べて、全体的な回路のサイズ及び電力消耗を過度に増加させずとも、高い電圧値を有する交流電圧を振動子に印加することができる。
一実施形態によるエアロゾル生成装置のブロック図である。 一実施形態によるエアロゾル生成装置を概略的に示す図面である。 一実施形態によるエアロゾル生成装置のハードウェア構成を示す図面である。 一実施形態による第１ブースト回路を示す回路図である。 一実施形態による第２ブースト回路の概略図である。 図５に図示された第２ブースト回路の詳細回路図である。 図６に図示された電力駆動回路の詳細回路度である。 一実施形態によるＰＷＭ信号を示す図面である。 一実施形態による第２ブースト回路の動作を説明するための図面である。 一実施形態による第２ブースト回路の動作を説明するための図面である。 一実施形態による振動子に印加される電圧の変化を示すグラフである。 一実施形態によるカートリッジの回路構成を示す図面である。
実施形態で使用される用語は、本発明での機能を考慮しながら可能な限り、現在広く使用される一般的な用語を選択したが、これは、当分野に従事する技術者の意図または判例、新たな技術の出現などによっても異なる。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分において、詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、単なる用語の名称ではない、その用語が有する意味と、本発明の全般にわたる内容とに基づいて定義されねばならない。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書に記載した「．．．部」、「．．．モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
本開示で使用されたように、「少なくとも１つ」のような表現は、構成要素のリストに先行するとき、構成要素の全体リストを修飾し、リストの個別的な構成要素を修飾しない。例えば、「ａ、ｂ及びｃのうち、少なくとも１つ」という表現は「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ａ及びｂ」、「ａ及びｃ」、「ｂ及びｃ」、または「ａ、ｂ及びｃ」を含むと理解されうる。
また、本発明において使用される「第１」または「第２」のような序数を含む用語は、多様な構成要素の説明に使用されるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてならない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的に使用されうる。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施可能なように詳細に説明する。しかし、本発明は、互いに異なる様々な形態にも具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
図１は、一実施形態によるエアロゾル生成装置のブロック図である。
図１を参照すれば、エアロゾル生成装置１０は、バッテリ１１０、霧化器１２０、センサ１３０、ユーザインターフェース１４０、メモリ１５０及びプロセッサ１６０を含む。しかし、エアロゾル生成装置１０の内部構造は、図１に図示されたところに限定されない。エアロゾル生成装置１０の設計によって、図１に図示されたハードウェア構成のうち、一部が省略されるか、新たな構成がさらに追加されるということを、本実施形態に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解するであろう。
一例として、エアロゾル生成装置１０は、本体を含み、その場合、エアロゾル生成装置１０に含まれたハードウェア要素は、本体に位置する。
他の実施形態として、エアロゾル生成装置１０は、本体及びカートリッジを含み、エアロゾル生成装置１０に含まれたハードウェア要素は、本体及びカートリッジに分けられて位置する。または、エアロゾル生成装置１０に含まれたハードウェア要素のうち、少なくとも一部は、本体及びカートリッジそれぞれに位置する。
以下、エアロゾル生成装置１０に含まれた各要素の位置を限定せず、各要素の動作について説明する。
バッテリ１１０は、エアロゾル生成装置１０の動作に用いられる電力を供給する。例えば、バッテリ１１０は、霧化器１２０がエアロゾル生成物質を霧化させるように電力を供給する。また、バッテリ１１０は、エアロゾル生成装置１０内に備えられた他のハードウェア要素、例えば、センサ１３０、ユーザインターフェース１４０、メモリ１５０及びプロセッサ１６０の動作に必要な電力を供給する。バッテリ１１０は、充電可能なバッテリであるか、使い捨てバッテリである。
例えば、バッテリ１１０は、ニッケル系バッテリ（例えば、ニッケル金属ハイドライドバッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ）、またはリチウム系バッテリ（例えば、リチウムコバルトバッテリ、リン酸鉄リチウムバッテリ、チタン酸リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリまたはリチウムポリマーバッテリ）を含む。但し、エアロゾル生成装置１０に使用されるバッテリ１１０の種類は、上述したところによって制限されない。必要によってバッテリ１１０は、アルカリバッテリまたはマンガンバッテリを含む。
霧化器１２０は、プロセッサ１６０の制御によってバッテリ１１０から電力を供給される。霧化器１２０は、バッテリ１１０から電力を供給されてエアロゾル生成装置１０に保存されたエアロゾル生成物質を霧化させうる。
霧化器１２０は、エアロゾル生成装置１０の本体に位置する。または、エアロゾル生成装置１０が本体及びカートリッジを含む場合、霧化器１２０は、カートリッジに位置するか、本体及びカートリッジに分けられて位置する。霧化器１２０がカートリッジに位置する場合、霧化器１２０は、本体及びカートリッジのうち、少なくともいずれか１箇所に位置したバッテリ１１０から電力を供給されうる。また、霧化器１２０が本体及びカートリッジに分けられて位置する場合、霧化器１２０で電力供給が必要な部品は、本体及びカートリッジのうち、少なくともいずれか１箇所に位置したバッテリ１１０から電力を供給されうる。
霧化器１２０は、カートリッジ内部のエアロゾル生成物質からエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）を発生させる。エアロゾルは、気体中に液体及び／または固体微粒子が分散されている浮遊物を意味する。したがって、霧化器１２０から発生するエアロゾルは、エアロゾル生成物質から発生した蒸気化された粒子と空気とが混合された状態を意味する。例えば、霧化器１２０は、エアロゾル生成物質の相（ｐｈａｓｅ）を気化及び／または昇華を通じて気相に変換させうる。また、霧化器１２０は、液体及び／または固相のエアロゾル生成物質を微粒子化して放出することで、エアロゾルを生成することができる。
例えば、霧化器１２０は、超音波振動方式を用いることで、エアロゾル生成物質からエアロゾルを発生させうる。超音波振動方式は、振動子によって発生する超音波振動でエアロゾル生成物質を霧化させることにより、エアロゾルを発生させる方式を意味する。
図１に図示されていないが、霧化器１２０は、熱を発生させることで、エアロゾル生成物質を加熱するヒータを選択的に含む。エアロゾル生成物質は、ヒータによって加熱され、その結果、エアロゾルが生成されうる。
ヒータは、任意の適した電気抵抗性物質によって形成されうる。例えば、適した電気抵抗性物質は、チタン、ジルコニウム、タンタル、白金、ニッケル、コバルト、クロム、ハフニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、錫、ガリウム、マンガン、鉄、銅、ステンレス鋼、ニクロムなどを含む金属または金属合金でもあるが、それらに制限されない。またヒータは、金属熱線（ｗｉｒｅ）、導電性トラック（ｔｒａｃｋ）が配置された金属熱板（ｐｌａｔｅ）、セラミック発熱体などによっても具現されるが、それらに制限されない。
例えば、一実施形態においてヒータは、カートリッジの一部でもある。またカートリッジは、後述する液体伝達手段及び貯蔵槽を含んでもよい。貯蔵槽に収容されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段に移動し、ヒータは、液体伝達手段に吸収されたエアロゾル生成物質を加熱してエアロゾルを発生させうる。例えば、ヒータは、液体伝達手段に巻かれるか、液体伝達手段に隣接して配置されうる。
他の例として、エアロゾル生成装置１０は、シガレットを収容する収容空間を含み、ヒータは、エアロゾル生成装置１０の収容空間に挿入されたシガレットを加熱しうる。エアロゾル生成装置１０の収容空間にシガレットが収容されることにより、ヒータは、シガレットの内部及び／または外部に位置する。これにより、ヒータは、シガレット内のエアロゾル生成物質を加熱してエアロゾルを発生させうる。
一方、ヒータは、誘導加熱式ヒータでもある。ヒータは、シガレットまたはカートリッジを誘導加熱方式で加熱するための導電性コイルを含み、シガレットまたはカートリッジには、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタが含まれる。
エアロゾル生成装置１０は、少なくとも１つのセンサ１３０を含む。少なくとも１つのセンサ１３０でセンシングされた結果は、プロセッサ１６０に伝達され、センシング結果によってプロセッサ１６０は、霧化器１２０の動作制御、喫煙の制限、カートリッジ（または、シガレット）挿入有／無の判断、お知らせ表示のような多様な機能が遂行されるようにエアロゾル生成装置１０を制御する。
例えば、少なくとも１つのセンサ１３０は、パフ感知センサを含む。パフ感知センサは、外部から流入される気流の流量（ｆｌｏｗ）変化、圧力変化、及び音の検出のうち、少なくとも１つに基づいてユーザのパフを感知する。パフ感知センサは、ユーザのパフの開始タイミング及び終了タイミングを検出し、プロセッサ１６０は、検出されたパフの開始タイミング及び終了タイミングによってパフ期間（ｐｕｆｆ ｐｅｒｉｏｄ）及び非パフ（ｎｏｎ－ｐｕｆｆ）期間を判断する。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、ユーザ入力センサを含む。ユーザ入力センサは、スイッチ、物理的ボタン、タッチセンサのようにユーザの入力を受信するセンサでもある。例えば、タッチセンサは、ユーザが金属材質によって形成された所定の領域をタッチする場合、キャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化が発生し、キャパシタンスの変化を検出することで、ユーザの入力を感知することができる静電容量型センサでもある。プロセッサ１６０は、静電容量型センサから受信したキャパシタンスの変化の前後値を比較することにより、ユーザの入力が発生したか否かを決定する。キャパシタンス変化の前後値が既設定のしきい値を超過した場合、プロセッサ１６０は、ユーザの入力が発生したと決定する。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、モーションセンサを含む。モーションセンサを介してエアロゾル生成装置１０の傾度、移動速度及び加速度のようなエアロゾル生成装置１０の動きに係わる情報が獲得されうる。例えば、モーションセンサは、エアロゾル生成装置１０が動く状態、エアロゾル生成装置１０の停止状態、パフのためにエアロゾル生成装置１０が所定範囲内の角度で傾いた状態、及び各パフ動作の間でパフ動作時とは異なる角度でエアロゾル生成装置１０が傾いた状態に係わる情報を測定する。モーションセンサは、当該技術分野で知られた多様な方法を用いてエアロゾル生成装置１０の運動情報を測定する。例えば、モーションセンサは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸３方向の加速度を測定する加速度センサ及び３方向の角速度を測定するジャイロセンサを含む。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、近接センサを含む。近接センサは、接近する物体、あるいは近傍に存在する物体の有無または距離を電磁界の力または赤外線などを用いて機械的接触なしに検出するセンサを意味し、それを介してエアロゾル生成装置１０にユーザの接近有無が検出されうる。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、イメージセンサを含む。イメージセンサは、例えば、物体のイメージを獲得するためのカメラを含む。イメージセンサは、カメラによって獲得されたイメージに基づいて物体を認識する。プロセッサ１６０は、イメージセンサを介して獲得されたイメージを分析してユーザがエアロゾル生成装置１０を使用するための状況であるか否かを決定しうる。例えば、ユーザがエアロゾル生成装置１０を使用するために、エアロゾル生成装置１０を唇あたりに接近させるとき、イメージセンサは、唇のイメージを獲得する。プロセッサ１６０は、獲得されたイメージを分析して唇と判断される場合、ユーザがエアロゾル生成装置１０を使用するための状況であることを決定する。これにより、エアロゾル生成装置１０は、霧化器１２０を予め動作させるか、ヒータを予熱させうる。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、エアロゾル生成装置１０に使用される消耗品（例えば、カートリッジ、シガレットなど）の装着または脱去を感知する消耗品脱着センサを含みうる。例えば、消耗品脱着センサは、消耗品がエアロゾル生成装置１０に接触したか否かを感知するか、イメージセンサによって消耗品が脱着されるか否かを判断する。また、消耗品脱着センサは、消耗品のマーカーと相互作用するコイルのインダクタンス値の変化を感知するインダクタンスセンサであるか、消耗品のマーカーと相互作用するキャパシタのキャパシタンス値の変化を感知するキャパシタンスセンサでもある。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、温度センサを含んでもよい。温度センサは、霧化器１２０の振動子またはヒータ（または、エアロゾル生成物質）の温度を感知する。エアロゾル生成装置１０は、振動子またはヒータの温度を感知する別途の温度センサを含むか、別途の温度センサを含む代わりに、ヒータ自体が温度センサの役割を遂行することができる。または、ヒータが温度センサの役割を遂行すると共に、エアロゾル生成装置１０に別途の温度センサがさらに含まれうる。また、温度センサは、振動子またはヒータだけではなく、エアロゾル生成装置１０の印刷回路基板（ＰＣＢ）、バッテリのような内部部品の温度を感知しうる。
また、少なくとも１つのセンサ１３０は、エアロゾル生成装置１０の周辺環境の情報を測定する多様なセンサを含む。例えば、少なくとも１つのセンサ１３０は、周辺環境の温度を測定する温度センサ、周辺環境の湿度を測定する湿度センサ、周辺環境の圧力を測定する大気圧センサなどを含む。
エアロゾル生成装置１０に備えられるセンサ１３０は、上述した種類に限定されず、多様なセンサをさらに含む。例えば、エアロゾル生成装置１０は、ユーザ認証及び保安のためにユーザの指から指紋情報を獲得する指紋センサ、瞳の虹彩パターンを分析する虹彩認識センサ、手の平を撮影したイメージから静脈内還元ヘモグロビンの赤外線の吸収量を感知する静脈認識センサ、目、鼻、口及び顔面輪郭などの特徴点を２Ｄまたは、３Ｄ方式で認識する顔面認識センサ、及びＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）センサなどを含んでもよい。
エアロゾル生成装置１０には、前記例示された多様なセンサ１３０の例示のうち、一部だけが取捨選択されて具現されうる。すなわち、エアロゾル生成装置１０は、前述したセンサのうち、少なくとも１つ以上のセンサでセンシングされる情報を組み合わせて活用することができる。
ユーザインターフェース１４０は、ユーザにエアロゾル生成装置１０の状態についての情報を提供する。ユーザインターフェース１４０は、視覚情報を出力するディスプレイまたはランプ、触覚情報を出力するモータ、音情報を出力するスピーカ、ユーザから入力された情報を受信するか、ユーザに情報を出力する入／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェーシング手段（例えば、ボタンまたはタッチスクリーン）とデータ通信をするか、充電電力を供給されるための端子、外部デバイスと無線通信（例えば、ＷＩ－ＦＩ， ＷＩ－ＦＩ Ｄｉｒｅｃｔ， Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）， ＮＦＣ（Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など）を遂行するための通信インターフェースなどの多様なインターフェーシング手段を含みうる。
但し、エアロゾル生成装置１０には、前記例示された多様なユーザインターフェース１４０の例示のうち、一部のみが取捨選択されて具現されうる。
メモリ１５０は、エアロゾル生成装置１０内で処理される各種データを保存するハードウェアであって、メモリ１５０は、プロセッサ１６０で処理されたデータ及び処理されるデータを保存することができる。メモリ１５０は、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）， ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のようなＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）， ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）などの多様な種類によって具現されうる。
メモリ１５０には、エアロゾル生成装置１０の動作時間、最大パフ回数、現在パフ回数、少なくとも１つの温度プロファジル及びユーザの喫煙パターンに係わるデータなどが保存されうる。
プロセッサ１６０は、エアロゾル生成装置１０の全般的な動作を制御する。プロセッサ１６０は、多数の論理ゲートのアレイに具現され、マイクロプロセッサと該マイクロプロセッサで実行されるプログラムが保存されたメモリの組合わせによっても具現される。また、プロセッサ１６０が他の形態のハードウェアとしても具現されるということを、当該実施例が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。
プロセッサ１６０は、少なくとも１つのセンサ１３０によってセンシングされた結果を分析し、後続して行われる処理を制御する。例えば、プロセッサ１６０は、少なくとも１つのセンサ１３０によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器１２０の動作が開始または終了するように、霧化器１２０に供給される電力を制御する。また、プロセッサ１６０は、少なくとも１つのセンサ１３０によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器１２０が適量のエアロゾルを発生させるように霧化器１２０に供給される電力量及び電力供給時間を制御する。例えば、プロセッサ１６０は、霧化器１２０の振動子が所定の周波数で振動するように振動子に供給される電流または電圧を制御する。
一実施形態において、プロセッサ１６０は、エアロゾル生成装置１０に対するユーザ入力を受信した後、霧化器１２０の動作を開始する。また、プロセッサ１６０は、パフ感知センサを利用し、ユーザのパフを感知した後、霧化器１２０の動作を開始する。また、プロセッサ１６０は、パフ感知センサを用いてパフ回数をカウントした後、パフ回数が既設定の回数に到逹すれば、霧化器１２０に電力供給を中断させうる。
プロセッサ１６０は、少なくとも１つのセンサ１３０によってセンシングされた結果に基づいて、ユーザインターフェース１４０を制御する。例えば、パフ感知センサを用いてパフ回数をカウントした後、パフ回数が既設定の回数に到逹すれば、プロセッサ１６０は、ランプ、モータ及びスピーカのうち、少なくともいずれか１つを利用し、ユーザにエアロゾル生成装置１０が直ぐ終了することを予告する。
一方、図１には図示されていないが、エアロゾル生成装置１０は、別途のクレードルと共に、エアロゾル生成システムに含まれうる。例えば、クレードルは、エアロゾル生成装置１０のバッテリ１１０を充電するのに用いられる。例えば、エアロゾル生成装置１０は、クレードル内部の収容空間に収容された状態で、クレードルのバッテリから電力を供給されてエアロゾル生成装置１０のバッテリ１１０を充電することができる。
一実施形態は、コンピュータによって実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータによって実行可能な命令語を含む記録媒体の形態にも具現されうる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセスされる任意の可用媒体でもあり、揮発性及び不揮発性媒体、分離型及び非分離型媒体をいずれも含む。また、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記録媒体及び通信媒体をいずれも含む。コンピュータ記録媒体は、コンピュータ可読命令語、データ構造、プログラムモジュールまたはその他データのような情報の保存のための任意の方法または技術によって具現された揮発性及び不揮発性、分離型及び非分離型媒体をいずれも含む。通信媒体は、典型的にコンピュータ可読命令語、データ構造、プログラムモジュールのような変調されたデータ信号のその他データ、またはその他送信メカニズムを含み、任意の情報伝達媒体を含む。
図２は、一実施形態によるエアロゾル生成装置を概略的に示す図面である。
図２に図示された実施形態によるエアロゾル生成装置１０は、エアロゾル生成物質を保有するカートリッジ２０と、カートリッジ２０を支持する本体２５を含む。
カートリッジ２０は、内部にエアロゾル生成物質を収容した状態で本体２５に結合する。一例において、カートリッジ２０の少なくとも一部が本体２５に挿入されることで、カートリッジ２０と本体２５とが結合される。他の例として、本体２５の少なくとも一部がカートリッジ２０に挿入されることで、カートリッジ２０と本体２５が結合されうる。
カートリッジ２０と本体２５は、スナップフィット（ｓｎａｐ－ｆｉｔ）方式、螺合方式、磁力結合方式または嵌合方式のうち、少なくとも１つの方式によって結合されうるが、カートリッジ２０と本体２５との結合方式が上述した例示に限定されるものではない。
一実施形態において、カートリッジ２０は、ユーザの吸入過程でユーザの口腔に挿入されるマウスピース２１０を含む。一実施形態において、マウスピース２１０は、カートリッジ２０の本体２５と結合される一領域と反対方向に位置した他の領域に配置され、エアロゾル生成物質から発生したエアロゾルを外部に排出する排出口２１０ｅを含む。
ユーザの吸入またはパフ動作によってカートリッジ２０の外部と内部との間に圧力差が発生し、カートリッジ２０の内部と外部との圧力差によってカートリッジ２０の内部で生成されたエアロゾルが排出口２１０ｅを介してカートリッジ２０の外部に排出されうる。ユーザは、マウスピース２１０に口腔を接触して吸い込むことで、排出口２１０ｅを介してカートリッジ２０の外部に排出されるエアロゾルを供給されうる。
一実施形態において、カートリッジ２０は、ハウジング２００の内部空間に位置し、エアロゾル生成物質を収容する貯蔵槽２２０を含む。本発明において「貯蔵槽がエアロゾル生成物質を収容する」という表現は、貯蔵槽２２０が容器（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）の用途のようにエアロゾル生成物質を単に入れる機能を遂行することと、貯蔵槽２２０の内部に、例えば、スポンジ（ｓｐｏｎｇｅ）や綿や布地や多孔性セラミック構造体のようなエアロゾル生成物質を含有（含浸）する要素を含むことを意味する。
カートリッジ２０は、例えば、液体状態や、固体状態や、気体状態や、ゲル（ｇｅｌ）状態のうち、いずれか１つの状態を有するエアロゾル生成物質を保有することができる。エアロゾル生成物質は、液状組成物を含む。例えば、液状組成物はタバコ含有物質を含む液体、揮発性タバコ香成分を含む液体、及び／または非タバコ物質を含む液体でもある。
液状組成物は、例えば、水、ソルベント、エタノール、植物抽出物、香料、香味剤、及びビタミン混合物のうち、いずれか１つの成分や、これら成分の混合物を含む。香料は、メントール、ペパーミント、スペアミントオイル、各種果物の香り成分などを含むが、それらに制限されない。香味剤は、ユーザに多様な香味または風味を提供する成分を含む。ビタミン混合物は、ビタミンＡ、ビタミンＢ、ビタミンＣ及びビタミンＥのうち、少なくとも１つが混合されたものでもあるが、それらに制限されない。また、液状組成物は、グリセリン及びプロピレングリコールのようなエアロゾル形成剤を含む。
例えば、液状組成物は、ニコチン塩が添加されたグリセリン及びプロピレングリコール溶液を含む。液状組成物には、２種以上のニコチン塩が含まれうる。ニコチン塩は、ニコチンに有機酸または無機酸を含む適切な酸を添加することで形成されうる。ニコチンは、自然に発生するニコチンまたは合成ニコチンであって、液状組成物の総溶液重量に対する任意の適切な重量の濃度を有する。
ニコチン塩の形成のための酸は、血中ニコチン吸収速度、エアロゾル生成装置１０の作動温度、香味または風味、溶解度などを考慮して適切に選択されうる。例えば、ニコチン塩の形成のための酸は、安息香酸、乳酸、サリチル酸、ラウリン酸、ソルビン酸、レブリン酸、ピルビン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、バレリン酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、クエン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、フェニル酢酸、酒石酸、コハク酸、フマル酸、グルコン酸、サッカリン酸、マロン酸またはリンゴ酸で構成された群から選択される単独の酸または、前記群から選択される２以上の酸の混合でもあるが、それらに限定されない。
エアロゾル生成装置１０は、カートリッジ２０の内部のエアロゾル生成物質の相（ｐｈａｓｅ）を変換してエアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）を発生させる霧化器１２０を含む。
一例示において、貯蔵槽２２０に保存または収容されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段２３０によって霧化器１２０に供給され、霧化器１２０は、液体伝達手段２３０から供給されたエアロゾル生成物質を霧化させてエアロゾルを生成する。液体伝達手段２３０は、例えば、綿織、セラミック纎維、ガラス・ファイバー、多孔性セラミックの少なくとも１つを含む芯（ｗｉｃｋ）でもあるが、それらに限定されるものではない。
一実施形態によれば、エアロゾル生成装置１０の霧化器１２０は、超音波振動でエアロゾル生成物質を霧化させる超音波振動方式を用いることで、エアロゾル生成物質の相を変換することができる。
例えば、霧化器１２０は、短周期の振動を発生させる振動子を含み、振動子から生成される振動は、超音波振動でもある。超音波振動の周波数は、約１００ｋＨｚ～３．５ＭＨｚでもあるが、それに限定されるものではない。振動子から生成された短周期の振動によって貯蔵槽２２０から霧化器１２０に供給されたエアロゾル生成物質は、気化及び／または粒子化されてエアロゾルに霧化されうる。
振動子は、例えば、圧電セラミックを含み、圧電セラミックは、物理的な力（圧力）によって電気（電圧）を発生させ、逆に電気が印加されるとき、振動（機械的な力）を発生させることで、電気と機械的な力を互いに変換させうる機能性材料でもある。振動子に電気が印加されることにより、短周期の振動（物理的な力）が発生し、発生した振動は、エアロゾル生成物質を微粒子化してエアロゾルに霧化させうる。
振動子は、電気的連結部材を介してエアロゾル生成装置１０の他の構成要素と電気的に連結されうる。例えば、振動子は、電気的連結部材を介してエアロゾル生成装置１０のバッテリ１１０、プロセッサ１６０、またはエアロゾル生成装置１０の回路のうち、少なくとも１つと電気的に連結されうるが、振動子と電気的に連結される構成要素が上述した例示に限定されるものではない。
振動子は、電気的連結部材を介してバッテリ１１０から電流または電圧を供給されて超音波振動を発生させるか、プロセッサ１６０によって作動が制御されうる。
電気的連結部材は、例えば、ポゴピン（ＰｏｇｏＰｉｎ）またはＣ－クリップのうち、少なくとも１つを含むが、電気的連結部材が上述した例示に限定されるものではない。他の例として、電気的連結部材はケーブルまたは軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ）のうち、少なくとも１つを含むこともできる。
他の実施形態（図示せず）において、霧化器１２０は、別途の液体伝達手段２３０を使用せず、エアロゾル生成物質を吸収し、エアロゾルに変換するための最適の状態に保持する機能と、エアロゾル生成物質に振動を伝達してエアロゾルを発生させる機能をいずれも遂行するメッシュ状（ｍｅｓｈ ｓｈａｐｅ）や板状（ｐｌａｔｅ ｓｈａｐｅ）の振動収容部にも具現される。
図面上には、液体伝達手段２３０及び霧化器１２０がカートリッジ２０に配置される実施形態についてのみ図示されているが、液体伝達手段２３０及び霧化器１２０の配置構造が図示された実施形態に限定されるものではない。他の実施形態において、液体伝達手段２３０は、カートリッジ２０に配置され、霧化器１２０は、本体２５に配置されうる。
エアロゾル生成装置１０のカートリッジ２０は、排出通路２４０を含む。排出通路２４０は、カートリッジ２０の内部に位置し、霧化器１２０及びマウスピース２１０の排出口２１０ｅと連結または連通することができる。これにより、霧化器１２０で発生したエアロゾルは、排出通路２４０に沿って流動し、排出口２１０ｅを介してエアロゾル生成装置１０の外部に排出されてユーザに伝達されうる。
例えば、排出通路２４０は、カートリッジ２０の内部で貯蔵槽２２０によって取り囲まれるように配置されうるが、それに限定されるものではない。
図面上に図示されていないが、エアロゾル生成装置１０のカートリッジ２０は、エアロゾル生成装置１０の外部に位置した空気（以下、「外部空気」）がエアロゾル生成装置１０の内部に流入されるための少なくとも１つの空気流入通路を含んでもよい。
外部空気は、少なくとも１つの空気流入通路を介してカートリッジ２０の内部の排出通路２４０または霧化器１２０によってエアロゾルが発生する空間に流入されうる。流入された外部空気は、エアロゾル生成物質から発生した蒸気化された粒子と混合し、その結果、エアロゾルが生成されうる。
エアロゾル生成装置１０からカートリッジ２０と本体２５の長手方向を横切る方向での断面形状は、ほぼ円形、楕円形、正方形、長方形または様々な形態の多角形の断面形状でもある。但し、エアロゾル生成装置１０の断面の形状が上述した形状に限定されるか、エアロゾル生成装置１０が長手方向に延びるとき、必ずしも直線的に延びる構造によって形成されねばならないものではない。
他の実施形態において、エアロゾル生成装置１０の断面形状は、ユーザが手に取りやすく流線形に湾曲されるか、特定領域で既設定の角度で折り曲げられ、長く延び、エアロゾル生成装置１０の断面形状は、長手方向に沿って変化しうる。
図３は、一実施形態によるエアロゾル生成装置のハードウェア構成を示す図面である。
図３を参照すれば、エアロゾル生成装置（例えば、図１または図２のエアロゾル生成装置１０）は、バッテリ１１０及びプロセッサ１６０以外にも、第１ブースト回路３１０及び第２ブースト回路３２０をさらに含んでもよい。
図３及び後述する図面の実施形態では、説明の便宜上、プロセッサ１６０、第１ブースト回路３１０及び第２ブースト回路３２０が別個の構成要素として図示されているが、本実施形態の具現は、それに制限されない。すなわち、第１ブースト回路３１０及び第２ブースト回路３２０のうち、少なくとも１つは、プロセッサ１６０内に備えられた構成要素でもある。また、第１ブースト回路３１０及び第２ブースト回路３２０それぞれは、エアロゾル生成装置の本体（例えば、図２の本体２５）及びカートリッジ（例えば、図２のカートリッジ２０）の何処にも配置されうる。このような変形は、本実施形態の範囲に属するものと解釈されうる。
バッテリ１１０は、第１電圧値を有するバッテリ電圧ＶＢＡＴを供給することができる。第１電圧値は、３．４Ｖ～４．２Ｖの範囲に含まれるが、それに制限されるものではない。第１電圧値は、３．８Ｖ～６Ｖの範囲に含まれ、２．５Ｖ～３．６Ｖの範囲に含まれうる。携帯性のためにエアロゾル生成装置のサイズが制限されうるところ、エアロゾル生成装置に含まれるバッテリ１１０のサイズも制限されうる。これにより、バッテリ１１０によって供給されるバッテリ電圧ＶＢＡＴの第１電圧値は、振動子の安定的かつ効率的な駆動に不十分であり、バッテリ電圧ＶＢＡＴの昇圧が要求されうる。
第１ブースト回路３１０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴを第１電圧値より高い第２電圧値を有する第１ブースティング電圧Ｖ１に昇圧する。バッテリ電圧ＶＢＡＴ及び第１ブースティング電圧Ｖ１は、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧でもある。第２電圧値は、１０Ｖ～１３Ｖの範囲に含まれうるが、それに制限されるものではない。第２電圧値は、７Ｖ～１０．５Ｖの範囲に含まれ、１２Ｖ～２０Ｖの範囲に含まれうる。一例において、第２電圧値は、第１電圧値、すなわち、バッテリ電圧の少なくとも３倍以上でもある。但し、必ずしもそれに制限されるものではない。以下、図４を参照して第１ブースト回路３１０についてさらに詳細に説明する。
図４は、一実施形態による第１ブースト回路を示す回路図である。
図４を参照すれば、第１ブースト回路３１０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが印加される入力端子ＶＩＮ、入力端子ＶＩＮとパワーインダクタＬ０を介して連結されるスイッチ端子ＳＷ、基準電圧端子ＶＲＥＦ、及び第１ブースティング電圧Ｖ１を出力する出力端子ＶＯＵＴを含むＤＣ－ＤＣコンバータ４１０を含む。基準電圧端子ＶＲＥＦは、ＤＣ－ＤＣコンバータ４１０の基準電圧を示すことができる。
また、第１ブースト回路３１０は、一端が出力端子ＶＯＵＴに連結され、他端が基準電圧端子ＶＲＥＦに連結される第１抵抗Ｒ１、及び一端が基準電圧端子ＶＲＥＦに連結され、他端が接地に連結される第２抵抗Ｒ２を含む。
ＤＣ－ＤＣコンバータ４１０は、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２の比率に基づいて第１ブースティング電圧Ｖ１を出力する。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ４１０は、次の数式１によって第１ブースティング電圧Ｖ１を出力端子ＶＯＵＴに出力することができる。
一例において、ＤＣ－ＤＣコンバータ４１０の入力端子にバッテリ電圧ＶＢＡＴが印加され、第１抵抗Ｒ１は、５１０ｋΩであり、第２抵抗Ｒ２は、４２．５ｋΩであり、基準電圧端子ＶＲＥＦの電圧は、１Ｖである場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ４１０は、前記数式１によって１３Ｖの第１ブースティング電圧Ｖ１を出力端子ＶＯＵＴに出力する。
当該例示において、バッテリ電圧ＶＢＡＴが４．２Ｖである場合、第１ブースト回路３１０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴに３倍以上昇圧するものでもある。一方、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２の比率によって第１ブースト回路３１０の昇圧率が異なってもいるが、第１ブースト回路３１０は、過度に高い昇圧率を有さない。例えば、第１ブースト回路３１０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴに３倍以上であるが、６倍は超えないように昇圧することができる。このように、第１ブースト回路３１０は、全体としての回路サイズを過度に増加させないために、適正な昇圧率だけバッテリ電圧ＶＢＡＴを昇圧することができる。
また、図３に戻り、第２ブースト回路３２０は、第１ブースティング電圧Ｖ１を第２電圧値よりも高い第３電圧値をピークツーピーク（ｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ）電圧値として有する第２ブースティング電圧Ｖ２に昇圧することができる。第３電圧値は、５５Ｖ～７０Ｖの範囲に含まれるが、それに制限されるものではない。第３電圧値は、４５Ｖ～６０Ｖの範囲に含まれ、６５Ｖ～８０Ｖの範囲に含まれる。一例において、第３電圧値は、第２電圧値の少なくとも４倍以上でもある。但し、必ずしもそれに制限されるものではない。以下、図５を参照して第２ブースト回路３２０についてさらに詳細に説明する。
図５は、一実施形態による第２ブースト回路の概略図である。
図５を参照すれば、第２ブースト回路３２０は、電力駆動回路５００及び昇圧回路５１０を含む。電力駆動回路５００は、プロセッサ１６０から第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＮ信号ＰＷＭ＿Ｎをそれぞれ入力され、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐと第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎを生成して昇圧回路５１０の入力側に伝達する。
昇圧回路５１０は、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐと第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎによって第１ブースト回路３１０から出力された第１ブースティング電圧Ｖ１を第２ブースティング電圧Ｖ２に昇圧させて振動子に印加する。電力駆動回路５００と昇圧回路５１０との詳細構成は、図６を参照して説明する。
図６を参照すれば、電力駆動回路５００は、５個の入出力端子を有する１つのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下ＩＣと称する）として図示されている。ここで、５個の入出力端子のみが図示されているが、これは説明の便宜のためのものであって、追加的な機能などを具現するために、さらなる端子が備えられるということは言うまでもない。
ＶＣＣ端子には、第１ブースト回路３１０から出力された第１ブースティング電圧Ｖ１が印加され、電力駆動回路５００の内部電源に使用されうる。
ＩＮＡ端子には、プロセッサ１６０からＰＷＭ＿Ｐ信号が入力され、ＩＮＢ端子にはＰＷＭ＿Ｎ信号が入力される。ＰＷＮ＿Ｐ信号とＰＷＭ＿Ｎ信号は、互いに相補的なパルス信号であり、所定のデューティー比を有する信号である。ＰＷＮ＿Ｐ信号とＰＷＭ＿Ｎ信号については、図８を参照して後述する。
ＯＵＴＡ端子を介してＰＷＭ＿Ｐ信号に基づいて生成されたスイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐ信号が出力され、ＯＵＴＢ端子を介してＰＷＭ＿Ｎ信号に基づいて生成されたスイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎ信号が出力される。それぞれのスイッチング電圧信号は、昇圧回路５１０の第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２それぞれのゲート電極に印加される。
昇圧回路５１０は、第１インダクタＬ１、第１トランジスタＴＲ１、第２インダクタＬ２、第２トランジスタＴＲ２を含む。
第１インダクタＬ１の一端は、第１ブースティング電圧Ｖ１ラインと連結され、他端は、振動子の一端と連結される。
第１トランジスタＴＲ１は、第１インダクタＬ１の他端と連結され、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐによって第１インダクタＬ１と接地との間の電流フローをスイッチングする。第１トランジスタＴＲ１は、ゲート電極に印加された第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐの状態によって、接地に連結されたソース電極と第１インダクタＬ１の他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチを含む。例えば、第１トランジスタＴＲ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって具現される。但し、それに制限されるものではなく、第１トランジスタＴＲ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴではない、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴや他のタイプの半導体スイッチング素子にも具現される。
第２インダクタＬ２の一端は、第１ブースティング電圧Ｖ１ラインと連結され、他端は、振動子の他端に連結される。
第２トランジスタＴＲ２は、第２インダクタＬ２の他端と連結され、第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎによって第２インダクタＬ２と接地との間の電流フローをスイッチングする。第２トランジスタＴＲ２は、ゲート電極に印加された第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎの状態によって、接地に連結されたソース電極と第２インダクタＬ２の他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチを含む。例えば、第２トランジスタＴＲ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によっても具現される。但し、それに制限されるものではなく、第２トランジスタＴＲ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴではない、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴや他のタイプの半導体スイッチング素子にも具現される。
一方、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２それぞれのゲート電極とソース電極との間の電圧ＶＧＳが増加するほど、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２それぞれでソース電極とドレイン電極との間の電流フローが許容される場合の有効抵抗ＲＤＳ（ｏｎ）が小さくなる。ソース電極は、接地に連結されるので、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２のゲート電極とソース電極との間の電圧ＶＧＳは、それぞれ第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐ及び第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎに対応しうる。一例において、電圧ＶＧＳが６Ｖの場合の有効抵抗ＲＤＳ（ｏｎ）の最大値が７２ＭΩなのに比べて、電圧ＶＧＳが１０Ｖの場合の有効抵抗ＲＤＳ（ｏｎ）の最大値は、５９ＭΩに減少しうる。したがって、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐ及び第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎが１０Ｖ以上になるように電力駆動回路５００が制御されうる。例えば、電力駆動回路３２０を通じてプロセッサ１６０から入力された第１及び第２ＰＷＭ信号を１０Ｖ以上のスイッチング電圧信号に増幅させうる。これにより、全体的な回路の効率が増加しうる。但し、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐ及び第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎは、最大２０Ｖ以下に制限される。
図７は、図６に図示された電力駆動回路５００の詳細回路図である。図７は、図６に図示された電力駆動回路５００の内部回路をさらに具体化したものである。
図７を参照すれば、ＩＮＡ端子５０１を介して第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐが入力され、ＩＮＢ端子５０２を介して第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎが入力される。ＶＣＣ端子５０５を介して第１ブースティング電圧、すなわち、図３に図示された第１ブースト回路３１０を介してブースティングされた電圧Ｖ１が入力される。ＶＣＣ電圧は、電力駆動回路５００の内部電源として使用される。
第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐは、ＡＮＤゲートを経て増幅器５０７で増幅され、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿ＰとしてＯＵＴＡ端子５０３を介して出力される。
第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、ＡＮＤゲートを経て増幅器５０８で増幅され、第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿ＮとしてＯＵＴＢ端子５０４を介して出力される。
出力遮断回路５０６は、電力駆動回路５００の出力電圧が足りない場合、すなわち、第１及び第２スイッチング電圧が低い場合、これを感知して出力を遮断する機能を遂行する。電力スイッチが足りないゲート－ソース電圧によって中途半端にターンオンされれば、ターンオン抵抗が高くなる。電流は流れるが、抵抗が高ければ、電力スイッチで相当な熱が発生する。このような状態が数秒だけ持続されても温度が急上昇し、結局、短絡されて（温度がしきい点以上であれば、短絡される）過電流が流れるか、最終的には、電力スイッチが破壊される問題点がある。したがって、出力遮断回路５０６は、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２それぞれのゲート電極とソース電極との間の電圧ＶＧＳがしきい値より小さい場合、ＡＮＤゲートに出力遮断制御信号を伝達することができる。その場合、ＰＷＮ制御信号、例えば、論理信号「１」の値と、出力遮断制御信号、例えば、論理信号「０」の値が印加されれば、ＡＮＤゲートの出力は「０」になり、スイッチング電圧が出力されない。ここで、第１または第２トランジスタのゲート－ソース電圧ＶＧＳを基準に判断するか、第１または第２スイッチング電圧の既定値、例えば、１０Ｖ以下であるかを基準に判断することができる。
図７を参照して説明した出力遮断回路５０６から出力遮断制御信号がＡＮＤゲートで論理演算されることで説明したが、それに限定されず、多様な論理回路によって具現可能であるということを言うまでもない。
電力駆動回路５００は、相補的なＰＷＭ信号、例えば、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎを１つの統合回路で処理した後、振動子にブースティングされた交流電圧（例えば、第２ブースティング電圧Ｖ２）を印加する。以下、図８ないし図１１を参照して、振動子に交流電圧が印加される過程について詳細に説明する。
図８は、一実施形態によるＰＷＭ信号を示す図面である。
図８を参照すれば、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎの例示が図示されている。第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、既設定の周期Ｔによってハイ状態及びロー状態を繰り返す信号を意味する。
第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、相補的である。例えば、図８に図示されたように、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐがハイ状態である場合、第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、ロー状態であり、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐがロー状態である場合、第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、ハイ状態でもある。
一例において、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎそれぞれのデューティー比は、５０％でもある。その場合、ｔ１は、０．５Ｔ、ｔ２は、１．５Ｔ、ｔ３は、２．５Ｔでもある。但し、それに必ずしも制限されるものではなく、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎのデューティー比は、他の値を有する。但し、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、相補的なので、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎのデューティー比の和は、１００％でなければならない。
一方、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｐ及び第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｎは、相補的なので、第１トランジスタＴＲ１にハイ状態の第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐが印加される場合、第２トランジスタＴＲ２には、ロー状態の第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎが印加され、第１トランジスタＴＲ１にロー状態の第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐが印加される場合、第２トランジスタＴＲ２には、ハイ状態の第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎが印加されうる。
図９及び図１０は、一実施形態による第２ブースト回路の動作を説明するための図面である。
第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐが第１状態（例えば、ハイまたはロー状態）であり、第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎが第２状態（例えば、ローまたはハイ状態）である場合、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２のうち、１つのインダクタと接地との間の電流フローが許容されることにより、前記１つのインダクタを介して流れる電流の変化に対応するエネルギーが前記１つのインダクタに保存され、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２のうち、他の１つのインダクタと接地との間の電流フローが遮断されることにより、前記他の１つのインダクタに保存されていたエネルギーが振動子に伝達されうる。
図９を参照すれば、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐがハイ状態であり、第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎがロー状態である場合の第２ブースト回路３２０の等価回路が図示されている。
図９に図示されたように、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐがハイ状態である場合、第１トランジスタＴＲ１のソース電極とドレイン端子との間の電流フローが許容されうる。これにより、第１インダクタＬ１と接地との間の電流フローが許容されうる。第１インダクタＬ１は、振動子Ｐとも連結されているが、振動子Ｐは、０ではない負荷値（例えば、キャパシタンス）を有するのに対して、接地の抵抗は、０であるか、実質的に０に近いので、第１インダクタＬ１を介して流れる電流Ｉ１は、実質的にいずれも接地に伝達されうる。一方、第１インダクタＬ１を通じて電流Ｉ１が流れるので、第１インダクタＬ１は、電流Ｉ１に対応するエネルギーを保存することができる。
第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎがロー状態である場合、第２トランジスタＴＲ２のソース電極とドレイン端子との間の電流フローが遮断されうる。これにより、第２インダクタＬ２に保存されていたエネルギーが振動子Ｐに供給されうる。例えば、振動子Ｐを介して流れる電流Ｉは、第２インダクタＬ２を介して流れる電流Ｉ２に対応しうる。
一方、図１０を参照すれば、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐがロー状態であり、第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎがハイ状態である場合の第２ブースト回路３２０の等価回路が図示されている。
図１０に図示されたように、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐがロー状態である場合、第１トランジスタＴＲ１のソース電極とドレイン端子との間の電流フローが遮断されうる。これにより、第１インダクタＬ１に保存されていたエネルギーが振動子Ｐに供給されうる。例えば、振動子Ｐを介して流れる電流Ｉは、第１インダクタＬ１を介して流れる電流Ｉ１に対応しうる。
第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｎがハイ状態である場合、第２トランジスタＴＲ２のソース電極とドレイン端子との間の電流フローが許容されうる。これにより、第２インダクタＬ２と接地との間の電流フローが許容されうる。第２インダクタＬ２は、振動子Ｐとも連結されているが、振動子Ｐは、０ではない負荷値（例えば、キャパシタンス）を有するのに対して、接地の抵抗は、０であるか、実質的に０に近いので、第２インダクタＬ２を介して流れる電流Ｉ２は、実質的にいずれも接地に伝達されうる。一方、第２インダクタＬ２を通じて電流Ｉ２が流れるので、第２インダクタＬ２は、電流Ｉ２に対応するエネルギーを保存することができる。
一方、第１スイッチング電圧ＶＳＷ＿Ｐ及び第２スイッチング電圧ＶＳＷ＿ＮそれぞれはＰＷＭ信号に対応する周波数を有し、ハイ状態またはロー状態を繰り返す電圧信号に該当するところ、図９及び図１０を参照して前述したスイッチング状態が迅速に繰り返されうる。インダクタの逆起電力は、次の数式２のように、インダクタのインダクタンス値Ｌ及び経時的な電流の変化（ｄｉ／ｄｔ）に比例する。
したがって、第１ブースティング電圧Ｖ１が高くなり、インダクタを介して流れる電流Ｉ自体が増加するか、スイッチング速度が高いほど（すなわち、ＰＷＭ信号の周期が短いほど）振動子に高い電圧が印加されうる。
実施例において、超音波振動子を駆動するためのスイッチングドライバ回路、図６及び図７に図示された電力駆動回路を１つのＩＣに統合し、ＰＣＢサイズを縮小させうる。
図１１は、一実施形態による振動子に印加される電圧の変化を示すグラフである。
図１１参照すれば、図３ないし図１０を参照して説明した回路構成によるとき、振動子に印加される電圧の変化が図示されている。図１１の例示において、振動子に印加される交流電圧のピークツーピーク電圧値は、５５Ｖ～７０Ｖ範囲に該当する。これは、バッテリ電圧（例えば、３．４Ｖ～４．２Ｖ）の最小１３．１倍～最大２０．６倍範囲に該当する数値である。このように本開示によれば、全体的な回路のサイズ及び電力消耗を過度に増加させずとも、高い電圧値を有する交流電圧が振動子に印加されうる。
また、図３に戻り、振動子は、第２ブースト回路３２０から第２ブースティング電圧Ｖ２が印加されることにより、超音波振動を発生させ、エアロゾル生成物質を霧化しうる。プロセッサ１６０は、バッテリ１１０、第１ブースト回路３１０及び第２ブースト回路３２０を制御する。例えば、プロセッサ１６０は、第１ブースト回路３１０に昇圧の遂行を求めるイネーブル信号を伝送し、第２ブースト回路３２０にイネーブル信号及びＰＷＭ信号を伝送することができる。
図１２は、一実施形態によるカートリッジの回路構成を示す図面である。
図１２を参照すれば、振動子Ｐがカートリッジ（例えば、図２のカートリッジ２０）に含まれる例示におけるカートリッジの回路構成が図示されている。
カートリッジは、外部電源（例えば、図３の第２ブースト回路３２０）から振動子に交流電圧（例えば、第２ブースティング電圧Ｖ２）が印加される過程で発生するノイズを除去またはフィルタリングするための抵抗Ｒ０を含む。例えば、抵抗Ｒ０は、印刷回路基板の一領域に実装（ｍｏｕｎｔｅｄ）され、振動子と電気的に連結された状態でカートリッジに配置されうる。
図１２に図示されたように、抵抗Ｒ０は、振動子と電気的に並列に連結されるフィードバック回路を形成することで、振動子に印加される電圧信号に含まれたノイズを除去またはフィルタリングすることができる。例えば、抵抗Ｒ０は、エアロゾル生成装置（例えば、図１または図２のエアロゾル生成装置１０）の作動時（または「電源ｏｎ」）に発生するノイズを除去して振動子に安定した電圧を印加させうる。また、抵抗Ｒ０は、振動子に交流電圧が印加される時点または交流電圧が印加される間に振動子と外部電源との間で発生するノイズを除去またはフィルタリングする。これにより、ノイズによる振動子の損傷が防止され、カートリッジまたはエアロゾル生成装置が安定して作動されうる。
一実施形態によれば、抵抗Ｒ０は、約０．８ＭΩ～１．２ＭΩの抵抗値を有するように形成されて振動子に印加される電圧信号に含まれたノイズを除去することができる。但し、抵抗Ｒ０の抵抗値は、実施形態によって一部変更されうる。
上述した実施形態に係る説明は、一例示に過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。したがって、発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならず、請求範囲に記載の内容と同等な範囲にある全ての相違点は、特許請求の範囲によって決定される保護範囲に含まれるものと解釈されねばならない。

Claims (12)

  1. バッテリ電圧を供給するバッテリと、
    前記バッテリ電圧より高い第１ブースティング電圧に前記バッテリ電圧を昇圧する第１ブースト回路と、
    第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号に基づいて第１スイッチング電圧及び第２スイッチング電圧をそれぞれ生成し、前記生成された第１スイッチング電圧及び第２スイッチング電圧によって前記第１ブースティング電圧を第２ブースティング電圧に昇圧する第２ブースト回路と、
    前記第２ブースティング電圧が印加されることにより、超音波振動を発生させ、エアロゾル生成物質を霧化する振動子と、
    前記バッテリ、前記第１ブースト回路及び前記第２ブースト回路を制御するプロセッサと、を含む、エアロゾル生成装置。
  2. 前記第２ブースト回路は、
    前記プロセッサから入力された前記第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号に基づいて前記第１スイッチング電圧及び第２スイッチング電圧をそれぞれ生成する電力駆動回路と、
    前記電力駆動回路から出力された前記第１スイッチング電圧及び第２スイッチング電圧によって前記第１ブースティング電圧を前記第２ブースティング電圧に昇圧する昇圧回路と、を含む、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  3. 前記昇圧回路は、
    一端に前記第１ブースティング電圧が印加され、他端が前記振動子の一端に連結された第１インダクタと、
    前記第１インダクタの前記他端と連結され、前記第１スイッチング電圧によって前記第１インダクタと接地との間の電流フローをスイッチングする第１トランジスタと、
    一端に前記第１ブースティング電圧が印加され、他端が前記振動子の他端に連結される第２インダクタと、
    前記第２インダクタの前記他端と連結され、前記第２スイッチング電圧によって前記第２インダクタと接地との間の電流フローをスイッチングする第２トランジスタと、を含む、請求項２に記載のエアロゾル生成装置。
  4. 前記電力駆動回路は、
    前記第１スイッチング電圧及び第２スイッチング電圧のうち、いずれか１つがしきい値電圧以下である場合、前記電力駆動回路の出力を遮断する出力遮断回路をさらに含む、請求項２に記載のエアロゾル生成装置。
  5. 前記電力駆動回路は、
    １つの統合ＩＣで具現された、請求項２に記載のエアロゾル生成装置。
  6. 前記第１ブースティング電圧は、前記バッテリ電圧の少なくとも３倍以上であり、
    前記第２ブースティング電圧は、前記第１ブースティング電圧の少なくとも４倍以上である、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  7. 前記バッテリ電圧及び前記第１ブースティング電圧は、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧であり、前記第２ブースティング電圧は、ＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧である、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  8. 前記第１ブースト回路は、
    前記バッテリ電圧が印加される入力端子、前記入力端子とパワーインダクタを介して連結されるスイッチ端子、基準電圧端子、及び前記第１ブースティング電圧を出力する出力端子を含むＤＣ－ＤＣコンバータと、
    一端が前記出力端子に連結され、他端が前記基準電圧端子に連結される第１抵抗と、
    一端が前記基準電圧端子に連結され、他端が接地に連結される第２抵抗と、を含む、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  9. 前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、
    前記第１抵抗及び前記第２抵抗の比率に基づいて前記第１ブースティング電圧を出力する、請求項８に記載のエアロゾル生成装置。
  10. 前記第１トランジスタは、
    ゲート電極に印加された前記第１スイッチング電圧の状態によって、接地に連結されたソース電極と前記第１インダクタの前記他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチであり、
    前記第２トランジスタは、
    ゲート電極に印加された前記第２スイッチング電圧の状態によって、接地に連結されたソース電極と前記第２インダクタの前記他端に連結されたドレイン電極との間の電流フローをスイッチングする半導体スイッチである、請求項３に記載のエアロゾル生成装置。
  11. 前記第１ＰＷＭ信号及び前記第２ＰＷＭ信号は、相補的（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）である、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  12. 前記第１スイッチング電圧が第１状態であり、前記第２スイッチング電圧が第２状態である場合、
    前記第１インダクタ及び前記第２インダクタのうち、１つのインダクタと接地との間の電流フローが許容されることにより、前記１つのインダクタを介して流れる電流の変化に対応するエネルギーが前記１つのインダクタに保存され、
    前記第１インダクタ及び前記第２インダクタのうち、他の１つのインダクタと接地との間の電流フローが遮断されることにより、前記他の１つのインダクタに保存されていたエネルギーが前記振動子に伝達される、請求項３に記載のエアロゾル生成装置。
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