一种加热烟具的制作方法

1.本技术属于加热烟具技术领域，尤其涉及一种加热烟具。


背景技术：

2.加热不燃烧烟草采用低温加热方式，既保留了传统烟草的抽吸体验，又减少高温产生的焦油、尼古丁等有害物质的含量，同时也不产生烟灰和明火，受到消费者和企业的好评。
3.加热不燃烧烟具主要有电阻加热型和电磁加热型等，其中电阻加热型通过电阻丝接触烟弹加热，通过热传导、对流对烟弹进行加热，存在加热预热时间长、加热穿透性和均匀性差、烟弹利用率低，烟弹容易烤焦烤糊、口感差等缺点。电磁加热型通过电磁加热金属棒，接触加热烟弹，除同样存在上述缺点外，还存在电磁到热转换效率低下、加热效率低的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供了一种加热烟具，该加热烟具有加热迅速、均匀、穿透力强的优势，有效提高了烟弹的碳化率，加热烟弹口感好，烟弹利用率高。
5.本技术是通过如下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种加热烟具，包括：电池、射频电路、谐振腔、屏蔽罩和外壳，电池、射频电路、谐振腔、屏蔽罩设置在外壳内部；电池与射频电路电连接，用于为射频电路供电；射频电路用于产生射频信号；谐振腔与射频电路连接，用于将射频电路产生的射频信号转换为热能加热烟弹；屏蔽罩设置在射频电路和屏蔽罩外部，且屏蔽罩顶部设有开口，开口用于使得谐振腔与射频电路连接。
7.本技术实施例中，上述加热烟具采用功率振荡器产生高效率大功率微波信号，在谐振腔在将微波转换成热能实现烟弹加热，具有加热迅速、均匀、穿透力强的优势，有效提高了烟弹的碳化率，加热烟弹口感好，烟弹利用率高。
8.基于第一方面，在一些实施例中，射频电路包括电源单元、启动单元和射频单元；电源单元连接启动单元，启动单元连接射频单元；电源单元用于给射频单元供电，启动单元用于控制射频单元启动，射频单元用于通过功率振荡产生射频信号。
9.基于第一方面，在一些实施例中，射频单元包括gan管芯、调谐电路、反馈电路、负载匹配电路、栅极偏置电路和漏极偏置电路；调谐电路和栅极偏置电路连接反馈电路，反馈电路一端连接gan管芯的栅极，另一端连接gan管芯的漏极；负载匹配电路一端连接gan管芯的漏极，另一端连接漏极偏置电路；gan管芯用于放大信号，栅极偏置电路用于为gan管芯提供栅极电压，漏极偏置电路用于为gan管芯提供漏极电压，调谐电路用于频率调谐，反馈电路用于进行振荡频率选频和形成正反馈环路，负载匹配电路用于实现输出端谐波匹配。
10.基于第一方面，在一些实施例中，调谐电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一变容二极管、第一微带线和第一电感；第一电容的第一端连接第一微带线的第一端，第一
电容的第二端接地，第一微带线的第二端连接第二电容的第一端，第二电容的第二端接地，第三电容的第一端连接第二电容的第一端，第三电容的第二端连接第一电感的第一端和第一变容二极管的第一端的公共节点，第一电感的第二端连接调频电压，第一变容二极管的第二端接地。
11.基于第一方面，在一些实施例中，栅极偏置电路包括第四电容、第五电容、第二微带线和第一电阻；第五电容的第一端连接栅极电压，第五电容的第二端接地，第一电阻的第一端连接栅极电压，第一电阻的第二端连接第四电容的第一端和第二微带线的第一端的公共节点，第四电容的第二端接地，第二微带线的第二端连接第一微带线的第二端。
12.基于第一方面，在一些实施例中，反馈电路包括第三微带线、第四微带线、第五微带线和第六电容；第五微带线的第一端和第三微带线的第一端的公共节点连接第三电容的第一端，第五微带线的第二端连接gan管芯的栅极，第三微带线的第二端连接第六电容的第一端，第六电容的第二端连接第四微带线的第一端，第四微带线的第二端连接gan管芯的漏极。
13.基于第一方面，在一些实施例中，负载匹配电路包括第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第七电容和负载电阻；第六微带线的第一端连接gan管芯的漏极，第六微带线的第二端连接第七微带线的第一端、第八微带线的第一端和第十一微带线的第二端的公共节点，第八微带线的第二端连接第十微带线和第九微带线的第一端的公共节点，第九微带线的第二端连接第七电容，第七电容的第二端连接负载电阻的第一端和功率输出端的公共节点，负载电阻的第二端接地。
14.基于第一方面，在一些实施例中，漏极偏置电路包括第十一微带线，第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线和第八电容；第十一微带线的第一端连接第十二微带线的第一端、第十三微带线的第一端和所属第十四微带线的第二端的公共节点，第十一微带线的第二端连接第六微带线的第二端，第十四微带线的第一端连接第八电容第一端和漏极电压的公共节点，第八电容的第二端接地。
15.基于第一方面，在一些实施例中，启动单元包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第九电容、第十电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一场效应管、第二场效应管和第一开关；第一场效应管的源极连接输入电压端，第一场效应管的漏极连接输出电压端，第一电阻的第一端连接第一场效应管的源极，第一电阻的第二端连接第一场效应管的栅极，第二场效应管的第一端连接第一场效应管的栅极，第二场效应管的第二端连接第二场效应管的漏极，第一二极管的正极连接输入信号端，第一二极管的负极连接第一开关的第一端，第二二极管的正极连接第二场效应管的漏极，第二二极管的负极连接第一开关的第一端，第一开关的第二端连接第二场效应管的源极，第一电容并联在第二场效应管的源漏两侧，第二电容并联在第二场效应管的栅源两侧，第三电阻并联第二电容，第二场效应管的源极连接上拉电压，第四电阻的第一端连接第二场效应管的栅极，第四电阻的第二端连接输出信号端，第三二极管的正极连接第一场效应管的源极，第三二极管的负极连接第一场效应管的漏极，第四二极管的正极连接第二场效应管的源极，第四二极管的负极连接第二场效应管的漏极。
16.基于第一方面，在一些实施例中，射频电路根据谐振腔振子设置射频电路阻抗匹配值，射频电路和谐振腔阵子的阻抗匹配为最优最抗匹配。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本技术实施例提供的加热烟具结构示意图；
20.图2是本技术实施例提供的加热烟具射频电路结构示意图；
21.图3是本技术实施例提供的加热烟具射频单元原理图；
22.图4是本技术实施例提供的加热烟具启动单元原理图。
具体实施方式
23.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
24.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
25.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
26.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0027]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0029]
基于背景技术中提到的技术问题，本技术实施例提供一种加热烟具，该加热烟具采用功率振荡器产生高效率大功率微波信号，在谐振腔在将微波转换成热能实现烟弹加热，具有加热迅速、均匀、穿透力强的优势，有效提高了烟弹的碳化率，加热烟弹口感好，烟弹利用率高。
[0030]
如图1所示，本技术实施例提供的一种加热烟具，包括：电池1、射频电路2、谐振腔3、屏蔽罩4和外壳5。电池1、射频电路2、谐振腔3、屏蔽罩4设置在外壳5内部。电池1与射频电路2电连接，用于为射频电路2供电。射频电路2用于产生射频信号。谐振腔3与射频电路2连接，用于将射频电路2产生的射频信号转换为热能加热烟弹。屏蔽罩4设置在射频电路2外部，且屏蔽罩4顶部设有开口，开口用于使得谐振腔3与射频电路2连接。
[0031]
在一些实施例中，电池1采用两节锂电池串联实现，其中单节电池电压范围3.7v～4.2v，串联电池总体电压范围7.4v～8.4v，电池内阻要求＜100mω。按电池容量分两种规格研制生产，一种电池1容量200mah，另一种电池容量1200mah，分别对标3只烟弹和20只烟弹，可充放电＞300次。
[0032]
射频电路2是加热不燃烧烟具的核心部件，是一种gan hemt并联反馈共源(cs，common-source)振荡器，具有谐波调谐元器件，用于通过功率振荡产生射频信号。如图2所示，射频电路2包括电源单元200、启动单元210和射频单元220。电源单元200连接启动单元210，启动单元210连接射频单元220。启动单元210用于控制射频单元220启动。
[0033]
在一些实施例中，射频电路2还包括单片机，上述单片机具有adc模数转换模块，能将模拟信号转变为数字信号。通过单片机可以采样电池1电压，判断电池1是否亏电，亏电时单片机控制外壳5上的三色灯显示红色，不亏电时显示绿色。
[0034]
在一些实施例中，电源单元200用于给射频单元220供电。电源单元200的电路同时具备稳压功能，实现电池1电压7.4v～8.4v稳压供电。电源单元200可以产生3.3v
±
0.05v电压提供给上述单片机和外壳5三色灯电路等，产生-1.2v
±
0.05v电压，提供给射频单元220栅极偏置电路y4的栅极电压vg。
[0035]
图3中示出了射频单元220的原理图。射频单元220包括gan管芯x1、调谐电路y1、反馈电路y2、负载匹配电路y3、栅极偏置电路y4和漏极偏置电路y5。
[0036]
调谐电路y1和栅极偏置电路y4连接反馈电路y2，反馈电路y2一端连接gan管芯x1的栅极，另一端连接gan管芯x1的漏极。负载匹配电路y3一端连接gan管芯x1的漏极，另一端连接漏极偏置电路y5。
[0037]
gan管芯x1用于放大信号，栅极偏置电路y4用于为gan管芯x1提供栅极电压，漏极偏置电路y5用于为gan管芯x1提供漏极电压vd，调谐电路y1用于频率调谐，反馈电路y2用于进行振荡电路选频和形成正反馈环路，负载匹配电路y3用于实现输出端谐波匹配。
[0038]
在一些实施例中，上述单片机可以产生可变占空比pwm信号控制pmos管提供给射频单元220漏极偏置电路y5的漏极电压vd，通过调节漏极电压vd，可以调节射频单元220的输出功率，以实现针对不同烟弹的不同加热时间，实现烟弹快速出烟的同时避免烟弹烤糊。
[0039]
上述单片机还具有dac数模转换模块，通过单片机的dac数模转换模块产生调谐电压vtune，控制调谐电路y1中的变容二极管，完成频率扫描功能，其扫频范围可调节，例如在2.43ghz～2.47ghz间调节。
[0040]
在一些实施例中，gan管芯x1用于放大信号，gan的饱和功率密度为3w/mm～4w/mm，烧毁电压＞100v，材料热阻约2℃/w，额定结温175℃。gan管芯x1参数的选取决定了振荡器最大输出功率、小信号最大增益等技术指标。目前研发成功的s波段gan功率振荡器的输出功率从几瓦到数百瓦量级，效率可达71％以上，可以高效应用于上述射频电路2。
[0041]
在一些实施例中，调谐电路y1用于频率调谐。调谐电路y1包括第一电容c1、第二电
容c2、第三电容c3、第一变容二极管diode1、第一微带线tl1和第一电感。第一电容c1的第一端连接第一微带线tl1的第一端，第一电容c1的第二端接地，第一微带线tl1的第二端连接第二电容c2的第一端，第二电容c2的第二端接地，第三电容c3的第一端连接第二电容c2的第一端，第三电容c3的第二端连接第一电感的第一端和第一变容二极管diode1的第一端的公共节点，第一电感的第二端连接调频电压vtune，第一变容二极管diode1的第二端接地。
[0042]
其中第二电容c2满足振荡器大信号工作幅度和相位条件，与第三电容c3、第一电感l1和第一变容二极管diode1并联组成调谐电容，进行频率调谐。第一微带线tl1等效于一个电感，和第一电容c1串联后通过第五微带线tl5连接到gan管芯的栅极，组成二次谐波输入端短路匹配，可有效提高振荡器效率。调谐电路y1连接到gan管芯x1的栅极起到类似自偏置电压的作用，可自适应调节gan管芯栅压，使栅流稳定，确保管芯处于安全工作状态。同时调谐电路y1y1也实现了快速起振，其起振时间＜10ns。
[0043]
在一些实施例中，栅极偏置电路y4包括第四电容c4、第五电容c5、第二微带线tl2和第一电阻r1。
[0044]
第五电容c5的第一端连接栅极电压vg，第五电容c5的第二端接地，第一电阻r1的第一端连接栅极电压vg，第一电阻r1的第二端连接第四电容c4的第一端和第二微带线tl2的第一端的公共节点，第四电容c4的第二端接地，第二微带线tl2的第二端连接第一微带线tl1的第二端。栅极偏置电路y4用于为gan管芯x1提供栅极电压vg，按照射频电路2的设计功能，栅压vg为-1.2v。
[0045]
在一些实施例中，反馈电路y2用于进行振荡频率选频和形成正反馈环路。反馈电路y2包括第三微带线tl3、第四微带线tl4、第五微带线tl5和第六电容c6。
[0046]
第五微带线tl5的第一端和第三微带线tl3的第一端的公共节点连接第三电容c3的第一端，第五微带线tl5的第二端连接gan管芯x1的栅极，第三微带线tl3的第二端连接第六电容c6的第一端，第六电容c6的第二端连接第四微带线tl4的第一端，第四微带线tl4的第二端连接gan管芯x1的漏极。第三微带线tl3、第四微带线tl4和第五微带线tl5等效为电感l，通过等效后的电感和第六电容c6计算得出开环振荡频率点，设计开关振荡频率为所需频段中心频点，实现振荡频率选频。选择合适的第六电容c6电容值和电感l值，通过计算或仿真，确定第三微带线tl3、第四微带线tl4和第五微带线tl5的宽度和长度。
[0047]
在一些实施例中，负载匹配电路y3用于实现输出端谐波匹配。负载匹配电路y3包括第六微带线tl6、第七微带线tl7、第八微带线tl8、第九微带线tl9、第十微带线tl10、第七电容c7和负载电阻rl。
[0048]
第六微带线tl6的第一端连接gan管芯x1的漏极，第六微带线tl6的第二端连接第七微带线tl7的第一端、第八微带线tl8的第一端和第十一微带线tl11的第二端的公共节点，第八微带线tl8的第二端连接第十微带线tl10和第九微带线tl9的第一端的公共节点，第九微带线tl9的第二端连接第七电容c7，第七电容c7的第二端连接负载电阻rl的第一端和功率输出端pout的公共节点，负载电阻rl的第二端接地。其中第七电容c7为隔直电容。第六微带线tl6、第七微带线tl7、第八微带线tl8、第九微带线tl9、第十微带线tl10用于谐波匹配，实现输出端谐波匹配，提高输出效率。
[0049]
在一些实施例中，漏极偏置电路y5用于为gan管芯x1提供漏极电压vd，射频单元220采用类似自偏置栅压设计，漏压可根据系统电池1电压设计。漏极偏置电路y5包括第十
一微带线tl11，第十二微带线tl12、第十三微带线tl13、第十四微带线tl14和第八电容c8。
[0050]
第十一微带线tl11的第一端连接第十二微带线tl12的第一端、第十三微带线tl13的第一端和所属第十四微带线tl14的第二端的公共节点，第十一微带线tl11的第二端连接第六微带线tl6的第二端，第十四微带线tl14的第一端连接第八电容c8第一端和漏极电压vd的公共节点，第八电容c8的第二端接地。
[0051]
如图4所示，启动单元210包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第九电容c9、第十电容c10、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第一场效应管q1、第二场效应管q2和第一开关s1。
[0052]
第一场效应管q1的源极连接输入电压端，第一场效应管q1的漏极连接输出电压端，第一电阻r1的第一端连接第一场效应管q1的源极，第一电阻r1的第二端连接第一场效应管q1的栅极，第二场效应管q2的第一端连接第一场效应管q1的栅极，第二场效应管q2的第二端连接第二场效应管q2的漏极，第一二极管d1的正极连接输入信号端，第一二极管d1的负极连接第一开关s1的第一端，第二二极管d2的正极连接第二场效应管q2的漏极，第二二极管d2的负极连接第一开关s1的第一端，第一开关s1的第二端连接第二场效应管q2的源极，第一电容c1并联在第二场效应管q2的源漏两侧，第二电容c2并联在第二场效应管q2的栅源两侧，第三电阻r3并联第二电容c2，第二场效应管q2的源极连接上拉电压，第四电阻r4的第一端连接第二场效应管q2的栅极，第四电阻r4的第二端连接输出信号端，第三二极管d3的正极连接第一场效应管q1的源极，第三二极管d3的负极连接第一场效应管q1的漏极，第四二极管d4的正极连接第二场效应管q2的源极，第四二极管d4的负极连接第二场效应管q2的漏极。其中第八电容c8为旁路电容。
[0053]
在关机状态下，长按第一开关s1，此时第一场效应管q1导通，vout通电，mcu正常工作。设定一定延时后，mcu_io口变为输入上拉状态，当s1断开后，q2导通，可维持q1导通，vout正常通电，从而实现长按开机。
[0054]
在开机状态下，长按开关s1，可以检测到mcu_io为低电平，延迟一段时间再次检测mcu_io为低电平，将mcu_io口设定为输入低电平，第二场效应管q2截止，等按键松开，第一场效应管q1截止，vout断开，从而实现长按关机。此时，射频组件完全关断，静态电流仅为电池1耗电电流，理论待机电流＜0.1ua，可以长期待机。还可以在开机状态下，通过计数器计时2分半，完成加热烟弹后，将mcu_io口设定为输入低电平，自动关机。
[0055]
上述射频电路2可以在10ns内快速振荡输出7.6w连续波射频信号，输出效率高，达到71％以上，8ns可快速起振，安装在金属底座上稳态温度约65℃。同时具备2.43ghz～2.47ghz的范围扫频功能。
[0056]
在一些实施例中，上述加热烟具的谐振腔3与射频电路2连接，用于将射频电路2产生的射频信号转换为热能加热烟弹，可以实现射频能量高效转换。采用功率振荡器和谐振腔3联合设计，射频电路2根据谐振腔3振子设置射频电路2阻抗匹配值，射频电路2和谐振腔3阵子的阻抗匹配为最优最抗匹配。不同于常规的50ω输出阻抗的选择，上述烟具直接匹配到谐振腔3与射频电路2的最优阻抗，不再变换成50ω。
[0057]
在一些实施例中，屏蔽罩4主要用于射频信号屏蔽功能，避免信号辐射引起人身伤害，经过谐振腔3和屏蔽罩4设计，烟具外部的测试辐射强度远远小于0.4瓦每平方米的国标要求，达到绿色环保的应用目的。同时通过了电磁兼容试验，避免了加热烟具工作时影响手
机、电脑等其他电子设备正常工作可能。
[0058]
在一些实施例中，加热烟具的外壳5用于电池1、射频电路2、谐振腔3和屏蔽罩4的安装。可以隔离射频组件与人体的直接接触，避免射频组件温度传导到人体。
[0059]
上述加热烟具，首创采取功率振荡器作为射频源的方案，提升了功率附加效率，增加了烟弹抽吸时间。使用该种射频电路2的加热烟具，可单级产生大功率，高效率的射频信号，使加热烟具的体积大幅度降低，成本大幅度降低，有利于产业化大批量生产。
[0060]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0061]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0062]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0063]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0064]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。