ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА В ГЕНЕРИРУЮЩЕМ АЭРОЗОЛЬ УСТРОЙСТВЕ
ELECTRONIC CIRCUIT FOR INDUCTION ELEMENT IN AEROSOL-GENERATING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электронной схеме, предназначенной для индукционного элемента, применяемого в генерирующем аэрозоль устройстве, точнее к электронной схеме, предназначенной для индукционного элемента, который при использовании в генерирующем аэрозоль устройстве обеспечивает индукционный нагрев токоприемника, нагревающего аэрозольобразующий материал,
Уровень техники
При использовании курительных изделий, в частности сигарет и сигар и т.п., происходит сжигание табака, сопровождаемое выделением табачного дыма. Были предприняты попытки разработать альтернативные курительные изделия, обеспечивающие выделение требуемых летучих соединений без сжигания курительного материала. Примерами таких устройств являются так называемые «нагреваемые, а несгораемые» изделия или устройства для нагрева табака, в которых выделение требуемых ингредиентов происходит в результате нагрева, а не горения табака. Курительный материал может представлять собой, например, табак, либо разнообразные не табачные вещества, включающие или не включающие в себя никотин.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является электронная схема для индукционного элемента в генерирующем аэрозоль устройстве, обеспечивающего индукционный нагрев токоприемника, нагревающего аэрозольобразующий материал, содержащая драйвер, выполненный с возможностью преобразования входящего постоянного тока в переменный ток для приведения в действие индукционного элемента и включающую в себя несколько транзисторов, расположенных в конфигурации Н-моста, имеющего пару транзисторов верхнего плеча и пару транзисторов нижнего плеча, причем при использовании устройства пара транзисторов верхнего плеча соединена с первым электрическим потенциалом, превышающим второй электрический потенциал, с которым соединена пара транзисторов нижнего плеча; при этом по меньшей мере один транзистор из пары транзисторов верхнего плеча представляет собой p-канальный полевой транзистор.
Оба транзистора из пары транзисторов верхнего плеча могут представлять собой p-канальные полевые транзисторы.
Один или оба транзистора из пары транзисторов нижнего плеча могут представлять собой транзисторы, отличные от p-канальных полевых транзисторов.
Один или оба транзистора из пары транзисторов нижнего плеча могут представлять собой n-канальные полевые транзисторы.
Драйвер при использовании может быть соединен с источником питания постоянного тока в первой точке между транзисторами пары транзисторов верхнего плеча и во второй точке между транзисторами пары транзисторов нижнего плеча.
При использовании индукционный элемент может быть соединен с драйвером в третьей точке между одним из транзисторов пары транзисторов верхнего плеча и одним из транзисторов пары транзисторов нижнего плеча, и в четвертой точке между другим из транзисторов пары транзисторов верхнего плеча и другим из транзисторов второй пары транзисторов нижнего плеча.
Один или каждый p-канальный полевой транзистор может регулироваться переключающим потенциалом, чтобы при использовании через него по существу проходил ток.
Драйвер может содержать контроллер, выполненный с возможностью регулирования при использовании подачи переключающего потенциала на один или каждый p-канальный полевой транзистор.
Переключающий потенциал, регулирующий при использовании устройства p-канальный полевой транзистор, может находиться между первым потенциалом и вторым потенциалом.
Один или каждый p-канальный полевой транзистор может быть выполнен так, что через него по существу проходит ток, когда на него подается переключающий потенциал, и по существу предотвращается прохождение тока, когда на него не подается переключающий потенциал.
Один или каждый p-канальный полевой транзистор может содержать исток, сток и затвор, причем при использовании переключающий потенциал подается на затвор одного или каждого p-канального полевого транзистора.
Один или каждый p-канальный полевой транзистор может представлять собой p-канальный полевой транзистор, имеющий структуру металл-оксид-полупроводник.
Первый транзистор из пары транзисторов верхнего плеча может представлять собой p-канальный полевой транзистор, а второй транзистор из пары транзисторов нижнего плеча представляет собой n-канальный полевой транзистор, причем второй транзистор электрически сопряжен с первым транзистором.
Драйвер может содержать первую соединительную линию питания, обеспечивающую подачу питания и/или переключающего потенциала, одновременно как на первый транзистор, так и на второй транзистор.
Драйвер может содержать первый полумост, образованный первым транзистором и вторым транзистором, которые заключены в первый корпус.
Третий транзистор из пары транзисторов верхнего плеча может представлять собой p-канальный полевой транзистор, а четвертый транзистор из пары транзисторов нижнего плеча может представлять собой n-канальный полевой транзистор, причем четвертый транзистор электрически сопряжен с третьим транзистором.
Драйвер может содержать вторую соединительную линию питания, обеспечивающую подачу питания и/или переключающего потенциала, одновременно как на третий транзистор, так и на четвертый транзистор.
Электронная схема может содержать контроллер драйвера, выполненный с возможностью управляемой подачи переключающего потенциала попеременно к первой соединительной линии питания и ко второй соединительной линии питания, обеспечивая тем самым переменный ток при использовании.
Драйвер может содержать второй полумост, образованный третьим транзистором и четвертым транзистором, которые заключены во второй корпус.
Драйвер может быть выполнен с возможностью подключения к источнику питания постоянного тока для получения при использовании постоянного тока на входе.
Драйвер может быть выполнен с возможностью подключения к источнику питания постоянного тока для получения при использовании коммутационного потенциала.
Вторым объектом изобретения является генерирующее аэрозоль устройство, содержащее описанную выше электронную схему.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать источник питания постоянного тока, выполненный с возможностью подачи постоянного тока и/или переключающего потенциала при использовании.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать индукционный элемент, при этом драйвер выполнен с возможностью подачи переменного тока на индукционный элемент при использовании.
Генерирующее аэрозоль устройство может содержать LC-контур с индукционным элементом, к которому по LC-цепи подается переменный ток при использовании.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать токоприемник, выполненный с возможностью индукционного нагрева посредством индукционного элемента при использовании.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать аэрозольобразующий материал, способный вырабатывать аэрозоль в результате нагрева посредством токоприемника при использовании.
Аэрозольобразующий материал может представлять собой табак или содержать табак.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано генерирующее аэрозоль устройство согласно одному из примеров его выполнения;
на фиг. 2 – электронная схема для использования с индукционным элементом, применяемым в генерирующем аэрозоль устройстве;
на фиг. 3а – часть электронной схемы, предназначенной для использования с индукционным элементом, применяемым в генерирующем аэрозоль устройстве, согласно первому примеру ее выполнения;
на фиг. 3b – часть электронной схемы, предназначенной для использования с индукционным элементом, применяемым в генерирующем аэрозоль устройстве, согласно второму примеру ее выполнения.
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 (то есть, 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 (то есть, 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 (то есть имеется положительное напряжение сток-исток или отрицательное напряжение исток-сток). Чтобы включить n-канальный полевой транзистор (то есть, чтобы позволить току проходить через него), к выводу D стока прикладывается переключающий потенциал, который выше потенциала на выводе S истока.
P-канальный полевой транзистор (или с каналом p-типа) (p-FET) представляет собой полевой транзистор, канал которого содержит полупроводник p-типа, причем дырки являются основными носителями, а электроны являются неосновными носителями. Например, полупроводники p-типа могут содержать собственный полупроводник (например, кремний), легированный примесями акцептора (например, бором). В полевых транзисторах с каналом p-типа вывод S истока находится под более высоким потенциалом, чем вывод D стока (т. е. имеется отрицательное напряжение сток-исток или положительное напряжение исток-сток). Чтобы включить p-канальный полевой транзистор (т.е. позволить току проходить через него), на вывод G затвора подается переключающий потенциал, который ниже потенциала на выводе S истока (и который, например, может быть выше потенциала на выводе D стока).
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. В качестве другого примера, полевой МОП-транзистор может быть p-канальным (или с каналом p-типа) полевым МОП-транзистором, в котором полупроводник является полупроводником p-типа. P-канальный полевой МОП-транзистор (p-MOSFET) может работать подобно описанному выше p-канальному полевому транзистору. N-канальный полевой МОП-транзистор обычно имеет более низкое сопротивление исток-сток по сравнению с p-канальным полевым МОП-транзистором. Следовательно, во включенном состоянии (то есть, когда ток проходит через транзистор), n-канальный полевой МОП-транзистор выделяет меньше тепла, сравнительно с p-канальным полевым МОП-транзистором и, следовательно, энергопотери при работе n-канального полевого МОП-транзистора будет ниже энергопотерь p-канального полевого МОП-транзистора. Кроме того, n-канальные полевые МОП-транзисторы, как правило, имеют более короткое время переключения (то есть характерное время срабатывания при изменении переключающего потенциала, подаваемого на вывод G затвора полевого МОП-транзистора, независимо от того проходит или нет ток через транзистор), по сравнению с p-канальными полевыми МОП-транзисторами. Следовательно, можно повысить скорость переключения и улучшить управление переключением транзистора.
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, индукционный элемент 108, токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116. Источник 104 питания постоянного тока электрически связан с электронной схемой 106. Источник 104 питания постоянного тока 104 выполнен с возможностью подачи электрической энергии постоянного тока на электронную схему 106. Электронная схема 106 электрически связана с индукционным элементом 108. Индукционный элемент 108 может быть, например, электромагнитом, в частности, катушкой или соленоидом, который может быть, к примеру, плоским, и может быть сформирован, например, из меди. Электронная схема 106 выполнена с возможностью преобразования постоянного тока, поступающего от источника 104 постоянного тока, в изменяющийся ток, например в переменный. Электронная схема 106 выполнена с возможностью подачи переменного тока на индукционный элемент 108.
Токоприемник 110 занимает определенное положение относительно индукционного элемента 108, чтобы обеспечивался индукционный перенос энергии от индукционного элемента 108 к токоприемнику 110. Токоприемник может иметь ферромагнитный участок, содержащий, например, один или сочетание из нескольких металлов, таких как железо, никель и кобальт, Индукционный элемент 108 при прохождении через него переменного тока вызывает нагрев токоприемника 110 за счет джоулева тепла и/или нагрев посредством магнитного гистерезиса, как описано выше. Токоприемник 110 выполнен с возможностью нагрева аэрозольобразующего материала 116, например, за счет проводимости, конвекции и/или излучения с целью генерирования аэрозоля при использовании устройства. Согласно некоторым из примеров, токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116 формируют единый блок, который может быть вставлен и/или удален из генерирующего аэрозоль устройства 100 или может быть одноразовым. В устройстве 100 согласно некоторым из примеров, индукционный элемент 108 может быть установлен съемно, например, с возможностью замены. Генерирующее аэрозоль устройство 100 может быть портативным. Генерирующее аэрозоль устройство 100 может быть выполнено с возможностью нагрева аэрозольобразующего материала 116 для создания аэрозоля, вдыхаемого пользователем.
Используемый в настоящем описании термин «аэрозольобразующий материал» относится к любому материалу, при нагреве которого образуются летучие ингредиенты, обычно в виде пара или аэрозоля. Аэрозольобразующий материал может представлять собой материал, не содержащий табака, или табакосодержащий материал. Например, аэрозольобразующий материал может представлять собой табак или содержать табак. Аэрозольобразующий материал может, например, включать в себя один или несколько видов табака как такового, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак, экстракт табака, гомогенизированный табак, либо заменители табака. Аэрозольобразующий материал может представлять собой молотый табак, измельченный табак, нарезанные листья табака, экструдированный табак, восстановленный табак, восстановленный материал, жидкость, гель, гелеобразный лист, порошок или агломераты или т.п. Аэрозольобразующий материал также может включать другие нетабачные продукты, которые в зависимости от состава могут содержать или не содержать никотин. Генерирующий аэрозоль материал может содержать один или несколько увлажнителей, например, глицерин или пропиленгликоль.
Как показано на фиг. 1, генерирующее аэрозоль устройство 100 содержит наружный корпус 112, в котором размещаются батарея 104, электронная схема 106 управления, индукционный элемент 108, токоприемник 110 и аэрозольобразующий материал 116. Наружный корпус 112 имеет мундштук 114, через который генерируемый аэрозоль может выходить из устройства 100 при его использовании.
При использовании устройства пользователь, например, с помощью кнопки (не показана) или датчика затяжки (не показан), который сам по себе известен, может активизировать электронную схему 106, чтобы вызвать подачу переменного тока через индукционный элемент 108, обеспечивающий индукционный нагрев токоприемника 116, который, в свою очередь, нагревает аэрозольобразующий материал 116, в результате чего указанный материал 116 генерирует аэрозоль. Аэрозоль захватывается воздухом, засасываемым в устройство 100 через впускное отверстие (не показано), и переносится в мундштук 114, через который аэрозоль выходит из устройства 100.
Электронная схема 106, индукционный элемент 108, токоприемник 110 и/или устройство 100 в целом выполнены с возможностью нагрева аэрозольобразующего материала 116 до диапазона температур, в котором происходит испарение по меньшей мере одного ингредиента этого материала 116 без его горения. Например, диапазон температур может составлять примерно от 50 до 350°С, от 50 до 250°С, от 50 до 150°С, от 50 до 120°С, от 50 до 100°С, от 50 до 80°С или от 60° до 70°С. Согласно некоторым из примеров, диапазон температур составляет примерно от 170 до 220°С. Согласно некоторым из примеров, диапазон температур может отличаться от указанного диапазона, а верхний предел диапазона температур может превышать 300°C.
На фиг. 2, более подробно показана электронная схема 106, предназначенная для индукционного элемента 108, применяемого в генерирующем аэрозоль устройстве 100а.
Электронная схема 106 содержит драйвер 204. Драйвер 204 электрически связан с батареей 104. В частности, драйвер 204 соединен с положительной клеммой батареи 104, что обеспечивает относительно высокий электрический потенциал +v 202, и с отрицательной клеммой батареи или с заземлением, что обеспечивает относительно низкий или нулевой, или отрицательный электрический потенциал GND 206. Таким образом, на выводы драйвера 204 подается электрическое напряжение.
Драйвер 204 электрически связан с LC-цепью 205, содержащей соединенные последовательно индукционный элемент 108 индуктивностью L и конденсатор 210 емкостью C.
Драйвер 204 выполнен с возможностью преобразования постоянного тока, поступающего от батареи 104, в переменный ток, подаваемый на LC-цепь 205 для приведения в действие индукционного элемента 108 при использовании устройства. Драйвер 204 электрически связан с контроллером 208, например, содержащим логическую схему. Контроллер 208 драйвера выполнен с возможностью управления драйвером 204 или его компонентами для преобразования входного постоянного тока в выходной переменный ток. В частности, как будет более подробно описано ниже, контроллер 208 может быть приспособлен регулировать подачу переключающего потенциала к транзисторам драйвера 204 во времени, чтобы побудить драйвер 204 генерировать переменный ток. Контроллер 208 электрически связан с батареей 104, которая может обеспечить переключающий потенциал. Например, переключающий потенциал может быть, потенциалом +v 202 от положительной клеммы батареи 104 относительно отрицательной клеммы батареи или GND 206 (или наоборот, как более подробно будет описываться ниже). Источник питания постоянного тока или батарея 104 при использовании устройства может обеспечивать входящий постоянный ток и может также обеспечивать переключающий потенциал.
Контроллер 208 может быть приспособлен регулировать частоту переменного тока, подаваемого в LC-цепь 205, и, следовательно, частоту переменного тока, подаваемого на индукционный элемент 108. Как упоминалось выше, в LC-цепях может возникать резонанс. Контроллер 208 может регулировать частоту переменного тока, направляемого через LC-цепь (задающую частоту), которая должна соответствовать резонансной частоте LC-цепи 205 или быть приближенной к ней. Например, задающая частота может находиться в мегагерцовом диапазоне, например, в диапазоне от 0,5 до 1,5 МГц, например, может составлять 1 МГц. Разумеется, в зависимости от конкретной LC-цепи 205 (и/или ее компонентов) и/или используемого токоприемника 110 могут использоваться другие частоты. Например, следует понимать, что резонансная частота LC-цепи 205 может зависеть от индуктивности L и емкости C цепи 205, которые, в свою очередь, могут зависеть от индуктора 108, конденсатора 210 и токоприемника 110 используемого устройства.
Когда при использовании устройства активизируется контроллер 208, например, пользователем, контроллер 208 может управлять драйвером 204 для подачи переменного тока через LC-цепь 205 и, следовательно, через индукционный элемент 108, обеспечивая, тем самым, индукционный нагрев токоприемника 116 (который, соответственно, может нагревать аэрозольобразующий материал (не показан на фиг. 2), например, для создания аэрозоля, вдыхаемого пользователем).
На фиг. 3 более подробное показана схема драйвера 204 согласно первому примеру. Драйвер 204 содержит несколько транзисторов, в данном примере - четыре транзистора Q1, Q2, Q3, Q4, расположенных 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, Q2 верхнего плеча и пару 306 транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча. Первый транзистор Q1 из пары 304 транзисторов верхнего плеча электрически соединен с третьим транзистором Q3 из пары 306 транзисторов нижнего плеча, а второй транзистор Q2 из пары 304 транзисторов верхнего плеча электрически соединен с четвертым транзистором из пары 314 транзисторов нижнего плеча. На пару 304 транзисторов верхнего плеча подается первый электрический потенциал +v 202, который превышает второй электрический потенциал GND 206, подаваемый на пару 306 транзисторов нижнего плеча. В указанном примере источник 104 питания постоянного тока (не показан на фиг. 3а) подключается к драйверу 204 в первой точке 322, расположенной между парой 304 транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча, и во второй точке 320, расположенной между парой 306 транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча. В частности, к первой точке 322 подсоединяется положительная клемма батареи (не показана), а ко второй точке 320 подсоединяется отрицательная клемма батареи (не показана) или заземление. Таким образом, при использовании устройства между первой точкой 322 и второй точкой 320 устанавливается разность потенциалов.
Схема драйвера 204, показанная на фиг. 3, как и схема драйвера, показанная на фиг. 2, электрически связана с LC-цепью 205, содержащей индукционный элемент, и выполнена с возможностью приведения цепи в действие (не показано на фиг. 3). В частности, индукционный элемент (являющийся частью LC-цепи 205) подсоединен к третьей точке 324, расположенной между одним транзистором Q2 из пары транзисторов верхнего плеча и одним транзистором Q4 из пары транзисторов нижнего плеча, и к четвертой точке 326, расположенной между другим транзистором Q1 из пары транзисторов верхнего плеча и другим транзистором Q3 из пары транзисторов нижнего плеча.
Каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 регулируется посредством переключающего потенциала, чтобы при использовании устройства через транзистор мог проходить ток. 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 полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4, когда на полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 подается переключающий потенциал, и предотвращалось прохождение тока через полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4, когда на полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 не подается переключающий потенциал. В примере, представленном на фиг. 3а, каждый полевой транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 имеет соответствующую линию 311, 312, 313, 314 подачи переключающего напряжения.
Контроллер 208 (фиг. 2) приспособлен регулировать подачу переключающего потенциала на каждый полевой транзистор. В частности, согласно указанному примеру, контроллер драйвера приспособлен регулировать подачу переключающего потенциала на каждую линию 311, 312, 313, 314 питания по отдельности, при этом подача переключающего потенциала регулируется независимо от того, находится ли соответствующий транзистор Q1, Q2, Q3, Q4 в режиме «включено» (то есть в режиме с низким сопротивлением, при котором ток проходит через транзистор) или в режиме «выключено» (то есть в режиме с высоким сопротивлением, при котором ток по существу не проходит через транзистор).
Контроллер 208 драйвера, регулируя во времени подачу переключающего потенциала к соответствующим полевым транзисторам Q1, Q2, Q3, Q4, может обеспечить подачу переменного тока в LC-цепь 205 и, соответственно, на индукционный элемент 108 (не показан на фиг. 3а). Например, изначально контроллер 208 может находиться в первом положении 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 в первом направлении (слева направо на фиг. 3a), то есть из первой точки 322 схемы 204 драйвера через первый полевой транзистор Q1, по LC-цепи 205 и через четвертый полевой транзистор Q4 во вторую точку 320 схемы 204 драйвера. Во время следующей фазы контроллер 208 может находиться во втором положении переключения, в котором переключающий потенциал подается на второй и третий полевые транзисторы Q2, Q3, но не подается на первый и четвертый полевые транзисторы Q1, Q4, следовательно, 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. Таким образом, во время указанной фазы ток будет проходить во втором направлении, противоположном первому (справа налево на фиг. 3а), то есть из первой точки 322 схемы драйвера 204 через второй полевой транзистор Q2, по LC-цепи 205 и через третий полевой транзистор Q3 во вторую точку 320 схемы драйвера 204. Таким образом, посредством чередования первого и второго положений переключения контроллера 208 можно управлять драйвером 204 для снабжения (то есть подачи) переменным током LC-цепи 205 и, соответственно, индукционного элемента 108.
По меньшей мере один транзистор из пары транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча представляет собой p-канальный полевой транзистор, например, p-канальный полевой МОП-транзистор в режиме обогащения. В частности, согласно указанному примеру, оба транзистора из пары транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча представляют собой p-канальные полевые транзисторы. Один или оба транзистора из пары транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча представляют собой транзисторы, отличные от p-канальных полевых транзисторов. В частности, согласно указанному примеру, оба транзистора из пары транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча представляют собой n-канальные полевые транзисторы, например, n-канальные полевые МОП-транзисторы в режиме обогащения.
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. В гипотетическом примере оба транзистора Q1, Q2 верхнего плеча представляют собой n-канальные полевые транзисторы, причем в определенные моменты времени потенциал на выводе S истока указанных транзисторов, может составлять +v 202. Следовательно, согласно указанному гипотетическому примеру, переключающий потенциал, подаваемый на затворы указанных транзисторов, должен быть выше +v 202 (то есть выше, чем потенциал, обеспечиваемый положительной клеммой источника 104 питания постоянного тока). Таким образом, в указанном гипотетическом примере для приведения в действие n-канальных полевых транзисторов верхнего плеча может потребоваться отдельный источник питания постоянного тока (например, в дополнение к батарее 104), что может усложнить электронную схему и повысить ее себестоимость.
Однако как упоминалось выше, вывод S истока p-канальных полевых транзисторов имеет более высокий потенциал, чем вывод D стока (то есть существует отрицательное напряжение сток-исток или, другими словами, положительное напряжение исток-сток), таким образом, для включения p-канального полевого транзистора (то есть, чтобы ток мог проходить через транзистор), на вывод G затвора подается переключающий потенциал, который ниже, чем потенциал на выводе S истока. Установлено, что если оба транзистора Q1, Q2 верхнего плеча представляют собой p-канальные полевые транзисторы (в соответствии с примером на рис. 3а), переключающий потенциал, подаваемый на затворы G указанных транзисторов для их включения, не должен превышать +v 202, и может составлять, например, GND 206. В таком случае нет необходимости подавать потенциал выше +v 202, то есть отсутствует необходимость в отдельном источнике питания постоянного тока, что позволяет упростить электронную схему 106 и, соответственно, снизить ее себестоимость.
Как упоминалось выше, переключающий потенциал, посредством которого пара p-канальных полевых транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча регулируется при использовании устройства, может составлять от +v 202 до GND 206. Например, при подаче к выводу затвора p-канальных полевых транзисторов Q1, Q2 потенциала +v 202 указанные транзисторы могут находиться в выключенном состоянии, и через них по существ, не проходит ток, а при подаче к выводу затвора p-канальных полевых транзисторов Q1, Q2 потенциала, составляющего менее +v 202 и GND 206, например GND 206, через транзисторы Q1, Q2 может проходить ток. Пара 306 полевых транзистора нижнего плеча образована n-канальными полевыми транзисторами Q3, Q4, вывод D стока которых находится под более высоким потенциалом, чем вывод S истока. Поэтому вывод S истока указанных транзисторов имеет потенциал GND 206, таким образом, чтобы включить указанные транзисторы, переключающий потенциал, приложенный к выводу G затвора, должен лишь превышать потенциал GND 206, например, может составлять +v 202. При подаче к выводу затвора n-канальных полевых транзисторов Q3, Q4 потенциала GND 206 транзисторы могут находиться в выключенном состоянии, то есть через них по существу не проходит ток, а при подаче к выводу затвора n-канальных полевых транзисторов Q3, Q4 потенциала в диапазоне от более высокого, чем GND 206 до +v 202, например, составляющего +v 202, через транзисторы Q3, Q4 может проходить ток. Таким образом, если пару 306 транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча образуют n-канальные полевые транзисторы, а пару 304 транзисторов Q1, Q2 верхнего сплеча образуют p-канальные полевые транзисторы, можно управлять драйвером 204 посредством переключающих потенциалов в диапазоне от +v 202 до GND 206, то есть в диапазоне потенциалов, обеспечиваемых батареей 104, которая питает драйвер 204 постоянным током. Таким образом, необходим только один источник питания постоянного тока (например, батарея 104), чтобы обеспечить как подачу входящего тока на драйвер 204, так и обеспечить переключающий потенциал для управления драйвером 204. В результате можно упростить электронную схему и, соответственно, снизить ее себестоимость.
Полевые транзисторы Q1, Q2, Q3, Q4 могут быть, например, полевыми МОП-транзисторами. Например, пару 304 транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча могут составлять p-канальные полевые МОП-транзисторы или т.п., а пару 206 транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча могут составлять n-канальные полевые МОП-транзисторы или т.п.
На фиг. 3b показана схема драйвера 204' согласно второму примеру. В электронной схеме 106, представленной на фиг. 2, вместо схемы драйвера 204 может использоваться, например, схема драйвера 204' согласно указанному второму примеру. Схема драйвера 204' согласно второму примеру, показанному на фиг. 3b, по существу аналогична схеме драйвера 204 по первому примеру, показанному на фиг. 3а, за исключением того, что во второй схеме драйвера 204' имеется первая общая линия 330 подачи переключающего потенциала вместо отдельных линий 311, 313 подачи переключающего потенциала, питающих первый и третий транзисторы Q1, Q3 первой схемы 204 драйвера, а также имеется вторая общая линия 332 подачи переключающего потенциала вместо отдельных линий 312, 314 подачи переключающего потенциала, питающих второй и четвертый транзисторы Q2, Q4 первой схемы драйвера 204. Другие компоненты второй схемы драйвера 204, аналогичные компонентам первой схеме драйвера 204, обозначены теми же ссылочными позициями и не будут подробно описываться.
Как упомянуто выше, схема драйвера 204' содержит первую линию подачи или соединительную линию 330 подачи переключающего потенциала, общего для обоих транзисторов, а именно, первого транзистора Q1 (являющегося первым p-канальным полевым транзистором пары 304 транзисторов верхнего плеча) и третьего транзистора Q3 (являющегося первым n-канальным полевым транзистором пары 306 транзисторов нижнего плеча) схемы драйвера 204', а также содержит вторую линию подачи или соединительную линию 322 подачи переключающего потенциала, общего для обоих транзисторов, а именно, второго транзистора Q2 (являющегося вторым p-канальным полевым транзистором пары 304 транзисторов верхнего плеча) и четвертого транзистора Q4 (являющегося вторым n-канальным полевым транзистором пары 306 транзисторов нижнего плеча). Первый и третий транзисторы Q1, Q3 могут называться первым полумостом H-моста, а второй и четвертый Q2, Q4 могут называться вторым полумостом H-моста.
В указанном примере контроллер 208 драйвера (не показан на фиг. 3b) приспособлен регулировать подачу переключающего потенциала поочередно на первую соединительную линию 330 питания и вторую соединительную линию 332 питания, чтобы схема 204' драйвера генерировала переменный ток, подаваемый в LC-цепь 205, содержащую индукционный элемент 108 (не показан на фиг. 3b).
Например, изначально контроллер 208 драйвера может находиться в первом положении переключения, в котором потенциал GND 206 подается на первую соединительную линию 330 питания, а потенциал +v 202 подается на вторую соединительную линию 332 питания. Таким образом, к выводам затворов первого и третьего транзисторов Q1, Q3 будет приложен потенциал GND 206, а к выводам затворов второго и четвертого транзисторов Q2, Q4 будет приложен потенциал +v 202. В результате первый транзистор Q1 (представляющий собой p-канальный полевой транзистор из пары 304 транзисторов верхнего плеча) и четвертый транзистор Q4 (представляющий собой n-канальный полевой транзистор из пары 306 транзисторов нижнего плеча) будут находиться во включенном состоянии, то есть через них будет проходить ток, а второй транзистор Q2 (представляющий собой p-канальный полевой транзистор из пары 304 транзисторов верхнего плеча) и третий транзистор Q3 (представляющий собой n-канальный полевой транзистор из пары 306 транзисторов нижнего плеча) будут находиться в выключенном состоянии, то есть через них по существу не будет проходить ток. Таким образом, ток будет проходить по LC-цепи 205 и, соответственно, будет проходить через индукционный элемент 108 (не показан на фиг. 3b) в первом направлении (слева направо на фиг. 3b). Во время следующей фазы контроллер 208 драйвера будет находиться во втором положении переключения, в котором потенциал +v 202 подается на первую соединительную линию 330 питания, а потенциал GND 206 подается на вторую соединительную линию 332 питания. Таким образом, к выводам затворов первого и третьего транзисторов Q1, Q3 будет приложен потенциал +v 202, а к выводам затворов второго и четвертого транзисторов Q2, Q4 будет приложен потенциал GND 206, следовательно, первый транзистор Q1 и четвертый транзистор Q4 будут находиться в выключенном состоянии, то есть через них по существу не будет проходить ток, а второй транзистор Q2 и третий транзистор Q3 будут находиться во включенном состоянии, то есть через них будет проходить ток. Таким образом, ток будет проходить по LC-цепи 205 и, соответственно, будет проходить через индукционный элемент 108 (не показан на фиг. 3b) во втором направлении (справа налево на фиг. 3b), противоположном первому направлению. Таким образом, чередуя первое и второе положения переключения контроллера 208 драйвера, можно управлять драйвером 204' для снабжения (то есть подачи) переменным током LC-цепи 205 и, соответственно, индукционного элемента 108. Поскольку, согласно указанному примеру, контроллер 208 драйвера предназначен регулировать лишь два потенциала, можно упростить логическую схему этого контроллера 208 и, следовательно, можно упростить сам контроллер 208 и, соответственно, снизить его себестоимость.

Драйвер 204 согласно первому примеру, так же как и драйвер 204' согласно второму примеру, могут содержать один или несколько полумостов (не показаны). Например, драйвер может содержать первый полумост, образованный первым и третьим транзисторами Q1, Q3, и/или второй полумост, образованный вторым и четвертым транзисторами Q2, Q4. Например, первый полумост (не показан) может содержать первый транзистор Q1 (являющийся p-канальным полевым транзистором, например, p-канальным полевым МОП-транзистором) и третий транзистор Q3 (являющийся n-канальным полевым транзистором, например, n-канальным полевым МОП-транзистором), при этом первый и третий транзисторы Q1, Q3 заключены в первый корпус (не показан). Например, первый корпус (не показан), в который заключены первый и третий транзисторы Q1, Q3, может быть изготовлен из пластического материала методом формования или из другого подходящего материала. Аналогично, второй полумост (не показан) может содержать второй транзистор Q2 (являющийся p-канальным полевым транзистором, например, p-канальным полевым МОП-транзистором) и четвертый транзистор Q4 (являющийся n-канальным полевым транзистором, например, n-канальным полевым МОП-транзистором), при этом второй и четвертый транзисторы Q2, Q4 заключены во второй корпус (не показан). Например, второй корпус (не показан), в который заключены второй и четвертый транзисторы Q2, Q4, может быть изготовлен из пластического материала методом формования или из другого подходящего материала. Первый и/или второй полумост может представлять собой, например, DMC1017UPD фирмы Diodes Incorporated.
Как упоминалось выше, p-канальный полевой МОП-транзистор (p-MOSFET) обычно имеет более высокое сопротивление исток-сток, чем n-канальный полевой МОП-транзистор (n-MOSFET), следовательно, при использовании устройства p-MOSFET может выделять больше тепла, чем n-MOSFET. Это может повлиять на стабильность работы драйверов 204, 204'. Благодаря корпусу, вмещающему p-MOSFET и n-MOSFET, образующие полумост, обеспечивается равномерное распределение избыточного тепла в устройстве, следовательно, улучшается стабильность работы схемы, может быть предотвращен перегрев p-MOSFET, в результате чего, повышается эффективность. Кроме того, в драйверах 204, 204', содержащих первый и второй полумост, тепло, выделяемое p-полевыми транзисторами H-моста, может по существу равномерно распределяться между первым и вторым полумостом. Таким образом, может быть улучшена стабильность работы драйвера 204, 204', может быть предотвращен перегрев p-MOSFET, в результате чего, повышается эффективность.
Согласно приведенным выше примерам, драйверы 204, 204' содержат транзисторы Q1, Q2 верхнего плеча, образующие пару 304 транзисторов верхнего плеча, которые представляют собой p-канальные полевые транзисторы, в частности, p-канальные полевые МОП-транзисторы, и содержит транзисторы Q3, Q4 нижнего плеча, которые представляют собой n-канальные полевые транзисторы, в частности, n-канальные полевые МОП-транзисторы. Однако следует отметить, что согласно некоторым примерам по меньшей мере один транзистор из пары транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча представляет собой p-канальный полевой транзистор, а другой транзистор из пары транзисторов Q1, Q2 верхнего плеча может отличаться от p-канального полевого транзистора и/или один или оба транзистора из пары полевых транзисторов Q3, Q4 нижнего плеча могут отличаться от n-канальных полевых транзисторов, хотя это не является обязательным. По меньшей мере один p-канальный полевой транзистор из пары транзисторов верхнего плеча можно регулировать посредством переключающего потенциала в диапазоне между +v 202 и GND 206, при этом для подачи переключающего потенциала не требуется средство, отличное от батареи 104, следовательно, можно упростить электронную схему 106 и, соответственно, снизить ее себестоимость.
В приведенных выше примерах драйверы 204, 204' содержат по четыре транзистора Q1, Q2, Q3, Q4, расположенные в конфигурации H-моста, но следует отметить, что, согласно другим примерам, драйверы 204, 204' могут содержать дополнительные транзисторы, которые могут быть или не быть частью H-моста.
Хотя в приведенных выше примерах полевые транзисторы Q1, Q2, Q3, Q4 представляют собой полевые МОП-транзисторы в режиме обеднения, следует понимать, что это не является обязательным, согласно другим примерам, могут использоваться полевые транзисторы другого типа.
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.