CN104037719B - 一种用于电子烟的过流或短路保护的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子烟的过流或短路保护的控制装置及方法，包括输入模块，电源模块，加热元件，开关控制模块，比较器和场效应管，通过场效应管实时检测工作电流流过其内阻产生的实际工作电压；通过比较器比较参考电压与实际工作电压的大小，输出比较结果至开关控制模块，当实际工作电压小于参考电压时，开关控制模块输出高电平，开关控制模块使场效应管保持导通状态，使加热元件继续加热，当比较器判断实际工作电压大于参考电压，开关控制模块输出低电平至场效应管控制其断开，进而使加热元件断电，达到了保护电子烟的作用，本发明电路结构简单，成本低。

Description

一种用于电子烟的过流或短路保护的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电加热产品领域，尤其涉及一种用于电子烟的过流或短路保护的控制装置及控制方法。

背景技术

电子烟是一种利用对烟液进行加热产生雾化，给吸烟者提供一种香烟的替代品，已经越来越受到吸烟消费者的欢迎，电子烟包括电池、控制电路以及雾化器等单元组成，有些电子香烟使用电子气流传感器启动加热元件，一吸气就会使电池控制电路工作，而手动感应的需要用户按下一个按钮,然后吸烟。电子烟加热元件因为接触烟液、潮湿，因而容易发生局部短路或完全短路情况，造成内部控制电路会出现过电流或短路电流，如不及时切断，会造成内部电路烧毁或火灾等。

目前，在一些机械控制或微控制器控制的电子烟产品中，有些产品没有过流或短路保护，有些电子烟虽然具有过流或短路保护，一般是使用电流传感器（例如电阻、电流互感器）来检测有无过流或短路，使用电流传感器（例如电阻或电流互感器）的电子烟产品，其电路相对复杂，成本增加。

所以现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在的过流或短路电路复杂，成本高的缺陷，提供一种电子烟中利用场效应管的导通内阻来检测过流或短路保护的控制装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电子烟的过流或短路保护的控制方法，包括以下步骤：

A、预置一参考电压；

B、实时检测工作电流流过所述场效应管内阻产生的实际工作电压；

C、比较器比较所述参考电压以及所述实际工作电压，输出比较结果至所述开关控制模块，所述开关控制模块根据所述比较结果控制所述场效应管断开或使所述场效应管保持导通状态。

所述的方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、所述比较器判断所述实际工作电压是否小于所述参考电压，若是，所述开关控制模块输出高电平，所述开关控制模块使所述场效应管保持导通状态，否则转入步骤C2；

C2、所述开关控制模块输出低电平至所述场效应管、控制所述场效应管断开，使加热元件断电。

所述的方法，其中，所述参考电压为预设的过流电流在所述场效应管内阻上所产生的电压。

所述的方法，其中，所述开关控制模块为微控制器或半导体开关。

一种用于电子烟的过流或短路保护控制装置，包括输入模块，电源模块和加热元件，所述加热元件用于对电子烟的烟液进行加热并产生雾化，其特征在于，还包括开关控制模块，比较器，场效应管，所述开关控制模块分别与所述输入模块、所述比较器、所述场效应管和所述电源模块相连，

所述场效应管用于实时检测工作电流流过所述场效应管内阻的实际工作电压，将所述实际工作电压传送至所述比较器；

所述比较器用于比较预置的参考电压以及所述实际工作电压，将所述比较结果输出至所述开关控制模块；

所述开关控制模块用于根据所述比较结果控制所述场效应管断开或使所述场效应管保持导通状态；

所述电源模块用于为所述开关控制模块提供电源、并通过所述场效应管为所述加热元件供电。

所述的装置，其中，所述比较结果为所述比较器输出的高电平或者低电平，当所述实际工作电压小于所述参考电压，所述开关控制模块输出高电平，所述开关控制模块用于使所述场效应管保持导通状态，使所述加热元件继续加热，当所述比较器判断所述实际电压大于所述参考电压，所述开关控制模块输出低电平至所述场效应管控制所述场效应管断开，使所述加热元件断电。

所述的装置，其中，所述比较器为数字比较器或模拟比较器。

所述的装置，其中，所述参考电压为预设的过流电流在所述场效应管内阻上所产生的电压。

所述的装置，其中，其特征在于，所述开关控制模块为微控制器或半导体开关。

所述的装置，其中，所述模拟比较器输出端连接所述微控制器的检测输入端，所述微控制器的输出端连接至所述场效应管的栅极，所述场效应管的源级接所述电源模块的负极，所述场效应管的漏极分别接所述比较器的输入端和所述加热元件。

所述的装置，其中，所述比较器内置在所述微控制器内。

本发明公开了一种用于电子烟的过流或短路保护的控制装置及控制方法，具有以下有益效果：本装置利用场效应管实时检测工作电流流过其内阻产生的实际工作电压；通过比较器比较参考电压以及实际工作电压，输出比较结果至开关控制模块，当发生过流或短路时，通过开关控制模块控制场效应管的断开，切断对加热元件的加热，通过利用场效应管的导通内阻来检测过流或短路信号，过流或短路保护不需要额外的电流检测器件，其电路相对简单，成本较低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明过流或短路保护的控制装置的电路方框图；

图2是本发明过流或短路保护的控制装置实施例一的电路结构示意图；

图3是本发明过流或短路保护的控制装置实施例二的电路结构示意图；

图4是本发明过流或短路保护的控制装置实施例三的电路结构示意图；

图5是本发明过流或短路保护的控制装置实施例四的电路结构示意图；

图6是本发明电子烟在通电状态下的过流或短路保护的控制流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中利用电流传感器（例如电阻、电流互感器）来检测有无过流或短路保护所存在的电路复杂、成本高的问题，本发明提供一种利用场效应管导通内阻来检测过流或短路保护，该发明的核心为，通过场效应管实时检测工作电流流过其内阻产生的实际工作电压；通过比较器来比较参考电压与实际工作电压的大小，输出比较结果至开关控制模块，当实际工作电压小于所述参考电压时，开关控制模块输出高电平，开关控制模块使场效应管保持导通状态，使加热元件继续加热，当比较器判断实际工作电压大于参考电压，开关控制模块输出低电平至场效应管控制其断开，进而使加热元件断电，达到了保护电子烟的作用。

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。

图1为本发明控制装置的电路方框图，本发明是利用产品中用于控制输出的场效应管（MOSFET）在导通时自身的内阻作为电流检测器件，用比较器或模数转换器（ADC）来识别出过流或短路，并进行关闭场效应管来进行电路的保护，主要包括输入模块100，开关控制模块200，电源模块300，场效应管400，加热元件500和比较器600，其中，输入模块100与开关控制模块200相连接，输入模块100包括吸烟传感器或按键，吸烟传感器感应用户的气流给开关控制模块200一感应信号来启动加热元件500或用户通过按键手动发出需要吸烟的信号使加热元件500加热，然后吸烟；开关控制模块200分别与电源模块300，场效应管400和比较器600相连接，电源模块300用于为开关控制模块200提供电源、并通过场效应管400为加热元件500供电，加热元件用于对电子烟的烟液进行加热并产生雾化，场效应管400分别与开关控制模块200、电源模块300、加热元件500以及比较器600连接，用于实时检测工作电流流过场效应管400内阻的实际工作电压，并将实际工作电压传送至比较器600；比较器600用于比较预置的参考电压以及获得的实际工作电压，将比较结果输出至开关控制模块200；开关控制模块200用于根据上述比较器600的比较结果控制场效应管400断开或使场效应管400保持导通状态；进一步的，所述比较结果为比较器600输出的高电平或者低电平，当实际工作电压小于预设的参考电压时，开关控制模块200输出高电平，进而开关控制模块200使场效应管400保持导通状态，使加热元件500继续加热，当比较器600判断实际电压大于参考电压时，开关控制模块200输出低电平至场效应管400、进而控制场效应管400的断开，使加热元件500断电，保证了电路的安全。

图2是本发明过流或短路保护的控制装置实施例1的电路结构示意图，图中开关控制模块为微控制器200，该微控制器可选用单片机，CPU或逻辑控制器件，本实施例中的微控制器200包括有5个引脚，其中引脚1为信号输入端，引脚1与输入模块100中的吸烟传感器或按键相连，通过吸烟传感器或按键给引脚1一个用于启动加热元件500的信号，引脚2和引脚5为电源输入端，为微控制器200提供电源，引脚3为输出端V_GS，为场效应管400输出一个控制电压，引脚4为输入端V_I，用于输入比较器600的比较结果；比较器600包括一参考电压端2，该参考电压为一预设值，通过预设的过流电流在场效应管400内阻上所产生的电压：还有一信号输入端1以及一输出端3，比较器600的输出端3与微控制器200的引脚4相连；场效应管400包括栅极端（G端），源级端（S端）和漏极端（D端），场效应管400的栅极端接微控制器200的引脚3，场效应管400的源级端与电源模块300（本实施例为电池300）的负端相连，场效应管400的漏极端分别连接比较器的输入端1端和加热元件500的负端，该实施例中的比较器型号可优选LM393，场效应管400型号可优选AO3400或DTS2300，当然实际应用中并限于上述所选型号。

图3为本发明过流或短路保护的控制装置实施例2的电路结构示意图，该电路包括：吸烟传感器或按键100（相当于图1中的输入模块），半导体开关200，电池300（相当于图1中的电源模块300），场效应管400，加热元件500和比较器600，其中在该图示中，除将图2中微控制器替换为图3中的半导体开关200外，其余部分电路连接关系均和图2相同，此处只对半导体开关200连接进行描述，其中半导体开关200的信号输入端（1端）连接吸烟传感器或按键的信号输出端，半导体开关200的2端连接比较器600的信号输出端3，半导体开关200的3端连接场效应管400的栅极端（G端），其它部件的连接关系与图2描述相同，所以省略。本实施中半导体开关200接收用户通过吸烟传感器或按键发出的启动加热元件500的指令，即吸烟传感器感应用户的气流给半导体开关200一感应信号来启动加热元件500或用户通过按键手动发出需要吸烟的信号使加热元件500加热，然后吸烟；其工作原理与上面相同，通过实时检测工作电流流过场效应管400内阻的实际工作电压，并将实际工作电压传送至比较器600；比较器600用于比较预置的参考电压以及获得的实际工作电压，将比较结果输出至半导体开关200、半导体开关200用于根据上述比较器600的比较结果控制场效应管400断开，使加热元件500断电，保证了电路的安全，或者使场效应管400保持导通状态，使加热元件500继续加热。

图4和图5为本发明过流或短路保护的控制装置实施例3和实施例4的电路结构示意图，在该图示中，比较器600为微控制器200的内部比较器（如图4）或微控制器200利用模数转换器ADC来采样，检测流过场效应管400的电流有没有过流或短路，当过流或短路发生时，微控制器200将关闭场效应管400不让其继续导通，这样就可以保护产品不被过流或短路损坏。

下面根据图6来描述电子烟的过流或短路保护的控制过程，其步骤包括：包括以下步骤：

S10、预置一参考电压，该参考电压为预设的过流电流在场效应管内阻上所产生的电压；

S20、实时检测工作电流流过场效应管内阻产生的实际工作电压；

S30、比较器比较所述参考电压以及所述实际工作电压，判断实际工作电压是否大于是否参考电压，如果是，转入步骤S40，否则，转入步骤S50；

S40、通过开关控制模块控制场效应管断开，使加热元件断电；

S50、通过开关控制模块使场效应管继续保持导通状态。

具体的，通过比较器输出比较结果至开关控制模块（微控制器或半导体开关），微控制器或半导体开关根据比较结果控制场效应管断开或者保持导通。若实际工作电压小于预置的参考电压，比较器输出低电平到微控制器或半导体开关，微控制器或半导体开关输出高电平，进而使场效应管保持导通状态，如果实际工作电压大于预置的参考电压，比较器输出高电平，微控制器或半导体开关输出低电平至场效应管、控制场效应管断开。

进一步的过程包括：

1、按动电子烟按键或吸烟传感器感应用户吸烟，给微控制器一开启信号；

2、微控制器给场效应管栅极端输出一开启电压（V_GS），当V_GS大于V_TT（V_TT为场效应管的门坎电压），场效应管导通，电流由电源模块300（即电池）正极流过加热元件并流过场效应管的D端到S端到电池负端；

3、加热元件工作，为加热状态；

4、微控制器或比较器的Ui端检测场效应管D端电压，此电压是由电流流过加热元件和场效应管电流I乘以场效应管内阻的值（当G点到S点的电压V_GS保持不变时，该内阻值R_o为一固定值，Ui=I*R_o）；

5、比较器参考电压输入端U_REF，设置一参考电压，U_REF=I_过流*R_o；

6、当Ui>U_REF时，说明I>I_过流，比较器或微控制器动作，输出给场效应管G端电压，V_GS<V_TT，场效应管关断，加热元件断电；

综上所述，由于本发明用于控制输出的场效应管（MOSFET）在导通时自身的内阻作为电流检测器件，用比较器或模数转换器（ADC）来识别出过流或短路，并进行关闭场效应管，进而使加热元件断电，本发明电路简单、成本低，有效地实现了对电子烟的过流或短路的保护。

因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (2)

1.一种用于电子烟的过流或短路保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、预置一参考电压；所述参考电压为预设的过流电流在场效应管内阻上所产生的电压；

B、通过场效应管实时检测工作电流流过所述场效应管内阻产生的实际工作电压；

C、比较器比较所述参考电压以及所述实际工作电压，输出比较结果至微控制器，所述微控制器根据所述比较结果控制所述场效应管断开或使所述场效应管保持导通状态；

所述步骤C具体包括：

C1、所述比较器判断所述实际工作电压是否小于所述参考电压，若是，所述微控制器输出高电平，所述微控制器使所述场效应管保持导通状态，否则转入步骤C2；

C2、所述微控制器输出低电平至所述场效应管控制所述场效应管断开，使加热元件断电；

所述比较器输出端连接所述微控制器的检测输入端，所述微控制器的输出端连接至所述场效应管的栅极，所述场效应管的源极连接电源模块的负极，所述场效应管的漏极分别连接所述比较器的输入端和所述加热元件；所述微控制器的U_i端检测场效应管漏极端电压，所述漏极端电压是电流流过加热元件和场效应管电流乘以场效应管内阻的值；

所述参考电压为过流电流与场效应管内阻的乘积；所述加热元件与所述场效应管串联。

2.一种用于电子烟的过流或短路保护控制装置，包括输入模块，电源模块和加热元件，所述加热元件用于对电子烟的烟液进行加热并产生雾化，其特征在于，还包括微控制器，比较器和场效应管，所述输入模块包括吸烟传感器或按键，用于发出信号使加热元件加热；所述微控制器分别与所述输入模块、所述比较器、所述场效应管和所述电源模块相连，

所述场效应管用于实时检测工作电流流过所述场效应管内阻的实际工作电压，将所述实际工作电压传送至所述比较器；

所述比较器用于比较预置的参考电压以及所述实际工作电压，将比较结果输出至所述微控制器；所述参考电压为预设的过流电流在场效应管内阻上所产生的电压；

所述微控制器用于根据所述比较结果控制所述场效应管断开或使所述场效应管保持导通状态；

所述电源模块用于为所述微控制器提供电源、并通过所述场效应管为所述加热元件供电；

所述比较结果为所述比较器输出的高电平或者低电平，当所述实际工作电压小于所述参考电压，所述微控制器输出所述高电平，所述微控制器用于使所述场效应管保持导通状态，使所述加热元件继续加热，当所述比较器判断所述实际工作电压大于所述参考电压，所述微控制器输出所述低电平至所述场效应管、并控制所述场效应管断开，使所述加热元件断电；

所述比较器输出端连接所述微控制器的检测输入端，所述微控制器的输出端连接至所述场效应管的栅极，所述场效应管的源极连接所述电源模块的负极，所述场效应管的漏极分别连接所述比较器的输入端和所述加热元件；所述微控制器的U_i端检测场效应管漏极端电压，所述漏极端电压是电流流过加热元件和场效应管电流乘以场效应管内阻的值；

所述参考电压为过流电流与场效应管内阻的乘积；所述加热元件与所述场效应管串联。