一种电磁烟具的温度测量与控制技术的制作方法

烟草加工设备的制造及烟草加工技术1.本发明属于逆变电路控温技术领域，尤其涉及一种电磁烟具的温度测量与控制技术。背景技术：2.新型烟草是一种为了减少抽烟风险和毒害而设计的产品，在这其中加热不燃烧(heating not burning-hnb)烟具和烟弹的高度技术集成正在成为研发的焦点。为了实现真正的风险减少产品这个概念，温度是一个至关重要的参数，所以系统(烟具和烟弹)对发热体温度的控制要求非常严格。这是因为在充分有效释放烟草成分的前提下必须确保整个加热碳化过程尽可能地低温，才可以减少烟草中化学反应相关联致癌物的产生和有害物质例如焦油的挥发，而且温度的稳定性也影响着气溶胶的均匀性和口感。3.电磁涡流感应正在成为hnb新型烟草固态雾化的新一代前沿技术。目前业界对于电磁感应hnb烟具的控温，普遍采用的思路是通过温度传感器测量并反馈温度，再由后端预制的程序进行控制和调节激发电流，从而实现控温。这种方法存在温度传感器接触测量的误差和反馈延时的问题，并且这种方式无法零距离接触高温源头而达到准确的测量和控制。技术实现要素：4.鉴于上述背景技术中所提到的问题，本发明提供了应用于电磁hnb系统的一种全新温度控制技术，该控制技术不使用温度传感器，可以有效地解决反馈延时的问题，以及实现更加精准和更加理想的温度采集与控制。5.为实现以上发明目的，采用的技术方案为：6.一种电磁烟具的温度测量与控制技术，包括逆变单元、软开关单元和驱动单元,所述逆变单元包括电源vcc、电感l2、振谐电容c1、振谐电感l1、等效电感l3和等效负载rl，所述电源vcc的输出端连接所述电感l2的第一端，所述电感l2的第二端分别与所述软开关单元的一端、所述驱动单元的一端和所述振谐电容c1的第一端连接，所述振谐电容c1的第二端与所述振谐电感l1的一端连接，所述振谐电感l1的另一端与所述等效电感l3的一端连接，所述等效电感l3的另一端与所述等效负载rl的第一端连接，所述等效负载rl的第二端分别连接所述驱动单元的另一端和所述软开关单元的另一端并连接地。7.本发明进一步设置为：所述软开关单元包括软开关电容c2，所述软开关电容c2的一端分别连接所述电感l2的第二端、所述振谐电容c1的第一端和所述驱动单元的一端，所述软开关电容c2的另一端分别连接所述等效负载rl的第二端和所述驱动单元的另一端并连接地。8.本发明进一步设置为：所述驱动单元包括场效应管q1和驱动方波vg。9.本发明进一步设置为：所述场效应管q1的漏极分别连接所述电感l2的第二端、所述软开关单元的一端和所述振谐电容c1的第一端，所述场效应管q1的源极分别连接所述等效负载rl的第二端和所述软开关单元的另一端并连接地。10.本发明进一步设置为：所述场效应管q1的栅极与所述驱动方波vg的输出端连接。11.本发明进一步设置为：所述场效应管q1为n沟道增强型mos管，所述驱动方波vg输出固定频率的方波。12.本发明进一步设置为：所述电源vcc为直流型电源。13.本发明进一步设置为：所述驱动方波vg的高阶方波对应所述场效应管q1的导通状态，所述驱动方波vg的低阶方波对应所述场效应管q1的断开状态。14.本发明进一步设置为：当所述场效应管q1导通时，所述振谐电容c1、所述振谐电感l1、所述等效电感l3和所述等效负载rl形成振谐回路，当所述场效应管q1断开时，所述软开关电容c2、所述振谐电容c1、所述振谐电感l1、所述等效电感l3和所述等效负载rl形成振谐回路。15.本发明进一步设置为：当所述驱动方波vg的频率设置值大于预设阈值且所述等效负载rl的温度上升时，则所述电源vcc电流增大；当所述等效负载rl增大时，则所述电源vcc电流降低；当所述等效负载rl的温度低于居里温度点时，所述电源vcc电流随所述等效负载rl的温度的上升而下降，当所述等效负载rl的温度高于居里温度点时，所述电源vcc电流随等效负载rl的温度的上升而上升。16.综上所述，与现有技术相比，本发明公开了一种电磁烟具的温度测量与控制技术，本发明使烟草成分的有效释放、气溶胶浓度的一致性和温度的稳定性、以及真正低温减害等用户体验得到了充分保障。附图说明17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。18.图1是本实施例提供的一种电磁烟具的温度测量与控制技术的电路连接图一；19.图2是本实施例提供的一种电磁烟具的温度测量与控制技术的电路连接图二；20.图3是本实施例提供的当场效应管q1导通时的电路状态图一；21.图4是本实施例提供的当场效应管q1导通时的电路状态图二；22.图5是本实施例提供的通过等效电感l3确定负载金属的温度与电源vcc电流的对应关系图；23.图6是本实施例提供的通过等效电阻rl确定负载金属的温度与电源vcc电流的对应关系图；24.图7是本实施例提供的等效电感l3与电源vcc电流的对应关系图；25.图8是本实施例提供的等效电阻rl的温度与电源vcc电流的对应关系图。26.附图标记：1、逆变单元；2、软开关单元；3、驱动单元。具体实施方式27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。30.此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。31.一种电磁烟具的温度测量与控制技术，如图1和图2所示，包括逆变单元1、软开关单元2和驱动单元3,逆变单元1包括电源vcc、电感l2、振谐电容c1、振谐电感l1、等效电感l3和等效负载rl，电源vcc的输出端连接电感l2的第一端，电感l2的第二端分别与软开关单元2的一端、驱动单元3的一端和振谐电容c1的第一端连接，振谐电容c1的第二端与振谐电感l1的一端连接，振谐电感l1的另一端与等效电感l3的一端连接，等效电感l3的另一端与等效负载rl的第一端连接，等效负载rl的第二端分别连接驱动单元3的另一端和软开关单元2的另一端并连接地，在本实施例中，等效电感l3表征的是负载放入引起的感量变化，等效负载rl表征的是负载放入引起的电阻变化，电源vcc使用直流型电源，场效应管q1使用n沟道增强型mos管，软开关单元2包括软开关电容c2，软开关电容c2的一端分别连接电感l2的第二端、振谐电容c1的第一端和驱动单元3的一端，软开关电容c2的另一端分别连接等效负载rl的第二端和驱动单元3的另一端并连接地，在具体实施过程中，软开关电容c2可以有效地降低场效应管q1的功耗。32.进一步的，驱动单元3包括场效应管q1和驱动方波vg，场效应管q1的漏极分别连接电感l2的第二端、软开关单元2的一端和振谐电容c1的第一端，场效应管q1的源极分别连接等效负载rl的第二端和软开关单元2的另一端并连接地，场效应管q1的栅极与驱动方波vg的输出端连接，驱动方波vg输出固定频率的方波，驱动方波vg的高阶方波对应场效应管q1的导通状态，驱动方波vg的低阶方波对应场效应管q1的断开状态，即方波的电压幅度大于场效应管q1的导通电压时，场效应管q1就导通。33.在具体实施过程中，场效应管q1作为振谐回来的开关，当场效应管q1导通时，电感l2电流全部流过场效应管q1，由于振谐电感l1、等效电感l3和振谐电容c1在场效应管q1导通之前已经储存了能量，因此这时振谐电容c1、振谐电感l1、等效电感l3和等效负载rl会形成一个振谐回路，如图3所示，此时在等效负载rl上可得到一个正弦输出，其谐振频率ω1为：[0034][0035]当场效应管q1断开时，软开关电容c2的电压由零缓慢上升，场效应管q1的功耗显著地降低，这时软开关电容c2、振谐电容c1、振谐电感l1、等效电感l3和等效负载rl就构成了一个闭合的谐振回路，如图4所示，其谐振频率ω2为：[0036][0037]在本实施例中，当电路和负载参数为统一参数器件时，如果负载金属的温度上升，就会改变负载的两个参数，即等效电感l3和等效电阻rl。经过理论分析和实验验证，该电路电源vcc的输入电流与等效电感l3和等效电阻rl的变化关系分别如图5和6所示。基于此变化关系的灵敏探测，从电路反馈原理的角度出发，本实施例可以实现负载金属温度的无接触式的精准探测与控制，进而实现各种使用条件下的口数计算和标定。[0038]1)通过等效电感l3确定负载金属的温度与电源vcc电流的对应关系。实质上，此逆变电路和负载金属构成了一个耦合振荡系统，因此可以根据负载金属的磁导率随温度变化而改变的特征来表征所需电源vcc电流的变化规律。在一般情况下，金属材料的磁导率会随着温度的升高而下降。如图5的条件相关所示，当vg的设置值大于f0时,如果负载金属发热片温度上升，那么其谐振频率将向右移动，则所需的电源vcc电流(由图5中的纵坐标表示)必须增大。由此我们可以确定温度和电源vcc电流的相关关系。[0039]2)通过等效负载rl确定负载金属的温度与电源vcc电流的对应关系。虽然负载金属的感量变化不受加热温度范围的影响，但是可以选择电阻率受温度影响较大的材料作为负载。如图6所示，当负载金属的温度上升时，负载金属的电阻率会上升，则由电路和负载金属组成的系统中引入的等效负载rl(由图6中的横坐标表示)就会增大，相应地，电源vcc电流也会降低。由此我们也可以确定负载金属的温度和电源vcc电流的关系。[0040]3)通过烟弹被吸食时负载金属温度的降低导致的电源vcc电流波动来计算口数。在电子烟的使用中，食用者用力吸食烟弹，烟草需要吸热而释放气溶胶，于是热量被烟草吸收，金属片温度会有瞬间的稍微降低，由于这个耦合振荡反应，会使得电源vcc电流形成一定的波动。在计算机软件中可以通过滤波去识别这种波动进而判断计算烟弹的吸食口数。[0041]4)当负载金属片选择合适的居里温度点，其电流变化如图8，其t1左侧是由于温度上升金属片电阻率上升，导致电路中rl下降。所以电源电流下降，电流影响如图7。其t1右侧则是由于金属片温度上升其导磁率下降，导致等效电感l3(由图7中的横坐标表示)下降，电流影响如图7。所以当将电流控制在t1则是金属片的居里温度点。则可以得到金属片的准确温度，而温度变化又会引起电流的变化。当我们将电流控制在t1右侧的附近，每次吸食电子烟都会引起温度降低，则电流随之降低，则可以通过判断电流的变化计算出吸食口数。[0042]综上所述，本发明具有以下有益效果：[0043](1)采用电路的谐振来判断电源vcc电流与负载金属片的温度关系，从而实现了实时而精准的测量、反馈和控制；[0044](2)采用电路和软件识别来捕捉负载金属温度变化与电源vcc电流的关系，从而实现了对吸食口数的准确计算和标定；[0045](3)采用无接触式的感应反馈，避免了咪头和温度传感器的使用，避免了延时、稳控不稳定和浪费结构空间等缺点；[0046](4)基于上述3个优点，烟草成分的有效释放、气溶胶浓度的一致性和温度的稳定性、以及真正低温减害等用户体验可以得到保障。[0047]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。









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