[发明专利]一种高效电子烟控制芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效电子烟控制芯片。

背景技术

当气流传感器检测到用户有吸烟动作时,内部控制器控制开关管的导通,但是纯粹的上述控制有一个致命缺点,当开关管导通时,加载电热丝两端的电压即为电源电压,而电热丝的电阻是固定的,这就说明,在电池电压较高的情况下与电池电压较低的情况下,每个吸烟周期时的电热丝上的功率并不一致,这就使得,在电池电压较高情况下,吸烟时,烟油的雾化速度过快,导致可能在电池电压较高时,电池的电量消耗过快,而电池电压较低的情况下烟油的雾化速度较慢,用户感觉到吸烟效果不佳。

为此,市场上出现了一些电子烟控制器采用输出一脉宽可以调整的输出波形来控制每个吸烟周期内加热丝上的平均电压缓解此问题,这种方式可以缓解电池电压变化导致的吸烟效果的差异,也在某种程度上增加了电池的使用寿命。但是，现有技术当每个吸烟周期的时间延长时,由于随着加热丝温度的升高,所需的加热功率是逐渐降低的,上述的驱动方式依然会造成不少电池功率是作为无用功被输出。

基于以上的问题,本发明针对于开关功率管的PWM控制方式, 提出了一种控制器内部嵌入了一电池电压检测机制,通过实时检测电池的电压,动态的控制Con端PWM波形的占空比,即,当电池电压较高时,采用占空比较小的控制信号驱动开关管的Gate,而当电池电压下降时,实时的增加占空比,这样可以近似保证在整个电池电压范围内,加载电热丝两端的平均电压保持相对恒定,既保证了用户吸烟感受,又不至于在电池电压较高情况下烟油的雾化速度过快导致电池电压高时电池电量的消耗过快,有效的将电池电量消耗平均分配到整个电池电压范围内,这样也在一定程度上延长了电池的使用寿命,也即增加了电池的利用率.

但是以上做法还不足以将电池电量更高效的利用,在每个吸烟周期内,电热丝均经过一个由较低的温度升高到烟油雾化的理想温度的过程,在这个过程中,电池的输出功率一部分用于电热丝的温度升高,一部分用以抵消整个系统的温度耗散；但是一旦电热丝达到雾化的理想温度时,电池仅需提供抵消系统耗散的功率,用以保证电热丝温度保持恒定即可以满足吸烟效果,而目前的产品在整个吸烟过程中,电池的输出功率均保持恒定,也就是说,在整个吸烟过程中,有相当一部分功率的消耗,对吸烟效果的提升是没有任何帮助的。

现阶段的电子烟均采用图1(a)所示结构,包括气流传感器,控制芯片,内置电池,烟油及加热丝组件和指示灯五部分组成，具体连接关系如图1(b)所示,气流传感器与控制芯片的采样端SENS以及VSS端相连；内置电池正端与控制芯片的VDD端相连,负端与控制芯片的VSS端相连；烟油及加热丝组件与控制芯片的输出端OUT以及VSS端相连；指示灯分别于控制芯片的LED端以及VSS端相连。各模块主要功能如下:其中气流传感器主要将外部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,方便控制芯片进行采样；控制芯片主要通过采样气流传感器的输出信号,判断系统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,控制加热丝以及指示灯做出相应的动作,满足用户在吸烟过程中的视觉以及味觉的感官要求；内置电池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,烟油和加热丝组件主要是保证在吸烟过程中,当电热丝温度上升时能保证烟油雾化,满足用户的吸烟体验;指示灯主要用来仿真吸烟过程中的火光的显示效果,力求达到逼真的效果。

控制芯片内部框图如图2所示包括吸烟检测模块,控制模块,Switch驱动电路, LED驱动电路以及开关电路。其中,吸烟检测模块与控制模块相连接,控制模块分别于Switch驱动电路和LED驱动电路相连接,Switch驱动电路与开关器件相连接。吸烟检测模块用于检测气流传感器的输出,并判断系统处于何种状态；控制模块根据系统的状态分别向LED驱动电路和Switch驱动电路输出合适的控制信号；LED驱动电路用于将LED的控制信号转化为指示灯的驱动信号；Switch驱动电路用以将Switch控制信号转化为实际的开关驱动信号。

传统的电子烟控制芯片通过检测气流传感器的输出,判断系统所处的状态(吸烟或者待机),进而控制开关管的导通与截止来控制电热丝中是否有电流,如图3，其中开关器件的控制端接Con,与电热丝的驱动模块相连,正端接电池正极V+,负端节电热丝,电热丝与开关器件的负端以及电池负端V-相连。

在传统的控制机制下,每个吸烟周期内的电热丝的功率均为Vdd²/R,其中,Vdd为电池电压(这里由于开关导通电阻较小,我们进行了忽略),R为电热丝的平均电阻。该输出功率与电源电压的关系密切。