高频且功率可调整的电子加热型装置及其操作方法制造方法及图纸

本申请提供一种具有改进的功率转换器拓扑的便携式电子加热型装置(20)，所述功率转换器拓扑被配置成从电源(200)接收DC输入电压并生成AC输出电压到加热元件(290)。所述功率转换器(210)是基于电感器(210L)、DC阻隔电容器(210C)和仅一个开关装置(210S)。加热功率可以在脉宽调制模式、固定接通时间模式、固定关断时间模式或频率调制模式下进行调整。所述便携式电子加热型装置(20)具有较少的开关损耗和较快的响应。因此，它可以在较高频率下操作且其尺寸更紧凑。其尺寸更紧凑。其尺寸更紧凑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高频且功率可调整的电子加热型装置及其操作方法


[0001]本申请总体上涉及一种电子加热型装置，且更具体地说，涉及一种基于高频且功率可调整的单开关功率转换器拓扑的电子加热型装置。

技术介绍

[0002]四开关非逆变降压
‑
升压转换器拓扑常用于在例如电热瓶、电子气味扩散器和电子香烟的电子加热型装置中调节电池的输出功率。例如，在电子气味扩散器或电子香烟中，典型的四开关非逆变降压
‑
升压转换器可以用于提供调节后的功率来加热电阻丝，以使存储在雾化芯中的溶液汽化以释放蒸汽。因为不同的用户可能希望具有不同的蒸汽释放速率或者特定的用户可能希望在不同的情况下具有不同的蒸汽释放速率，所以总是需要大范围且高响应的可调整加热功率来改善用户体验。另一方面，电源运行时间和紧凑性对产品的便携性也至关重要。

技术实现思路

[0003]本申请的目标是提供一种具有改进的功率转换器拓扑的便携式电子加热型装置。
[0004]根据本申请的一个方面，本申请提供一种电子加热型装置，包括：电源，其具有正端子和负端子；加热元件，其具有第一端子和第二端子；功率转换器，其被配置成从所述电源接收DC输入电压并生成AC输出电压到所述加热元件，所述功率转换器包括：具有第一端子和第二端子的电感器，所述电感器的第一端子电连接到所述电源的正端子；具有第一端子和第二端子的DC阻隔电容器，所述DC阻隔电容器的第一端子电连接到所述电感器的第二端子且所述DC阻隔电容器的第二端子电连接到所述加热元件的第一端子；以及具有第一电源端子、第二电源端子和控制端子的电源开关，所述电源开关的第一电源端子电连接到所述电感器的第二端子和所述DC阻隔电容器的第一端子；以及控制器，其具有电连接到所述电源开关的控制端子的控制驱动节点，且被配置成生成控制驱动信号以交替地在接通时间t
ON
内接通所述电源开关并在关断时间t
OFF
内关断所述电源开关，使得：当所述电源开关接通时，所述电感器用由所述电源供应的充电电流充电；从所述电源生成的能量传递并存储在所述电感器中；所述DC阻隔电容器通过与所述加热元件一起形成的RC电路放电，存储在所述DC阻隔电容器中的能量传递到所述加热元件以生成加热功率；当所述开关关断时，所述电感器以流过由所述DC阻隔电容器和所述加热元件一起形成的LCR电路的放电电流放电；存储在所述电感器中的能量通过所述DC阻隔电容器传递到所述加热元件以生成加热功率。
[0005]因为只有一个开关装置，所以改进的功率转换器拓扑的开关损耗较少。因此，便携式电子加热型装置可以具有较长的电池运行时间。此外，由于一个开关装置的控制方案被简化，故控制器生成控制信号所需要的计算时间较短。因此，所提供的便携式电子加热型装置可以具有较快的响应且在较高频率(>3Mhz)下操作。再者，由于开关数目减少，故所需要的电路系统布局面积较小。因为针对较高频率操作所选择的电感器和电容器的尺寸可以较小，所以总体电路系统布局可以进一步减小。因此，便携式电子加热型装置的尺寸可以更紧
凑。
附图说明
[0006]在下文中参考图式更详细地描述本申请的优选实施例，在图式中：
[0007]图1A
‑
1C是根据本申请的比较实施例的基于四开关降压
‑
升压转换器的电子加热型装置的示意图；
[0008]图2是根据本申请的实施例的基于单开关功率转换器拓扑的电子加热型装置的示意图；
[0009]图3是根据本申请的另一实施例的基于单开关功率转换器拓扑的电子加热型装置的示意图；
[0010]图4A和4B分别描绘图3的电子加热型装置在开关接通和关断时的示意图；
[0011]图5描绘根据本专利技术的实施例的电子加热型装置的示例性波形；
[0012]图6描绘根据本专利技术的另一实施例的电子加热型装置的示例性信号波形；
[0013]图7A和7B分别描绘用具有不同占空比的两个控制信号驱动的功率转换器的加热功率的信号波形。
具体实施方式
[0014]在以下描述中，将电子加热型装置的实施例作为根据本申请的优选示例加以阐述。本领域的技术人员应清楚，在不脱离本专利技术的范围和精神的情况下，可以进行修改，包含添加和/或替换。可以省略特定细节，以免模糊本专利技术；然而，编写本公开是为了使本领域的技术人员能够在不用进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
[0015]本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及是指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”或“在一些实施例中”在本说明书中的不同位置的出现不一定指代相同实施例，也不一定是与其它实施例相互排斥的单独或替代性实施例。此外，描述了可以通过一些实施例展现而未通过其它实施例展现的各个特征。
[0016]图1A描绘根据本申请的比较实施例的基于四开关降压
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升压转换器的电子加热型装置的示意图。电子加热型装置可以包括：电源；加热元件；以及电感器，其用于存储由电源生成的能量。
[0017]电子加热型装置可以进一步包括：第一电源开关Q1，其具有连接到电感器的第一电源端子和连接到输入电容器的第二电源端子；第二电源开关Q2，其具有连接到电感器和第一电源开关Q1的第一电源端子和连接到地GND的第二电源端子；第三电源开关Q3，其具有连接到电感器的第一电源端子和连接到输出电容器Cout的第二电源端子；第四电源开关Q4，其具有连接到电感器和第三电源开关Q3的第一电源端子和连接到地GND的第二电源端子。
[0018]电子加热型装置可以进一步包括：控制器、第一驱动器和第二驱动器。第一驱动器可以包括：输入端子，其连接到控制器的第一控制节点DRV1；第一驱动端子，其连接到第一电源开关Q1的控制端子；以及第二驱动端子，其连接到第二电源开关Q2的控制端子。第二驱动器可以具有：输入端子，其连接到控制器的第二控制节点DRV2；第三驱动端子，其连接到
第三电源开关Q3的控制端子；以及第四驱动端子，其连接到第四开关Q4的控制端子。
[0019]控制器可以被配置成生成去往第一驱动器的第一控制信号和去往第二驱动器的第二控制信号。响应于第一控制信号，第一驱动器可以被配置成生成用于接通和关断第一开关Q1的第一驱动信号以及用于接通和关断第二开关Q2的第二驱动信号。响应于第二控制信号，第二驱动器可以被配置成生成用于接通和关断第三开关Q3的第三驱动信号以及用于接通和关断第四开关Q4的第四驱动信号。
[0020]参考图1B。四开关降压
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升压转换器拓扑可以被配置成用作降压转换器，其中第四开关Q4关断(断开)；第三开关Q3接通(闭合)；第一开关Q1和第二开关Q2交替地接通和关断，使得第一开关Q1和第二开关Q2在操作中互补，其中一个接通，而另一个关断。
[0021]参考图1C。四开关降压
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升压转换器拓扑可以被配置成用作升压转换器，其中第二开关Q本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子加热型装置，其特征在于，包括：电源，其具有正端子和负端子；加热元件，其具有第一端子和第二端子；功率转换器，其被配置成从所述电源接收DC输入电压并生成AC输出电压到所述加热元件，所述功率转换器包括：具有第一端子和第二端子的电感器，所述电感器的第一端子电连接到所述电源的正端子；具有第一端子和第二端子的DC阻隔电容器，所述DC阻隔电容器的第一端子电连接到所述电感器的第二端子，且所述DC阻隔电容器的第二端子电连接到所述加热元件的第一端子；以及具有第一电源端子、第二电源端子和控制端子的电源开关，所述电源开关的第一电源端子电连接到所述电感器的第二端子和所述DC阻隔电容器的第一端子；以及控制器，其具有电连接到所述电源开关的控制端子的控制驱动节点，且被配置成生成控制驱动信号以交替地在接通时间t
ON
内接通所述电源开关并在关断时间t
OFF
内关断所述电源开关，使得：当所述电源开关接通时，所述电感器用由所述电源供应的充电电流充电，从所述电源生成的能量传递到并存储在所述电感器中，所述DC阻隔电容器通过与所述加热元件一起形成的RC电路放电，存储在所述DC阻隔电容器中的能量传递到所述加热元件以生成加热功率；当所述开关关断时，所述电感器以流过由所述DC阻隔电容器和所述加热元件一起形成的LCR电路的放电电流放电，存储在所述电感器中的能量通过所述DC阻隔电容器传递到所述加热元件以生成加热功率。2.根据权利要求1所述的电子加热型装置，其特征在于：所述控制器进一步包括：电流感测节点，其被配置成接收指示流过所述加热元件的输出电流的电流感测信号；以及电压感测节点，其被配置成接收指示由所述电源供应的输入电压的电压感测信号；且所述控制器进一步被配置成：基于由所述电源供应的输入电压和流过所述加热元件的输出电流来计算加热功率；将误差值计算为计算出的加热功率和期望的功率值之间的差；基于比例
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积分
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微分(PID)算法控制所述电源开关的接通和关断以调整所述加热功率，使得计算出的误差值保持为小于阈值误差值。3.根据权利要求2所述的电子加热型装置，其特征在于，进一步包括电流传感器，所述电流传感器被配置成向所述控制器的电流感测节点提供所述电流感测信号且包括：电流感测电阻器，其具有电连接到所述加热元件的第二端子和所述电源开关的第二电源端子的第一端子，以及电连接到地GND的第二端子；以及运算放大器，其具有跨所述电流感测电阻器电耦合的一对差分输入端子，以及电连接到所述控制器的电流感测节点的输出端子。4.根据权利要求3所述的电子加热型装置，其特征在于，进一步包括分压器，所述分压
器被配置成向所述控制器的电压感测节点提供所述电压感测信号且包括：第一分压电阻器，其具有电连接到所述电源的正端子的第一端子和电连接到所述控制器的电压感测节点的第二端子；以及第二分压电阻器，其具有电连接到所述控制器的电压感测节点的第一端子和电连接到所述地GND的第二端子。5.根据权利要求2至4中任一项所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制驱动信号是具有固定频率和可变占空比的脉冲信号；且所述控制器进一步被配置成调整所述脉冲信号的占空比以调整所述加热功率。6.根据权利要求5所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：当所述计算出的加热功率比所述期望的功率值低了大于阈值误差值的量时，增大所述脉冲信号的占空比；以及当所述计算出的加热功率比所述期望的功率值Pref高了大于所述阈值误差值的量时，减小所述脉冲信号的占空比。7.根据权利要求1至4中任一项所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制驱动信号是具有固定接通时间和可变关断时间的脉冲信号；且所述控制器进一步被配置成调整所述脉冲信号的关断时间以调整所述加热功率。8.根据权利要求7所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：当所述计算出的加热功率比所述期望的功率值Pref低了大于阈值误差值的量时，减小所述脉冲信号的关断时间；以及当所述计算出的加热功率比所述期望的功率值Pref高了大于所述阈值误差值的量时，增大所述脉冲信号的关断时间。9.根据权利要求1至4中任一项所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制驱动信号是具有固定关断时间和可变接通时间的脉冲信号；且所述控制器进一步被配置成调整所述脉冲信号的接通时间以调整所述加热功率。10.根据权利要求9所述的电子加热型装置，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：当所述计算出的加热功率比所述期望的功率值Pref低了大于阈值误差值的量时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炜鹏，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：