一种电磁加热烟具的控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及新型烟草制品技术领域，特别涉及一种电磁加热烟具的控制系统。


背景技术：

2.电加热卷烟通过电能转化为热量以加热而非燃烧烟草的方式向消费者递送含尼古丁的烟气，其有害成分的释放量相较燃烧型卷烟可降低90％及以上，且在抽吸感受、吸食方式等方面接近传统卷烟，已成为最具发展潜力的新型烟草制品之一。其中，电磁加热技术由于具有热转化快、发热体温场分布均匀及发热元件制作工艺相较简单等优势，成为该领域的研发重点，但目前在产业化方面仍存在亟需突破的技术问题，特别是对升温效率、电路设计等还需优化提升。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种电磁加热烟具的控制系统，以提高升温效率及简化电路。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了以下技术方案：
5.一种电磁加热烟具的控制系统，包括主控制电路、功率控制电路、控制反馈电路，控制反馈电路的输出端与主控制电路连接，主控制电路的输出端与功率控制电路连接，功率控制电路的输出端与控制反馈电路连接，所述功率控制电路包括两个mos管驱动电路、两个mos管、两个桥臂、两个二极管、两个谐振电容和加热线圈，每个mos管驱动电路用于驱动对应的一个mos管，通过共用所述加热线圈，两个二极管、两个谐振电容和加热线圈构成两个谐振电路，其中一个桥臂与其中一个二极管的负极连接，另一个桥臂与另一个二极管的负极连接，采用p+n推挽式半桥驱动，两个桥臂交替导通使得同一时间仅为一个谐振电路供电。
6.在进一步优化的方案中，所述mos管驱动电路采用单通道栅极驱动器 ucc27517。采用ucc27517可以降低开关损耗以及提高抗扰度。
7.在进一步优化的方案中，所述功率控制电路还包括谐振波峰值检测电路，谐振波峰值检测电路包括一个二极管、两个分压电阻和一个电容，所述二极管的正极连接于两个谐振电容之间，二极管的负极连接其中一个分压电阻，所述电容与另一个分压电阻并联。本方案中，通过设置谐振波峰值检测电路进行谐振峰值检测，可以更有利于进行功率控制。
8.在进一步优化的方案中，所述主控制电路采用n76e003作为核心控制器，输出两路pwm信号分别驱动两个mos管驱动电路。采用n76e003作为核心控制器为双管驱动电路带来极大的便利。
9.在进一步优化的方案中，所述控制反馈电路采用k型热电偶作为温度反馈检测器件。k型热电偶采用max6675芯片。
10.在进一步优化的方案中，还包括充放电电路和电源管理电路，所述充放电电路的
输出端连接所述电源管理电路的输入端，电源管理电路的输出端连接主控制电路。
11.在进一步优化的方案中，还包括用户接口电路，所述用户接口电路连接主控制电路。本方案中通过设置用户接口电路以接收用户给出的指令，相比于固定模式的工作增强了烟具使用的灵活性，方便用户使用。
12.在进一步优化的方案中，还包括按键输入电路，按键输入电路包括按键、三色指示灯和模式判决电路，所述按键和所述三色指示灯分别与所述模式判决电路连接。本方案中按键与三色指示灯配合使用，可以方便于使用者直观地查看烟具当前的状态，以及方便于操作使用。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型采用控制反馈电路进行温度反馈，使得主控制电路可以动态调节温控指令，继而使得温度尽可能快地达到目标温度，缩短快速预热阶段所需的时间；而且采用p+n推挽式半桥驱动双谐振电容的形式实现，具有更高的功率密度，能在更短时间实现指定温升，进一步提高升温效率，而且无需上桥臂驱动自举电路，电路更简化。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
15.图1为本电磁加热烟具的控制系统的电路组成框图；
16.图2是实施例中控制反馈电路原理图；
17.图3为实施例中电源管理电路原理图；
18.图4是实施例中主控制电路结构框图；
19.图5是实施例中功率控制电路原理图；
20.图6为实施例中充放电电路原理图；
21.图7是实施例中max6675时序图；
22.图8为实施例中按键输入电路原理图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中附图，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，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
24.如图1所示，本实施例中提供的电磁加热烟具的控制系统，包括充放电电路、电源管理电路、主控制电路、功率控制电路、控制反馈电路和用户接口电路。其中，充放电电路用于电池充电保护及电池电量平衡；电源管理电路用于提供稳定准确电压；用户接口电路用
于接收用户输入的控制指令并传输给主控制电路，以及接收主控制电路发送的指令以控制状态指示灯的亮灭；功率控制电路用于接收主控制电路给出的温控指令并根据该温控指令实现指定温升；控制反馈电路用于采集功率控制电路的实时温度信息并将采集的实时温度生成反馈信息传输给主控制电路；主控制电路主要用于根据控制反馈电路的反馈信息调节温控指令，并将温控指令发送至功率控制电路。
25.上述控制系统中，通过设置控制反馈电路采集功率控制电路的实时温度，并反馈给主控制电路，使得主控制电路可以根据实时温度动态调节温控指令，继而使得温度尽可能快地达到目标温度，缩短快速预热阶段所需的时间，减少吸烟者等待吸烟时间；而且具有稳定的加热温度，能够提供无差别的良好口感。
26.另外，本实施例中对功率控制电路也采用了特殊的设计，进一步提高温升效率，且简化电路结构。
27.如图2所示，功率控制电路采用半桥驱动双谐振电容的形式实现，双谐振电容驱动电路相比较于单谐振电容具有更高的功率密度，能在更短时间实现指定温升。具体地，功率控制电路包括两个mos管驱动电路(u6、u7)、两个mos 管、两个桥臂(q4、q5)、两个二极管(d5、d6)、两个谐振电容(cr1、cr2) 和加热线圈，一个mos管驱动电路(u6)连接其中一个mos管，另一个mos管驱动电路(u7)连接另一个mos管，即每个mos管驱动电路用于驱动对应的一个mos管，加热线圈t1被共用，两个二极管、两个谐振电容和加热线圈t1构成两个谐振电路，即d5、t1、cr1组成一个谐振电路，d6、t1、cr2组成另一个谐振电路，其中一个桥臂(q4)与其中一个二极管(d5)的负极连接，另一个桥臂(q5)与另一个二极管(d6)的负极连接，采用p+n推挽式半桥驱动，两个桥臂交替导通使得同一时间仅为其中一个谐振电路供电。即功率控制电路采用p+n推挽式半桥驱动，在pwm1、pwm2信号的驱动下，上下两个桥臂(q4、q5) 交替导通为d5、d6、t1、cr1和cr2构成的谐振电路供电。采用p+n形式，与 n+n形式相比，无需上桥臂驱动自举电路，简化电路设计。
28.功率控制电路采用100khz方波驱动，由于开关频率高，同时mcu工作电压为3.3v，无法直接驱动上下桥臂两个mos管。因此额外增加了两个ucc27517作为mos管驱动电路。u6、u7为单通道栅极驱动器ucc27517，采用5引脚sot-23 小体积封装，支持4.5v至18v宽泛工作电压，并可在-40c至140c温度下确保电气参数。独立于vdd的最大输入电压可简化偏置电源架构。支持4a源极/汲极峰值电流脉冲，支持13ns快速典型传播延迟以及9ns/7ns升降时间，可实现极低的脉冲失真；0.5ω下拉电阻不但可在电源开关转换通过米勒平台时最大限度减少开关损耗，而且还可在米勒平台接通时提高抗扰度。
29.如图2所示，功率控制电路中还包括二极管d7、分压电阻r12和r15及电容c10，二极管d7、分压电阻r12和r15及电容c10构成谐振波形峰值检测电路。
30.如图3，充电器接入、按键操作均可触发电源管理电路工作。电源管理电路开通后，主控芯片上电开始工作，之后通过给出ldo_en信号来维持vdd电源持续。当电路工作结束，主控端撤去ldo_en信号，vdd电源被关闭，所有控制电路、电量采集电路、温度采集电路等都掉电不工作，将整机功耗降到最低。图中r6、c2构成一阶rc滤波器，能够将电源电压波动滤除，为芯片u2提供一个稳定的输入电压，确保vdd稳定、准确。
31.如图4，主控制电路采用新塘n76e003作为核心控制器。n76e003为带有 flash的增强型8位8051内核微控制器(1t工作模式)，指令集与标准的80c51 完全兼容并具备。
n76e003提供丰富的特殊功能模块，包括：256字节sram，768 字节xram。最多可达18个标准管脚。两组标准16位定时器/计数器：定时器0 及1，一组带有3路管脚输入捕获模式的16位定时器：定时器2，一组看门狗定时器(wdt)，一组自唤醒定时器(wkt)，一组带自动重装载功能，可用于产生标准波特率的定时器：定时器3。两组标准串行口(uart)，这两组串行口具有帧错误侦测及自动地址识别功能。一组spi，一组i2c，6通道增强型pwm输出8路12位adc。上述功能对应产生18个中断源，具有4级中断优先级配置，更高效能。n76e003包含三对(6个pwm通道)16位精度、可调周期和占空比的pwm输出，该模块架构适用计用于驱动单相或三相无刷直流电机(bldc)，或三相交流感应电机。每个通道pwm输出可配置为独立输出模式、互补模式或同步模式。当设定为互补模式时，通过插入可配置的死区时间，保护mos管同时导通。互补模式下的死区时间配置功能，为双管驱动电路带来极大的便利。
32.如图5，电池充电电路采用异步升压充电控制器，具有宽输入电压范围 (3.5v-18v)，接口为标准type－c。由于采用双节锂电串联的形式，充电时必须对每一个锂电池进行保护，避免单个锂电池过压从而引起电池损坏甚至烧毁。 cs5086为双节锂电充电专用芯片，支持双节串联锂电池/锂离子电池的升压充电管理，同时集成有ntc功能和电池自动电量均衡功能，其最大的充电电流可达 1.5a。cs5086e集成功率mos，采用异步开关架构，使其在应用时仅需极少的外围器件，可有效减少整体尺寸，降低bom成本。
33.cs5086e具备电池电量平衡电流功能，可有效的延长电池包的寿命，其平衡电流的大小可由外部电阻调节。cs5086e的升压开关充电转换器的工作频率为 500khz，转换效率高达90％，其内部集成高压晶体管，提高了cs5086e在各种复杂应用条件下的可靠性。cs5086e输入电压为5v，内置自适应环路，可智能调节充电电流，防止拉挂适配器输出，可匹配所有适配器。
34.如图6，本实施例采用k型热电偶作为温度反馈检测器件，热电偶具有测温范围宽，性能比拟稳定；丈量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；热响应时间快，对温度变化反响灵活；丈量范围大，热电偶从-40～+ 1600℃均可连续测温；性能牢靠，机械强度好，运用寿命长，等特点。根据热电偶测温原理，热电偶的输出热电势不仅与测量端的温度有关，而且与冷端的温度有关。
35.max6675对其内部元器件的参数进行了激光修正，从而对热电偶的非线性进行了内部修正。同时，max6675内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路、断线检测电路都给k型热电偶的使用带来了极大的方便。max6675可与微处理器或其它数字系统通过3线串口进行通信，其工作时序如图7所示。当max6675的 cs引脚从高电平变为低电平时，max6675将停止任何信号的转换并在时钟sck 的作用下向外输出已转化的数据。相反，当cs从低电平变回高电平时，max6675 将进行新的转换。在cs引脚从高电平变为低电平时，第一个字节d15将出现在引脚so。一个完整的数据读过程需要16个时钟周期，数据的读取通常在sck的下降沿进行。max6675的输出数据为16位，其中d15始终无用，d14～d3对应于热电偶模拟输入电压的数字转换量，d2用于检测热电偶是否断线(d2为1表明热电偶断开)，d1为max6675的标识符，d0为三态。需要指出的是：在以往的热电偶电路设计中，往往需要专门的断线检测电路，而max6675已将断线检测电路集成于片内，从而简化了电路设计。
36.如图8所示，控制系统中还包括按键输入电路，按键输入电路包括按键、三色指示灯和模式判决电路，按键和三色指示灯分别与模式判决电路连接，用户通过操作按键来给
出相应的指令，模式判决电路根据按键被操作的时间长度或次数或其他方式(根据设置情况而定)来判决用户给出的具体指令，然后控制三色指示灯的亮灭以及发出何种颜色的光。本实施例中通过按键与指示灯的配合，让用户随时掌握烟具运行情况，且操作简单。
37.仅是作为举例，按键分为点按跟长按两个功能，按下2秒以内认为是点按，按住3s以上识别为长按。点按一次按键，烟具仅显示当前电量信息，不会启动加热。长按3s以上，待马达震动提醒后松开按键，烟具才会开机进入预热，有效防止烟具在随身携带过程中，由于误触而导致的意外开机。用户点按按键后，烟具启动，但不会进行预热升温，仅显示电量信息，此时机器电量如果大于某一设定值，白色指示灯灯亮起，如果少于另一设定值红色指示灯亮起，介于两者之间蓝色指示灯将被点亮。在电量大于所述另一设定值的情况下，长按开机键烟具会震动提示进入预热阶段，同时红灯闪烁。待预热结束，再次震动提示，根据电量信息亮起相应指示灯，知道抽吸结束或手动长按关机。电量不足情况下开机，红灯将闪烁3次，然后自动关机。充电进行时不允许用户进行开机操作，所有按键操作将无效，同时蓝色指示灯闪烁，直到充电完成蓝色指示灯转为常亮。
38.本实施例中提供的控制系统，不仅从电路结构设计上可以提高加热效率，简化电路，而且从元器件芯片的选择上也进行了考虑，使得最终形成的控制系统电路尽可能简化。
39.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。