烟具控制电路和烟具的制作方法

本申请涉及烟具技术领域，尤其涉及一种烟具控制电路和烟具。

背景技术：

诸如香烟、雪茄等物品在使用期间燃烧烟草以产生烟草烟雾。已经尝试通过产生在不燃烧的情况下释放化合物的产品来为这些燃烧烟草的物品提供替代物。此类产品的示例是所谓的加热不燃烧产品，也称之为烟草加热产品、或烟草加热设备，该产品或设备通过加热材料而不燃烧材料来释放化合物。材料例如可为烟草或其他非烟草产品或组合，诸如，可包含或可不包含尼古丁的共混的混合物。

现有的一种低温加热不燃烧的烟具，一般都是采用分立器件(电感、开关管等)的调压电路，即当负载需要大小不同功率时，通过分立器件搭建而成的调压电路来获取所需要的电压，然后提供给烟具中的加热器升温加热。

上述采用分立器件的调压电路存在的问题是，当加热器需要大小不同功率时调压电路的输出电压不同，但是调压电路中功率管的工作频率一般是保持不变，导致调压电路的损耗较大，电源的利用率较低。

技术实现要素：

本申请提供一种烟具控制电路和烟具，旨在解决现有烟具中分立器件调压电路存在的损耗较大、电源利用率较低的问题。

本申请第一方面提供了一种烟具控制电路，包括电源电路，还包括第一采样电路、调压电路、第二采样电路以及微控制器；

所述第一采样电路，用于采样所述调压电路前端的第一电参数；

所述调压电路，包括功率管；

所述第二采样电路，用于采样所述调压电路后端的第二电参数；

所述微控制器，被配置为：

控制所述功率管以多个不同的预设开关频率工作；

获取不同预设开关频率下的所述第一电参数和所述第二电参数，并由此确定不同预设开关频率下所述调压电路的相应效率；

控制所述功率管以所述相应效率中最高效率对应的预设开关频率作为工作频率。

本申请第二方面提供了一种烟具，所述烟具包括加热器以及第一方面所述的烟具控制电路。

本申请提供的烟具控制电路和烟具，通过获取不同预设开关频率下的电参数，并由此确定调压电路的相应效率，然后控制功率管以相应效率中最高效率对应的预设开关频率作为工作频率；降低了调压电路的损耗，提升了电源利用率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施方式一提供的烟具控制电路示意框图；

图2是本申请实施方式一提供的烟具控制电路中调压电路示意框图；

图3是本申请实施方式一提供的烟具控制电路中开关电路和供电电路示意图；

图4是本申请实施方式一提供的烟具控制电路中驱动电路示意图；

图5是本申请实施方式一提供的烟具控制电路中升压电路示意图；

图6是本申请实施方式一提供的烟具控制电路中采样电路示意图；

图7是本申请实施方式一提供的温度曲线示意图；

图8是本申请实施方式二提供的烟具示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“电连接”另一个元件，它可以是直接电连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施方式一

如图1所示，为本申请实施方式一所提供的一种烟具控制电路，包括电源电路11、第一采样电路12、调压电路13、第二采样电路14、微控制器15、温度检测电路17。

调压电路13，具有功率管。

请参考图2所示，在本示例中，调压电路13包括开关电路131、供电电路132、驱动电路133以及升压电路134；

开关电路131，输入端与电源电路11电连接，输出端与供电电路132的电源输入端电连接，控制端用于接收微控制器15输出的第二控制信号；第二控制信号用于控制开关电路131的导通和断开；

供电电路132，电源输出端与驱动电路133电连接；供电电路132用于为驱动电路133进行供电；

驱动电路133，信号输入端用于接收微控制器15提供的驱动信号，信号输出端输出驱动控制信号；所述驱动控制信号用于驱动控制升压电路134中的功率管；

升压电路134，具有功率管；升压电路134的电源输入端与电源电路11电连接，电源输出端与加热器16电连接，信号接收端用于接收驱动电路133输出的驱动控制信号，信号控制端用于接收微控制器15输出的第三控制信号；所述第三控制信号用于控制升压电路134的导通和断开。

请参考图3-图5进行理解，在一示例中，开关电路131包括第三开关管q5和第四开关管q6；

第三开关管q5，输入端与电源电路11(图中的bat_in所示)电连接，输出端与供电电路132中的集成芯片u5的引脚(vin、en)电连接，控制端与第四开关管q6的输入端电连接；

第四开关管q6，输出端接地，控制端用于接收微控制器15输出的控制信号10v8_en；控制信号10v8_en用于控制第四开关管q6的导通和断开，进而控制第三开关管q5的导通和断开。

在该示例中，第三开关管q5为pmos管，第四开关管q6为nmos管。

供电电路132包括集成芯片u5及其周边电路，集成芯片u5的引脚vout经过滤波之后与驱动电路133电连接(图中的10_8vdd所示)。

驱动电路133包括集成芯片u2及其周边电路，集成芯片u2的引脚vdd与10_8vdd电连接，即与集成芯片u5的引脚vout电连接，集成芯片u2的信号输入引脚en、hi、li分别用于接收微控制器15提供的驱动信号boost_pwm_en、boost_pwm_hi、boost_pwm_li，集成芯片u2的信号输出引脚ho、lo分别输出驱动控制信号boost_ho、boost_lo。驱动控制信号boost_ho、boost_lo用于驱动控制升压电路134中的功率管。

升压电路134包括第一开关管q1、第二开关管q2、充电电路l1、第一功率管q3以及第二功率管q4；

第一开关管q1，输入端与电源电路11(图中的bat_in所示)电连接，输出端与充电电路l1的一端电连接，充电电路l1的另一端第一功率管q3的输入端以及第二功率管q4的输入端电连接，控制端与第二开关管q2的输入端电连接；

第二开关管q2，输出端接地，控制端用于接收微控制器15输出的控制信号en_vcc；控制信号en_vcc用于控制第二开关管q2的导通和断开，进而控制第一开关管q1的导通和断开；

第一功率管q3，输出端接地，控制端用于接收驱动电路133中集成芯片u2输出的驱动控制信号boost_lo；

第二功率管q4，输出端与加热器16(图中的v+2及v-2所示)电连接，控制端用于接收驱动电路133中集成芯片u2输出的驱动控制信号boost_ho。

在该示例中，充电电路l1为电感，第一开关管q1为pmos管，第二开关管q2、第一功率管q3以及第二功率管q4均为nmos管。第一功率管q3以及第二功率管q4采用大功率nmos管，第二开关管q2采用小功率nmos管。需要说明的是，当开关管为nmos管时，nmos管的漏极可以作为输入端，nmos管的源极可以作为输出端，nmos管的栅极可以作为控制端；当开关管为pmos管时，pmos管的源极可以作为输入端，pmos管的漏极可以作为输出端，pmos管的栅极可以作为控制端。以下类似，在此不作赘述。

升压电路134还包括滤波电路(图中的c8、c9以及c32所示)，滤波电路电连接在第二功率管q4的输出端与加热器16之间。

第一采样电路12，用于采样调压电路13前端的第一电参数；第二采样电路14，用于采样调压电路13后端的第二电参数。

请参考图6所示，在一示例中，第一电参数和第二电参数均包括电流和电压。第一采样电路12和第二采样电路14均包括第一采样电连接端d+、第二采样电连接端d-，电连接在第一采样电连接端d+和第二采样电连接端d-之间的采样电阻121(即r111)和运算放大器122，以及与第二采样电连接端d-电连接的分压电路124；

运算放大器122，用于对采样电阻121两端的电压差进行放大和转换，输出采样电流(图中的adc_iout所示)；

分压电路124，用于对第二采样电连接端d-的电压进行分压，输出采样电压(图中的adc_vout所示)。

在该示例中，运算放大器122包括运算放大芯片u1及其周边电路，运算放大器122的输出端与adc_vout还可电连接一滤波电路123，滤波电路123用于对运算放大器122输出的采样电流进行滤波。滤波电路123为rc滤波电路(图中的r114和c112所示)。

在该示例中，分压电路124包括串联电连接的第一电阻r112、第二电阻r113，以及并联电连接在第二电阻r113两端的第一电容c111。

进一步地，第一采样电路12和第二采样电路14还均包括旁路开关(附图未示出)；所述旁路开关与采样电阻121并联连接，所述旁路开关的控制端用于接收微控制器15输出的第一控制信号；所述第一控制信号用于控制所述旁路开关的导通和断开。通过旁路开关，可避免采样电阻一直串联在回路中(此时旁路开关导通，运算放大器122的电源端可与电源电路断开连接)，减少电路损耗。

微控制器15，被配置为：

控制升压电路134中的功率管以多个不同频率工作；

获取不同预设开关频率下的第一电参数和第二电参数，并由此确定不同预设开关频率下调压电路13的相应效率；

控制升压电路134中的功率管以相应效率中最高效率对应的预设开关频率作为工作频率。

作为示例地，假设功率管的开关频率为fn～fm，在fn～fm中选取k个开关频率，即f1、f2、f3…fk。依次控制升压电路134中的功率管以不同的开关频率进行工作，获取多个不同频率下第一电参数和第二电参数并确定调压电路13的效率。例如：功率管的开关频率为f1时，第一电参数中电压为u1、电流为i1，第二电参数中电压为u2、电流为i2，则调压电路13的效率为q1＝p2/p1＝(u2*i2)/(u1*i1)。f1、f2、f3…fk对应的调压电路13的效率为q1、q2、q3…qk。

其中，预设开关频率f1、f2、f3…fk可选地设定方式包括，在功率管的开关频率范围fn～fm内等步长的选择，例如，f1＝fn，f2＝fn+x，x频率增加步长。

在q1、q2、q3…qk中查找出最大效率(假设为qt，对应的功率管的开关频率为ft)，则可控制升压电路134中的功率管以ft为工作频率。在此工作频率下，升压电路134的损耗最小，提升了电源利用率。

以下结合图7所示的温度曲线对本示例的烟具控制电路的工作过程进行说明：

如图7所示，在烟具被启动时，加热器的温度逐渐从初始温度上升到最高温度t1(此阶段可称之为预热升温阶段)。升温阶段的耗时时间为s1，此阶段时间较短一般为几十秒，但是输出功率特别大，输出电压高，输出电流大。

在上升到最高温度t1之后，加热器的温度保持在一定温度范围之内或者保持为预设温度值(此阶段可称之为保温阶段)。保温阶段的时长长达几分钟，但是输出功率比较小，输出电压偏小，输出电流小。

1)、预热升温阶段

在预热升温阶段时，微控制器15通过控制信号10v8_en控制第四开关管q6导通，进而控制第三开关管q5导通；电源电路11与集成芯片u5导通，集成芯片u5升压为集成芯片u2进行供电。

微控制器15通过控制信号en_vcc控制第二开关管q2导通，进而控制第一开关管q1导通。微控制器15为集成芯片u2提供驱动信号boost_pwm_en(高电平)、boost_pwm_hi、boost_pwm_li(pwm信号)，使得集成芯片u2输出驱动控制信号boost_ho、boost_lo。驱动控制信号boost_ho、boost_lo控制第一功率管q3和第二功率管q4的导通和断开(此时，第一功率管q3和第二功率管q4的开关频率较高，例如：可以为350khz-450khz，该开关频率可通过前述方式进行确定，即以相应效率中最高效率对应的预设开关频率作为工作频率)：当第一功率管q3导通、第二功率管q4断开时，电源电路11通过第一开关管q1为电感l1进行充电；当第一功率管q3断开、第二功率管q4导通时，电感l1反向电动势叠加电源电路11的电压，从而经第二功率管q4输出较高电压，最后经滤波电路(滤波电容c8、c39、c32)滤波后，形成稳定的电压，提供给加热器16(v+2，v-2)加热升温。

2)、保温阶段

在保温阶段时，微控制器15通过控制信号10v8_en控制第四开关管q6导通，进而控制第三开关管q5导通；电源电路11与集成芯片u5导通，集成芯片u5升压为集成芯片u2进行供电。

微控制器15通过控制信号en_vcc控制第二开关管q2导通，进而控制第一开关管q1导通。微控制器15为集成芯片u2提供驱动信号boost_pwm_en(高电平)、boost_pwm_hi、boost_pwm_li(pwm信号)，使得集成芯片u2输出驱动控制信号boost_ho、boost_lo。驱动控制信号boost_ho、boost_lo控制第一功率管q3和第二功率管q4的导通和断开(此时，第一功率管q3和第二功率管q4的开关频率较低，例如：可以为150khz-250khz，该开关频率也可通过前述方式进行确定，即以相应效率中最高效率对应的预设开关频率作为工作频率)：当第一功率管q3导通、第二功率管q4断开时，电源电路11通过第一开关管q1为电感l1进行充电；当第一功率管q3断开、第二功率管q4导通时，电感l1反向电动势叠加电源电路11的电压，从而经第二功率管q4输出较高电压(该电压相对于预热升温阶段时的电压要低，电流以及输出功率相对也较低)，最后经滤波电路(滤波电容c8、c39、c32)滤波后，形成稳定的电压，提供给加热器16(v+2，v-2)加热升温。

实施方式二

图8是本申请实施方式二提供的一种烟具，烟具100包括加热器以及实施方式一所述的烟具控制电路。

加热器可以为中心加热方式(通过加热体的外周与气溶胶形成基质直接接触)和外围加热方式(筒状加热体包裹气溶胶形成基质)，加热器还可以为通过热传导、电磁感应、化学反应、红外作用、共振、光电转换、光热转换中的一种或几种方式对气溶胶形成基质进行加热生成可供吸食的气溶胶。优选的为红外加热器。

需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。