KR102350596B1 - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

Abstract

에어로졸 생성 장치는, 배터리로부터 제공된 공급 전압을 정전압(constant voltage)으로 변환하는 컨버터, 배터리로부터 제공된 공급 전압을 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터, 정전압의 인가를 통해 히터의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써 히터의 저항 변화를 검출하는 검출 회로, 및 정전압에 의한 저항 변화의 검출을 수행하는 모니터링 모드와 공급 전압에 의한 히터의 가열을 수행하는 가열 모드의 스위칭을 제어함으로써 에어로졸을 생성하기 위한 히터의 가열을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

에어로졸 생성 장치 {AEROSOL GENERATING DEVICE}

에어로졸 생성 장치로서, 구체적으로 정전압(constant voltage)을 이용하는 동작 모드와 정전압을 이용하지 않는 동작 모드를 구분하여 배터리 효율성을 높인 에어로졸 생성 장치에 관한다.

근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

배터리의 공급 전압은 에어로졸 생성 장치의 각 하드웨어/소프트웨어 구성들을 구동하는데 이용될 수 있다. 하지만, 각 구성들에 제공되는 배터리의 공급 전압은 배터리 충전량, 에어로졸 생성 장치의 사용 환경(예를 들어, 주변 온도, 습도 등) 등의 다양한 요인들에 따라 전압 변동(voltage fluctuation)의 현상이 발생될 수 있다. 만약, 히터의 저항 검출 등과 같이 정밀한 측정이 요구되는 경우, 이와 같은 불규칙한 전압 변동으로 인해 정확한 저항 값의 검출이 어려울 수 있고, 이로 인하여 히터의 가열 제어가 정밀하게 수행되지 못할 수 있다. 따라서, 히터의 가열 제어를 정밀하게 수행하면서, 에어로졸 생성 장치의 배터리의 효율성을 높이기 위한 방안이 요구된다.

다양한 실시예들은 정전압을 이용하는 동작 모드와 정전압을 이용하지 않는 동작 모드를 구분하여 배터리 효율성을 높인 에어로졸 생성 장치를 제공하는데 있다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 측면에 따르면, 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위한 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리로부터 제공된 공급 전압을 소정 레벨의 정전압(constant voltage)으로 변환하는 컨버터; 상기 배터리로부터 제공된 상기 공급 전압을 이용하여 상기 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터; 상기 컨버터로부터 출력된 상기 정전압의 인가를 통해 상기 히터의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써, 상기 히터의 저항 변화를 검출하는 검출 회로; 및 상기 정전압에 의한 상기 저항 변화의 검출을 수행하는 모니터링 모드와 상기 공급 전압에 의한 상기 히터의 상기 가열을 수행하는 가열 모드의 스위칭을 제어함으로써, 상기 에어로졸을 생성하기 위한 상기 히터의 상기 가열을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

다른 측면에 따르면, 방법은, 배터리로부터 제공된 공급 전압을 소정 레벨의 정전압(constant voltage)으로 변환하는 단계; 모니터링 모드에 따라, 상기 변환된 정전압의 인가를 통해 히터의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써 상기 히터의 저항 변화를 검출하는 단계; 상기 모니터링 모드로부터 가열 모드로의 스위칭을 제어하는 단계; 및 상기 가열 모드에 따라, 상기 배터리의 상기 공급 전압을 상기 히터로 제공함으로써 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위한 상기 히터의 가열을 제어하는 단계를 포함한다.

상기된 바에 따르면, 에어로졸 생성 장치에서 정밀하고 정확한 제어가 필요한 동작에 대해서는 정전압이 인가되도록 제어하고, 비교적 정밀하고 정확한 제어가 요구되지 않는 동작에 대해서는 정전압 대신 배터리의 공급 전압이 인가되도록 제어함으로써, 배터리의 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 일 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 다른 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 관한 카트리지를 구비한 에어로졸 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치에서 에어로졸을 생성하기 위한 히터의 가열을 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 모니터링 모드에서 에어로졸 생성 장치의 회로 구성요소들의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따라 가열 모드에서 에어로졸 생성 장치의 회로 구성요소들의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치가 에어로졸을 생성하는 동안 모니터링 모드와 가열 모드 간의 반복적인 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따라 모니터링 모드에서 검출된 히터의 저항 변화에 기초하여 가열 모드에서 PWM 제어의 파라미터를 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치에서 히터의 가열을 제어하는 방법의 흐름도이다.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.

도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(5)는 에어로졸 생성 물질을 보유하는 카트리지(20)와, 카트리지(20)를 지지하는 본체(10)를 포함한다.

카트리지(20)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용한 상태에서 본체(10)에 결합할 수 있다. 카트리지(20)의 일부분이 본체(10)의 수용 공간(19)에 삽입됨으로써 카트리지(20)가 본체(10)에 장착될 수 있다.

카트리지(20)는 예를 들어 액체 상태나, 고체 상태나, 기체 상태나, 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 보유할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다.

예를 들어, 액상 조성물은 니코틴 염이 첨가된 임의의 중량비의 글리세린 및 프로필렌 글리콜 용액을 포함할 수 있다. 액상 조성물에는 2종 이상의 니코틴 염이 포함될 수도 있다. 니코틴 염은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴은 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴으로서, 액상 조성물의 총 용액 중량에 대한 임의의 적절한 중량의 농도를 가질 수 있다.

니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 에어로졸 생성 장치(5)의 작동 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

카트리지(20)는 본체(10)로부터 전달되는 전기 신호 또는 무선 신호 등에 의해 작동함으로써 카트리지(20)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 기체의 상으로 변환하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키는 기능을 수행한다. 에어로졸은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.

예를 들어, 카트리지(20)는 본체(10)로부터 전기 신호를 공급받아 에어로졸 생성 물질을 가열하거나, 초음파 진동 방식을 이용하거나, 유도 가열 방식을 이용함으로써 에어로졸 생성 물질의 상을 변환할 수 있다. 다른 예로서, 카트리지(20)가 자체적인 전력원을 포함하는 경우에는 본체(10)로부터 카트리지(20)에 전달되는 전기적인 제어 신호나 무선 신호에 의해 카트리지(20)가 작동함으로써 에어로졸을 발생시킬 수 있다.

카트리지(20)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용하는 액체 저장부(21)와, 액체 저장부(21)의 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 변환하는 기능을 수행하는 무화기(atomizer)를 포함할 수 있다.

액체 저장부(21)가 내부에 '에어로졸 생성 물질을 수용한다'는 것은 액체 저장부(21)가 그릇(container)의 용도와 같이 에어로졸 생성 물질을 단순히 담는 기능을 수행하는 것과, 액체 저장부(21)의 내부에 예를 들어 스펀지(sponge)나 솜이나 천이나 다공성 세라믹 구조체와 같은 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 요소를 포함하는 것을 의미한다.

무화기는 예를 들어, 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 액체 전달 수단(wick; 윅)과, 액체 전달 수단을 가열하여 에어로졸을 발생하는 히터를 포함할 수 있다.

액체 전달 수단은 예를 들어 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

히터는 전기 저항에 의해 열을 발생시킴으로써 액체 전달 수단에 전달되는 에어로졸 생성 물질을 가열하기 위하여 구리, 니켈, 텅스텐 등의 금속 소재를 포함할 수 있다. 히터는 예를 들어, 금속 열선(wire), 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으며, 니크롬선과 같은 소재를 이용하여 전도성 필라멘트로 구현되거나 액체 전달 수단에 감기거나(권취되거나) 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.

무화기는 또한 별도의 액체 전달 수단을 사용하지 않고 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 기능과 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생하는 기능을 모두 수행하는 메시 형상(mesh shape)이나 판 형상(plate shape)의 발열체로 구현될 수 있다.

카트리지(20)의 내부에 수용된 에어로졸 생성 물질을 외부에서 시각적으로 확인할 수 있도록 카트리지(20)의 액체 저장부(21)는 적어도 일부가 투명한 소재를 포함할 수 있다. 액체 저장부(21)는 본체(10)에 결합할 때에 본체(10)의 홈(11)에 삽입될 수 있도록 액체 저장부(21)로부터 돌출하는 돌출창(21a)을 포함한다. 마우스피스(22) 및 액체 저장부(21)의 전체가 투명한 플라스틱이나 유리 등의 소재로 제작될 수 있으며, 액체 저장부(21)의 일부분에 해당하는 돌출창(21a)만이 투명한 소재로 제작될 수 있다.

본체(10)는 수용 공간(19)의 내측에 배치된 접속 단자(10t)를 포함한다. 본체(10)의 수용 공간(19)에 카트리지(20)의 액체 저장부(21)가 삽입되면 본체(10)는 접속 단자(10t)를 통하여 카트리지(20)에 전력을 제공하거나, 카트리지(20)의 작동과 관련한 신호를 카트리지(20)에 공급할 수 있다.

카트리지(20)의 액체 저장부(21)의 일측 단부에는 마우스피스(22)가 결합된다. 마우스피스(22)는 에어로졸 생성 장치(5)의 사용자의 구강으로 삽입되는 부분이다. 마우스피스(22)는 액체 저장부(21) 내부의 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 에어로졸을 외부로 배출하는 배출공(22a)을 포함한다.

본체(10)에는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동 가능하게 결합된다. 슬라이더(7)는 본체(10)에 대해 이동함으로써 본체(10)에 결합된 카트리지(20)의 마우스피스(22)의 적어도 일부를 덮거나 마우스피스(22)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 기능을 수행한다. 슬라이더(7)는 카트리지(20)의 돌출창(21a)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 장공(7a)을 포함한다.

슬라이더(7)는 내부가 비어 있으며 양측 단부가 개방된 통 형상을 갖는다. 슬라이더(7)의 구조는 도면에 도시된 것과 같이 통 형상으로 제한되는 것은 아니며, 본체(10)의 가장자리에 결합된 상태를 유지하면서 본체(10)에 대해 이동 가능한 클립 모양의 단면 형상을 갖는 절곡된 판의 구조나, 만곡된 원호 모양의 단면 형상을 갖는 구부러진 반원통 형상 등의 구조를 가질 수 있다.

슬라이더(7)는 본체(10)와 카트리지(20)에 대한 슬라이더(7)의 위치를 유지하기 위한 자성체를 포함한다. 자성체는 영구자석이나, 철, 니켈, 코발트, 또는 이들의 합금 등과 같은 소재를 포함할 수 있다.

자성체는 슬라이더(7)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제1 자성체(8a)와, 슬라이더(7)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제2 자성체(8b)를 포함한다. 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)는 슬라이더(7)의 이동 방향, 즉 본체(10)가 연장하는 방향인 본체(10)의 길이 방향을 따라 서로 이격되게 배치된다.

본체(10)는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(7)의 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)가 이동하는 경로 상에 배치된 고정 자성체(9)를 포함한다. 본체(10)의 고정 자성체(9)도 수용 공간(19)을 사이에 두고 서로 마주보도록 두 개가 설치될 수 있다.

슬라이더(7)의 위치에 따라, 고정 자성체(9)와 제1 자성체(8a) 또는 고정 자성체(9)와 제2 자성체(8b) 사이에서 작용하는 자력에 의하여 슬라이더(7)는 마우스피스(22)의 단부를 덮거나 노출시키는 위치에 안정적으로 유지될 수 있다.

본체(10)는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(7)의 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)의 이동하는 경로 상에 배치되는 위치변화 감지 센서(3)를 포함한다. 위치변화 감지 센서(3)는 예를 들어 자기장의 변화를 감지하여 신호를 발생하는 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서(hall IC)를 포함할 수 있다.

상술한 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(5)에서 본체(10)와 카트리지(20)와 슬라이더(7)는 길이 방향을 가로지르는 방향에서의 단면 형상이 대략 직사각형이지만, 실시예는 이러한 에어로졸 생성 장치(5)의 형상에 의해 제한되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(5)는 예를 들어 원형이나 타원형이나 정사각형이나 여러 가지 형태의 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한 에어로졸 생성 장치(5)가 길이 방향으로 연장할 때 반드시 직선적으로 연장하는 구조로 제한되는 것은 아니며, 사용자가 손으로 잡기 편하게 예를 들어 유선형으로 만곡되거나 특정 영역에서 미리 정해진 각도로 절곡되며 길게 연장할 수 있다.

도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 일 작동 상태를 도시한 사시도이다.

도 2에서는 슬라이더(7)가 본체(10)와 결합된 카트리지(20)의 마우스피스(22)의 단부를 덮는 위치로 이동한 작동 상태가 도시되었다. 슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 덮는 위치로 이동한 상태에서는 마우스피스(22)가 외부의 이물질로부터 안전하게 보호되며 청결한 상태로 유지될 수 있다.

사용자는 슬라이더(7)의 장공(7a)을 통하여 카트리지(20)의 돌출창(21a)을 시각적으로 확인함으로써 카트리지(20)가 보유하는 에어로졸 생성 물질의 잔량을 확인할 수 있다. 사용자는 에어로졸 생성 장치(5)를 사용하기 위해서 슬라이더(7)를 본체(10)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 다른 작동 상태를 도시한 사시도이다.

도 3에서는 슬라이더(7)가 본체(10)와 결합된 카트리지(20)의 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 작동 상태가 도시되었다. 슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 상태에서 사용자가 자신의 구강에 마우스피스(22)를 삽입하여 마우스피스(22)의 배출공(22a)을 통해서 배출되는 에어로졸을 흡입할 수 있다.

슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 상태에서도 슬라이더(7)의 장공(7a)을 통하여 카트리지(20)의 돌출창(21a)이 외부로 노출되므로, 사용자가 카트리지(20)가 보유하는 에어로졸 생성 물질의 잔량을 시각적으로 확인할 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 관한 카트리지를 구비한 에어로졸 생성 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참고하면, 에어로졸 생성 장치(6)는 도 1 내지 도 3에서 설명된 에어로졸 생성 장치(5)와 달리, 슬라이더(7)가 구비되지 않은 타입이다. 따라서, 에어로졸 생성 장치(6)는 앞서 설명된 카트리지(20) 및 본체(10) 만의 결합으로 구현될 수 있다. 카트리지(20)의 돌출창(21a)이 본체(10)에 삽입됨으로써 카트리지(20) 및 본체(10) 간의 결합이 완료될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(6)에는 슬라이더(7)가 구비되지 않았으므로, 에어로졸 생성 장치(6)는 도 1 내지 도 3에서 설명된 고정 자성체(9), 위치변화 감지 센서(3)와 같은 홀 센서와 관련된 구성들을 구비하지 않을 수 있다. 하지만, 에어로졸 생성 장치(6)는 홀 센서와 관련된 구성들을 제외한 다른 구성들은 동일하게 구비되어 있을 수 있다.

에어로졸 생성 장치(6)는 퍼프(puff) 센서와 같은 수단을 이용하여 에어로졸 생성 장치(6)의 전원 온/전원 오프를 제어할 수 있다. 퍼프 센서는 에어로졸 생성 장치(6) 내부의 기류를 감지할 수 있다. 퍼프 센서가 임계값을 초과하는 기류를 감지하면, 사용자의 퍼프가 시작된 것으로 간주되어, 에어로졸 생성 장치(6)의 전원이 켜질(turn on) 수 있다. 한편, 퍼프 센서는 특정 방향의 기류만 감지하도록 미리 설정되어 있을 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.

즉, 도 1 내지 도 3의 실시예들에서 설명된 에어로졸 생성 장치(5)에서의 슬라이더(7)를 이용한 전원 온/전원 오프의 제어 대신에, 에어로졸 생성 장치(6)는 사용자의 흡입행위로 인한 퍼프 센서의 감지 결과로 에어로졸 생성 장치(6)의 동작을 개시시킬 수 있다. 따라서, 별도의 사용자 입력 신호(예를 들어, 전원 버튼) 없이도 에어로졸 생성 장치(6)의 동작이 개시될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(6)의 동작이 개시된다는 것은, 배터리로부터 히터로 전력이 공급되는 것을 의미할 수 있다.

이하에서 설명될 에어로졸 생성 장치는 도 1 내지 도 4에서 설명된 실시예들에서의 어떠한 에어로졸 생성 장치(5 또는 6)에도 해당될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(400)는 배터리(410), 히터(420), 센서(430), 사용자 인터페이스(440), 메모리(450) 및 컨트롤러(460)를 포함할 수 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(400)의 내부 구조는 도 5에 도시된 것에 한정되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(400)의 설계에 따라, 도 5에 도시된 하드웨어 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

한편, 도 5의 에어로졸 생성 장치(400)는 도 1 내지 도 3에서 설명된 에어로졸 생성 장치(5)에 해당되거나, 또는 도 4에서 설명된 에어로졸 생성 장치(6)에 해당될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 구조를 갖는 디바이스일 수도 있다.

일 실시예에서 에어로졸 생성 장치(400)는 본체만으로 구성될 수 있고, 이 경우 에어로졸 생성 장치(400)에 포함된 하드웨어 구성들은 본체에 위치한다. 다른 실시예에서 에어로졸 생성 장치(400)는 본체 및 카트리지로 구성될 수 있고, 에어로졸 생성 장치(400)에 포함된 하드웨어 구성들은 본체 및 카트리지에 나뉘어 위치할 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(400)에 포함된 하드웨어 구성들 중 적어도 일부는 본체 및 카트리지 각각에 위치할 수도 있다.

이하에서는 에어로졸 생성 장치(400)에 포함된 각 구성들이 위치하는 공간을 한정하지 않고, 각 구성들의 동작에 대해 설명하기로 한다.

배터리(410)는 에어로졸 생성 장치(400)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 즉, 배터리(410)는 히터(420)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(410)는 에어로졸 생성 장치(400) 내에 구비된 다른 하드웨어 구성들, 즉, 센서(430), 사용자 인터페이스(440), 메모리(450) 및 컨트롤러(460)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(410)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리(410)는 리튬폴리머(LiPoly) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

히터(420)는 컨트롤러(460)의 제어에 따라 배터리(410)로부터 전력을 공급 받는다. 히터(420)는 배터리(410)로부터 전력을 공급 받아 에어로졸 생성 장치(400)에 삽입된 궐련을 가열하거나, 에어로졸 생성 장치(400)에 장착된 카트리지를 가열할 수 있다.

히터(420)는 에어로졸 생성 장치(400)의 본체에 위치할 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(400)가 본체 및 카트리지로 구성되는 경우, 히터(420)는 카트리지에 위치할 수 있다. 히터(420)가 카트리지에 위치하는 경우, 히터(420)는 본체 및 카트리지 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(410)로부터 전력을 공급받을 수 있다.

히터(420)는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 히터(420)는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

일 실시예에서 히터(420)는 카트리지에 포함된 구성일 수 있다. 카트리지는 히터(420), 액체 전달 수단 및 액체 저장부를 포함할 수 있다. 액체 저장부에 수용된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단으로 이동하고, 히터(420)는 액체 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 히터(420)는 니켈크롬과 같은 소재를 포함하고 액체 전달 수단에 감기거나(권취되거나) 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.

다른 실시예에서 히터(420)는 에어로졸 생성 장치(400)의 수용 공간에 삽입된 궐련을 가열할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(400)의 수용 공간에 궐련이 수용됨에 따라 히터(420)는 궐련의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 이로써, 히터(420)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다.

한편, 히터(420)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 히터(420)는 궐련 또는 카트리지를 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련 또는 카트리지에는 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터가 포함될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(400)는 적어도 하나의 센서(430)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(430)에서 센싱된 결과는 컨트롤러(460)로 전달되고, 센싱 결과에 따라 컨트롤러(460)는 히터의 동작 제어(예를 들어, PWM(pulse width modulation)의 듀티 비(duty ratio) 또는 듀티 사이클(duty cycle)의 제어), 흡연의 제한, 궐련(또는 카트리지) 삽입 유/무 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 생성 장치(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(460)는 퍼프 센서에 의한 센싱 결과에 기초하여 에어로졸의 생성을 제어할 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 센서(430)는 퍼프 센서를 포함할 수 있다. 퍼프 센서는 온도 변화, 유량(flow) 변화, 전압 변화 및 압력 변화 중 어느 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 센서(430)는 온도 감지 센서를 포함할 수 있다. 온도 감지 센서는 히터(420)(또는, 에어로졸 생성 물질)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(400)는 히터(420)의 온도를 감지하는 별도의 온도 감지 센서를 포함하거나, 별도의 온도 감지 센서를 포함하는 대신 히터(420) 자체가 온도 감지 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는, 히터(420)가 온도 감지 센서의 역할을 수행함과 동시에 에어로졸 생성 장치(400)에 별도의 온도 감지 센서가 더 포함될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 센서(430)는 위치변화 감지 센서를 포함할 수 있다. 위치변화 감지 센서는 본체에 대하여 이동 가능하게 결합된 슬라이더의 위치 변화를 감지할 수 있다.

사용자 인터페이스(440)는 사용자에게 에어로졸 생성 장치(400)의 상태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(440)는 시각 정보를 출력하는 디스플레이 또는 램프, 촉각 정보를 출력하는 모터, 소리 정보를 출력하는 스피커, 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나 사용자에게 정보를 출력하는 입/출력(I/O) 인터페이싱 수단들(예를 들어, 버튼 또는 터치스크린)과 데이터 통신을 하거나 충전 전력을 공급받기 위한 단자들, 외부 디바이스와 무선 통신(예를 들어, WI-FI, WI-FI Direct, Bluetooth, NFC(Near-Field Communication) 등)을 수행하기 위한 통신 인터페이싱 모듈 등의 다양한 인터페이싱 수단들을 포함할 수 있다.

다만, 에어로졸 생성 장치(400)에는 위의 예시된 다양한 사용자 인터페이스(440) 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수도 있다.

메모리(450)는 에어로졸 생성 장치(400) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(450)는 컨트롤러(460)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(450)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 등의 다양한 종류들로 구현될 수 있다.

메모리(450)에는 에어로졸 생성 장치(400)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로파일, 적어도 하나의 전력 프로파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등이 저장될 수 있다.

컨트롤러(460)는 에어로졸 생성 장치(400)의 전반적인 동작을 제어하는 하드웨어이다. 컨트롤러(460)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

컨트롤러(460)는 적어도 하나의 센서(430)에 의해 센싱된 결과를 분석하고 뒤이어 수행될 처리들을 제어한다.

컨트롤러(460)는 적어도 하나의 센서(430)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 히터(420)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(420)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(460)는 적어도 하나의 센서(430)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 히터(420)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(420)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.

컨트롤러(460)는 적어도 하나의 센서(430)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 사용자 인터페이스(440)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면, 컨트롤러(460)는 램프, 모터 및 스피커 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자에게 에어로졸 생성 장치(400)가 곧 종료될 것임을 통지할 수 있다.

한편, 도 5에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(400)는 별도의 크래들과 함께 에어로졸 생성 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(400)의 배터리(410)를 충전하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(400)는 크래들 내부의 수용 공간에 수용된 상태에서, 크래들의 배터리로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 장치(400)의 배터리(410)를 충전할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치에서 에어로졸을 생성하기 위한 히터의 가열을 제어하는 방법의 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 에어로졸 생성 장치(400)에서의 히터의 가열 제어 방법은 앞서 설명된 에어로졸 생성 장치(400)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 앞서 설명된 도면들의 에어로졸 생성 장치(400)에 관하여 기술된 내용들은 도 6의 방법에도 적용될 수 있다.

601 단계에서, 에어로졸 생성 장치(400)는 에어로졸의 생성을 시작하기 위하여, 전원 온(ON) 상태로 진입한다. 에어로졸 생성 장치(400)는 사용자가 슬라이더(도 1의 7)를 조작함으로써 전원 온(ON) 상태로 전환되거나, 퍼프 센싱을 통해 사용자 퍼프를 검출함으로써 전원 온(ON) 상태로 전환될 수 있다. 이 밖에도 에어로졸 생성 장치(400)는 별도의 스위치, 버튼 등이 구비된 경우에는 사용자가 스위치, 버튼 등을 조작함으로써 전원 온(ON) 상태로 전환되거나, 또는 에어로졸 생성 장치(400)에 지원되는 다양한 수단들에 의해서도 전원 온(ON) 상태로 전환될 수 있다.

602 단계에서, 에어로졸 생성 장치(400)의 컨트롤러(460)는 배터리(410)의 공급 전압을 체크한다. 이때, 컨트롤러(460)는 배터리(410)의 현재 남아있는 충전량에 기초하여 배터리(410)가 제공할 수 있는 공급 전압의 레벨을 체크할 수 있다.

컨트롤러(460)는 히터(420)의 PWM 제어를 위한 듀티 비를 결정하기 위하여 체크된 공급 전압을 체크할 수 있다. 예를 들어, 체크된 공급 전압이 4.3V인 경우, 컨트롤러(460)는 히터(420)에 3.8V의 배터리 공급 전압을 인가하기 위하여, PWM의 듀티 비를 88%로 결정할 수 있다. 하지만, 배터리(410)의 충전량이 낮아짐에 따라 체크된 공급 전압이 3.8V인 경우, 컨트롤러(460)는 히터(420)에 3.8V의 배터리 공급 전압을 인가하기 위하여, PWM의 듀티 비를 100%로 결정할 수 있다.

603 단계에서, 컨트롤러(460)는 현재 동작 모드를 가열 모드로 할 것인지, 또는 모니터링 모드로 할 것인지 여부를 판단한다. 현재 동작 모드가 가열 모드인 것으로 결정된 경우 606 단계가 진행되고, 현재 동작 모드가 모니터링 모드인 것으로 결정된 경우 604 단계가 진행된다.

가열 모드는 배터리(410)의 공급 전압에 의한 히터(420)의 가열을 수행하는 모드이고, 모니터링 모드는 배터리(410)의 공급 전압으로부터 DC/DC 변환된 정전압에 의한 히터(420)의 저항 변화의 검출을 수행하는 모드이다. 컨트롤러(460)는 모니터링 모드와 가열 모드가 교대로 반복하여 수행되도록 스위칭을 제어한다.

컨트롤러(460)는 정전압을 이용하는 동작 모드(즉, 모니터링 모드)와 정전압을 이용하지 않는 동작 모드(즉, 가열 모드)를 구분하여 결정한다. 만약, 에어로졸 생성 장치(400)가 히터(420)의 가열, 온도/저항 모니터링 등의 모든 동작들을 배터리(410)의 공급 전압(예를 들어, 4.3V)으로부터 DC/DC 변환된 소정 레벨의 정전압(예를 들어, 3.3V)만을 이용하여 제어하는 경우, 배터리(410)의 공급 전압과 정전압 간의 차이만큼의 전압(예를 들어, 1V)이 사용되지 못하게 되어, 배터리(410)의 공급 전압이 효율적으로 활용되지 못하게 될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(460)는 정밀하고 정확한 전력 제어가 필요한 동작에 대해서는 정전압이 인가되도록 제어하고, 그렇지 않은 동작에 대해서는 배터리(410)의 공급 전압이 그대로 인가되도록 제어함으로써, 배터리(410)의 효율성이 높아질 수 있다.

604 단계에서, 현재 동작 모드가 모니터링 모드인 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(460)는 소정 레벨의 정전압을 이용하여 히터(420)의 저항 변화를 검출한다. 여기서, 소정 레벨의 정전압은 3.3V일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다른 레벨의 전압 값일 수 있다.

컨트롤러(460)는 히터(420)에 직렬 또는 병렬 연결된 저항 소자에 정전압을 인가한 후에 저항 소자에 흐르는 전류를 센싱함으로써, 히터(420)의 저항 변화를 검출할 수 있다.

605 단계에서, 컨트롤러(460)는 검출된 저항 변화에 기초하여, 히터(420)의 PWM 제어의 파라미터(예를 들어, 듀티 비, 듀티 사이클, 가열 시간 등)를 결정한다. 즉, 컨트롤러(460)는 현재 모니터링 모드에서 검출된 히터(420)의 저항 변화에 기초하여, 다음 가열 모드에서의 PWM 제어를 위한 듀티 비 또는 듀티 사이클을 결정할 수 있다.

히터(420)의 저항 값이 증가한 것으로 검출된 경우 히터(420)의 온도가 증가한 것으로 고려될 수 있고, 히터(420)의 저항 값이 감소한 것으로 검출된 경우, 히터(420)의 온도가 감소한 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(460)는 미리 정해진 타겟 온도 범위 내에서 히터(420)의 가열 온도가 제어되도록, 현재 모니터링 모드에서 히터(420)의 저항 값이 소정 저항 값보다 상승한 경우에는 다음 가열 모드에서 듀티 비 또는 듀티 사이클이 감소되도록 PWM 제어를 수행하고, 현재 모니터링 모드에서 히터의 저항 값이 소정 저항 값보다 감소한 경우에는 다음 가열 모드에서 듀티 비 또는 듀티 사이클이 증가되도록 PWM 제어를 수행한다.

605 단계가 완료된 경우, 컨트롤러(460)는 다시 603 단계를 수행한다. 이때, 컨트롤러(460)는 모니터링 모드를 통해 결정된 PWM 제어의 듀티 비 또는 듀티 사이클에 기초하여 다음 가열 모드가 수행되도록, 현재 동작 모드를 가열 모드로 결정할 수 있다.

606 단계에서, 현재 동작 모드가 가열 모드인 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(460)는 배터리(410)로부터 제공된 공급 전압을 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열하도록 히터(420)의 가열을 제어한다. 이때, 컨트롤러(460)는 모니터링 모드에서 정전압의 인가를 통해 검출된 저항 변화에 따른 모니터링의 피드백에 기초하여, 히터(420)로 제공될 공급 전압의 PWM 제어를 수행할 수 있다.

607 단계에서, 컨트롤러(460)는 에어로졸 생성을 종료할 것인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 컨트롤러(460)는 소정 횟수의 퍼프가 수행되었는지 여부, 전원 온(ON) 상태로부터 소정 시간이 경과하였는지 여부, 사용자가 임의로 전원 오프(OFF) 명령을 입력하였는지 여부 등에 기초하여, 에어로졸 생성을 종료할 것인지 여부, 즉 에어로졸 생성 장치(400)를 전원 오프(OFF) 상태로 전환할 것인지 여부를 판단할 수 있다. 에어로졸 생성을 종료하는 것으로 판단된 경우, 방법은 종료된다. 하지만, 아직 에어로졸 생성을 종료하지 않는 것으로 판단된 경우(예를 들어, 퍼프 가능 횟수가 남아있거나, 또는 소정 시간이 경과되지 않은 경우), 다시 603 단계로 되돌아 간다(return).

다시 603 단계가 수행되는 경우, 컨트롤러(460)는 가열 모드에 의한 히터의 저항 변화를 검출하기 위하여, 현재 동작 모드를 모니터링 모드로 결정할 수 있다.

즉, 컨트롤러(460)는 에어로졸 생성이 종료되기 전까지, 정전압에 의한 저항 변화의 검출을 수행하는 모니터링 모드와 배터리(410)의 공급 전압에 의한 히터(420)의 가열을 수행하는 가열 모드의 스위칭을 제어함으로써, 에어로졸을 생성하기 위한 히터(420)의 가열을 제어한다.

도 7은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 회로 구성은, 에어로졸 생성 장치(도 5의 400) 내의 회로 구성에 해당한다.

도 7을 참고하면, 컨버터(710)는 배터리(도 5의 410)로부터 제공된 공급 전압 V_BAT을 소정 레벨의 정전압 V_DCDC으로 DC/DC 변환(직류/직류 변환)하여 출력한다.

스위칭 회로(720)는 배터리(410)의 공급 전압 V_BAT과 정전압 V_DCDC 중 어느 하나가 선택적으로 회로에 제공되도록 스위칭한다. 구체적으로, 스위칭 회로(720)의 공급 전압 V_BAT 및 정전압 V_DCDC 간의 스위칭은 컨트롤러(460)로부터 제공된 인에이블 신호(EN)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤러(460)는 현재 동작 모드가 가열 모드인 경우, 히터(420)에 배터리(410)의 공급 전압 V_BAT이 인가되기 위한 인에이블 신호(EN)를, 스위칭 회로(720)에 전송할 수 있다. 또는, 컨트롤러(460)는 현재 동작 모드가 모니터링 모드인 경우, 검출 회로(730)에 정전압 V_DCDC이 인가되기 위한 인에이블 신호(EN)를, 스위칭 회로(720)에 전송할 수 있다. 즉, 컨트롤러(460)는 스위칭 회로(720)를 제어함으로써, 모니터링 모드 및 가열 모드 중 어느 하나가 선택적으로 수행되도록 제어할 수 있다.

히터(420)는 가열 모드에서 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위하여, 배터리(410)로부터 제공된 공급 전압 V_BAT을 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열한다. 컨트롤러(460)는 가열 모드를 위하여 히터(420)로 제공될 공급 전압 V_BAT의 PWM 제어를 수행한다. 이때, 컨트롤러(460)는 이전 모니터링 모드에서 정전압 V_DCDC의 인가를 통해 검출된 저항 변화를 이용한 모니터링의 피드백을 수행함으로써, 히터(420)로 제공될 공급 전압 V_BAT의 PWM 제어를 수행할 수 있다.

히터(420)의 일 단에는 스위칭 회로(720)가 연결되고, 히터(420)의 타 단에는 검출 회로(730)가 연결될 수 있다.

검출 회로(730)는 저항 소자 R (731) 및 증폭기(OP-AMP)(732)를 포함하는 회로이다. 현재 동작 모드가 모니터링 모드인 경우, 히터(420)에 직렬로 연결된 검출 회로(730)의 저항 소자 R (731)에는 정전압 V_DCDC이 인가된다. 이에 따라, 검출 회로(730)는 저항 소자 R (731)에 흐르는 전류의 센싱을 수행함으로써, 히터(420)의 저항 변화를 검출할 수 있다. 구체적으로, 검출 회로(730)는 증폭기(OP-AMP)(732)를 통해 저항 소자 R (731)에 흐르는 전류 값을 증폭하고, 증폭된 전류 값에 대해 아날로그-디지털 변환(ADC, analog-digital convert)을 수행하여 컨트롤러(460)로 출력한다. 컨트롤러(460)는 검출 회로(730)로부터 수신된 전류 센싱의 결과에 기초하여 히터(420)의 저항 값을 산출함으로써 히터(420)의 저항 변화를 검출할 수 있다.

한편, 히터(420)의 저항 값과 히터(420)의 온도 간의 상관 관계는 미리 정의되어, 룩업 테이블(LUT)로서 메모리(도 5의 450)에 저장되어 있을 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(460)는 룩업 테이블에 기초하여, 모니터링 모드에서 검출 회로(730)에 의해 검출된 히터(420)의 저항 값에 매핑된 온도 값을 획득함으로써, 히터(420)의 현재 온도를 추정할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따라 모니터링 모드에서 에어로졸 생성 장치의 회로 구성요소들의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참고하면, 컨트롤러(도 7의 460)는 모니터링 모드에 따라, 정전압 V_DCDC을 회로로 인가시키기 위한 인에이블 신호(EN)를 생성한다. 스위칭 회로(720)는 인에이블 신호(EN)에 따라 정전압 V_DCDC의 인가를 스위칭한다.

제공된 정전압 V_DCDC이 검출 회로(730)의 저항 소자 R (731)에 인가됨으로써 전류 센싱이 수행되고, 검출 회로(730)의 증폭기(732)는 저항 소자 R (731)로부터 센싱된 전류 값을 증폭하여 컨트롤러(460)로 출력한다.

컨트롤러(460)는 모니터링 모드에 따라 인가된 정전압 V_DCDC에 의해 센싱된 저항 소자 R (731)의 저항 값에 기초하여, 저항 소자 R (731)에 연결된 히터(420)의 저항 변화를 검출할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따라 가열 모드에서 에어로졸 생성 장치의 회로 구성요소들의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참고하면, 컨트롤러(도 7의 460)는 가열 모드에 따라, 배터리(도 5의 410)의 공급 전압 V_BAT을 회로로 인가시키기 위한 인에이블 신호(EN)를 생성한다. 스위칭 회로(720)는 인에이블 신호(EN)에 따라 공급 전압 V_BAT의 인가를 스위칭한다.

히터(420)는 가열 모드에서 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위하여, 공급 전압 V_BAT을 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열한다.

컨트롤러(460)는 가열 모드를 위하여 히터(420)로 제공될 공급 전압 V_BAT의 PWM 제어를 수행한다. 이때, 컨트롤러(460)는 모니터링 모드에서 정전압 V_DCDC의 인가를 통해 검출된 저항 변화의 피드백에 기초하여 PWM 제어의 파라미터(예를 들어, 듀티 비, 듀티 사이클, 가열 시간 등)를 결정하고, 결정된 PWM 파라미터에 따라 히터(420)로 제공될 공급 전압 V_BAT의 PWM 제어를 수행할 수 있다.

한편, 컨트롤러(460)는, 에어로졸 생성 장치(도 5의 400)의 전원 온(ON) 상태에서 에어로졸을 생성하는 동안, 모니터링 모드(도 8)와 가열 모드(도 9)가 교대로 반복하여 수행되도록 스위칭을 제어한다. 모니터링 모드에서 정전압 V_DCDC을 이용하여 검출된 히터(420)의 저항 변화는 컨트롤러(460)로 피드백되고, 가열 모드에서 컨트롤러(460)는 피드백 결과에 기초하여 히터(420)로 제공되는 공급 전압 V_BAT의 PWM 제어를 수행함으로써, 타겟 온도 범위 내에서 에어로졸 생성 물질이 가열되도록 제어한다.

도 10은 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치가 에어로졸을 생성하는 동안 모니터링 모드와 가열 모드 간의 반복적인 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참고하면, 에어로졸 생성 장치(도 5의 400)의 전원 온(ON) 상태에서 에어로졸의 생성이 시작되면, 컨트롤러(도 5의 460)는 모니터링 모드와 가열 모드를 반복적으로 스위칭한다.

컨트롤러(460)의 제어에 따라, 가열 모드의 기간(예를 들어, 200ms) 동안 공급 전압 V_BAT에 의해 히터(도 5의 420)가 가열되고, 그 이후의 모니터링 모드의 기간(예를 들어, 20ms) 동안 정전압 V_DCDC에 의해 히터(420)의 저항 변화가 검출된다. 컨트롤러(460)는 검출된 히터(420)의 저항 변화에 기초하여, 다음 가열 모드에서의 PWM 제어를 위한 파라미터(예를 들어, 듀티 비 등)를 결정한다. 컨트롤러(460)의 제어에 따라, 다음 가열 모드의 기간(예를 들어, 200ms) 동안 공급 전압 V_BAT에 의해 히터(420)가 다시 가열되고, 그 다음 모니터링 모드의 기간(예를 들어, 20ms) 동안 정전압 V_DCDC에 의해 히터(420)의 저항 변화가 검출된다. 모니터링에 의한 피드백과 피드백에 따른 가열 제어를 반복하는 이와 같은 프로세스를 통해 타겟 온도 범위 내로 히터(420)의 온도가 유지된 상태에서 에어로졸 생성 물질이 가열됨으로써, 사용자의 흡연감을 증대시킬 수 있다. 이와 같은 프로세스는 에어로졸 생성 장치(400)에서 에어로졸의 생성이 종료될 때까지 반복될 수 있다. 한편, 도 10 및 다른 도면들에서 설명된 전압, 시간 등의 수치들은 예시에 불과할 뿐이고, 이에 제한되지 않고 다른 다양한 수치들이 적용될 수도 있다.

도 11은 일 실시예에 따라 모니터링 모드에서 검출된 히터의 저항 변화에 기초하여 가열 모드에서 PWM 제어의 파라미터를 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참고하면, 히터(도 5의 420)의 저항이 1.5Ω인 케이스(1110)의 PWM 듀티 비, 히터(420)의 저항이 1.7Ω인 케이스(1120)의 PWM 듀티 비 및 히터(420)의 저항이 1.8Ω인 케이스(1120)의 PWM 듀티 비가 도시되어 있다.

예를 들어, 도 11에서는 타겟 온도 범위를 유지시키기 위한 히터(420)의 레퍼런스 저항이 1.7Ω인 것으로 가정하여 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시일 뿐, 본 실시예들은 이에 제한되지 않는다.

모니터링 모드에서 히터(420)의 저항이 1.7Ω로부터 1.5Ω으로 감소한 것으로 검출된 경우, 컨트롤러(도 5의 460)는 PWM의 듀티 비가 증가되도록 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(460)는 히터(420)에 더 많은 에너지(V_BAT)가 공급되도록 제어할 수 있다.

모니터링 모드에서 히터(420)의 저항이 1.7Ω로부터 1.8Ω으로 증가한 것으로 검출된 경우, 컨트롤러(460)는 PWM의 듀티 비가 감소되도록, 또는 PWM 제어가 더 짧은 시간 동안만 수행되도록 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(460)는 히터(420)에 더 적은 에너지(V_BAT)가 공급되도록 제어할 수 있다.

이와 같이, 모니터링 모드에서 검출된 히터(420)의 저항 변화의 피드백에 기초하여, 가열 모드에서 수행될 PWM 제어의 파라미터를 결정함으로써, 히터(420)는 타겟 온도 범위 내에서 에어로졸 생성 물질의 가열을 수행할 수 있다.

한편, 컨트롤러(460)는 비교적 정밀하고 정확한 전력 제어가 필요한 모니터링 동작에 대해서는 정전압(V_DCDC)이 인가되도록 제어하고, 비교적 그렇지 않은 가열 동작에 대해서는 배터리(410)의 공급 전압(V_BAT)이 그대로 인가되도록 제어함으로써, 배터리(410)의 전압이 효율적으로 사용될 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따라 에어로졸 생성 장치에서 히터의 가열을 제어하는 방법의 흐름도이다.

도 12를 참고하면, 에어로졸 생성 장치(도 5의 400)에서의 히터의 가열 제어 방법은 앞서 설명된 에어로졸 생성 장치(400)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 앞서 설명된 도면들의 에어로졸 생성 장치(400)에 관하여 기술된 내용들은 도 12의 방법에도 적용될 수 있다.

1201 단계에서, 에어로졸 생성 장치(400)의 컨버터(710)는 배터리(410)로부터 제공된 공급 전압을 소정 레벨의 정전압으로 변환한다.

1202 단계에서, 검출 회로(730)는 모니터링 모드에 따라, 변환된 정전압의 인가를 통해 히터(420)의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써 히터(420)의 저항 변화를 검출한다.

1203 단계에서, 컨트롤러(460)는 모니터링 모드로부터 가열 모드로의 스위칭을 제어한다.

1204 단계에서, 컨트롤러(460)는 가열 모드에 따라, 배터리(410)의 공급 전압을 히터(420)로 제공함으로써 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위한 히터(420)의 가열을 제어한다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

400: 에어로졸 생성 장치 410: 배터리
420: 히터 430: 센서
440: 사용자 인터페이스 450: 메모리
460: 컨트롤러
710: 컨버터 720: 스위칭 회로
730: 검출 회로 731: 저항 소자
732: 증폭기

Claims (14)

1. 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위한 전력을 공급하는 배터리;
   상기 배터리로부터 제공된 공급 전압을 소정 레벨의 정전압(constant voltage)으로 변환하는 컨버터;
   상기 배터리의 상기 공급 전압의 출력단과 상기 컨버터의 상기 정전압의 출력단에 연결되어, 상기 정전압 및 상기 공급 전압 중 어느 하나가 선택적으로 인가되도록 스위칭하는 스위칭 회로;
   상기 배터리로부터 상기 스위칭 회로를 통해 인가된 상기 공급 전압을 이용하여 상기 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터;
   상기 컨버터로부터 상기 스위칭 회로를 통해 출력된 상기 정전압의 인가에 따라 상기 히터와 접지 사이에 연결된 저항 소자의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써, 상기 히터의 저항 변화를 검출하는 검출 회로; 및
   상기 정전압에 의한 상기 저항 변화의 검출을 수행하는 모니터링 모드와 상기 공급 전압에 의한 상기 히터의 상기 가열을 수행하는 가열 모드의 스위칭을 제어함으로써, 상기 에어로졸을 생성하기 위한 상기 히터의 상기 가열을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
   상기 히터의 일 단은 상기 스위칭 회로를 통해 상기 가열 모드 또는 상기 모니터링 모드에서 상기 배터리의 상기 공급 전압의 출력단 또는 상기 컨버터의 상기 정전압의 출력단에 선택적으로 연결되고, 상기 히터의 타 단은 상기 검출 회로의 상기 저항 소자에 연결되고,
   상기 컨트롤러는 현재 모니터링 모드에서 상기 정전압의 인가에 의해 검출된 상기 저항 변화에 대응하는 상기 히터의 온도 변화에 기초하여, 뒤이은 가열 모드에서 상기 에어로졸 생성 물질이 타겟 온도 범위 내에서 가열되도록 PWM 제어의 듀티 비 또는 듀티 사이클를 조정하는, 에어로졸 생성 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   현재 모니터링 모드에서 검출된 상기 히터의 저항 변화에 기초하여, 다음 가열 모드에서의 PWM 제어를 위한 듀티 비(duty ratio) 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 결정하는, 에어로졸 생성 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 현재 모니터링 모드에서 상기 히터의 저항 값이 소정 저항 값보다 상승한 경우에는 상기 다음 가열 모드에서 상기 듀티 비 또는 상기 듀티 사이클이 감소되도록 상기 PWM 제어를 수행하고,
   상기 현재 모니터링 모드에서 상기 히터의 저항 값이 소정 저항 값보다 감소한 경우에는 상기 다음 가열 모드에서 상기 듀티 비 또는 상기 듀티 사이클이 증가되도록 상기 PWM 제어를 수행하는, 에어로졸 생성 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 모니터링 모드와 상기 가열 모드가 교대로 반복하여 수행되도록 상기 스위칭을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 스위칭 회로를 제어함으로써, 상기 모니터링 모드 및 상기 가열 모드 중 어느 하나가 선택적으로 수행되도록 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 소정 레벨의 정전압은 3.3V인, 에어로졸 생성 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   액상의 상기 에어로졸 생성 물질을 포함하는 액상 저장부(reservoir)를 구비한 카트리지를 더 포함하고,
   상기 카트리지는
   상기 에어로졸 생성 물질을 이송하는 위크(wick) 및 상기 위크 상에 권취된 상기 히터를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
10. 컨버터에 의해, 배터리로부터 제공된 공급 전압을 소정 레벨의 정전압(constant voltage)으로 변환하는 단계;
    검출 회로에 의해, 모니터링 모드에 따라, 상기 변환된 정전압의 인가에 의한 히터와 접지 사이에 연결된 저항 소자의 저항 값에 대한 전류 센싱을 수행함으로써, 상기 히터의 저항 변화를 검출하는 단계;
    상기 배터리의 상기 공급 전압의 출력단과 상기 컨버터의 상기 정전압의 출력단에 연결되어 상기 정전압 및 상기 공급 전압 중 어느 하나가 선택적으로 인가되도록 스위칭하는 스위칭 회로를 제어함으로써, 상기 모니터링 모드로부터 가열 모드로의 스위칭을 제어하는 단계; 및
    상기 가열 모드에 따라, 상기 배터리의 상기 공급 전압을 상기 스위칭 회로를 통해 상기 히터로 제공함으로써 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하기 위한 상기 히터의 가열을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 히터의 가열을 제어하는 단계는 현재 모니터링 모드에서 상기 정전압의 인가에 의해 검출된 상기 저항 변화에 대응하는 상기 히터의 온도 변화에 기초하여, 뒤이은 가열 모드에서 상기 에어로졸 생성 물질이 타겟 온도 범위 내에서 가열되도록 PWM 제어의 듀티 비 또는 듀티 사이클를 조정하고,
    상기 히터의 일 단은 상기 스위칭 회로를 통해 상기 가열 모드 또는 상기 모니터링 모드에서 상기 배터리의 상기 공급 전압의 출력단 또는 상기 컨버터의 상기 정전압의 출력단에 선택적으로 연결되고, 상기 히터의 타 단은 상기 검출 회로의 상기 저항 소자에 연결되는, 방법.
11. 삭제
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터의 가열을 제어하는 단계는
    상기 모니터링 모드에서 검출된 상기 히터의 저항 변화에 기초하여, 상기 가열 모드에서의 PWM 제어를 위한 듀티 비(duty ratio) 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 듀티 비 또는 듀티 사이클에 기초한 상기 PWM 제어를 수행함으로써, 상기 히터의 가열을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 듀티 비 또는 듀티 사이클을 결정하는 단계는
    상기 모니터링 모드에서 상기 히터의 저항 값이 소정 저항 값보다 상승한 것으로 검출된 경우에는 상기 가열 모드에서 상기 듀티 비 또는 상기 듀티 사이클이 감소되도록 결정하고,
    상기 모니터링 모드에서 상기 히터의 저항 값이 소정 저항 값보다 감소한 것으로 검출된 경우에는 상기 가열 모드에서 상기 듀티 비 또는 상기 듀티 사이클이 증가되도록 결정하는, 방법.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터의 가열의 제어가 소정 기간 동안 수행된 경우, 상기 가열 모드로부터 상기 모니터링 모드로의 스위칭을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 모니터링 모드와 상기 가열 모드는 교대로 반복하여 수행되도록 스위칭되는, 방법.

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