发热丝功率控制电路和电子烟的制作方法

2021-01-07 14:01:42|

408|

起点商标网

本实用新型属于烟具技术领域，具体是一种发热丝功率控制电路和电子烟。

背景技术：

电子烟包括烟杆和烟弹两部分。其中烟弹中包括由雾化装置，雾化装置中的发热丝通电后产生热量，利用发热丝产生的热量将烟弹中的烟油雾化形成烟气，烟气由设置在烟弹中的烟道流入烟嘴的吸烟口处供使用者吸食。为了使烟油能够充分雾化，需要准确控制加热丝的功率。由于现有技术驱动发热丝工作的驱动电压输出模式单一，而电子烟在实际使用时电池与发热丝在功率控制过程中需要的目标输出电压不匹配，导致发热丝的输出电压无法达到理想的目标电压值，造成烟油无法很好地被雾化，严重影响了电子烟的口感。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了发热丝功率控制电路和电子烟，用以解决现有技术中驱动发热丝工作的驱动电压输出模式单一，电池无法与理想输出功率匹配的技术问题。

为解决上述问题本实用新型采用的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供一种发热丝功率控制电路，包括：

第一脉宽调制信号接收模块，用于接收第一脉宽调制信号；

第二脉宽调制信号接收模块，用于接收第二脉宽调制信号；

驱动电压输出模块，用于输出驱动发热丝的电压；

驱动电压控制模块，用于根据第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号控制驱动电压输出模块输出的电压的大小；

所述驱动电压控制模块包括降压输出控制模块、互补输出控制模块、升压输出控制模块和模式切换电路，所述模式切换电路用于根据实际输出的驱动电压的大小使用于驱动电压输出模块的控制模块在控制降压输出控制模块、互补输出控制模块和升压输出控制模块三种控制模块之间进行切换。

优选地，还包括驱动电压检测模块，所述驱动电压检测模块用于检测实际输出的驱动电压。

优选地，还包括第一模数转换模块，所述输出电压检测模块包括用于对驱动电压进行分压的分压模块，所述分压模块包括在驱动电压输出端和公共接地端之间串联连接的第九电阻和第十电阻，所述第九电阻的一端与驱动电压输出端连接，另一端与第十电阻和第一模数转换模块的输入端连接。

优选地，所述驱动电压输出模块包括电池和储能元件。

优选地，降压输出控制模块包括控制器、第一开关模块和第二开关模块，所述控制器用于根据第一脉宽调制信号控制第一开关模块接通或者切断电池电源和储能元件之间的连接，以及根据第一脉宽调制信号控制第二开关模块接通或者切断电池电源和与公共接地端之间的连接。

优选地，所述升压输出控制模块包括控制器、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端与电池电源的正极连接，另一端与第三开关模块和第四开关模块连接，所述控制器用于根据第二脉宽调制信号控制第三开关模块接通或者切断储能元件和公共地之间的连接，以及根据第而二脉宽调制信号控制第四开关模块接通或者切断储能元件与发热丝的之间的连接。

优选地，所述互补输出控制模块包括控制器、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端通过第一开关模块与电源电池连接，另一端通过第四开关模块与发热丝连接，所述第二开关模块一端与储能元件的与第一开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述第三开关模块一端与储能元件的与第四开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述控制器用于根据第一脉宽调制信号和第二第一脉宽调制信号控制第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块的开关状态。

优选地，所述模式切换电路包括控制器、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端通过第一开关模块与电源电池连接，另一端通过第四开关模块与发热丝连接，所述第二开关模块一端与储能元件的与第一开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述第三开关模块一端与储能元件的与第四开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接；当控制器控制第三开关模块常断并且第四开关模块常闭时，驱动电压输出模块工作在降压模式；当控制器控制第一开关模块常闭并且第二开关模块常开时，驱动电压输出模块工作在升压模式，当模式切换电路交替处于第三开关模块常断并且第四开关模块常闭和第一开关模块常闭并且第二开关模块常开两种状态下时，驱动电压输出模块工作在等和互补输出模式。

优选地，所述第一开关模块和/或第二开关模块和/或第三开关模块和/或第四开关模块为场效应管，所述驱动电压输出模块包括电池和储能元件，所述储能元件为电感。

第二方面，本实用新型还提供一种电子烟，所述电子烟包括第一方面所述的发热丝功率控制电路。

有益效果：本实用新型的发热丝功率控制电路利用模式切换电路和电子烟根据实际输出的驱动电压的与电池电源的大小关系，在降压输出控制模块、互补输出控制模块和升压输出控制模块三种控制模块之间进行切换，利用降压输出控制模块、互补输出控制模块和升压输出控制模块三种控制模块在不同情况下分别控制发热丝的电压输出，使发热丝的时间功始终能满足最佳雾化效果的需要。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的发热丝功率控制电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例1的降压输出控制模块的结构框图；

图3为本实用新型实施例1的升压输出控制模块的结构框图；

图4为本实用新型实施例1的互补输出控制模块的结构框图；

图5为本实用新型实施例2的发热丝功率控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

本实施例的发热丝功率控制电路利用模式切换电路，根据实际输出的驱动电压的与电池电源的大小关系，在降压输出控制模块、互补输出控制模块和升压输出控制模块三种控制模块之间进行切换，利用降压输出控制模块、互补输出控制模块和升压输出控制模块三种控制模块在不同情况下分别控制发热丝的电压输出，使发热丝的时间功始终能满足最佳雾化效果的需要。

实施例1：

如图1所示，本实用新型提供一种发热丝功率控制电路，包括：

第一脉宽调制信号检测模块，用于接收第一脉宽调制信号；

第二脉宽调制信号接收模块，用于接收第二脉宽调制信号；

驱动电压输出模块，用于输出驱动发热丝的电压；

驱动电压控制模块，用于根据第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号控制驱动电压输出模块输出的电压的大小；

本实施例的发热丝功率控制电路可以根据实际输出的驱动电压的大小来选择与实际输出的驱动电压匹配的控制模式。

具体地，当电池电压大于实际输出的驱动电压，设电池电压为vbat，发热丝的驱动电压为vout,第一电压阈值为v1第一电压阈值为v2。

则当vbat>vout+v1时，发热丝功率控制电路工作在降压控制模式。这时控制驱动电压输出模块的输出电压低于电池的供电电压，以使驱动电压输出模块输出的驱动电压与实际电压相匹配；

当vbat<vout-v2时发热丝功率控制电路工作在升压控制模式。这时控制驱动电压输出模块输出的发热丝驱动电压高于电池的供电电压，以使驱动电压输出模块输出的驱动电压与实际电压相匹配；

当vbat-v1≤vout≤vbat+v2时控制驱动电压输出模块工作在互补输出模式，这时控制驱动电压输出模块的输出电压在[vbat-v1,vbat+v2]区间内，以使驱动电压输出模块输出的驱动电压与实际电压相匹配。

当发热丝驱动电压的工作模式确定后，控制电路根据相应的控制模式采用脉宽调制的方式控制发热丝的驱动电压从而控制发热丝的功率。对此，本实施例设置了第一脉宽调制信号检测模块和第二脉宽调制信号接收模块，分别用于接收第一脉宽调制信号和接收第二脉宽调制信号。

由于模式切换电路是根据实际输出的驱动电压的大小，因此本实施例设置了驱动电压检测模块来检测实际输出的驱动电压。由于驱动电压检测模块所检测到的驱动电压为模拟量，因此本实施例设置了第一模数转换模块，将驱动电压检测模块所检测到的驱动电压的模拟量转换成对应的数字信号，并将数字信号发送给模式切换电路，模式切换电路根据驱动电压对应的数字信号来选择控制发热丝驱动电压的控制模式。

如图5所示，具体的，所述输出电压检测模块包括用于对驱动电压进行分压的分压模块，所述分压模块包括在驱动电压输出端和公共接地端之间串联连接的第九电阻r9和第十电阻r10，所述第九电阻r9的一端与驱动电压输出端连接，另一端与第十电阻r10和第一模数转换模块的输入端连接。

第九电阻r9和第十电阻r10串联后对发热丝的驱动电压进行分压。为了提高电压检测的准确性，所述丝驱动电压检测模块还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块与所述第十电阻r10并联。具体的第一滤波模为在第十电阻r10的两端并联的第四十三电容c43，这样可以起到滤波去耦，稳定第十电阻r10两端电压的作用。

其中，驱动电压输出模块包括电源和储能元件，其中电池可以给储能元件通电，使储能元件存储一定量的电能，然后根据发热丝驱动电压的控制模式，储能元件可以单独给发热丝供电，也可以和电池一起给发热丝供电。

如图2所示，其中降压输出控制模块包括控制器、第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块用于根据第一脉宽调制信号接通或者切断电池电源和储能元件之间的连接，所述第二开关模块用于根据第一脉宽调制信号接通或者切断电池电源和与公共接地端之间的连接。

当模式切换电路将发热丝电压驱动电压的控制模块切换到降压输出控制模块时，发热丝功率控制电路工作在降压输出控制模式，该模式的控制过程为：

第一步，降压输出控制模块根据第一脉宽调制信号的占空比确定电池对储能元件充电的第一充电时间和储能元件放电的第一放电时间；

第二步，降压输出控制模块根据第一充电时间控制电池对储能元件充电；

第三步，降压输出控制模块根据第一放电时间控制储能元件单独为发热丝供电；

其中第二步和第三步组成一个完整的控制周期，降压输出控制模块反复进行第二步和第三步，使降压输出模式的平均输出电压小于电池的供电电压，并通过第一脉宽调制信号的占空比来控制发热丝的功率。

其中在第二步时，第一开关模块处于闭合状态，同时第二开关模块处于打状态开，该状态持续第一充电时间，以使电池对储能元件充电，并为发热丝提供电能，其中储能元件充电的时间为第一充电时间。

在第三步时，第一开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第一放电时间，这时只有储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第一放电时间。

如图3所示，在本实施例中，升压输出控制模块包括控制器、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端与电池电源的正极连接，另一端与第三开关模块和第四开关模块连接，所述控制器用于根据第二脉宽调制信号控制第三开关模块接通或者切断储能元件和公共地之间的连接，以及根据第而二脉宽调制信号控制第四开关模块接通或者切断储能元件与发热丝的之间的连接。

当模式切换电路将发热丝电压驱动电压的控制模块切换到升压输出控制模块时，发热丝功率控制电路工作在升压输出控制模式，该模式的控制过程为：

第一步，升压输出控制模块根据第二脉宽调制信号的占空比确定电池对储能元件充电的第二充电时间和储能元件放电的第二放电时间；

第二步，升压输出控制模块根据第二充电时间控制电池对储能元件充电；

第三步，升压输出控制模块根据第二放电时间控制电池和储能元件同时为发热丝供电；

其中第二步和第三步组成一个完整的控制周期，升压输出控制模块反复进行第二步和第三步，使升压输出模式的平均输出电压大于电池的供电电压，并通过第一脉宽调制信号的占空比来控制发热丝的功率。

其中在第二步时，第三开关模块处于闭合状态，同时第四开关模块处于打状态开，该状态持续第二充电时间。

在第三步时，第三开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第二放电时间，这时储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第二放电时间，同时电池也并为发热丝提供电能。

如图4所示，在本实施例中，互补输出控制模块包括控制器、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端通过第一开关模块与电源电池连接，另一端通过第四开关模块与发热丝连接，所述第二开关模块一端与储能元件的与第一开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述第三开关模块一端与储能元件的与第四开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述控制器用于根据第一脉宽调制信号和第二第一脉宽调制信号控制第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块的开关状态。

当模式切换电路将发热丝电压驱动电压的控制模块切换到互补输出控制模块时，发热丝功率控制电路工作在互补输出控制控制模式，该模式的控制过程为：

第一步，互补输出控制模块根据第一脉宽调制信号的占空比确定电池对储能元件充电的第三充电时间和储能元件放电的第三放电时间，根据第二脉宽调制信号的占空比确定电池对储能元件充电的第四充电时间和储能元件放电的第四放电时间；

第二步，互补输出控制模块根据第三充电时间控制电池对储能元件充电；

第三步，互补输出控制模块根据第三放电时间控制储能元件单独为发热丝供电；

第四步，互补输出控制模块根据第四充电时间控制电池对储能元件充电；

第五步，互补输出控制模块根据第四放电时间控制电池和储能元件同时为发热丝供电；

其中第二步至第五步组成一个完整的控制周期，互补输出控制模块反复进行第二步至第五步，并通过第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号的占空比来控制发热丝的功率。

在第二步时，第三开关模块处于闭合状态，第四开关模块处于打开状态，第一开关模块处于闭合状态，同时第二开关模块处于打状态开，该状态持续第一充电时间，以使电池对储能元件充电，并为发热丝提供电能，其中储能元件充电的时间为第一充电时间。

在第三步时，第三开关模块处于闭合状态，第四开关模块处于打开状态，第一开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第一放电时间，这时只有储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第一放电时间。

在第四步时，第一开关模块处于闭合状态，第二开关模块处于打开状态，第三开关模块处于闭合状态，同时第四开关模块处于打状态开，该状态持续第二充电时间。

在第五步时，第一开关模块处于闭合状态，第二开关模块处于打开状态，第三开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第二放电时间，这时储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第二放电时间，同时电池也并为发热丝提供电能。

其中第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号为互补的脉宽调制信号，即第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号的占空比的和为1。例如第一脉宽调制信号的占空比为0.2，则相应的第二脉宽调制信号的占空比为0.8，例如第一脉宽调制信号的占空比为0.5，则相应的第二脉宽调制信号的占空比为0.5，例如第一脉宽调制信号的占空比为0.7，则相应的第二脉宽调制信号的占空比为0.3等。具体的占空比的分配可以根据发热丝功率要求来设定，只要第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号的占空比的和为1，第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号各自占空比的具体值在这里不做限定。

在本实施例中，所述模式切换电路包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述储能元件一端通过第一开关模块与电源电池连接，另一端通过第四开关模块与发热丝连接，所述第二开关模块一端与储能元件的与第一开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接，所述第三开关模块一端与储能元件的与第四开关模块相连的一端连接，另一端与公共接地端连接；

当第三开关模块常断并且第四开关模块常闭时，驱动电压输出模块工作在降压模式；

此时降压输出控制模块根据第一脉宽调制信号的占空比不断开关第一开关模块、第二开关模块来控制发热丝的驱动电压从而控制发热丝的功率。具体为，驱动第一开关模块处于闭合状态，同时第二开关模块处于打状态开，该状态持续第一充电时间，以使电池对储能元件充电，并为发热丝提供电能，其中储能元件充电的时间为第一充电时间。然后驱动第一开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第一放电时间，这时只有储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第一放电时间。

当第一开关模块常闭并且第二开关模块常开时，驱动电压控制模块工作在升压模式，此时升压输出控制模块根据第二脉宽调制信号的占空比不断开关第三开关模块、第四开关模块来控制发热丝的驱动电压从而控制发热丝的功率。

具体为，驱动第三开关模块处于闭合状态，同时第四开关模块处于打状态开，该状态持续第二充电时间。然后驱动第三开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第二放电时间，这时储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第二放电时间，同时电池也并为发热丝提供电能。

当模式切换电路交替处于第三开关模块常断并且第四开关模块常闭和第一开关模块常闭并且第二开关模块常开两种状态下时，驱动电压输出模块工作在等和互补输出模式。

具体为，首先，驱动第三开关模块处于闭合状态，第四开关模块处于打开状态，第一开关模块处于闭合状态，同时第二开关模块处于打状态开，该状态持续第一充电时间，以使电池对储能元件充电，并为发热丝提供电能，其中储能元件充电的时间为第一充电时间。

然后第三开关模块保持闭合状态，第四开关模块保持打开状态，驱动第一开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第一放电时间，这时只有储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第一放电时间。

然后驱动第一开关模块处于闭合状态，第二开关模块处于打开状态，第三开关模块处于闭合状态，同时第四开关模块处于打状态开，该状态持续第二充电时间。

最后第一开关模块保持闭合状态，第二开关模块保持打开状态，驱动第三开关模块处于打开状态，同时第二开关模块处于闭合状态，该状态持续第二放电时间，这时储能元件通过放电的方式为发热丝提供电能，其中储能元件的放电时间为第二放电时间，同时电池也并为发热丝提供电能。

此外，在本实施中，所述第一开关模块和/或第二开关模块和/或第三开关模块和/或第四开关模块为场效应管，所述驱动电压输出模块包括电池和储能元件，所述储能元件为电感。

实施例2

如图5所示，在本实施例中,采用ic芯片作为降压输出控制模块、互补输出控制模块、升压输出控制模块和模式切换电路共用的控制器。

其中第一场效应管q1的栅极与drvh1引脚连接，第二场效应管q2的栅极与drvl1引脚连接，第三场效应管q3的栅极与drvl1引脚连接，第四场效应管q4的栅极与drvh2引脚连接。在sw2引脚和bst2引脚之间连接有第四十九电阻r49，在第四十九电阻r49和电源之间连接有第四二极管d4。在sw1引脚和bst1引脚之间连接有第三十七电阻r37，在第三十七电阻r37和电源之间连接有第三二极管d3。

heart_en和poweric_en为电路vcc_12v输出使能引脚和pwm1/pwm2输出使能引脚，可以设置成高电平有效。

在本实施例中第一阈值电压v1＝1v，第二阈值电压v2＝1v,第一阈值电压和第二阈值电压可以根据实际情况来确定，这里不做限制，一般阈值电压可以选择0.8v至3.3v的区间。

当vbat>vout+1(单位为v)时，电路工作在降压模式，此时pwm_boost拉高，第四场效应管q4常闭，第三场效应管q3常开。pwm_buck引脚输入mcu计算后的占空比，驱动ic芯片不断开关第一场效应管q1和第二场效应管q2。

当vbat-1≤vout≤vbat+1(单位为v)时，电路工作在互补模式，此时pwm_boos/pwm_buck引脚输入互补的pwm，驱动ic芯片不断开关第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三场效应管q3和第四场效应管q4。

当vbat<vout-1(单位为v)时，电路工作在升压模式，此时pwm_buck拉高，第一场效应管q1常闭，第二场效应管q2常开。pwm_boost引脚输入mcu计算后的占空比，驱动ic芯片不断开关第三场效应管q3、第四场效应管q4。其中ic芯片可以采用fd2204d等芯片。

实施例3

在本实施中，本实用新型还提供一种电子烟，所述电子烟包括第一方面所述的发热丝功率控制电路。

以上对本实用新型所提供的发热丝功率控制电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。不应理解为对本实用新型的限制。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击【在线咨询】或添加微信【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。