一种温度精准控制防干烧保护电路的制作方法

本实用新型涉及抽吸装置技术领域，尤其涉及一种温度精准控制防干烧保护电路。

背景技术：

电子烟原本只被看作一种比传统香烟更健康环保的替代品。不过如今，它迅速成长的商业价值和潮流文化，并正在吸引更多关注，根据相关机构统计，全球电子烟市场规模预计将从2010年的7亿英镑增至2020年的120亿英镑，复合年均增长率达到20％。电子烟使用者人数也将从2011年700万人增至2021年的5500万人。

对于电子烟作为一种替代传统香烟的产品，它的优点有：健康、环保、口味多样(水果味、烟草味)。因为不同口味的电子烟油(液)的雾化温度也是不同的，为了使各种口味的电子烟油(液)在加热雾化时达到最佳口感，就必须要求电子烟雾化装置能够精度控制加热温度。

现有的大多数大功率电子烟中会设有温度调节控制功能，但是该功能一般通过在发热丝的供电电路中设置电流采样器及电压采样电路采集电流及电压值进行计算，发热丝的供电电路中电流采样器件受温度变化影响大，且电流微弱的信号需要用运算放大器进行放大，由于输出电流比较大，电路中的电流纹波比较大，放大器容易被干扰，导致放大后的信号其误差率更大，最终发热丝在加热时的阻值读取不精准，通常误差在5％-10％左右，故其温度控制精度较低。

即现有市面上常见的电子烟抽吸装置存在温度控制精度差，口感较差，烟油烧完后容易干烧，产生烧糊味，用户使用体验差。

因此，现有技术还有待发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提出一种温度精准控制防干烧保护电路，旨在提高抽吸装置的温度控制精度，改善抽吸装置的抽吸口感，避免烟油烧完后容易干烧，产生烧糊味的现象。

为实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种温度精准控制防干烧保护电路，设置于抽吸装置，包括主控单元，升降压变换电路、电流采样电路、电压采样电路及发热丝，升降压变换电路外接有供电电源；主控单元连接所述升降压变换电路并控制升降压变换电路输出端的输出电压大小；电流采样电路与升降压变换电路的输出端及主控单元连接，对升降压变换电路的输出电流进行采样并反馈给主控单元；电压采样电路与升降压变换电路的输出端及主控单元连接，对升降压变换电路的输出电压进行采样并反馈给主控单元；其中，

还包括开关切换电路、恒流源输出控制电路及发热丝电压测量电路；

所述开关切换电路连接于升降压变换电路的输出端与发热丝之间，同时连接并受控于主控单元，主控单元控制开关切换电路的通断从而导通或关断升降压变换电路的输出端对发热丝的输出；所述恒流源控制电路与发热丝连接，同时连接并受控于主控单元，当开关切换电路关断时对发热丝输出恒流电源；所述发热丝电压测量电路与发热丝连接，同时连接主控单元，对发热丝的实时电压进行采样并反馈给主控单元。

其中，所述主控单元为MCU模块，MCU模块设置有三个使能引脚EN1、 EN2、EN3，两个PWM引脚PWM1、PWM2，三个反馈信号接收引脚AD1、 AD2、AD3；所述EN1、PWM1、PWM2引脚连接升降压变换电路，所述AD1 引脚连接电流采样电路，所述AD2引脚连接电压采样电路，所述EN2引脚连接开关切换电路，所述EN3引脚连接恒流源输出控制电路，所述AD3引脚连接发热丝电压测量电路，发热丝一端接地，另一端连接所述开关切换电路、恒流源输出控制电路及发热丝电压测量电路。

其中，所述开关切换电路包括至少一开关作用的第一晶体管Q1，所述第一晶体管Q1的第一引脚受控连接于主控单元的EN2引脚，第一晶体管Q1的第二、第三引脚分别连接升降压变换电路的输出端和发热丝。

其中，所述开关切换电路还包括晶体管Q2、Q3，及电阻R4、R5、R6组成的第一控制电路，连接在EN2引脚与Q1之间，第一控制电路控制Q1的导通和关断。

其中，所述恒流源输出控制电路包括至少一开关作用的第二晶体管Q4及恒流源，所述第二晶体管Q4的第一引脚受控连接于主控单元的EN3引脚，第二晶体管Q4的第二、第三引脚分别连接电源和恒流源，恒流源连接所述发热丝。

其中，所述恒流源输出控制电路还包括晶体管Q5，及电阻R7组成的第二控制电路，连接在EN3引脚与Q4之间，第二控制电路控制Q4的导通和关断以控制恒流源的输出。

其中，所述发热丝电压测量电路包括一运算放大器U3及三个电阻R8、R9、 R10；所述R8一端连接发热丝，另一端连接U3的正极输入端，U3的负极输入端分别连接R9和R10的一端，R10的另一端接地，R9的另一端与U3的输出端连接后一并连接主控单元的AD3引脚。

其中，所述主控单元MCU模块的芯片采用STM32系列的芯片。

本实用新型的温度精准控制防干烧保护电路，通过在抽吸装置内设置主控单元，升降压变换电路、电流采样电路、电压采样电路、发热丝、开关切换电路、恒流源输出控制电路及发热丝电压测量电路，开关切换电路的导通或关断切换从而控制升降压变换电路输出端对发热丝的电能输出，恒流源控制电路在开关切换电路关断时对发热丝输出恒流电源，发热丝电压测量电路对发热丝的实时电压进行采样并反馈给主控单元，主控单元根据恒流电源输出的电流、发热丝电压测量电路采集的电压计算发热丝在工作过程中的实时电阻，然后根据材料的TCR系数计算实时温度，并判断是否为干烧，如果为干烧状态，立即停止升降压变换电路对发热丝的加热输出。由于本实用新型发热丝电流及电压的采集是在升降压变换电路切断的状态下进行，不受升降压变换电路中纹波电流及放大器的干扰，其测量的数值精度高，从而提高了温度的控制精度，可以精准的防止干烧，大大改善了口感，提升用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型温度精准控制防干烧保护电路第一种实施方式的组成示意图；

附图标号说明：

100-防干烧保护电路，10-主控单元，20-升降压变换电路，21-输出端，30- 电流采样电路，40-电压采样电路，50-发热丝，60-供电电源，70-开关切换电路，80-恒流源输出控制电路，90-发热丝电压测量电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参考图1，本实用新型提出一种温度精准控制防干烧保护电路100，设置于抽吸装置如电子烟等，包括主控单元10，升降压变换电路20、电流采样电路30、电压采样电路40及发热丝50，升降压变换电路20外接有供电电源 60；本实施例的升降压变换电路20采用直流-直流/升降压变换电路 (DC-DC/Buck-Boost)，供电电源60采用电池(Battery)供电。

主控单元10连接所述升降压变换电路20并控制升降压变换电路输出端21 的输出电压大小；

电流采样电路30与升降压变换电路的输出端21及主控单元10连接，对升降压变换电路20的输出电流进行采样并反馈给主控单元10；

电压采样电路40与升降压变换电路的输出端21及主控单元10连接，对升降压变换电路20的输出电压进行采样并反馈给主控单元10；电流采样电路 30及电压采样电路40的反馈值用于控制升降压变换电路20输出电压的大小，本实用新型升降压变换电路20输出电压的大小控制在0～9V。

防干烧保护电路100还包括开关切换电路70、恒流源输出控制电路80及发热丝电压测量电路90；

所述开关切换电路70连接于升降压变换电路的输出端21与发热丝50之间，同时连接并受控于主控单元10，主控单元10控制开关切换电路70的通断从而导通或关断升降压变换电路的输出端21对发热丝50的输出；

所述恒流源控制电路80与发热丝50连接，同时连接并受控于主控单元10，当开关切换电路70关断时对发热丝50输出恒流电源；

所述发热丝电压测量电路90与发热丝50连接，同时连接主控单元10，对发热丝50的实时电压进行采样并反馈给主控单元10。

开关切换电路70的导通或关断切换升降压变换电路20或者恒流源控制电路80对发热丝的供电，当开关切换电路70导通时，升降压变换电路20的输出端21对发热丝50供电，对发热丝50进行加热，此时，恒流源控制电路80 对发热丝不输出电流；当开关切换电路70关断时，升降压变换电路20的输出端21与发热丝50断开，此时，恒流源控制电路80启功，对发热丝50输出电流，主控单元10开始对发热丝50的电流及电压进行实时采样，计算出发热丝 50的实时阻值，并然后根据发热丝材料的TCR系数计算出实时温度，并根据发热丝50实时温度值的变化与主控单元10中预存的温度曲线判断此时的发热丝50是否处于干烧状态，(当没有烟油时处于干烧时，发热丝温度曲线的斜率和有烟油时的温度曲线斜率存在明显的差别)如果处于干烧状态立即停止升降压变换电路20对发热丝50的供电加热。

升降压变换电路20在加热时，输出的是大电流和高频的开关信号，其电路中电流纹波大，同时如果采用升降压变换电路20输出的电流进行采样，其大电流信号经放大器放大后误差更大，其计算出发热丝50阻值及温度误差大，不能实现温度的精确控制，不能有效地避免干烧。而本实施例中，开关切换电路70将发热丝50在两种状态之间进行切换，即加热状态时，使用升降压变换电路20对发热丝50进行加热供电，在阻值测量状态时，使用恒流源控制电路 80对发热丝的供电，由于在测量时不需要大电流，故只需控制恒流源控制电路 80输出恒定的微小电流，并测得发热丝50在此微小电流下两端的电压降即可，输出电流小，其电路纹波小，且没有升降压变换电路20中的高频开关信号的干扰，可以精准计算出发热丝50在加热过程中的电阻值变化，发热丝材料是已知的，通过发热丝材料的TCR系数，可以计算出发热丝实时的温度，本实施例的误差约1％，发热丝50的实时电流及电压值的测量精度大大提高，可以精准的抽吸装置中发热丝50的防止干烧，改善电子烟的口感，提升用户的使用体验。

具体地，如图1所示，本实用新型的主控单元10为MCU模块，MCU模块设置有三个使能引脚EN1、EN2、EN3，两个PWM引脚PWM1、PWM2，三个反馈信号接收引脚AD1、AD2、AD3；

所述EN1、PWM1、PWM2引脚连接升降压变换电路20，所述AD1引脚连接电流采样电路30，所述AD2引脚连接电压采样电路40，所述EN2引脚连接开关切换电路70，所述EN3引脚连接恒流源输出控制电路80，所述AD3 引脚连接发热丝电压测量电路90，发热丝50一端接地，另一端连接所述开关切换电路70、恒流源输出控制电路80及发热丝电压测量电路90。本实施例的电流采样电路30包括电阻R1及放大器U2，U2的输出端连接主控单元10的 AD1引脚，电压采样电路40包括电阻R3和电阻R2，升降压变换电路20的输出端21经过电阻R3和R2的分压后连接主控单元10的AD2引脚。

本实用新型的开关切换电路70包括至少一开关作用的第一晶体管Q1，所述第一晶体管Q1的第一引脚受控连接于主控单元10的EN2引脚，第一晶体管Q1的第二、第三引脚分别连接升降压变换电路的输出端21和发热丝50。进一步地，所述开关切换电路70还包括晶体管Q2、Q3，及电阻R4、R5、R6 组成的第一控制电路，连接在EN2引脚与Q1之间，第一控制电路控制Q1的导通和关断。

请继续参考图1，本实用新型的恒流源输出控制电路80包括至少一开关作用的第二晶体管Q4及恒流源81(Constant current Source)，所述第二晶体管 Q4的第一引脚受控连接于主控单元10的EN3引脚，第二晶体管Q4的第二、第三引脚分别连接电源和恒流源81，恒流源81连接所述发热丝50。进一步地，所述恒流源输出控制电路80还包括晶体管Q5，及电阻R7组成的第二控制电路，连接在EN3引脚与Q4之间，第二控制电路控制Q4的导通和关断以控制恒流源81的输出。

本实用新型的发热丝电压测量电路90包括一运算放大器U3及三个电阻 R8、R9、R10；所述R8一端连接发热丝50，另一端连接U3的正极输入端， U3的负极输入端分别连接R9和R10的一端，R10的另一端接地，R9的另一端与U3的输出端连接后一并连接主控单元10的AD3引脚。发热丝电压测量电路90对发热丝50的实时电压进行精确的测量并通过AD3引脚反馈至主控单元10。

优选地，本实用新型的主控单元MCU模块的芯片采用STM32系列的芯片。如采用以下型号的芯片STM32F030C8T6、STM32F072RBT6、 STM32F401RBT6、或STM32F412RET6。STM32系列的芯片通过采集的电流及电压值已经内置程序对发热丝50的温度进行精确的控制。

本实用新型温度精准控制防干烧保护电路100的具体工作原理为：

当给发热丝50加热时，MCU-EN2输出高电平，Q3导通，Q2关断，Q1 导通，升降压变换电路20输出电能至加热丝50，同时MCU-EN3输出低电平使Q5和Q4关断，恒流源81不工作，恒流源控制电路80不输出。

当获取发热丝的实时阻值时，MUC-EN2输出低电平，Q3关断，Q2导通使Q1关断，升降压变换电路20不输出，同时MCU-EN3输出高电平使Q5和 Q4导通，恒流源81工作，恒流源控制电路80输出一个较小且恒定的电流给到发热丝50。因为读取发热丝阻值时间只需要100μS～1mS，所以主控单元每 10～50mS周期读取一次阻值。

本实用新型实例温度精准控制防干烧保护电路100在加热过程中，Q1每开通10mS关断1mS，Q1在关断1mS期间，恒流源控制电路80输出高精准的恒定电流(精度误差为1ma)给到发热丝50，在发热丝50两端会产生压降，发热丝电压测量电路90通过检测到发热丝50两端的压降。恒流源输出的电流 (I)精度较高，结合发热丝电压测量电路90检测到发热丝50两端的压降(V) 所以得到了一个精确的发热丝阻值(R＝V/I)。主控单元10根据精准计算出的发热丝50在加热过程中的电阻值变化而计算出发热丝50实时的温度，因发热丝50材料是已知的，通过发热丝50材料的TCR系数，可以计算出发热丝50 实时的温度。根据发热丝50在加热过程中实时温度的变化，与主控单元10内预存的温度曲线进行对比，能精准的判断发热丝50的状态，当处于干烧状态时，立即停止对发热丝50的加热。

本实用新型提出的温度精准控制防干烧保护电路100，通过在抽吸装置内设置主控单元10，升降压变换电路20、电流采样电路30、电压采样电路40、发热丝50、开关切换电路70、恒流源输出控制电路80及发热丝电压测量电路 90，开关切换电路70的导通或关断切换从而控制升降压变换电路输出端21对发热丝50的电能输出，恒流源控制电路80在开关切换电路70关断时对发热丝50输出恒流电源，发热丝电压测量电路90对发热丝50的实时电压进行采样并反馈给主控单元10，主控单元10根据恒流电源输出的电流、发热丝电压测量电路90采集的电压计算发热丝50在工作过程中的实时电阻，然后根据材料的TCR系数计算实时温度，并判断是否为干烧，如果为干烧状态，立即停止升降压变换电路20对发热丝50的加热输出。由于本实用新型发热丝50电流及电压的采集是在升降压变换电路20切断的状态下进行，不受升降压变换电路20中纹波电流、高频开关信号及放大器的干扰，其测量的数值精度高，能对发热丝50的加热温度进行精确的控制，可以精准的防止发热丝50的干烧，大大改善电子烟烟雾的口感，提升用户的使用体验。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。