一种电子烟电磁加热电路及电子烟

技术领域

本发明涉及电子烟领域，尤其涉及一种电子烟电磁加热电路及电子烟。

背景技术

现有的电子烟中，采用的是软件控制的振荡电路，是软件控制振荡电路中的MOS管完成振荡的，软件控制难度大，时序控制要接却到微妙级，而且输出到感应线圈的输出波形不理想，谐波失真大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电子烟电磁加热电路及电子烟。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电子烟电磁加热电路，其特征在于，所述电磁加热电路包括：

自振荡电路，感应线圈与所述自振荡电路中的谐振电容以及交替工作的功率管组成一个具有一定输出功率的振荡器,所述自振荡电路用于接收自振荡工作电源实现谐振，并将产生的振荡信号输出到感应线圈上进而通过电磁感应现象最终把电能转换成发热体的热能，所述自振荡电路包括工作电源接收端和功率管电源接收端，所述工作电源接收端用于接收所述自振荡工作电源，所述功率管电源接收端用于接收栅极电源VGG给到所述自振荡电路中的功率管的栅极以便驱动所述功率管工作；

开关电路，包括连接所述自振荡电路的功率管电源接收端的输出端、接收PWM信号的控制端、接入单节电池的电源或者经过升压处理后的电源的输入端，所述开关电路用于根据所述PWM信号控制接入的电源转换为所述栅极电源VGG输出到所述自振荡电路的功率管电源接收端，以控制所述自振荡电路是否工作并基于所述PWM信号的占空比调节所述自振荡电路工作时的平均功率。

优选地，所述电磁加热电路还包括第一升压电路，用于对单节电池的电源进行升压处理，将升压后的电源输入到所述开关电路的输入端以为自振荡电路中的功率管提供足够的电源。

优选地，所述电磁加热电路还包括：

第二升压电路，用于对单节电池的电源进行升压处理，将升压后的电源输入到所述自振荡电路的工作电源接收端，以为所述自振荡电路提供足够的自振荡工作电源。

优选地，所述电磁加热电路还包括第三升压电路，用于对单节电池的电源进行升压处理，将升压后的电源输入到所述开关电路的输入端以及所述自振荡电路的工作电源接收端，以为自振荡电路中的功率管提供足够的电源以及为所述自振荡电路提供足够的自振荡工作电源。

优选地，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的输入端连接所述升压电路的输出端，所述第一开关管的输出端输出所述栅极电源VGG，所述第一开关管的控制端连接所述第二开关管的输入端，所述第二开关管的输出端接电源地，所述第二开关管的控制端接收所述PWM信号。

优选地，所述第一开关管为MOS管或者三极管，所述第二开关管为MOS管或者三极管。

优选地，所述第一开关管为MOS管，该MOS管的源极连接所述升压电路的输出端、漏极输出所述栅极电源VGG、源极和栅极之间连接电阻，所述第二开关管为三极管，该三极管的集电极连接MOS管的栅极、基极经由电阻接收所述PWM信号、发射极接电源地。

优选地，所述感应线圈为两脚线圈，所述自振荡电路包括两个电感、两个MOS管、两个二极管、电容，所述两脚线圈的第一脚连接第一个电感的第一端、第一个二极管的负极和第一个MOS管的漏极，第一个二极管的负极还经由电容连接所述两脚线圈的第二脚，所述两脚线圈的第二脚还连接第二个电感的第一端、第二个二极管的负极和第二个MOS管的漏极，第一个电感的第二端和第二个电感的第二端分别接收所述自振荡工作电源，第一个二极管的正极和第二个二极管的正极分别经由电阻接收所述栅极电源VGG，第一个二极管的正极还连接第二个MOS管的栅极，第二个二极管的正极还连接第一个MOS管的栅极，第一个MOS管的栅极、第二个MOS管的栅极还分别经由电阻接电源地，第一个MOS管的源极和第二个MOS管的源极接电源地。

优选地，所述感应线圈为中间有抽头的三脚线圈，所述自振荡电路包括一个电感、两个MOS管、两个二极管、电容，所述三脚线圈的中间抽头连接电感的第一端，电感的第二端接收所述自振荡工作电源，所述三脚线圈的第一脚连接第一个二极管的负极和第一个MOS管的漏极，第一个二极管的负极还经由电容连接所述三脚线圈的第二脚，所述三脚线圈的第二脚还连接第二个二极管的负极和第二个MOS管的漏极，第一个二极管的正极和第二个二极管的正极分别经由电阻接收所述栅极电源VGG，第一个二极管的正极还连接第二个MOS管的栅极，第二个二极管的正极还连接第一个MOS管的栅极，第一个MOS管的栅极、第二个MOS管的栅极还分别经由电阻接电源地，第一个MOS管的源极和第二个MOS管的源极接电源地。

本发明还构造一种电子烟，包括如前任一项所述电磁加热电路。

进一步地，该电子烟为加热不燃烧电子烟。

本发明的电子烟电磁加热电路及电子烟，具有以下有益效果：采用由功率管组成的交替工作的自振荡电路产生谐波，波形好，失真小，电磁干扰小，电磁兼容特性较好，软件不需要那么深度地介入振荡的每个时序，非常简单；而且本发明中自振荡电路中的功率管的栅极电源VGG和自振荡电路的自振荡工作电源是分开的，栅极电源VGG由开关电路输入，是单独供电的，这样自振荡电路的功率管的栅极工作电压值就有可能被拉得更高的可能，可以让功率管有更好的起振条件，功率管的发热会更少，而且通过PWM控制VGG电源供电，达到改变平均功率的目的，从而改变加热体的温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明实施例一的电子烟电磁加热电路的电路结构示意图；

图2是实施例一的自振荡电路的电路原理图；

图3是实施例一的升压电路的电路原理图；

图4是实施例一的开关电路的两种电路原理图；

图5是实施例二的自振荡电路的电路原理图；

图6是本发明实施例三的电子烟电磁加热电路的电路结构示意图；

图7是本发明实施例四的电子烟电磁加热电路的电路结构示意图；

图8是本发明实施例五的电子烟电磁加热电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

参考图1，本发明总的思路是：构造一种电子烟及其电磁加热电路，该电子烟可以为加热不燃烧电子烟，即HNB电子烟。该电磁加热电路包括：

自振荡电路103，感应线圈与所述自振荡电路中的谐振电容以及交替工作的功率管组成一个具有一定输出功率的振荡器,所述自振荡电路103用于接收自振荡工作电源实现谐振，并将产生的振荡信号输出到感应线圈上进而通过电磁感应现象最终把电能转换成发热体的热能，所述自振荡电路包括工作电源接收端和功率管电源接收端，所述工作电源接收端用于接收所述自振荡工作电源，所述功率管电源接收端用于接收栅极电源VGG给到所述自振荡电路中的功率管的栅极以便驱动所述功率管工作。

开关电路102，包括连接所述自振荡电路103的功率管电源接收端的输出端、接收PWM信号的控制端、接入单节电池的电源或者经过升压处理后的电源的输入端，所述开关电路102用于根据所述PWM信号控制接入的电源转换为所述栅极电源VGG输出到所述自振荡电路103的功率管电源接收端，以控制所述自振荡电路103是否工作并基于所述PWM信号的占空比调节所述自振荡电路103工作时的平均功率。其中，PWM信号包括第一电平和第二电平，第一电平为低电平且第二电平为高电平，或者，第一电平为高电平且第二电平为低电平。当PWM信号为第一电平时，开关电路102导通，开关电路102输出的栅极电源VGG可以输出到自振荡电路103的功率管栅极，因此自振荡电路103可以工作；反之，当PWM信号为第二电平时，开关电路102断开，开关电路102不会输出任何电源给自振荡电路103的功率管栅极，因此自振荡电路103无法工作。

采用由功率管组成的交替工作的自振荡电路产生谐波，波形好，失真小，电磁干扰小，电磁兼容特性较好，软件不需要那么深度地介入振荡的每个时序，非常简单。而且由于功率管的栅极电源VGG和自振荡电路103的自振荡工作电源是分开的，栅极电源VGG由开关电路单独供电，这样功率管的栅极工作电压值就有可能被拉得更高的可能，可以让功率管有更好的起振条件，功率管的发热会更少，而且如此通过调节第一电平和第二电平的占比，就可以控制自振荡电路103的工作时间，从而可以调节自振荡电路103的功率，从而改变加热体的温度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

本实施例的电子烟电磁加热电路，适用于采用单节电池的电子烟，图2中VDD表示单节电池电源。该电磁加热电路包括依次连接的第一升压电路101、开关电路102、自振荡电路103。

下面对各个电路的具体组成和功能进行详细阐述。

参考图2，本实施例的感应线圈为两脚线圈，所述自振荡电路103包括两个电感、两个MOS管、两个二极管、谐振电容，所述两脚线圈的第一脚L+连接第一个电感L2的第一端、第一个二极管D1的负极和第一个MOS管Q1的漏极，第一个二极管D1的负极还经由谐振电容C1连接所述两脚线圈的第二脚L-，所述两脚线圈的第二脚L-还连接第二个电感L3的第一端、第二个二极管D2的负极和第二个MOS管Q2的漏极，第一个电感L2的第二端和第二个电感L3的第二端分别接收所述自振荡工作电源，即第一个电感L2的第二端和第二个电感L3的第二端的连接在一起共同作为自振荡电路103的工作电源接收端。本实施例中自振荡工作电源具体是由单节电池提供，因此具体是VDD。第一个二极管D1的正极和第二个二极管D2的正极分别经由电阻R1、R2接收栅极电源VGG，即电阻R1、R2的连接节点即为自振荡电路103的功率管电源接收端。第一个二极管D1的正极还连接第二个MOS管Q2的栅极，第二个二极管D2的正极还连接第一个MOS管Q1的栅极，第一个MOS管Q1的栅极、第二个MOS管Q2的栅极还分别经由电阻R3、R4接电源地，第一个MOS管Q1的源极和第二个MOS管Q2的源极接电源地。

其中，电阻R1,R2阻值小于500R,R3,R4阻值10K左右。电容C1是谐振电容，C1和感应线圈共同决定振荡频率，感应线圈与谐振电容以及交替工作的功率管组成一个具有一定输出功率的振荡器。C1是高频特性好的耐压比较高的电容，容值大于0.1uF。谐振频率选择100KHZ以上，属于ISMB波段。电感L2和L3考虑到封装和通过电流原因选择感值小于1uH。封装上在考虑PCB板子空间大小应该尽量大，但实际上板子上不可能有足够合适的空间，最小封装为0630的一体成型电感。MOS管选择30V以上，结电容相对小的MOS，导通电阻也尽量小。

本实施例中整个自振荡电路103外接两个电源：VDD和VGG。VDD是自振荡电路103的自振荡电源，本实施例再次基础上另外在单独引入VGG给MOS管栅极供电，主要是为了更好的起振，具体来说：VGG一旦加上，两个MOS管Q1、Q2的栅极电压会有个上升过程，相当于栅极电容被充电的过程，受电阻R1,R2和Q1、Q2的栅源电容存在的分散性影响，栅极电压上升速度会有不同，上升快的先达到导通需要的电压从而该MOS导通，同时把另外一个MOS的栅极拉低，让这个MOS关断，从而开始振荡(也就是起振了)。由于MOS管Q1、Q2的栅极电源VGG被分离出来，单独供电，这样两个MOS管的栅极工作电压值就有可能被拉得更高的可能，更高的VGG可以让MOS管有更好的起振条件，MOS管的发热会更少。

PWM信号由电子烟的MCU发出，关于PWM信号的要求，该信号是用来控制自振荡电路103的平均输出功率的信号，当此信号为高时，自振荡电路103就工作，MOS管Q1、Q2交替导通关断；此信号为低时，自振荡电路103不工作。此信号频率应该比自振荡电路103的频率低得多，选择200Hz左右，最小占空比要能保证能让自振荡电路103振荡100个以上(左右)振荡周期，以保证振荡器的工作安全性。

第一升压电路101的目的就是将电池提供的电源VDD升压后给到开关电路102，从而保证提供足够的栅极电源VGG到自振荡电路103的功率管栅极。本实施例中的第一升压电路101包括升压控制芯片及其外围电路，例如分压电路。所述升压控制芯片的输入端连接电池以获取电源VDD，并将所述电源VDD按照分压电路的比例进行升压处理后输出，具体输出电源VG给到开关电路102。

具体的，参考图3，U1表示升压控制芯片，其VIN引脚和EN引脚连接电池，接入电源VDD，VIN引脚和SW引脚之间串接电感L1，SW引脚还连接二极管D3的正极，二极管D3的负极输出升压后的电源，暂且记为电源VG，电源VG是4.2-12V之间，输出电流是500mA就够用了。电阻R7和R8构成分压电路，U2可以根据R7、R8的分压比例进行升压。电容C2、C3并联且连接于二极管D3的负极和电源地之间，用于滤波。

需要说明的是，本实施例的第一升压电路101仅为一个示例而已，第一升压电路101可以采用多种形式，只要能达到需要的电压和输出电流就可以，对此并不做限制。

参考图4，开关电路102包括第一开关管Q3和第二开关管Q4，所述第一开关管Q3的输入端连接所述第一升压电路101的输出端，即第一开关管Q3的输入端作为在开关电路102的输入端接收电源VG。所述第一开关管Q3的输出端作为开关电路102的输出端输出所述栅极电源VGG，所述第一开关管Q3的控制端连接所述第二开关管Q4的输入端，所述第二开关管Q4的输出端接电源地，所述第二开关管Q4的控制端作为开关电路102的控制端接收所述PWM信号，通过对栅极电源的PWM控制来调整和控制温度。

可以理解的是，所述第一开关管Q3可以为MOS管或者三极管，所述第二开关管Q4可以为MOS管或者三极管。例如，图4中左图，所述第一开关管Q3为PMOS管，该PMOS管的源极连接所述第一升压电路101的输出端、漏极输出所述栅极电源VGG、源极和栅极之间连接电阻，所述第二开关管Q4为NPN型三极管，该NPN型三极管的集电极连接PMOS管的栅极、基极经由电阻接收所述PWM信号、发射极接电源地，更具体的，Q3是小功率的PMOS，SOT23封装，电流2A就可以；Q4是SOT23或者SOT523封装的NPN三极管，用来做电平转换的。再例如，图4中右图给出了另一种方式，此图中Q3、Q4都是NPN管。

图4中，VG电压是一直都存在的(除了电子烟休眠)，但VGG电压应该按实际需要来控制VGG电压是否加入，当Q4导通时，VG的电压被加入到VGG上，供后面的自振荡电路103使用，否则Q4断开时，自振荡电路103无法工作。

综上，本实施例的有益效果是：本实施例中，由于软件不介入振荡电路中的MOS管振荡周期内的工作行为，不必控制到振荡周期内的时序，采用自振荡的硬件电路，软件通过控制PWM来控制输出功率，振荡输出(感应线圈两端信号)为谐波，因为当感应线圈内部加入发热金属管以及烟弹后谐振频率自动改变，所以只要振荡电路工作，振荡电路一直是谐振的，所以感应线圈上的电压波形是正弦波，因此信号比较干净，失真小，电磁兼容特性较好。另外，普通振荡电路应用到电子烟特别是HNB电子烟上难度比较大，因为电子烟工作电压VDD过低，起振难度大，一旦无法起振MOS一定烧毁，因此极为不安全。还有就是普通振荡电路种电感的尺寸过大，电感发热过大，PCBA温度过高，带来外壳温度过高，因此，造成整体效率过低，没有使用价值。因此目前还没有应用到HNB电子烟上。而本实施例的把电源VDD分成两路电源，即VDD和VGG，为MOS管的栅极单独提供一路升压得到的VGG，这样可以为功放管提供了更好的偏置电压，功率管有了更好的起振条件，功率管发热更少；而且还可以通过控制栅极电源VGG的输出有或无(对栅极电源的PWM控制)来控制输出平均功率从而控制被解热体的温度，因为开关电路通过PWM信号控制自振荡电路工作与否，控制振荡电路工作的占空比，从而改变自振荡电路的平均功率，从而改变发热体的温度。

实施例二

参考图5，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述感应线圈为中间有抽头的三脚线圈，所述自振荡电路103包括一个电感、两个MOS管、两个二极管、电容，所述三脚线圈的中间抽头L0连接电感L2的第一端，电感L2的第二端接收电源VDD，所述三脚线圈的第一脚L+连接第一个二极管D1的负极和第一个MOS管Q1的漏极，第一个二极管D1的负极还经由电容C1连接所述三脚线圈的第二脚L-，所述三脚线圈的第二脚L-还连接第二个二极管D2的负极和第二个MOS管Q2的漏极，第一个二极管D1的正极和第二个二极管D2的正极分别经由电阻R1、R2接收所述栅极电源VGG，第一个二极管D1的正极还连接第二个MOS管Q2的栅极，第二个二极管D2的正极还连接第一个MOS管Q1的栅极，第一个MOS管Q1的栅极、第二个MOS管Q2的栅极还分别经由电阻R3、R4接电源地，第一个MOS管Q1的源极和第二个MOS管Q2的源极接电源地。

实施例三

参考图6，本实施例与实施例一的区别在于，电池具体是多节电池串联。因此电池提供的电源VDD是足够大的，没必要升压，因此可以省略掉实施例一中的第一升压电路101，开关电路102的输入端直接接入单节电池的电源VDD。

实施例四

参考图7，本实施例与实施例一的区别在于，还另外增加了第二升压电路104，用于对单节电池的电源VDD进行升压处理，将升压后的电源VD输入到所述自振荡电路103的工作电源接收端，以为所述自振荡电路提供足够的自振荡工作电源。

第一升压电路101可以升得比较高比如5-12V，第二升压电路104电压可以第一升压电路101电源低一些，但驱动能力很强，用来给自振荡电路提供电源，电压为4-12V。

实施例五

参考图8，本实施例与实施例一的区别在于，用第三升压电路105替换实施例一的第一升压电路101。第三升压电路105对单节电池的电源进行升压处理，将升压后的电源VD一方面输入到所述开关电路102的输入端，另一方面还输入到所述自振荡电路103的工作电源接收端，即同时为自振荡电路中的功率管提供足够的电源以及为所述自振荡电路提供足够的自振荡工作电源。比如，第三升压电路105可以采用大功率升压电路，输出电压是4-12V，比一节电池电压要高，而且驱动能力很强。

综上，本发明中，自振荡电路中的交替工作的功率管及谐振电容和感应线圈组成一个具有一定输出功率的振荡器，当此振荡器工作时把电池的直流电压转成感应线圈上的交流电压，再通过电磁感应现象最终把电能转换成发热体的热能。本发明把自振荡电路经过处理分离出栅极电源VGG，这个VGG被作为一个控制信号，由开关电路负责对VGG信号按PWM信号特征进行必要的控制，振荡器就会按需要间歇工作，振荡器输出的平均功率会按需要被控制，这样也就控制了发热体的温度；而且VGG电源被独立出来单独供电，可以让功率管有更好的起振条件，发热更少；而且，振荡器工作时一直是谐振的，输出波形是正弦波，失真小，电磁兼容特性好，软件不需要那么深度地介入振荡的每个时序。软件控制加热温度更简单；由于电路的电流是连续变化的，因此整个加热过程不会有电流声。很安静。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。