ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ДЛЯ МНОЖЕСТВА ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГЕНЕРИРУЮЩЕМ АЭРОЗОЛЬ УСТРОЙСТВЕ
ELECTRONIC CIRCUIT FOR MULTIPLE INDUCTION ELEMENTS IN AEROSOL-GENERATING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к электронной схеме для множества индукционных элементов, в частности, для множества индукционных элементов в генерирующем аэрозоль устройстве, обеспечивающих индукционный нагрев одного или нескольких токоприемников для нагрева аэрозольобразующего материала Уровень техники
В курительных изделиях, таких как сигареты, сигары и т.п., применяется процесс сжигания табака для создания табачного дыма. Предпринимались попытки создания альтернативных средств, в которых генерирование вдыхаемой среды осуществляется без использования процесса сжигания. Примерами таких продуктов являются так называемые устройства для нагрева без сжигания, или устройства для нагрева табака или табаконагревательные устройства, процесс генерирования дыма в которых осуществляется путем не сжигания, а нагрева исходного материала. В качестве материала могут использоваться, например, табачные или другие нетабачные продукты, которые могут содержать, а могут и не содержать никотин.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является электронная схема для множества индукционных элементов в генерирующем аэрозоль устройстве, обеспечивающих индукционный нагрев одного или нескольких токоприемников для нагрева аэрозольобразующего материала, содержащая множество драйверов, каждый из которых выполнен с возможностью преобразования входящего постоянного тока в переменный ток для приведения в действие соответствующего одного из множества индукционных элементов и содержит один или несколько первых транзисторов, управление каждым из которых осуществляется с помощью переключающего напряжения с целью обеспечения прохождения через них тока при использовании; и общий для всего множества драйверов преобразователь, выполненный с возможностью повышения входного напряжения с целью формирования переключающего напряжения при использовании.
Предпочтительно, один или несколько из множества драйверов содержит множество транзисторов, соединенных по мостовой схеме, причем один или несколько из множества транзисторов являются указанными первыми транзисторами.
Мостовая схема может содержать пару транзисторов высокого напряжения и пару транзисторов низкого напряжения, причем пара высокого напряжения предназначена для подключения к первому электрическому напряжению, которое выше второго электрического напряжения, к которому при использовании подключена пара низкого напряжения, при этом один или оба из пары транзисторов высокого напряжения являются указанным первым транзистором.
Предпочтительно, преобразователь выполнен так, что при использовании переключающее напряжение выше первого напряжения.
Предпочтительно, один или оба из пары транзисторов низкого напряжения являются указанным первым транзистором.
Предпочтительно, каждый драйвер выполнен с возможностью соединения при использовании с источником постоянного тока в первой точке между парой транзисторов высокого напряжения и во второй точке между парой транзисторов низкого напряжения.
Предпочтительно, каждый драйвер выполнен с возможностью подключения при использовании соответствующего индукционного элемента через третью точку между одним из пары транзисторов высокого напряжения и одним из пары транзисторов низкого напряжения, и четвертую точку между другим из пары транзисторов высокого напряжения и другим из пары транзисторов низкого напряжения.
Предпочтительно, каждый первый транзистор выполнен так, что когда переключающее напряжение подается на первый транзистор, он по существу позволяет току проходить через себя, а когда переключающее напряжение не подается на транзистор, транзистор по существу не пропускает ток через себя.
Предпочтительно, каждый первый транзистор является полевым транзистором.
Предпочтительно, каждый первый транзистор содержит исток, сток и затвор, причем при использовании переключающее напряжение подается на затвор каждого транзистора.
Предпочтительно, каждый первый транзистор представляет собой n-канальный полевой транзистор.
Предпочтительно, каждый первый транзистор представляет собой полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник.
Предпочтительно, электронная схема содержит шину питания для подачи при использовании переключающего напряжения от преобразователя на множество драйверов.
Предпочтительно, управление шиной питания осуществляется так, что она при использовании подает переключающее напряжение на один или несколько из множества драйверов.
Предпочтительно, электронная схема содержит контроллер шины питания, выполненный с возможностью управления шиной питания так, чтобы она при использовании по выбору подавала переключающее напряжение на один или несколько из множества драйверов.
Предпочтительно, каждый драйвер содержит драйверный контроллер, выполненный с возможностью управления подачей переключающего напряжения на один или несколько первых транзисторов драйвера.
Предпочтительно, каждый из множества драйверов выполнен с возможностью общего подключения к какому-либо или определенному источнику постоянного тока для подачи при использовании входного постоянного тока.
Предпочтительно, преобразователь выполнен с возможностью подключения к какому-либо или определенному источнику постоянного тока для подачи при использовании входного напряжения.
Предпочтительно, преобразователь является повышающим или содержит повышающий преобразователь.
Вторым объектом изобретения является генерирующее аэрозоль устройство, содержащее описанную выше электронную схему.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит источник питания постоянного тока, выполненный с возможностью подачи при использовании постоянного тока и/или переключающего напряжения.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит множество индукционных элементов, при этом каждый драйвер выполнен с возможностью подачи при использовании переменного тока на соответствующий один из множества индукционных элементов.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит один или несколько токоприемников, выполненных с возможностью индукционного нагрева при использовании посредством множества индукционных элементов.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит аэрозольобразующий материал, способный вырабатывать аэрозоль в результате нагрева одним или несколькими токоприемниками при использовании.
Предпочтительно, аэрозольобразующий материал представляет собой табак или содержит табак.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано генерирующее аэрозоль устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 2 – схема для множества индукционных элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 3 – схема драйвера согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Индукционный нагрев является процессом нагрева электропроводного объекта (или токоприемника) посредством электромагнитной индукции. Индукционный нагреватель может содержать индукционный элемент, такой как электромагнит, и электронную схему, обеспечивающую пропускание изменяющегося электрического тока, например, переменного, через электромагнит. Переменный электрический ток в электромагните создает переменное магнитное поле. При соответствующем расположении токоприемника относительно электромагнита переменное магнитное поле проникает в токоприемник, генерируя внутри него вихревые токи. Токоприемник имеет электрическое сопротивление электрическому току, и, следовательно, когда указанные вихревые токи генерируются в токоприемнике, они преодолевают электрическое сопротивление токоприемника, вызывая нагрев за счет джоулева тепла. Когда токоприемник содержит ферромагнитный материал, такой как железо, никель или кобальт, тепло также может генерироваться за счет потерь на магнитный гистерезис в токоприемнике, то есть за счет изменения ориентации магнитных диполей в магнитном материале в результате их выравнивания относительно переменного магнитного поля.
По сравнению с нагревом за счет теплопроводности при индукционном нагреве внутри токоприемника генерируется тепло, обеспечивается тем самым быстрый нагрев токоприемника. Кроме того, при индукционном нагреве не требуется физический контакт между индукционным нагревателем и токоприемником, что обеспечивает большую свободу в проектировании и применении.
Индукционный нагреватель может содержать RLC-цепь, имеющую соединенные последовательно сопротивление (R), обеспечиваемое резистором, индуктивность (L), обеспечиваемую индукционным элементом, например электромагнитом, который может быть выполнен с возможностью индукционного нагрева токоприемника, и емкость (C), обеспечиваемую конденсатором. В некоторых случаях сопротивление обеспечивается омическим сопротивлением участков цепи, соединяющей индуктор и конденсатор, таким образом, RLC-цепь не обязательно должна содержать резистор как таковой. Такая схема может упоминаться, например, как LC-цепь. В указанных схемах может происходить электрический резонанс, который возникает на определенной резонансной частоте, когда реактивные составляющие импедансов или комплексной проводимости элементов схемы взаимно компенсируют друг друга. Резонанс возникает в RLC или LC цепи, потому что коллапсирующее магнитное поле индуктора генерирует электрический ток в его обмотках, который заряжает конденсатор, в то время как разрядный конденсатор обеспечивает электрический ток, который создает магнитное поле в индукторе. Когда цепь приводится в действие на резонансной частоте, импеданс последовательно соединенных индуктора и конденсатора является минимальным, а ток, проходящий в цепи, является максимальным. Соответственно, приведение в действие цепи RLC или LC на резонансной частоте или около нее может обеспечить эффективный и/или рациональный индукционный нагрев.
Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, предназначенный для переключения электронных сигналов. Транзистор, как правило, содержит по меньшей мере три вывода, подключаемые к электронной схеме.
Полевой транзистор (FET) представляет собой транзистор, в котором влияние приложенного электрического поля может использоваться для изменения эффективной проводимости транзистора. Полевой транзистор может содержать корпус B, вывод S истока, вывод D стока и вывод G затвора. Полевой транзистор содержит активный канал, содержащий полупроводник, через который переносится заряд, при этом электроны или дырки могут протекать между выводом S истока и выводом G затвора. Проводимость канала, то есть проводимость между выводом D стока и выводом S истока, является функцией разности потенциалов между выводом G затвора и выводом S истока, например, генерируемой посредством потенциала, приложенного к выводу G затвора. В режиме обогащения полевого транзистора (FET) он может быть выключен (т.е. по существу предотвращается прохождение тока через указанный транзистор), если напряжение затвора G относительно истока S является по существу нулевым, и указанный транзистор может быть включен (т.е. по существу ток может проходить через указанный транзистор), если, напряжение затвор G – исток S является по существу ненулевым.
N-канальный полевой транзистор (или с каналом n-типа) (n-FET) представляет собой полевой транзистор, канал которого содержит полупроводник n-типа, при этом электроны являются основными носителями, а дырки являются неосновными носителями. Например, полупроводники n-типа могут содержать собственный полупроводник (например, кремний), легированный донорными примесями (например, фосфором). В полевых транзисторах с каналом n-типа вывод D стока имеет более высокий потенциал, чем вывод S истока (т.е. имеется положительное напряжение сток-исток или отрицательное напряжение исток-сток). Чтобы включить n-канальный полевой транзистор (т.е. чтобы позволить току проходить через него), к выводу D стока прикладывается переключающий потенциал, который выше потенциала на выводе S истока.
Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (полевой МОП-транзистор) представляет собой полевой транзистор, вывод G затвора которого электрически изолирован от полупроводникового канала изолирующим слоем. В некоторых примерах вывод G затвора может быть металлическим, а изолирующий слой может представлять собой оксид (например, диоксид кремния), следовательно, транзистор имеет структуру «металл-оксид-полупроводник». Однако в других примерах затвор может быть выполнен из других материалов, отличных от металла, например поликремний, и/или изолирующий слой может быть выполнен из материалов, отличных от оксида, например, из других диэлектрических материалов. Указанные устройства, тем не менее, обычно называют полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (полевыми МОП-транзисторами), при этом используемый в настоящем документе термин полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник или полевые МОП-транзисторы следует интерпретировать как охватывающий такие устройства.
Полевой МОП-транзистор может быть n-канальным (или с каналом n-типа), в котором полупроводник является полупроводником n-типа. N-канальный полевой МОП-транзистор (n-MOSFET) может работать подобно описанному выше n-канальному полевому транзистору. N-канальный полевой МОП-транзистор обычно имеет относительно низкое сопротивление исток-сток, следовательно, во включенном состоянии (т.е. когда через него проходит ток), n-канальный полевой МОП-транзистор выделяет относительно мало тепла, а значит и потери энергии во время работы невелики. Кроме того, n-канальные полевые МОП-транзисторы, как правило, имеют относительно короткие времена переключения (т.е. характерное время срабатывания при изменении переключающего потенциала, подаваемого на вывод G затвора полевого МОП-транзистора, независимо от того проходит или нет ток через транзистор), что обеспечивает относительно высокие скорости коммутации. Это может, например, позволить улучшить управление переключением и, например, уменьшить вероятность пробоя, когда может на мгновение произойти короткое замыкание, если транзистор не закрывается достаточно быстро.
На фиг. 1 схематично показано устройство 100 согласно одному из примеров его выполнения. Устройство 100 является генерирующим аэрозоль устройством 100. Генерирующее аэрозоль устройство 100 содержит источник 104 питания постоянного тока, в указанном примере батарею 104, электронную схему 106, множество индукционных элементов 108a, 108b, токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116. Источник постоянного тока 104 электрически соединен с цепью 106. Источник постоянного тока 104 выполнен с возможностью подачи электроэнергии постоянного тока в электронную схему 106. Электронная схема 106 электрически соединена с каждым из индукционных элементов 108a, 108b. Каждый индукционный элемент 108a, 108b может быть выполнен, например, в виде электромагнита, например, в форме катушки или соленоида, который может иметь, например, плоскую форму и может быть выполнен, например, из меди. Электронная схема 106 выполнена с возможностью преобразования входного постоянного тока от источника постоянного тока 104 в изменяющийся, например, переменный ток. Электронная схема 106 выполнена с возможностью пропускания переменного тока через один или несколько индукционных элементов 108a, 108b, например, через каждый из них.
Рядом с индукционными элементами 108a, 108b расположен токоприемник 110, служащий для индуктивного приема энергии от каждого из индукционных элементов 108a, 108b. В частности, например, первый индукционный элемент 108a может быть выполнен с возможностью осуществления индукционного нагрева первого участка токоприемника 110, рядом с которым расположен первый индукционный элемент 108a, а второй индукционный элемент 108b может быть выполнен с возможностью индукционного нагрева второго участка токоприемника 110, рядом с которым расположен второй индукционный элемент 108b. Таким образом, включение части токоприемника, которая подвергается индукционному нагреву, может осуществляться за счет активации одного или комбинации нескольких индукционных элементов 108a, 108b. Токоприемник 110 может содержать ферромагнитный участок, который может содержать один металл или комбинацию нескольких металлов, таких как железо, никель и кобальт. Каждый индукционный элемент 108a, 108b при прохождении через него переменного тока заставляет токоприемник 110 нагреваться за счет джоулева нагрева и/или магнитогистерезисного нагрева, как было указано выше. Токоприемник 110 выполнен с возможностью нагревания аэрозольобразующего материала 116, например, за счет проводимости, конвекции и/или излучения, с целью генерирования аэрозоля при использовании.
В некоторых вариантах выполнения токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116 выполнены в виде единого элемента, который может вставляться и/или извлекаться из генерирующего аэрозоль устройства 100, и может утилизироваться. В некоторых вариантах выполнения индукционный элемент 108 может быть выполнен с возможностью извлечения из устройства 100, например, для замены. В одном из возможных вариантов выполнения (не показан) каждый из множества индукционных элементов 108a, 108b может быть выполнен с возможностью индукционного нагрева конкретного соответствующего токоприемника из множества отдельных токоприемников, каждый из которых, например, может предназначаться для нагрева конкретного участка аэрозольобразующего материала. Генерирующее аэрозоль устройство 100 может быть портативным. Генерирующее аэрозоль устройство 100 может быть выполнено с возможностью осуществления нагрева аэрозольобразующего материала 116 с целью выработки аэрозоля для вдыхания его пользователем.
Следует отметить, что термин «аэрозольобразующий материал» используется для обозначения материалов, обеспечивающих образование испаренных компонентов при нагревании, как правило, в форме пара или аэрозоля. Аэрозольобразующий материал может быть нетабачным материалом или табакосодержащим материалом. Например, аэрозольобразующий материал может, например, состоять из табака или содержать табак. Аэрозольобразующий материал может, например, включать в себя один или несколько сортов табака как такового, производные табака, экспандированный табак, восстановленный табак, табачный экстракт, гомогенизированный табак или заменители табака. Аэрозольобразующий материал может использоваться в форме молотого табака, резаного табака, экструдированного табака, восстановленного табака, восстановленного курительного материала, жидкости, геля, гомогенизированного табака, порошка, гранул и т.п. Кроме того, аэрозольобразующий материал может включать в себя и другие, не содержащие табак продукты, которые, в зависимости от типа продукта, могут содержать или не содержать никотин. Аэрозольобразующий материал может содержать одно или несколько увлажняющих веществ, таких как глицерин или пропиленгликоль.
Как показано на фиг. 1, генерирующее аэрозоль устройство 100 содержит внешний корпус 112, в котором установлен аккумулятор 104, схему управления 106, индукционный элементы 108a, 108b, токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116. Внешний корпус 112 содержит мундштук 114, через который генерируемый во время работы аэрозоль может выходить из устройства 100.
При использовании пользователь, например, с помощью кнопки (не показана) или датчика затяжки (не показан), хорошо известными в данной отрасли, может активировать схему 106, чтобы обеспечить прохождение переменного тока через один или несколько индукционных элементов 108a, 108b, вызывая тем самым индукционный нагрев токоприемника 110 (или его части), который, в свою очередь, нагревает аэрозольобразующий материал 116, вырабатывающий при этом аэрозоль. Генерируемый аэрозоль поступает в воздух, входящий в устройство 100 из входа для воздуха (не показан), и проходит дальше к мундштуку 114, через который аэрозоль покидает устройство 100.
Электронная схема 106, индукционные элементы 108a, 108b, токоприемник 110 и/или устройство 100 в целом могут быть выполнены с возможностью нагревания аэрозольобразующего материала 116 или его участка до температуры, лежащей в определенном диапазоне, с целью испарения по меньшей мере одного компонента аэрозольобразующего материала 116 без его сжигания. Указанный температурный диапазон может составлять, например, приблизительно от 50 до 350°C, от 50 до 250°C, от 50 до 150°C, от 50 до 120°C, от 50 до 100°C, от 50 до 80°C или от 60 до 70°C. В некоторых вариантах выполнения температурный диапазон составляет приблизительно от 170 до 220°C. В некоторых случаях температурный диапазон может отличаться от вышеуказанных, и верхняя граница температурного диапазона может быть больше 300°C.
На фиг. 2 более подробно показана электронная схема 106 для множества индукционных элементов 108a, 108b генерирующего аэрозоль устройства 100 согласно рассматриваемому варианту осуществления изобретения.
Электронная схема 106 содержит множество, в данном примере два, драйвера 204a и 204b. Каждый драйвер 204a, 204b электрически соединен с аккумулятором 104. В частности, каждый драйвер 204a, 204b соединен с положительным выводом аккумулятора 104, обеспечивающим относительно высокий электрический потенциал +v 202, и с отрицательным выводом аккумулятора или с заземлением, что обеспечивает относительно низкий или нулевой, или отрицательный электрический потенциал GND 206. Таким образом, на драйверы 204a, 204b подается электрическое напряжение.
Каждый драйвер 204a, 204b электрически соединен с соответствующей LC-цепью 205a, 205b. Каждая LC-цепь 205a, 205b содержит один соответствующий индукционный элемент 108a, 108b индуктивностью L и конденсатор 210a, 210b емкостью C. В каждой индуктивно-емкостной цепи 205a, 205b индукционный элемент 108a, 108b и конденсатор 210a, 210b соединены последовательно.
Каждый из драйверов 204a, 204b выполнен с возможностью преобразования постоянного тока, поступающего от аккумулятора 104, в переменный ток, подаваемый на соответствующую LC-цепь 205a, 205b для приведения в действие соответствующего индукционного элемента 108a, 108b при использовании устройства. Каждый драйвер 204a, 204b соединен с источником постоянного тока или аккумулятором 104 для обеспечения входного постоянного тока во время работы.
Каждый драйвер 204a, 204b электрически соединен с соответствующим драйверным контроллером 208a, 208b, например, содержащим логическую схему. Каждый контроллер 208a, 208b выполнен с возможностью управления соответствующим драйвером 204a, 204b или его компонентами для преобразования входного постоянного тока в выходной переменный ток. В частности, как будет более подробно описано ниже, каждый контроллер 208a, 208b может быть выполнен с возможностью управления подачей переключающего потенциала vs 216 на один или несколько транзисторов соответствующего драйвера 204a, 204b в разные моменты времени, чтобы соответствующий драйвер 204a, 204b формировал переменный ток.
Каждый драйверный контроллер 208a, 208b может быть выполнен с возможностью регулирования частоты переменного тока, поступающего в соответствующую LC-цепь 205a, 205b и, следовательно, частоты переменного тока, проходящего через соответствующий индукционный элемент 108a, 108b. Как уже указывалось выше, в LC-цепях может возникать резонанс. Каждый контроллер 208a, 208b может регулировать частоту переменного тока, проходящего через соответствующую LC-цепь 205a, 205b (частоту возбуждения) таким образом, чтобы она была равна или приблизительно равна резонансной частоте LC-цепи 205a, 205b. Например, частота возбуждения может находиться в мегагерцовом диапазоне, например, от 0,5 до 1,5 МГц, например, быть равной 1 МГц. Следует иметь в виду, что могут использоваться и другие частоты, например, в зависимости от конкретной LC-цепи 205a, 205b (и/или ее компонентов), и/или от используемого токоприемника 110. Например, резонансная частота LC-цепи 205a, 205b может зависеть от индуктивности L и емкости C цепи 205a, 205b, которые, в свою очередь, могут зависеть от используемого индуктора 108a, 208b, конденсатора 210a, 210b и токоприемника 110.
Электронная схема 106 содержит преобразователь 214, выполненный с возможностью повышения входного потенциала +v 202 для формирования переключающего напряжения vs 216 при использовании. Таким образом, переключающий потенциал vs 216, выдаваемый преобразователем 214, выше (или является более положительным), чем потенциал +v 202, поступающий в преобразователь 214. Например, преобразователь 214 может быть преобразователем постоянного напряжения, например, повышающим преобразователем. Повышающий преобразователь может повышать входное (подаваемое) напряжение до более высокой величины выходного (рабочего) напряжения, понижая при этом электрический ток. Например, в качестве повышающего преобразователя может использоваться импульсный источник питания, содержащий два или более полупроводника, например, диод и транзистор, и один или несколько элементов аккумулирования энергии, например, конденсатор и/или индуктор, выполненные с возможностью формирования потенциала или напряжения выше входного потенциала или напряжения. Величина, на которую производится повышение напряжения, может быть фиксированной или регулируемой, и может зависеть от подаваемого пользователем входного сигнала (например, с помощью кнопки или за счет затяжки, обнаруживаемой датчиком затяжки). Преобразователь 214 является общим для всего множества драйверов 104a, 204b. Иными словами, преобразователь 214 выполнен с возможностью подачи переключающего потенциала vs 216 на каждый из множества драйверов 204a, 204b при использовании. Преобразователь 214 электрически соединен с аккумулятором 104, который обеспечивает входное напряжение +v 202. В частности, преобразователь электрически соединен по меньшей мере с положительным выводом аккумулятора 104, обеспечивающим входное напряжение +v 202. Источник постоянного тока или аккумулятор 104 может обеспечивать входной постоянный ток во время работы и может также обеспечивать входное напряжение +v 202 во время работы.
Электронная схема 106 содержит шину питания 210 для подачи переключающего напряжения vs 216 от преобразователя 214 на драйверный контроллер 208a, 208b каждого драйвера 204a, 204b. Управление шиной питания 210 может осуществляться таким образом, чтобы она подавала переключающий потенциал vs 216 на один или несколько драйверов 204a, 204b. В частности, электронная схема 106 содержит контроллер 212 шины питания, предназначенный для управления шиной питания 210 для подачи переключающего напряжения vs 216 на выбираемый один или несколько из множества драйверных блоков 204a, 204b во время работы, т.е. на выбираемый один или несколько драйверных контроллеров 208a, 208b драйверных блоков 204a, 204b во время работы. Например, контроллер 212 шины питания может управлять шиной питания 210 таким образом, чтобы не подавать переключающий потенциал vs 216 ни в один из драйверов 204a, 204b. В этом случае, ни один из драйверов 204a, 204b не сможет подавать переменный ток на соответствующие индукционные элементы 108a, 108b, и, следовательно, индукционный нагрев токоприемника 110 происходить не будет. В другом случае контроллер 212 шины питания может управлять шиной питания 210 так, чтобы подавать переключающий потенциал vs 216 на первый 204a из драйверов 204a, 204b, но не подавать указанный переключающий потенциал на второй 204b из драйверов. В таком случае только первый драйвер 204a сможет подавать переменный ток на соответствующий индукционный элемент 108a, и, следовательно, будет происходить индукционный нагрев только части токоприемника 110. Контроллер 212 шины питания также может осуществлять управление шиной питания 210 таким образом, чтобы подавать переключающий потенциал vs 216 как на первый 204a, так и на второй 204b драйвера. В таком случае как первый драйвер 204a, так и второй драйвер 204b смогут подавать переменный ток на соответствующие индукционные элементы 108a, 208b, и, следовательно, будет происходить индукционный нагрев большего участка токоприемника 110. Таким образом, шина питания 210 и ее контроллер 212 могут обеспечивать управление индукционным нагревом токоприемника 110, и, следовательно, управление нагревом аэрозольобразующего материала, т.е. управление процессом генерирования аэрозоля устройством в целом.
При использовании, когда активируется один или несколько драйверных контроллеров 208a, 208b, например, когда контроллер 212 шины питания получает команду подать переключающий потенциал vs 216 на один или несколько драйверных контроллеров 208a, 208b (например, от пользователя), указанный или каждый из указанных драйверных контроллеров 208a, 208b может управлять соответствующим драйвером 204a, 204b так, чтобы пропустить переменный ток через соответствующую LC-цепь 205a, 205b, и, следовательно, через соответствующий индукционный элемент 108a, 108b, осуществляя тем самым индукционный нагрев токоприемника 110 (который затем может производить нагрев аэрозольобразующего материала с целью генерирования аэрозоля, например, для вдыхания его пользователем).
Использование преобразователя 214 для подачи переключающего потенциала vs 216, необходимого для переключения транзисторов драйверов 204a, 204b (переключающий потенциал которого выше потенциала +v 202 от аккумулятора 104, как более подробно будет объяснено ниже), устраняет необходимость использования отдельного источника постоянного тока или аккумулятора, и, следовательно, снижает стоимость и сложность цепи, а значит, и генерирующего аэрозоль устройство в целом. Кроме того, поскольку преобразователь 214 является общим, т.е. общим для всех драйверов 204a, 204b, обеспечивая подачу переключающего потенциала vs 216 на каждый драйвер 204a, 204b, исчезает необходимость в использовании отдельного преобразователя для каждого из драйверов 204a, 204b для подачи на них переключающего потенциала vs 216, что уменьшает сложность и стоимость электронной схемы.
На фиг. 3 в качестве примера более подробно показана схема одного из драйверов 204a и его соответствующая индуктивно-емкостная цепь 205a. Все драйвера 204a, 204b, описанные выше со ссылкой на фиг. 2, могут быть такими же или аналогичными драйверу 204a, показанного на фиг. 3. Следует иметь в виду, что в данном случае каждый драйвер 204a, 204b будет использоваться для возбуждения своей соответствующей LC-цепи 205a, 205b, содержащей соответствующий индукционный элемент 108a, 108b.
Драйвер 204a содержит один или несколько транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4, управление которыми осуществляется с помощью переключающего потенциала vs 216 с целью обеспечения прохождения через них тока во время работы. В примере, показанном на фиг. 3, драйвер 204a содержит несколько транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4, установленных в конфигурации H-моста (следует отметить, что транзисторы, расположенные или подключенные в конфигурации H-моста, могут называться H-мостом). H-мост содержит пару 304 транзисторов Q1 и Q2 со стороны высокого напряжения и пару 306 транзисторов Q3 и Q4 со стороны низкого напряжения. Первый транзистор Q1 пары 304 со стороны высокого напряжения электрически соединен с третьим транзистором Q3 пары 306 со стороны низкого напряжения, а второй транзистор Q2 пары 304 со стороны высокого напряжения электрически соединен с четвертым транзистором Q4 пары 314 со стороны низкого напряжения. Транзисторы пары 304 со стороны высокого напряжения предназначены для соединения с первым электрическим потенциалом +v 202, который выше второго электрического потенциала GND 206, для соединения с которым предназначены транзисторы пары 306 со стороны низкого напряжения. В рассматриваемом примере драйвер 204a выполнен с возможностью соединения с источником постоянного тока 104 (не показан на фиг. 3) в первой точке 322 между парой 304 транзисторов Q1, Q2 со стороны высокого напряжения и во второй точке 320 между парой 306 транзисторов Q3, Q4 со стороны низкого напряжения. В частности, первая точка 322 предназначена для соединения с положительным выводом аккумулятора (не показан), а вторая точка 320 предназначена для соединения с отрицательным выводом аккумулятора (не показан) или землей. Таким образом, при использовании устанавливается разность потенциалов между первой точкой 322 и второй точкой 320.
Как и на фиг. 2, драйвер 204a, показанный на фиг. 3, электрически соединяется и предназначен для возбуждения LC-цепи 208a, содержащей индукционный элемент (не показан на фиг. 3). В частности, индукционный элемент (как часть LC-цепи 208) подсоединен к третьей точке 324, расположенной между одним транзистором Q2 из пары транзисторов со стороны высокого напряжения и одним из пары транзисторов Q4 со стороны низкого напряжения, и к четвертой точке 326 между другим из пары транзисторов Q1 со стороны высокого напряжения и другим из второй пары транзисторов Q3 со стороны низкого напряжения.
Каждый из транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4 является полевым, управляемым переключающим потенциалом vs 216 с целью обеспечения практического прохождения через них тока во время работы. Каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 содержит исток S, сток D и затвор G. Переключающий потенциал подается на затвор каждого полевого транзистора, чтобы, как описано выше, ток мог проходить между истоком S и стоком D каждого полевого транзистора Q1, Q2, Q3, Q4. Соответственно, каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 выполнен таким образом, чтобы допускалось прохождение тока через него, когда на него подается переключающий потенциал, и предотвращалось прохождение тока через него, когда на него не подается переключающий потенциал. В примере, показанном на фиг. 3, каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 имеет соответствующую линию 311, 312, 313, 314 подачи переключающего потенциала (соответственно).
Соответствующий драйверный контроллер (драйверный контроллер 208a на фиг. 2) выполнен с возможностью управления подачей переключающего потенциала на каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4. В частности, драйверный контроллер выполнен с возможностью управления подачей переключающего потенциала vs 216 в каждую из линий 311, 312, 313, 314 независимо, чтобы независимо переводить каждый соответствующий транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 в режим «Вкл.» (т.е. режим низкого сопротивления и прохождению тока) или «Выкл.» (т.е. режим высокого сопротивления практически без прохождения тока).
Драйверный контроллер 208a, регулируя во времени подачу переключающего потенциала к соответствующим полевым транзисторам Q1, Q2, Q3, Q4, может обеспечить подачу переменного тока в LC-цепь 205a, и, следовательно, на соответствующий индукционный элемент (не показан на фиг. 3a). Например, изначально драйверный контроллер 208a может находиться в первом состоянии переключения, в котором переключающий потенциал подается на первый и четвертый полевые транзисторы Q1, Q4, но не подается на второй и третий полевые транзисторы Q2, Q3, следовательно, первый и четвертый полевые транзисторы Q1, Q4 будут находиться в режиме низкого сопротивления, а второй и третий полевые транзисторы Q2, Q3 будут находиться в режиме высокого сопротивления. Таким образом, изначально ток будет проходить из первой точки 322 драйвера 204a через первый полевой транзистор Q1 по LC-цепи 205a в первом направлении (слева направо на фиг. 3), через четвертый полевой транзистор Q4 и во вторую точку 320 драйвера 204a. Однако во второй момент времени драйверный контроллер 208a может находиться во втором переключенном состоянии, в котором переключающий потенциал подается на второй и третий полевые транзисторы Q2, Q3, но не подается на первый и четвертый полевые транзисторы Q1, Q4. Таким образом, второй и третий полевые транзисторы Q2, Q3 будут находиться в режиме низкого сопротивления, а первый и четвертый полевые транзисторы Q1, Q4 будут находиться в режиме высокого сопротивления,. следовательно, в указанный второй момент времени ток будет протекать из первой точки 322 драйвера 204, через второй полевой транзистор Q2, по LC-цепи 205a во втором, противоположном направлении (т.е. справа налево на фиг. 3), через третий полевой транзистор Q3 и во вторую точку 320 драйвера 204. Таким образом, посредством чередования первого и второго состояний переключения драйверный контроллер 208a может управлять драйвером 204a для подачи переменного тока (т.е. возбуждения) по LC-цепи 205a, и, следовательно, через индукционный элемент 108a. Следует принимать во внимание, что та же схема управления может быть использована и другим драйверным контроллером 208b для другого драйва 204b, связанного с другим индукционным элементом 108b другой LC-цепи 205b.
По меньшей мере один из пары транзисторов Q1, Q2 со стороны высокого напряжения Q1, Q2 является n-канальными полевым транзистором, например, работающими в режиме обогащения со структурой металл-оксид-полупроводник. В частности, в рассматриваемом примере обе пары транзисторов Q1, Q2 со стороны высокого напряжения являются n-канальными полевыми транзисторами. Аналогичным образом, в рассматриваемом примере обе пары транзисторов Q3, Q4 со стороны низкого напряжения также являются n-канальными полевыми транзисторами, например, работающими в режиме обогащения со структурой металл-оксид-полупроводник.
Как описывалось выше, в n-канальных полевых транзисторах вывод D стока находится под более высоким потенциалом, чем вывод S истока (то есть существует положительное напряжение сток-исток или, другими словами, отрицательное напряжение исток-сток), таким образом, чтобы включить n-канальный полевой транзистор (то есть, чтобы ток проходил через транзистор), переключающий потенциал, приложенный к выводу G затвора, должен быть выше, чем потенциал, приложенный к выводу S истока. Поскольку пара 304 транзисторов Q1, Q2 со стороны высокого напряжения являются n-канальными полевыми транзисторами, в определенные моменты времени работы драйвера 204a на выводе истока S этих n-канальных полевых транзисторов Q1, Q2 имеется потенциал +v 202. Таким образом, переключающий потенциал vs 216, подаваемый на затворы G этих транзисторов для их переключения в режим «Вкл», должен быть выше потенциала +v 202, (т.е. выше потенциала на положительном выводе источника постоянного тока 104). Преобразователь 214 по шине питания 210 и драйверному контроллеру 208a подает такой переключающий потенциал vs 216 на сторону высокого напряжения n-канальных полевых транзисторов Q1, Q2, обеспечивая тем самым их соответствующий режим работы.
На выводе истока S пары 306 со стороны низкого напряжения n-канальных полевых транзисторов Q3, Q4 имеется потенциал GND 206. Таким образом, для пары 306 со стороны низкого напряжения n-канальных полевых транзисторов Q3, Q4 переключающий потенциал, подаваемый на их вывод затвора G для их перевода в режим «Вкл.» не должен быть обязательно выше +v 202, и может быть любым потенциал выше GND 206. Тем не менее, переключающий потенциал vs 202, используемый для пары 304 со стороны высокого напряжения n-канальных полевых транзисторов Q1, Q2, может использоваться также для пары 306 со стороны низкого напряжения n-канальных полевых транзисторов Q3, Q4, поскольку этот переключающий потенциал vs 216 больше потенциала GND 206. Таким образом, обеспечиваемый преобразователем 214 переключающий потенциал vs 216, общий для всех драйвернов 204a, 204b, может быть использован как переключающий потенциал vs 216 для каждого из n-канальных полевых транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4 каждого из драйверов 204a, 204b, что уменьшает сложность и снижает стоимость схемы, например, по сравнению с использованием отдельных преобразователей для каждого из драйверов 204a, 204b, или, например, по сравнению с методом использования различных переключающих потенциалов для разных транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4 каждого из драйверов 204a, 204b.
Как уже указывалось выше, n-канальные полевые транзисторы, такие как n-MOSFET транзисторы, обычно имеют низкое сопротивление от исток-сток, в результате чего образуется относительно малое количество тепла во время работы, и, следовательно, наблюдаются относительно небольшие потери энергии. Таким образом, использование n-канальных полевых транзисторов, таких как n-MOSFET транзисторы, в качестве одного или более (или каждого) транзистора Q1, Q2, Q3, Q4 драйвера 204a, 204b может обеспечить эффективную работу электронной схемы.
Кроме того, как уже указывалось выше, n-канальные полевые транзисторы, такие как n-MOSFET транзисторы, обычно имеют относительно короткое время переключения (т.е. характерное время срабатывания с момента изменения переключающего потенциала, подаваемого на вывод затвора G для изменения режима работы n-MOSFET транзистора, независимо от того, проходит через него ток, или нет), что обеспечивает относительно высокие скорости коммутации. Например, время задержки при выключении для n-MOSFET транзистора может составлять 70 нс. Таким образом, использование n-канального полевого транзистора, такого как n-MOSFET транзистор, в качестве одного или более (или каждого) транзистора Q1, Q2, Q3, Q4 драйвера 204a, 204b может обеспечить возможность активации индукционных элементов 108a, 108b с относительно высокими частотами, что может обеспечить более гибкую работу.
Кроме того, во время работы каждого из драйверов 204a, 204b может наблюдаться короткий промежуток времени, когда первый транзистор Q1 пары 304 со стороны высокого напряжения и третий транзистор Q3 пары со стороны низкого напряжения (или второй транзистор Q2 пары 304 со стороны высокого напряжения и четвертый транзистор Q4 пары со стороны низкого напряжения) одновременно открыты или «включены», и в этот момент через драйвер 204a, 204b может проходить ток значительной величины, не проходя через индукционный элемент 108a, 108b. Такая потеря называется «прострелом», и она может происходить дважды за цикл. Потери от прострела могут становиться выше при повышении частоты переключения (т.е. с уменьшением периода переключения), например, когда период переключения становится сравнимым с временем переключения транзистора. Таким образом, использование n-канальных полевых транзисторов, таких как n-MOSFET транзисторы (которые имеют относительно короткое время переключения), в качестве одного или более (или каждого) транзистора Q1, Q2, Q3, Q4 драйвера 204a, 204b может обеспечивать минимизацию потерь от прострела, и, следовательно, обеспечивать более эффективную работу.
В приведенном выше примере каждый из транзисторов Q1, Q2, Q3, Q4 каждого драйвера 204a, 204b был n-канальным полевым транзистором. Однако следует понимать, что это не обязательно должно быть так, и в других вариантах реализации каждый драйвер 204a, 204b может содержать один или несколько первых транзисторов, управление каждым из которых осуществляется с помощью переключающего потенциала, обеспечиваемого преобразователем 214 с целью по существу пропускания тока через этот используемый транзистор. Но, несмотря на это, получение преимуществ по снижению стоимости и/или уменьшению сложности благодаря использованию общего преобразователя 214 для всех драйверов 204a, 204b все-таки является возможным.
В рассмотренных выше примерах драйверы 204a, 204b содержат по четыре транзистора Q1, Q2, Q3, Q4, расположенные в конфигурации H-моста, но следует отметить, что, согласно другим примерам один или несколько драйверов 204a, 204b могут содержать дополнительные транзисторы, которые могут быть или не быть частью H-моста.
Хотя в рассмотренных выше примерах полевые транзисторы Q1, Q2, Q3, Q4 представляли собой работающие в режиме обеднения полевые транзисторы со структурой «металл-оксид», следует понимать, что это не является обязательным, и в других примерах могут использоваться полевые транзисторы других типов.
Приведенные выше примеры следует рассматривать как иллюстративные примеры осуществления изобретения. Следует отметить, что каждая из особенностей любого из приведенных примеров может использоваться по отдельности или в сочетании с другими особенностями, а также может использоваться в сочетании с одним или несколькими особенностями любого из других примеров или в любом сочетании любых из других примеров. Кроме того, не описанные выше эквиваленты и модификации также могут использоваться, не выходя за объем изобретения, который определен в его формуле.