(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910489157.8
(22)申请日 2019.06.06
(71)申请人 西安拓尔微电子有限责任公司
地址 710000 陕西省西安市高新区科技二
路72号西安软件园零壹广场B201
(72)发明人 方建平 郭晋亮 张鑫
(74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 金凤
(51)Int.Cl.
G05F 1/66(2006.01)
H02J 7/00(2006.01)
(54)发明名称一种可实现恒功率输出的电子烟的电路及其实现方法(57)摘要本发明提供了一种可实现恒功率输出的电子烟的电路及其实现方法，电流采样模块和电压采样模块的输入信号分别为从负载阻抗处采样的电流和电压，电流采样模块和电压采样模块的采样结果输出至AD转换器，AD转换器的输出与数字乘法器的两个输入端相连，功率设置电路的输出等于需求的恒定功率，PWM产生电路的输出端连接至一个PMOS开关，PMOS开关置于电池BAT到输出OUT的直流通路中。本发明的电路提供一个恒定功率的输出，而恒定功率电子烟的烟雾量更加均匀，具有更佳的用户口感，同时恒定功率输出相对更加稳定节能，不会导致电子烟体温度过高而影响使用，因此恒定功率输出型电子烟将更 具优势。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110083194 A 2019.08.02
C N 110083194
A
1.一种可实现恒功率输出的电子烟的电路，其特征在于：
所述可实现恒功率输出的电子烟的电路，包含采样模块、模数转换器、数字乘法器、PWM 产生电路、功率设置电路；所述采样模块分别为电流采样模块和电压采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输入信号分别为从负载阻抗处采样的电流和电压，电流采样模块和电压采样模块的采样结果输出至各自的下一级AD转换器AD1和AD2；两个AD转换器的输出与数字乘法器的两个输入端相连，作为数字乘法器的两个输入信号；PWM电路有两个输入端，其中一个与所述数字乘法器的输出端相连，另一个输入端与功率设置电路的输出端相连，功率设置电路的输出等于需求的恒定功率，PWM产生电路的输出端连接至一个PMOS开关，PMOS 开关置于电池BAT到输出OUT的直流通路中。
2.一种利用权利要求1所述可实现恒功率输出的电子烟的电路的实现方法，其特征在于包括下述步骤：
电流采样模块和电压采样模块分别对负载上的输出电流和电压进行采样，电流电压采样结果各自经过独立的AD转换器AD1和AD2，得到相应的数字信号，转换后的两个数字信号即分别为输出电流和输出电压；由于输出电流电压采样结果已经转换为相应的数字信号，两路数字信号即可被送入数字乘法器相乘
得到输出功率，即通过监测负载得到的输出功率；将监测到的输出功率与功率设置电路提供的恒定功率在PWM产生电路的比较器中进行比较，经过PWM产生电路后最终输出一个与二者有关的脉冲信号，脉冲信号的占空比将由实际监测功率和设置恒定功率的比值决定；PWM产生电路输出的脉冲信号返回至PMOS开关，PWM产生电路通过控制，使得从电源到负载之间形成直流通路，达到使负载输出功率恒定的目的。
权 利 要 求 书1/1页CN 110083194 A
一种可实现恒功率输出的电子烟的电路及其实现方法
技术领域
[0001]本发明涉及电路领域，尤其是一种电子烟的电路。
背景技术
[0002]电子烟作为模拟香烟的一种电子设备，通过模拟真实香烟的口感和烟雾，从而取代了传统香烟，节省了消费者的开支，降低了“二手烟”对身体的危害。大多数电子烟通过开关控制模块、雾化器、锂电池等组成，目前市面上常见的大多为恒压输出电子烟。恒压输出型电子烟芯片大多通过对输出负载进行电压采样，从而设置PWM电路产生相应占空比的信号驱动开关的方式来实现，如图1。当电池电压为V
BAT，负载阻抗上的输出电压为V OUT，则[0003]V OUT＝V BAT Duty
[0004]Duty为PWM产生信号的占空比。一般通过对负载电压进行采样，将采样得到的电压转换为数字信号，与所需求的恒定输出电压在PWM产生电路中进行比较，比较得到的结果决定产生信号的占空比，因此当负载上的输出电压发生变化时，会直接改变PWM电路产生信号的占空比，反馈控制PMOS开关使平均输出电压保持恒定，即实现恒压输出的功能。[0005]电子烟的电压和功率直接影响了烟雾大小和口感，一般电流和负载电阻不变时，烟雾量会随着电压发生变化。
发明内容
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可实现恒功率输出的电子烟的电路及其实现方法，通过采样监控输出电流和电压，与所需求的预设功率整合后，得到PWM输出信号反馈至供电端，调控输出至负载的电流和电压，从而达到平均输出功率恒定的目的。[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种可实现恒功率输出的电子烟的电路，包含采样模块、模数转换器、数字乘法器、PWM产生电路、功率设置电路；所述采样模块分别为电流采样模块和电压采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输入信号分别为从负载阻抗处采样的电流和电压，电流采样模块和电压采样模块的采样结果输出至各自的下一级AD转换器AD1和AD2；两个AD转换器的输出与数字乘法器的两个输入端相连，作为数字乘
法器的两个输入信号；PWM电路有两个输入端，其中一个与所述数字乘法器的输出端相连，另一个输入端与功率设置电路的输出端相连，功率设置电路的输出等于需求的恒定功率，PWM产生电路的输出端连接至一个PMOS开关，PMOS开关置于电池BAT到输出OUT的直流通路中。
[0009]本发明还提供涉及一种可实现恒功率输出的电子烟的电路的实现方法，详细步骤为：
[0010]电流采样模块和电压采样模块分别对负载上的输出电流和电压进行采样，电流电压采样结果各自经过独立的AD转换器AD1和AD2，得到相应的数字信号，转换后的两个数字信号即分别为输出电流和输出电压；由于输出电流电压采样结果已经转换为相应的数字信号，两路数字信号即可被送入数字乘法器相乘得到输出功率，即通过监测负载得到的输出
功率；将监测到的输出功率与功率设置电路提供的恒定功率在PWM产生电路的比较器中进行比较，经过PWM产生电路后最终输出一个与二者有关的脉冲信号，脉冲信号的占空比将由实际监测功率和设置恒定功率的比值决定；PWM产生电路输出的脉冲信号返回至PMOS开关，PWM产生电路通过控制，使得从电源到负载之间形成直流通路，达到使负载输出功率恒定的目的。
[0011]有益效果在于由于本发明提供一个恒定功率的输出，而恒定功率电子烟的烟雾量更加均匀，具有更佳的用户口感，同时恒定功率输出相对更加稳定节能，不会导致电子烟体温度过高而影响使用，因此恒定功率输出型电子烟将更具优势。
附图说明
[0012]图1为现有电子烟输出功率控制电路的连接示意图。
[0013]图2为本发明的电子烟输出功率控制电路的连接示意图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]本发明通过芯片中内置一个PWM产生电路，整合监测到的输出功率和恒定的预设功率，设计出一种通过PWM输出脉冲控制电子烟负载上输出功率恒定的新型恒功率电子烟电路。
[0016]一种可实现恒功率输出电子烟的新型结构，包含采样模块、模数转换器、数字乘法器、PWM产生电路、功率设置电路；所述采样模块有两个，分别为电流采样模块和电压采样模块，电流采样模块和电压采样模块的输入信号分别为从负载阻抗处采样的电流和电压，电流采样模块和电压采样模块的采样结果输出至各自的下一级AD转换器AD1和AD2；两个AD转换器的输出与数字乘法器的两个输入端相连，作为数字乘法器的两个输入信号；PWM电路有两个输入端，其中一个与所述数字乘法器的输出端相连，另一个输入端与功率设置电路的输出端相连，功率设置电路的输出等于需求的恒定功率，PWM产生电路的输出端连接至一个PMOS开关，PMOS开关置于电池BAT到输出OUT的直流通路中。
[0017]所述电路的实现方法为：
[0018]电流采样模块和电压采样模块分别对负载上的输出电流和电压进行采样，电流电压采样结果各自经过一个独立的AD转换得到相应的数字信号，转换后的两个数字信号即分别代表输出电流和输出电压；由于输出电流电压采样结果已经转换为相应的数字信号，两路数字信号即可被送入数字乘法器相乘得到输出功率，即通过监测负载得到的输出功率；将监测到的输出功率与功率设置电路提供的恒定功率在PWM产生电路的比较器中进行比较，经过PWM产生电路处理后最终输出一个与二者有关的脉冲信号，脉冲信号的占空比将由实际监测功率和设置功率的比值决定；PWM产生电路输出的脉冲信号返回至PMOS开关，PWM 产生电路通过控制，使得从电源到负载之间是否形成直流通路，达到使负载输出功率恒定的目的。
[0019]所述PWM产生电路比较输出功率和预设置功率，得到控制脉冲信号，起到整体电路中比较核心的作用。
[0020]所述电路外围有电池电源端口，纯电阻输出负载和预设功率等输入输出端口。
[0021]通过上述的各模块连接方式和整体电路工作流程，可以实现电子烟芯片负载上的输出功率保持恒定，达到预期目标。
[0022]本发明的具体工作过程为：
[0023]如图2所示，仅当M1导通，存在电源到负载的直流通路时，负载电阻上的电流和电压有效，否则无效。电流采样和电压采样模块为瞬时采样，对流过负载电阻的电流和负载电阻上的输出电压均有效时进行监测采样，得到相应的电流电压信号，分别为I OUT和V OUT。因此，M1导通时输出负载上消耗的瞬时功率为：
[0024]P OUT＝V OUT I OUT
[0025]在采样电路后级分别连接模数转换器，将采样得到的电流电压模拟信号转化为数字信号，将原本无法在芯片中进行计算的电流和电压量转换为可以通过数字逻辑结构进行计算的数字量，即通过一个数字乘法器，将电流电压转换后得到的数字量相乘，得到了带有功率量纲的数字信号，定义为P OUT。同时，由于恒功率的要求，芯片中存在一个功率设置电路，根据所需求的恒定功率而产生一个功率信号，定义为P SET，当芯片额定功率确定时，P SET 即为一个不变的常量。因此，存在一个比值：
[0026]
[0027]β与P OUT信号成反比。数字乘法器输出的信号P OUT和功率设置电路输出的信号P SET作
为两个输入信号，输入给核心的PWM产生电路，PWM产生电路会根据不同比值输出
不同的方波信号，其中：
[0028]
[0029]Duty为方波信号占空比，也与P OUT成反比，K是大于0的比例系数。通过上述公式可以发现，当负载输出功率发生变化时，采样电路监测到的电压电流信号发生变化，P OUT以及Duty会随之发生变化，即PWM产生电路输出一个占空比随输出功率变化的方波信号，该方波信号作为控制信号，输入至PMOS管M1的栅极，控制M1的导通状态，即控制了电源端BAT到输出端的直流通路，导致输出端的电流和电压也会是占空比等于Duty的方波信号，因此负载电阻上消耗的平均功率为：
[0030]
[0031]即可以通过占空比Duty来控制输出功率等于功率设置电路输出的芯片所要求的恒定功率，达到了恒定功率电子烟的设计要求。
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