一种负载阻抗测量电路、系统及电子设备的制作方法

1.本发明涉及阻抗测量技术领域，尤其涉及一种负载阻抗测量电路、系统及电子设备。


背景技术：

2.近年来，随着消费类电子产品(例如电子烟)在生活中使用越来越广泛，用户对产品使用体验也提出越来越高的要求。在实际应用中，消费类电子产品上通常配置有负载(例如电子烟的加热丝)，因此在产品设计中，负载的阻抗检测精度对于产品的工作功率控制非常重要，而工作功率最终会影响用户的产品使用体验。
3.目前市面上常见的测量方法是通过采集负载的电流和电压，最终换算为负载的阻抗。但是该方法需要测量的数据较多，存在着较大的测量误差，而且外部电路复杂，导致了测量成本高、计算复杂的问题。


技术实现要素：

4.针对相关技术的不足，本发明提供了一种负载阻抗测量电路、系统及电子设备，旨在解决目前负载阻抗测量需要采集电流和电压进行换算，测量过程复杂、成本高的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
6.第一方面，提供了一种负载阻抗测量电路，所述负载阻抗测量电路包括主控电路和测量电路；
7.所述测量电路用于连接外部的负载；
8.所述主控电路的输出端用于分别与所述测量电路和负载连接，并用于向所述测量电路和负载供电；
9.所述主控电路的测量端分别与所述测量电路的两端连接，用于获取测量所述负载阻抗所需的信号；
10.所述主控电路用于根据获取的所述信号确定所述负载的阻抗。
11.其中，所述主控电路的输出端包括通用输入输出端和接地端；
12.所述测量电路用于和所述负载串联在所述通用输入输出端和所述接地端之间；所述通用输入输出端用于向所述测量电路和所述负载供电。
13.其中，所述主控电路用于根据所述信号确定所述负载的阻抗与所述测量电路的阻值之间的比值，并根据所述比值和所述测量电路的阻值确定所述负载的阻抗。
14.其中，所述主控电路包括模数转换器，所述测量端包括基准测量端与负载测量端，所述基准测量端和所述负载测量端分别连接于所述模数转换器；；
15.所述基准测量端与所述测量电路的第一端连接，所述负载测量端用于与所述测量电路的第二端和所述负载的连接节点连接；
16.所述模数转换器通过所述基准测量端获取所述测量电路的第一信号；
17.所述模数转换器还用于通过所述负载测量端获取所述负载的第二信号，并以所述
第一信号为基准对所述第二信号进行模数转换，得到数字码值，所述数字码值对应于所述比值。
18.其中，所述测量电路包括采样电阻。
19.其中，所述主控电路通过下列公式计算所述负载的阻抗：
[0020][0021]
其中，r
负载
为所述负载的阻抗，adc为所述模数转换器测量得到的数字码值，n为所述模数转换器的位数，r
采样电阻
为所述采样电阻的阻抗。
[0022]
其中，所述主控电路包括供电模块，所述供电模块与所述通用输入输出端连接，用于通过所述通用输入输出端向所述测量电路和所述负载供电。
[0023]
第二方面，提供了一种负载阻抗测量系统，所述负载阻抗测量系统包括负载和如上述第一方面的负载阻抗测量电路。
[0024]
第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上述第二方面的负载阻抗测量系统。
[0025]
其中，所述电子设备为电子烟。
[0026]
本发明的有益效果在于：
[0027]
本发明提供了一种负载阻抗测量电路、系统及电子设备，通过测量电路用于连接外部的负载，主控电路的输出端分别与测量电路和负载连接，并向测量电路和负载供电，主控电路的测量端分别与所述测量电路的两端连接，用于获取测量所述负载阻抗所需的信号，并根据获取的信号确定负载的阻抗。无需采集负载的电流和电压，只要进行一路信号的测量即可计算出负载的阻抗，测量误差小，电路简单，降低了测量成本。
附图说明
[0028]
下面结合附图详述本发明的具体结构
[0029]
图1为相关技术提供的一种加热丝阻抗测量电路的电路示意图；
[0030]
图2为本发明第一实施例提供的负载阻抗测量电路与负载连接的结构示意图；
[0031]
图3为本发明第二实施例提供的负载阻抗测量电路与负载连接的结构示意图；
[0032]
图4为本发明第三实施例提供的加热丝阻抗测量电路的电路示意图。
具体实施方式
[0033]
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0034]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0035]
参见图1，图1为相关技术提供的一种负载为加热丝时，其阻抗测量电路的电路示意图。在相关技术提供的加热丝阻抗测量方案中，通过gpio(general purpose input/output，通用输入/输出口)控制开关管q1开启，同时开启adc(analog
‑
to
‑
digital converter，模数转换器)1和adc2通道测量采样电阻两端的adc值，通过计算adc1与adc2的
差值即可得到采样电阻两端的电压值u
采样电阻
，由于采样电阻的阻值r
采样电阻
是已知的，通过计算公式i＝u
采样电阻
/r
采样电阻
，即可得到流过加热丝的电流值i。另外，通过adc2通道的adc值即可得到加热丝的电压值u
加热丝
，然后通过计算公式r
加热丝
＝u
加热丝
/i即可得到加热丝的阻抗。
[0036]
然而，在上述方案的实施中，一方面，需要增加外围mos开关q1和电阻r4，电路较为复杂，制造成本较高；另一方面，在实际应用中adc1和adc2两个通道均可能产生测量误差，导致最终的阻抗测量结果的准确性较低；此外，上述方案的中间转换计算较为复杂，需要先计算加热丝电流，再用电流转换计算阻抗，计算复杂度较高。
[0037]
基于此，为了解决相关技术存在的上述缺陷，本实施例提供了一种负载阻抗测量电路。参见图2，图2为本发明第一实施例提供的负载阻抗测量电路与负载连接的结构示意图。如图2所示，该负载阻抗测量电路包括：主控电路10和测量电路20，主控电路10的输出端11包括通用输入输出端111和接地端112，通用输入输出端111与测量电路20连接，接地端112用于与负载30连接；当负载30接入负载阻抗测量电路时，通用输入输出端111、测量电路20、负载30和接地端112依次电连接，构成回路。其中，通用输入输出端111用于向测量电路20和负载30供电，即主控电路10可直接通过通用输入输出端111向测量电路20和负载30输出电压并经由测量电路20和负载30产生电流，电流最后流入接地端112形成完整的回路；
[0038]
测量电路20用于连接外部的负载30，测量电路20和负载30串联在通用输入输出端111和接地端112之间，通用输入输出端111用于向测量电路20和负载30供电；主控电路10的输出端11用于分别与测量电路20和负载30连接，并用于向测量电路20和负载30供电；主控电路10的测量端12分别与测量电路20的两端连接，用于获取测量负载30阻抗所需的信号；主控电路10还用于根据获取的所述信号确定所述负载的阻抗。
[0039]
在一些实施例中，主控电路10的输出端11分别与测量电路20和外部的负载30连接，且测量电路20也连接于外部的负载30，则主控电路10的输出端、测量电路20和负载30构成电流回路，通过主控电路10的输出端向测量电路20及接入的负载30供电，向测量电路20及外部的负载30输入电流。
[0040]
在一些实施例中，主控电路10可以包括mcu(microcontroller unit，微控制单元)，可以使用mcu的输出端输出电压，为测量电路20和负载30供电，使测量电路20和负载30上有电流通过。
[0041]
本发明提供的负载阻抗测量电路，通过主控电路10的输出端11向测量电路20和负载30供电，主控电路10通过其测量端12获取测量负载30阻抗所需的信号，并根据信号确定负载的阻抗。本发明实施例只需要进行一路信号的测量即可计算出负载30的阻抗，而无需分别采集负载30的电流和电压，测量误差小，电路设计简单，降低了测量成本。
[0042]
请参考图3，图3为本发明第二实施例提供的负载阻抗测量电路与负载连接的结构示意图。
[0043]
在一些实施例中，主控电路10的输出端11包括通用输入输出端111和接地端112。通用输入输出端111与测量电路20连接，接地端112用于与负载30连接；当负载30接入负载阻抗测量电路时，通用输入输出端111、测量电路20、负载30和接地端112依次电连接，构成回路。其中，通用输入输出端111用于向测量电路20和负载30供电，即主控电路10可直接通过通用输入输出端111向测量电路20和负载30输出电压并经由测量电路20和负载30产生电流，电流最后流入接地端112形成完整的回路。
[0044]
在一些实施例中，主控电路10用于根据信号确定负载的阻抗与测量电路的阻值之间的比值，并根据该比值和测量电路的阻值确定负载的阻抗。
[0045]
在一些实施例中，主控电路10包括模数转换器14，模数转换器14与主控电路10的测量端12连接，用于通过测量端12获取测量负载30阻抗所需的信号。主控电路10可基于该信号确定所接入的负载30的阻抗。
[0046]
在一些实施例中，测量端12包括基准测量端121与负载测量端122，基准测量端121与测量电路20的第一端连接，负载测量端122用于与测量电路20的第二端和负载30的连接节点连接。模数转换器14通过基准测量端121与负载测量端122分别获取测量负载30阻抗所需的信号。
[0047]
作为一种实施方式，模数转换器14通过基准测量端121获取测量电路20的第一信号，以及通过负载测量端122获取负载30的第二信号，并以第一信号为基准对第二信号进行模数转换，得到数字码值，数字码值对应于负载30的阻值与测量电路20的阻值之间的比值。具体地，为了降低测量误差，与基准测量端121连接的测量电路20的第一端，为测量电路20电压较高的一端，基准测量端121获取的第一信号即该第一端的电压，模数转换器14采样该电压，并且以该电压作为模数转换的参考电压。同样地，在负载30接入后，负载测量端122连接于测量电路20与负载30的连接节点，负载测量端122获取的第二信号即测量电路20与负载30的连接节点的电压，当负载30另一端(未与测量电路20连接的一端)接地时，该连接节点的电压即负载30对地的电压，模数转换器14以测量电路20的第一端的电压为参考电压，对负载30对地的电压进行模数转换，从而得到与负载的阻值和测量电路的阻值之比值对应的数字码值，主控电路10将基于第二信号和第一信号确定所接入的负载30的阻抗，即基于数字码值确定负载30的阻抗。
[0048]
此外，在该负载阻抗测量电路，测量电路20和接入负载阻抗测量电路的负载30均由通用输入输出端111供电，向测量电路20和负载30输入电流，则基准测量端121与负载测量端122分别采集的第一信号和第二信号的来源一致，均来至于同一通用输入输出端111，因此可以有效抑制噪声信号的影响。
[0049]
在一些实施例中，测量电路20可以包括采样电阻，该采样电阻可以由一个或多个电阻连接组成。该采样电阻与负载30串联。
[0050]
在一些实施例中，主控电路10用于根据获取的信号确定负载30的阻抗，即，主控电路10根据作为基准测量值的第一信号和第二信号来确定负载30的阻抗。具体地，主控电路10通过下列公式计算负载30的阻抗：
[0051][0052]
其中，r
负载
为负载30的阻抗，其它均为已知值，adc为模数转换器14测量得到的数字码值，n为模数转换器14的位数，r
采样电阻
为采样电阻的阻抗。
[0053]
由于采样电阻的阻抗为已知的，又可以通过模数转换器14的基准测量端121获取测量电路20的第一信号，以及通过负载测量端122获取负载30的第二信号，并以第一信号为基准对第二信号进行模数转换，得到数字码值，数字码值对应于负载30的阻值与测量电路20的阻值之间的比值，最后通过比例法计算可得r
负载
。此负载阻抗计算过程仅涉及到比例计算，而无需进行电压电流计算，有效降低了阻抗计算时的计算量和测量误差。
[0054]
作为一种实施方式，模数转换器14的位数可以为12位。
[0055]
在一些实施例中，通用输入输出端111和接地端112可以分别供电模块13连接，以使通用输入输出端111向测量电路20和负载30供电。
[0056]
作为一种实施方式，主控电路10可以包括供电模块13，供电模块13通过通用输入输出端111向测量电路20和负载30输入电流。
[0057]
作为另一种实施方式，该供电模块13也可以不位于主控电路10内，主控电路10直接与供电模块13电电连接，以通过通用输入输出端111向测量电路20和负载30输入电流。
[0058]
请参见图4，图4为本发明第三实施例提供的加热丝阻抗测量电路的电路示意图。作为一种示例，以负载30是加热丝、模数转换器14的位数为12位为例，对负载阻抗的测量进行具体地说明。
[0059]
在加热丝接入到负载阻抗测量电路后，负载阻抗测量电路直接使用通用输入输出端，即gpio输出高电平至采样电阻和加热丝，为采样电阻和加热丝供电。其中在接近采样电阻的点将电压信号输入到主控电路的基准测量端，即图4中的adc
‑
vref端，并将该电压信号作为基准测量值，通过主控电路的负载测量端，即图4中的adc端采集加热丝电压较高，那么基于比例法计算公式：adc/2
12
＝r
加热丝
/r
采样电阻
，可得加热丝的阻抗r
加热丝
＝adc*r
采样电阻
/2
12
，应当理解的是，采样电阻的阻抗r
采样电阻
为已知值。
[0060]
本发明提供了一种负载阻抗测量电路，该电路的外围设计较为简单，制造成本低；基准测量端和负载测量端分别的信号采集对象均由统一的通用输入输出端供电，可有效抑制噪声信号的影响；而且实际计算中只涉及到负载测量端获取的第二信号，可有效提升阻抗测量结果的准确性；此外，只需比例计算即可得到负载阻抗，无需进行电压电流计算，有效降低了阻抗测量复杂度。
[0061]
本发明实施例还提供了一种负载阻抗测量系统，所述负载阻抗测量系统包括负载30和以上实施例所述的负载阻抗测量电路。
[0062]
此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上述的负载阻抗测量系统。
[0063]
在一些实施例中，电子设备可以为电子烟、电吹风、电热毯。本实施例的电子设备优选的可以为电子烟，相应的，上述负载阻抗测量电路用于测量电子烟加热丝的阻抗。
[0064]
本发明提供了一种负载阻抗测量电路、系统及电子设备，通过测量电路用于连接外部的负载，主控电路的输出端分别与测量电路和负载连接，并向测量电路和负载供电，主控电路的测量端分别与所述测量电路的两端连接，用于获取测量所述负载阻抗所需的信号，并根据获取的信号确定负载的阻抗。无需采集负载的电流和电压，只要进行一路信号的测量即可计算出负载的阻抗，测量误差小，电路简单，降低了测量成本。
[0065]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。