ПРИБОР ДЛЯ УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАЦИИ АЭРОЗОЛЯ
APPLIANCE FOR AN AEROSOL GENERATION APPARATUS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к прибору для устройства генерации аэрозоля, в частности, к прибору для определения свойства структуры токоприемника для использования с устройством генерации аэрозоля.
Уровень техники
Курительные изделия, как сигареты, сигары и т.п. во время их использования сжигают табак для получения табачного дыма. Были предприняты попытки предложить альтернативы этим изделиям путем создания продуктов, которые высвобождают соединения без горения. Примерами таких продуктов являются так называемые продукты "нагрева без горения" или устройства или продукты для нагревания табака, которые выделяют соединения при нагревании, но не сжигании материала. Материал может представлять собой, например, табак или другие нетабачные продукты, которые могут содержать, а могут и не содержать никотин.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен прибор для устройства генерации аэрозоля, прибор содержит цепь, содержащую индуктивный элемент для нагрева токоприемной структуры, чтобы нагревать материал, генерирующий аэрозоль; и контроллер, выполненный с возможностью определять изменение электрического параметра цепи, когда цепь переходит из ненагруженного состояния, в котором токоприемная структура не связана индуктивно с индуктивным элементом, в нагруженное состояние, в котором токоприемная структура индуктивно связана с индуктивным элементом; и определять свойство токоприемной структуры, исходя из изменения электрического параметра цепи.
Цепь может быть переведена из ненагруженного состояния в нагруженное состояние, когда токоприемную структуру вставляют в устройство, и цепь может быть переведена из нагруженного состояния в ненагруженное состояние, когда токоприемную структуру удаляют из устройства.
Изменение электрического параметра может быть определено путем сравнения значения параметра, измеренного, когда цепь находится в нагруженном состоянии, со значением параметра, измеренного, когда цепь находится в ненагруженном состоянии.
Изменение электрического параметра может быть определено путем сравнения значения параметра, измеренного, когда цепь находится в нагруженном состоянии, с предварительно заданным значением параметра, соответствующим цепи в ненагруженном состоянии.
Определение свойства токоприемной структуры может содержать следующее: сравнение определенного изменения значения электрического параметра со списком, состоящим из по меньшей мере одного сохраненного значения, при этом свойство токоприемной структуры указывается путем определения того, какому значению в списке соответствует определенное изменение.
Контроллер может быть выполнен с возможностью разрешать активацию устройства, генерирующего аэрозоль, для использования или не разрешать активацию устройства, генерирующего аэрозоль, для использования в зависимости от определенного свойства токоприемного устройства.
Контроллер может быть выполнен с возможностью определять свойство токоприемной структуры на основании величины изменения электрического параметра цепи.
Контроллер может быть выполнен с возможностью определять свойство токоприемной структуры на основании знака изменения электрического параметра цепи.
Свойство токоприемной структуры может представлять собой следующее: присутствует ли токоприемная структура в устройстве, а контроллер может быть выполнен с возможностью определять, присутствует ли токоприемная структура в устройстве на основании того, имеется или отсутствует изменение электрического параметра.
Прибор может содержать устройство измерения температуры, а контроллер может быть выполнен с возможностью принимать измеренную температуру токоприемной структуры от устройства измерения температуры в то время, когда цепь переводят между нагруженным состоянием и ненагруженным состоянием, и использовать измеренную температуру токоприемной структуры при определении свойства токоприемной структуры.
Токоприемная структура может быть в расходной детали, содержащей материал, генерирующий аэрозоль, который необходимо нагревать, и контроллер может быть выполнен с возможностью определять свойство расходной детали на основе определенного свойства токоприемной структуры.
Свойство расходной детали может содержать индикатор того, является ли расходная деталь одобренной расходной деталью или нет, а контроллер может быть выполнен с возможностью определять, является ли расходная деталь одобренной расходной деталью, и активировать устройство для использования, если расходная деталь является одобренной расходной деталью, и не активировать устройство для использования, если расходная деталь не является одобренной расходной деталью.
Электрический параметр может представлять собой резонансную частоту цепи.
Электрический параметр может представлять собой эффективное групповое сопротивление r индуктивного элемента и токоприемной структуры.
Прибор также может содержать емкостный элемент и переключающее устройство, позволяющее генерировать переменный ток от источника постоянного напряжения и пропускать его через индуктивный элемент; и контроллер может быть выполнен с возможностью определять эффективное сопротивление r , исходя из частоты переменного тока, подаваемого на индуктивный элемент, постоянного тока от источника постоянного напряжения и постоянного напряжения источника постоянного напряжения, и при этом контроллер определяет эффективное групповое сопротивление r индуктивного элемента и токоприемной структуры в соответствии с соотношением:
где – постоянное напряжение, – постоянный ток, – емкость цепи, – частота переменного тока, подаваемого на индуктивный элемент.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ определения свойства токоприемной структуры для устройства, генерирующего аэрозоль, при этом токоприемная структура предназначена для нагрева материала, генерирующего аэрозоль, а устройство, генерирующее аэрозоль, содержит контроллер и цепь, содержащую индуктивный элемент для нагрева токоприемника, при этом способ содержит следующее: посредством контроллера определяют изменение электрического параметра цепи, когда цепь переходит между ненагруженным состоянием, в котором токоприемная структура не связана индуктивно с индуктивным элементом, и нагруженным состоянием, в котором токоприемная структура индуктивно связана с индуктивным элементом; и с помощью контроллера определяют свойство токоприемной структуры, исходя из изменения электрического параметра цепи.
Токоприемная структура может быть расположена в расходной детали, содержащей материал, генерирующий аэрозоль, который необходимо нагреть, и способ может содержать следующее: определяют свойство расходной детали, исходя из свойства токоприемной структуры.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен контроллер для устройства, генерирующего аэрозоль, при этом контроллер выполнен с возможностью выполнять способ в соответствии со вторым аспектом.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее прибор в соответствии с первым аспектом.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения предложен набор машиночитаемых команд, при выполнении которых контроллером в устройстве, генерирующем аэрозоль, контроллер выполняет способ в соответствии со вторым аспектом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано устройство генерации аэрозоля, в соответствии с примером;
на фиг. 2 схематично показана резонансная цепь в соответствии с примером;
на фиг. 3 показаны графики зависимости резонансной частоты резонансной цепи, показанной на фиг. 2, от времени в соответствии с примером.
Подробное описание изобретения
Индукционный нагрев – это процесс нагрева электропроводящего объекта (или токоприемника) с помощью электромагнитной индукции. Индукционный нагреватель может содержать индуктивный элемент, например индукционную катушку, и устройство для пропускания меняющегося электрического тока, например переменного электрического тока, через индуктивный элемент. Меняющийся электрический ток в индуктивном элементе создает изменяющееся магнитное поле. Переменное магнитное поле пронизывает токоприемник, расположенный соответствующим образом относительно индуктивного элемента, создавая в токоприемнике вихревые токи. Токоприемник обладает электрическим сопротивлением вихревым токам, и, следовательно, протекание вихревых токов против этого сопротивления вызывает нагрев токоприемника за счет джоулева нагрева. В случаях, когда токоприемник содержит ферромагнитный материал, такой как железо, никель или кобальт, тепло может также генерироваться в токоприемнике из-за потерь на магнитный гистерезис, то есть при изменении ориентации магнитных диполей в магнитном материале в результате их выравнивания с изменяющимся магнитным полем.
При индукционном нагреве, по сравнению, например, с нагревом посредством теплопередачи, тепло выделяется внутри токоприемника, что обеспечивает быстрый нагрев. Кроме того, нет необходимости в каком-либо физическом контакте между индукционным нагревателем и токоприемником, что обеспечивает большую свободу в структуре и применении.
Индукционный нагреватель может содержать LC-цепь, обладающую индуктивностью L, обеспечиваемую индуктивным элементом, например электромагнитом, который может быть выполнен с возможностью индуктивного нагрева токоприемника, и емкостью C, обеспечиваемую конденсатором. В некоторых случаях цепь может быть представлена в виде RLC-цепи, содержащей сопротивление R, обеспечиваемое резистором. В некоторых случаях сопротивление обеспечивают омическим сопротивлением частей цепи, соединяющих индуктивный элемент и конденсатор, и, следовательно, цепь не обязательно должна включать в себя резистор как таковой. Такую цепь можно называть, например, LC-схемой. В таких цепях может наблюдаться электрический резонанс, который возникает на определенной резонансной частоте, когда мнимые части импедансов или комплексных проводимостей элементов цепи компенсируют друг друга.
Одним из примеров цепи, демонстрирующей электрический резонанс, является LC-цепь, содержащая индуктивный элемент, конденсатор и, как вариант, резистор. Одним из примеров LC-цепи является последовательная цепь, в которой индуктивный элемент и конденсатор соединены последовательно. Другой пример LC-цепи – это параллельная LC-цепь, в которой индуктивный элемент и конденсатор соединены параллельно. Резонанс возникает в LC-цепи, потому что ослабевающее магнитное поле индуктивного элемента генерирует электрический ток в его обмотках, который заряжает конденсатор, в то время как разряжающийся конденсатор обеспечивает электрический ток, который создает магнитное поле в индуктивном элементе. Здесь описан пример параллельной LC-цепи. Когда параллельную LC-цепь приводят в действие на резонансной частоте, динамический импеданс цепи является максимальным (поскольку реактивное сопротивление индуктивного элемента равно реактивному сопротивлению конденсатора), а ток в цепи минимален. Однако для параллельной LC-цепи параллельно соединенные индуктивный элемент и конденсатор действуют как умножитель тока (эффективно умножая ток в контуре и, следовательно, ток, проходящий через индуктивный элемент). Таким образом, приведение RLC- или LC-цепи к резонансной частоте или близко к ней может обеспечить эффективный и/или действенный индукционный нагрев за счет обеспечения наибольшего значения магнитного поля, пронизывающего токоприемник.
Транзистор – это полупроводниковое устройство для переключения электронных сигналов. Транзистор обычно содержит по меньшей мере три вывода для подключения к электронной схеме. В некоторых примерах предшествующего уровня техники переменный ток могут подавать в цепь с использованием транзистора путем подачи управляющего сигнала, который заставляет транзистор переключаться на заранее определенной частоте, например, на резонансной частоте цепи.
Полевой транзистор (FET) – это транзистор, в котором влияние приложенного электрического поля можно использовать 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 носители заряда, электроны или дырки, могут течь между истоком S и стоком D. Проводимость канала, то есть проводимость между стоком D и истоком S, является функцией разности потенциалов между выводами затвора G и истока S, например, создаваемой потенциалом, приложенным к выводу G затвора. В полевых транзисторах, работающих в режиме обогащения, полевой транзистор может быть выключен (т.е. по существу предотвращать прохождение тока через него), когда имеется по существу нулевое напряжение между затвором G и истоком S, и может быть включен (то есть по существу позволять току проходить через него), когда имеется существенно ненулевое напряжение между затвором G и истоком S.
n-канальный полевой транзистор (или полевой транзистор n-типа) (n-FET) представляет собой полевой транзистор, канал которого состоит из полупроводника n-типа, в котором электроны являются основными носителями, а дырки – неосновными носителями. Например, полупроводники n-типа могут содержать собственный полупроводник (такой как, например, кремний), легированный донорными примесями (такими как, например, фосфор). В n-канальных полевых транзисторах вывод D стока находится под более высоким потенциалом, чем вывод S истока (т.е. имеется положительное напряжение сток-исток или, другими словами, отрицательное напряжение исток-сток). Чтобы включить n-канальный полевой транзистор (то есть позволить току проходить через него), на вывод G затвора подают переключающий потенциал, который выше, чем потенциал на выводе S истока.
p-канальный полевой транзистор (или полевой транзистор p-типа) (p-FET) представляет собой полевой транзистор, канал которого состоит из полупроводника p-типа, в котором дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными носителями. Например, полупроводники p-типа могут содержать собственный полупроводник (такой как, например, кремний), легированный акцепторными примесями (такими как, например, бор). В p-канальных полевых транзисторах вывод S истока находится под более высоким потенциалом, чем вывод D стока (т.е. имеется напряжение отрицательное сток-исток или, другими словами, положительное напряжение исток-сток). Чтобы включить p-канальный полевой транзистор (то есть позволить току проходить через него), на вывод G затвора подают переключающий потенциал, который ниже, чем потенциал на выводе S истока (и который может быть, например, выше, чем потенциал на выводе D стока).
Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET, 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 быть оксидом (таким как, например, диоксид кремния), отсюда в названии "металл-оксид-полупроводник". Однако в других примерах затвор может быть изготовлен из материалов, отличных от металла, таких как поликремний, и/или изолирующий слой может быть выполнен из материалов, отличных от оксида, например, других диэлектрических материалов. Такие устройства, тем не менее, обычно называют полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET), и надо понимать, что используемый здесь термин полевые транзисторы или МОП-транзисторы следует интерпретировать как включающий в себя такие устройства.
МОП-транзистор может представлять собой n-канальный МОП-транзистор (или транзистор n-типа), где полупроводник n-типа. n-канальный МОП-транзистор (n-MOSFET, МОП-транзистор n-типа) может работать так же, как описано выше для n-канального полевого транзистора. В качестве другого примера, МОП-транзистор может представлять собой p-канальный МОП-транзистор (или транзистор p-типа), где полупроводник p-типа. p-канальный МОП-транзистор (p-MOSFET, МОП-транзистор p-типа) может работать так же, как описано выше для p-канального полевого транзистора. МОП-транзистор n-типа обычно имеет более низкое сопротивление исток-сток, чем МОП-транзистор p-типа. Следовательно, во включенном состоянии (т.е. когда через него проходит ток) МОП-транзисторы n-типа выделяют меньше тепла по сравнению c МОП-транзисторами p-типа, и, следовательно, могут тратить меньше энергии при работе, чем МОП-транзисторы p-типа. Кроме того, МОП-транзисторы n-типа обычно имеют более короткое время переключения (т.е. характеристическое время отклика от изменения переключающего потенциала, подаваемого на вывод G затвора, до переключения прохождения тока через МОП-транзистор) по сравнению с МОП-транзисторами р-типа. Это может позволить повысить скорость переключения и улучшить управление переключением.
На фиг. 1 схематично показано устройство 100 генерации аэрозоля, в соответствии с примером. Устройство 100 генерации аэрозоля содержит источник 104 питания постоянного тока, в этом примере батарею 104, цепь 150, содержащую индуктивный элемент 158, токоприемную структуру 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль.
В примере, показанном на фиг. 1, токоприемная структура 110 расположена внутри расходной детали 120 вместе с материалом 116, генерирующим аэрозоль. Источник 104 питания постоянного тока электрически соединен с цепью 150 и выполнен с возможностью подачи электроэнергии постоянного тока на цепь 150. Устройство 100 также содержит схему 106 управления, также называемую здесь контроллером. В этом примере цепь 150 подключена к батарее 104 через схему 106 управления.
Схема 106 управления может содержать средство для включения и выключения устройства 100, например, в ответ на ввод пользователя. Схема 106 управления может, например, содержать детектор затяжки (не показан), известный сам по себе, и/или может принимать пользовательский ввод с помощью по меньшей мере одной кнопки или сенсорного элемента управления (не показан). Схема 106 управления может содержать средство для контроля температуры компонентов устройства 100 или компонентов расходной детали 120, вставленной в устройство. В дополнение к индуктивному элементу 158 схема 150 содержит другие компоненты, которые описаны ниже.
Индуктивный элемент 158 может представлять собой, например, катушку, которая может быть, например, плоской. Индуктивный элемент 158 может быть выполнен, например, из меди (которая имеет сравнительно низкое удельное сопротивление). Схема 150 предназначена для преобразования входного постоянного тока от источника 104 постоянного тока в изменяющийся, например, переменный ток через индуктивный элемент 158. Цепь 150 предназначена для пропускания переменного тока через индуктивный элемент 158.
Токоприемная структура 110 расположена относительно индуктивного элемента 158 для индуктивной передачи энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной структуры 110. Токоприемная структура 110 может быть выполнена из любого подходящего материала, который может быть нагрет индуктивно, например из металла или металлического сплава, например из стали. В некоторых реализациях токоприемная структура 110 может содержать или быть полностью выполнена из ферромагнитного материала, который может содержать один или комбинацию металлов, таких как железо, никель и кобальт. В некоторых реализациях токоприемная структура 110 может состоять или быть полностью выполнена из не являющегося ферромагнитным материала, например из алюминия. Индуктивный элемент 158, через который пропускают переменный ток, вызывает нагрев токоприемной структуры 110 за счет джоулева нагрева и/или за счет магнитного гистерезисного нагрева, как описано выше. Токоприемная структура 110 выполнена с возможностью нагрева материала 116, генерирующего аэрозоль, например, за счет теплопроводности, конвекции и/или нагрева излучением, с целью образования аэрозоля при использовании. В некоторых примерах токоприемная структура 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль, образуют единый блок, который может быть вставлен и/или удален из устройства 100, генерирующего аэрозоль, и может быть одноразовым. В некоторых примерах индуктивный элемент 158 может быть снят с устройства 100, например, для замены. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, может быть переносным. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью нагревания материала 116, генерирующего аэрозоль, для создания аэрозоля для вдыхания пользователем.
Отметим, что в данном контексте выражение "материал, генерирующий аэрозоль" обозначает вещества, которые выделяют летучие компоненты при нагревании, обычно в виде пара или аэрозоля. "Материал, генерирующий аэрозоль" может представлять собой не содержащий табака материал или табакосодержащий материал. Например, материал, генерирующий аэрозоль, может быть табаком или содержать его. Материал, генерирующий аэрозоль, например, может включать в себя одно или несколько из следующего: табак сам по себе, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак, табачный экстракт, гомогенизированный табак или заменители табака. Материал, генерирующий аэрозоль, может быть в виде молотого табака, резаных листьев табака, экструдированного табака, восстановленного табака, восстановленного аэрозолируемого материала, жидкости, геля, гелевого листа, порошка или агломератов и т.п. Материал, генерирующий аэрозоль, также может включать в себя другие, не являющиеся табачными продукты, которые в зависимости от продукта могут содержать, а могут и не содержать никотин. Материал, генерирующий аэрозоль, может содержать один или несколько увлажнителей, таких как глицерин или пропиленгликоль.
Возвращаясь к фиг. 1, устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит внешний корпус 112, в котором размещен источник 104 постоянного тока, схема 106 управления и цепь 150, содержащая индуктивный элемент 158. Расходную деталь 120, содержащую токоприемную структуру 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль, в этом примере также вставляют в корпус 112, чтобы подготовить устройство 100 к использованию. Внешний корпус 112 содержит мундштук 114, позволяющий аэрозолю, образующемуся при использовании, выходить из устройства 100.
При использовании пользователь может активировать, например, с помощью кнопки (не показана) или детектора затяжки (не показан), схему 106, чтобы вызвать изменяющийся, например переменный ток, который должен проходить через индуктивный элемент 108, тем самым индуктивно нагревая токоприемную структуру 110, которая, в свою очередь, нагревает материал 116, генерирующий аэрозоль, и заставляет материал 116, генерирующий аэрозоль, генерировать аэрозоль. Образующийся аэрозоль попадает в воздух, втягиваемый в устройство 100 через впуск воздуха (не показан), и тем самым его переносят к мундштуку 104, где аэрозоль выходит из устройства 100 для вдыхания пользователем.
Цепь 150, содержащая индуктивный элемент 158, и токоприемная структура 110 и/или устройство 100 в целом, может быть приспособлена для нагрева материала 116, генерирующего аэрозоль, до определенного диапазона температур для испарения по меньшей мере одного компонента материала 116, генерирующего аэрозоль, без сжигания материала, генерирующего аэрозоль. Например, диапазон температуры может составлять от 50°C до 350°C, например, от 50°C до 300°C, от 100°C до 300°C, от 150°C до 300°C, от 100°C до 200°C, от 200°C до 300°C, или от 150°C до 250°C. В некоторых примерах диапазон температур составляет примерно от 170°C до 250°C. В некоторых примерах диапазон температур может отличаться от этого диапазона, а верхний предел диапазона температур может быть больше 300°C.
Следует понимать, что может существовать разница между температурой токоприемной структуры 110 и температурой материала 116, генерирующего аэрозоль, например, во время нагревания токоприемной структуры 110, например, когда скорость нагрева велика. Таким образом, следует понимать, что в некоторых примерах температура, до которой нагревают токоприемную структуру 110, может быть, например, выше, чем температура, до которой желательно нагревать материал 116, генерирующий аэрозоль.
Теперь обратимся к фиг. 2, на которой показан пример цепи 150, которая является резонансной цепью, для индуктивного нагрева токоприемной структуры 110. Резонансная цепь 150 содержит индуктивный элемент 158 и конденсатор 156, соединенные параллельно.
Резонансная цепь 150 содержит переключающее устройство M1, M2, которое в этом примере содержит первый транзистор M1 и второй транзистор M2. Первый транзистор M1 и второй транзистор M2 содержат первый вывод G, второй вывод D и третий вывод S. Вторые выводы D первого транзистора M1 и второго транзистора M2 подключены к одной из сторон параллельного подключенных индуктивного элемента 158 и конденсатора 156, как будет более подробно объяснено ниже. Третьи выводы S первого транзистора M1 и второго транзистора M2 соединены с землей 151. В примере, показанном на фиг. 2, первый транзистор M1 и второй транзистор M2 являются МОП-транзисторами, а первые выводы G – выводами затвора, вторые выводы D – выводами стока, а третьи выводы S – выводами истока.
Следует понимать, что в альтернативных примерах можно использовать другие типы транзисторов вместо полевых МОП-транзисторов, описанных выше.
Резонансная цепь 150 имеет индуктивность L и емкость C. Индуктивность L резонансной цепи 150 обеспечена индуктивным элементом 158, и на нее также может влиять индуктивность токоприемной структуры 110, которая выполнена с возможностью индуктивного нагрева посредством индуктивного элемента 158. Индуктивный нагрев токоприемной структуры 110 осуществляют посредством переменного магнитного поля, создаваемого индуктивным элементом 158, который, как описано выше, вызывает джоулев нагрев и/или потери магнитного гистерезиса в токоприемной структуры 110. Часть индуктивности L резонансной цепи 150 может быть связана с магнитной проницаемостью токоприемной структуры 110. Изменяющееся магнитное поле, создаваемое индуктивным элементом 158, создается изменяющимся, например переменным током, протекающим через индуктивный элемент 158.
Индуктивный элемент 158, например, может иметь форму проводящего элемента, свернутого в спираль. Например, индуктивный элемент 158 может быть медной катушкой. Индуктивный элемент 158 может содержать, например, многожильный провод, такой как высокочастотный обмоточный провод, например провод, содержащий несколько индивидуально изолированных проводов, скрученных вместе. Сопротивление многожильного провода переменному току зависит от частоты, и многожильный провод может быть выполнен таким образом, чтобы потребление энергии индуктивным элементом уменьшалось на частоте возбуждения. В качестве другого примера индуктивный элемент 158 может представлять собой, например, спиральную дорожку на печатной плате. Использование спиральной дорожки на печатной плате может быть полезно, поскольку это дает жесткую и самонесущую дорожку с поперечным сечением, что устраняет любые требования к многожильному проводу (который может быть дорогим), которую можно производить серийно с высокой воспроизводимостью при низкой стоимости. Хотя показан один индуктивный элемент 158, понятно, что может быть более одного индуктивного элемента 158, предназначенного для индукционного нагрева одного или нескольких токоприемных структур 110.
Емкость C резонансной цепи 150 обеспечивают конденсатором 156. Конденсатор 156 может представлять собой, например, керамический конденсатор класса 1, например конденсатор типа COG. Полная емкость C может также включать паразитную емкость резонансной цепи 150; однако она пренебрежимо мала по сравнению с емкостью, обеспечиваемой конденсатором 156.
Сопротивление резонансной цепи 150 не показано на фиг. 2, но следует понимать, что сопротивление цепи может быть обеспечено сопротивлением дорожки или провода, соединяющего компоненты цепи 150, сопротивлением индуктивного элемента 158 и/или сопротивлением току, протекающему по цепи 150, обеспечиваемым токоприемной структурой 110, предназначенной для передачи энергии с помощью индуктивного элемента 158. В некоторых примерах в резонансную цепь 150 могут быть включены один или несколько специальных резисторов (не показаны).
На резонансную цепь 150 подают напряжение V1 постоянного тока, обеспечиваемое источником 104 постоянного тока (см. фиг.1), например батареей. Положительный вывод источника V1 напряжения постоянного тока соединен с резонансной цепью 150 в первой точке 159 и во второй точке 160. Отрицательный вывод (не показан) источника V1 напряжения постоянного тока соединен с землей 151 и, следовательно, в этом примере, с выводами S истока обоих полевых МОП-транзисторов M1 и M2. В примерах напряжение V1 питания постоянного тока могут подавать в резонансную цепь непосредственно от батареи или через промежуточный элемент.
Следовательно, резонансную цепь 150 можно рассматривать как электрический мост с индуктивным элементом 158 и конденсатором 156, включенными параллельно между двумя плечами моста. Резонансная цепь 150 действует, создавая эффект переключения, описанный ниже, в результате чего через индуктивный элемент 158 протекает переменный ток, создавая, таким образом, переменное магнитное поле и нагревая токоприемную структуру 110.
Первая точка 159 подключена к первому узлу A, расположенному на первой стороне параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156. Вторая точка 160 подключена ко второму узлу B, расположенному на второй стороне параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156. Первый дроссель 161 включен последовательно между первой точкой 159 и первым узлом A, а второй дроссель 162 включен последовательно между второй точкой 160 и вторым узлом B. Первый и второй дроссели 161 и 162 служат для отфильтровывания частот переменного тока, не пропуская их в цепь из первой точки 159 и второй точки 160 соответственно, но позволяя проходить постоянному току в индуктивный элемент 158 и через него. Дроссели 161 и 162 позволяют напряжению в узлах A и B колебаться с небольшими или отсутствующими видимыми эффектами в первой точке 159 или второй точке 160.
В этом конкретном примере первый полевой МОП-транзистор M1 и второй полевой МОП-транзистор M2 представляют собой полевые n-канальные МОП-транзисторы, работающие в режиме обогащения. Вывод стока первого полевого МОП-транзистора M1 подключен к первому узлу A через провод или подобное, в то время как вывод стока второго полевого МОП-транзистора M2 подключен ко второму узлу B через провод или подобное. Вывод истока каждого полевого МОП-транзистора M1, M2 подключен к земле 151.
Резонансная цепь 150 содержит второй источник напряжения V2, источник напряжения затвора (или иногда называемый здесь управляющим напряжением), при этом его положительный вывод подключен к третьей точке 165, которую используют для подачи напряжения на выводы G затвора первого и второго полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Управляющее напряжение V2, подаваемое на третью точку 165 в этом примере, не зависит от напряжения V1, подаваемого на первую и вторую точки 159, 160, что позволяет изменять напряжение V1 без воздействия на управляющее напряжение V2. Первый нагрузочный резистор 163 подключен между третьей точкой 165 и выводом G затвора первого полевого МОП-транзистора M1. Второй нагрузочный резистор 164 подключен между третьей точкой 165 и выводом G затвора второго полевого МОП-транзистора M2.
В других примерах можно использовать транзистор другого типа, например полевой транзистор другого типа. Следует понимать, что эффект переключения, описанный ниже, может быть в равной степени достигнут для другого типа транзистора, который способен переключаться из включенного состояния в выключенное состояние. Значения и полярности питающих напряжений V1 и V2 могут быть выбраны в зависимости от свойств используемого транзистора и других компонентов в схеме. Например, напряжения питания могут быть выбраны в зависимости от того, используется ли n-канальный транзистор или p-канальный, или в зависимости от конфигурации, в которой подключен транзистор, или от разности потенциалов, приложенной к выводам транзистора, что приводит к тому, что транзистор либо включен, либо выключен.
Резонансная цепь 150 также содержит первый диод d1 и второй диод d2, которые в этом примере являются диодами Шотки, но в других примерах может быть использован любой другой подходящий тип диода. Вывод G затвора первого полевого МОП-транзистора M1 соединен с выводом D стока второго полевого МОП-транзистора M2 через первый диод d1, причем проводящее направление первого диода d1 направлено в сторону стока D второго полевого МОП-транзистора M2.
Вывод G затвора второго полевого МОП-транзистора M2 соединен с выводом D стока первого полевого МОП-транзистора M1 через второй диод d2, причем проводящее направление второго диода d2 направлено в сторону стока D первого полевого МОП-транзистора M1. Первый и второй диоды Шотки d1 и d2 могут иметь пороговое напряжение диода около 0,3 В. В других примерах можно использовать кремниевые диоды, имеющие пороговое напряжение диода около 0,7 В. В примерах тип используемого диода выбирают в сочетании с пороговым напряжением затвора, чтобы обеспечить требуемое переключение полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Следует понимать, что тип диода и напряжение V2 питания затвора также можно выбрать в сочетании со значениями нагрузочных резисторов 163 и 164, а также других компонентов резонансной цепи 150.
Резонансная цепь 150 поддерживает ток через индуктивный элемент 158, который представляет собой переменный ток из-за переключения первого и второго полевых МОП-транзисторов M1 и M2. Поскольку в этом примере полевые МОП-транзисторы M1 и M2 являются полевыми МОП-транзисторами, работающими в режиме обогащения, если напряжение, приложенное к выводу затвора G одного из полевых МОП-транзисторов, является таким, что напряжение затвор-исток выше заранее заданного порога для этого полевого МОП-транзистора, то полевой МОП-транзистор переходит во включенное состояние. Тогда ток может течь от вывода D стока к выводу S истока, который подключен к земле 151. Последовательное сопротивление полевого МОП-транзистора в этом включенном состоянии пренебрежимо мало для работы цепи, и можно считать, что вывод D стока имеет потенциал земли, когда полевой МОП-транзистор находится во включенном состоянии. Порог затвор-исток для полевого МОП-транзистора может быть любым подходящим значением для резонансной цепи 150, и понятно, что величину напряжения V2 и сопротивления резисторов 164 и 163 выбирают в зависимости от порогового напряжения затвор-исток полевых МОП-транзисторов M1 и M2 по существу так, чтобы напряжение V2 было больше, чем пороговое напряжение(я) затвора.
Теперь будет описана процедура переключения резонансной цепи 150, которая приводит к изменению тока, протекающего через индуктивный элемент 158, начиная с состояния, при котором напряжение в первом узле A высокое, а напряжение во втором узле B низкое.
Если напряжение в узле A высокое, то напряжение на выводе стока D первого полевого МОП-транзистора M1 также высокое, потому что в этом примере вывод стока M1 подключен непосредственно к узлу A через проводник. В то же время, если напряжение в узле B удерживают низким, то напряжение на выводе D истока второго полевого МОП-транзистора M2 соответственно является низким (в этом примере вывод истока транзистора M2 непосредственно подключен к узлу B через проводник).
Соответственно, в это время значение напряжения стока транзистора M1 высокое и больше, чем напряжение затвора транзистора M2. Поэтому второй диод d2 в это время имеет обратное смещение. Напряжение затвора транзистора M2 в это время больше, чем напряжение на выводе истока транзистора M2, а напряжение V2 таково, что напряжение затвор-исток на транзисторе M2 больше, чем порог включения для МОП-транзистора M2. Таким образом, M2 в это время включен.
В то же время напряжение стока транзистора M2 низкое, и первый диод d1 является прямосмещенным из-за подачи напряжения V2 затвора на вывод затвора транзистора M1. Таким образом, вывод затвора транзистора M1 соединен через прямосмещенный первый диод d1 с выводом стока низкого напряжения второго полевого МОП-транзистора M2, и поэтому напряжение затвора транзистора M1 также низкое. Другими словами, поскольку транзистор M2 включен, он действует как зажим заземления, что приводит к прямому смещению первого диода d1 и низкому напряжению затвора транзистора M1. Таким образом, напряжение затвор-исток транзистора M1 ниже порога включения, и первый полевой МОП-транзистор M1 выключен.
В общем, в этот момент цепь 150 находится в первом состоянии, в котором:
напряжение в узле А высокое;
напряжение в узле B низкое;
первый диод d1 является прямосмещенным;
второй МОП-транзистор M2 включен;
второй диод d2 является обратносмещенным; и
первый полевой МОП-транзистор M1 выключен.
С этого момента, когда второй полевой МОП-транзистор M2 находится во включенном состоянии, а первый полевой МОП-транзистор M1 находится в выключенном состоянии, ток от источника V1 проходит через первый дроссель 161 и через индуктивный элемент 158. Благодаря наличию индуктивного дросселя 161 напряжение в узле A может свободно колебаться. Поскольку индуктивный элемент 158 параллелен конденсатору 156, наблюдаемое напряжение в узле A соответствует полусинусоидальному профилю напряжения. Частота наблюдаемого напряжения в узле A равна резонансной частоте цепи 150.
Напряжение в узле A уменьшается синусоидально с течением времени от максимального значения до 0 в результате ослабления энергии в узле A. Напряжение в узле B поддерживают низким (поскольку МОП-транзистор M2 включен), а индуктивный элемент L заряжается от источника V1 постоянного тока. МОП-транзистор M2 отключается в момент времени, когда напряжение в узле A равно или ниже порогового напряжения затвора транзистора M2 плюс напряжение прямого смещения диода d2. Когда напряжение в узле A наконец достигнет нуля, МОП-транзистор M2 будет полностью выключен.
В то же время или вскоре после этого напряжение в узле B становится высоким. Это происходит из-за резонансной передачи энергии между индуктивным элементом 158 и конденсатором 156. Когда напряжение в узле B становится высоким из-за этой резонансной передачи энергии, ситуация, описанная выше в отношении узлов A и B и полевых МОП-транзисторов M1 и M2, меняется на противоположную. То есть, когда напряжение на A уменьшается до нуля, напряжение стока транзистора M1 уменьшается. Напряжение стока транзистора M1 уменьшается до точки, когда второй диод d2 больше не является обратносмещенным и становится прямосмещенным. Точно так же напряжение в узле B повышается до своего максимума, и первый диод d1 переключается с прямого смещения на обратное. Когда это происходит, напряжение затвора транзистора M1 больше не связано с напряжением стока транзистора M2, и поэтому напряжение затвора транзистора M1 становится высоким при подаче напряжения V2 затвора. Поэтому первый полевой МОП-транзистор M1 переходит во включенное состояние, поскольку его напряжение затвор-исток теперь превышает пороговое значение для включения. Поскольку вывод затвора транзистора M2 теперь соединен через прямосмещенный второй диод d2 с выводом стока низкого напряжения транзистора M1, то напряжение затвора транзистора M2 является низким. Поэтому транзистор M2 переходит в выключенное состояние.
В общем, в этот момент цепь 150 находится во втором состоянии, в котором:
напряжение в узле А низкое;
напряжение в узле B высокое;
первый диод d1 является обратносмещенным;
второй полевой МОП-транзистор M2 выключен;
второй диод d2 является прямосмещенным; и
первый полевой МОП-транзистор M1 включен.
В этот момент ток проходит через индуктивный элемент 158 от напряжения V1 питания через второй дроссель 162. Таким образом, направление тока изменилось на противоположное из-за операции переключения резонансной цепи 150. Резонансная цепь 150 будет продолжать переключаться между описанным выше первым состоянием, в котором первый полевой МОП-транзистор M1 выключен, а второй полевой МОП-транзистор M2 включен, и вышеописанным вторым состоянием, в котором первый полевой МОП-транзистор M1 включен, а второй полевой МОП-транзистор M2 выключен.
В установившемся режиме работы энергия передается между электростатической областью (то есть, конденсатором 156) и магнитной областью (т.е. индуктивным элементом 158), и наоборот.
Чистый эффект переключения возникает в ответ на колебания напряжения в резонансной цепи 150, где происходит передача энергии между электростатической областью (то есть конденсатором 156) и магнитной областью (т.е. индуктивным элементом 158), таким образом создавая изменяющийся со временем ток в параллельной LC-цепи, который изменяется на резонансной частоте резонансной цепи 150. Это предпочтительно для передачи энергии между индуктивным элементом 158 и токоприемной структурой 110, поскольку цепь 150 работает на оптимальном уровне эффективности и, следовательно, обеспечивает более эффективный нагрев материала 116, генерирующего аэрозоль, по сравнению со схемой, работающей без резонанса. Описанное устройство переключения обладает преимуществом, поскольку оно позволяет цепи 150 работать на резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки. Это означает, что в случае изменения свойств цепи 150 (например, если присутствует токоприемник 110 или нет, или если изменяется температура токоприемника, или даже при физическом перемещении токоприемного элемента 110), динамическая природа цепи 150 непрерывно адаптирует свою резонансную точку для оптимальной передачи энергии, что означает, что цепь 150 всегда работает в резонансе. Более того, конфигурация цепи 150 такова, что не требуется внешний контроллер или что-либо подобное для подачи сигналов управляющего напряжения на затворы полевых МОП-транзисторов для осуществления переключения.
В примерах, описанных выше со ссылкой на фиг. 2, на выводы G затвора подают напряжение затвора посредством второго источника питания, который отличается от источника питания напряжения V1 истока. Однако в некоторых примерах на выводы затвора могу подавать то же напряжение, что и напряжение V1 истока. В таких примерах первая точка 159, вторая точка 160 и третья точка 165 в цепи 150 могут, например, быть подключены к одной шине питания. В таких примерах следует понимать, что свойства компонентов цепи должны быть выбраны так, чтобы описанное переключение могло иметь место. Например, напряжение питания затвора и пороговые напряжения диодов следует выбирать таким образом, чтобы колебания цепи запускали переключение полевых МОП-транзисторов на соответствующем уровне. Обеспечение отдельных значений напряжения для напряжения V2 питания затвора и напряжения V1 истока позволяет изменять напряжение V1 истока независимо от напряжения V2 питания затвора, не влияя на работу механизма переключения цепи.
Резонансная частота цепи 150 может находиться в мегагерцовом диапазоне, например, в диапазоне от 0,5 МГц до 4 МГц, например, в диапазоне от 2 МГц до 3 МГц. Следует понимать, что резонансная частота резонансной цепи 150 зависит от индуктивности L и емкости C цепи 150, как указано выше, что, в свою очередь, зависит от индуктивного элемента 158, конденсатора 156, а также от токоприемной структуры 110. По существу, резонансная частота цепи 150 может варьироваться от реализации к реализации. Например, частота может находиться в диапазоне от 0,1 МГц до 4 МГц, или в диапазоне от 0,5 МГц до 2 МГц, или в диапазоне от 0,3 МГц до 1,2 МГц. В других примерах резонансная частота может находиться в диапазоне, отличном от описанного выше. Как правило, резонансная частота будет зависеть от характеристик цепи, таких как электрические и/или физические свойства используемых компонентов, включая токоприемную структуру 110.
Также понятно, что свойства резонансной цепи 150 могут быть выбраны на основе других факторов для данной токоприемной структуры 110. Например, чтобы улучшить передачу энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной структуры 110, может быть полезно выбрать глубину скин-слоя (то есть глубину от поверхности токоприемной структуры 110, в пределах которой плотность тока падает на коэффициент 1/e, который по меньшей мере является функцией частоты) на основе свойств материала токоприемной структуры 110. Глубина скин-слоя различается для разных материалов токоприемных структур 110 и уменьшается с увеличением частоты возбуждения. С другой стороны, например, чтобы уменьшить долю мощности, подаваемой в резонансную цепь 150 и/или приводной элемент 102, которая теряется в виде тепла внутри электронных компонентов, может быть предпочтительной схема, которая работает на сравнительно более низких частотах. Поскольку в этом примере частота возбуждения равна резонансной частоте, здесь рассматривают вопросы, касающиеся частоты возбуждения, в отношении получения соответствующей резонансной частоты, например, путем разработки токоприемной структуры 110 и/или использования конденсатора 156 с определенной емкостью и индуктивного элемента 158 с определенной индуктивностью. Поэтому в некоторых примерах в качестве подходящего и/или желательного может быть выбран компромисс между этими факторами.
0
Резонансная цепь 150 на фиг. 2 имеет резонансную частоту f, при которой ток I минимизируют, а динамический импеданс максимизируют. Резонансная цепь 150 работает на этой резонансной частоте, и поэтому колеблющееся магнитное поле, создаваемое индуктивным элементом 158, является максимальным, а индукционный нагрев токоприемной структуры 110 индуктивным элементом 158 максимален.
В некоторых примерах индукционным нагревом токоприемной структуры 110 резонансной цепью 150 можно управлять, управляя напряжением питания, подаваемым в резонансную цепь 150, которое, в свою очередь, может управлять током, протекающим в резонансной цепи 150, и, следовательно, может управлять энергией, передаваемой токоприемной структуры 110 посредством резонансной цепи 150, и, следовательно, степенью, до которой нагревают токоприемную структуру 110. Понятно, что в других примерах температуру токоприемной структуры 110 можно контролировать и регулировать, например, путем изменения напряжения (например, путем изменения величины подаваемого напряжения или изменения рабочего цикла импульса сигнала напряжения широтно-импульсной модуляции), подаваемого на индуктивный элемент 158 в зависимости от того, надо ли в большей или меньшей степени нагревать токоприемную структуру 110.
0
Как упоминалось выше, индуктивность L резонансной цепи 150 обеспечивают индуктивным элементом 158, предназначенным для индукционного нагрева токоприемной структуры 110. По меньшей мере часть индуктивности L резонансной цепи 150 связана с магнитной проницаемостью токоприемной структуры 110. Поэтому, индуктивность L и, следовательно, резонансная частота f резонансной цепи 150 может зависеть от конкретного используемого токоприемника(ов) и его положения относительно индуктивного элемента(ов) 158, которое может время от времени изменяться. Кроме того, магнитная проницаемость токоприемной структуры 110 может изменяться при изменении температуры токоприемника 110.
В примерах, описанных в данном документе, токоприемная структура 110 содержится в расходной детали и, поэтому, является сменной. Например, токоприемная структура 110 может быть одноразовой и, например, может быть интегрирована в материал 116, генерирующий аэрозоль, который она должна нагревать. Резонансная цепь 150 позволяет схеме работать на резонансной частоте, автоматически учитывая различия в структуры и/или типе материала различных токоприемных структур 110 и/или различия в размещении токоприемных структур 110 относительно индуктивного элемента 158 при замене токоприемной структуры 110. Кроме того, резонансная цепь выполнена с возможностью работать в резонансе независимо от конкретного индуктивного элемента 158 или от любого используемого компонента резонансной цепи 150. Это особенно полезно для того, чтобы учитывать изменения в производстве как в отношении токоприемной структуры 110, так и в отношении других компонентов цепи 150. Например, резонансная цепь 150 позволяет цепи продолжать работать на резонансной частоте независимо от использования различных индуктивных элементов 158 с разными значениями индуктивности и/или различий в размещении индуктивного элемента 158 относительно токоприемной структуры 110. Цепь 150 также может работать в резонансе, даже если компоненты заменяют в течение срока службы устройства.
0
0
MAX
MAX
MAX
0
0
Теперь будет описана работа устройства 100, генерирующего аэрозоль, содержащего резонансную цепь 150, в соответствии с примером. Перед включением устройства 100 устройство 100 может находиться в выключенном состоянии, то есть в резонансной цепи 150 ток не течет. Устройство 150 переключают во включенное состояние, например, пользователь включает устройство 100. После включения устройства 100 резонансная цепь 150 начинает потреблять ток от источника 104 напряжения, при этом ток, проходящий через индуктивный элемент 158, изменяется с резонансной частотой f.Устройство 100 может оставаться во включенном состоянии до тех пор, пока контроллер 106 не получит новый входной сигнал, например, пока пользователь не перестанет нажимать кнопку (не показана), или пока детектор затяжки (не показан) будет активирован, или пока не истечет максимальное время нагрева. Резонансная цепь 150, работающая на резонансной частоте f, заставляет переменный ток I течь в резонансной цепи 150 и индуктивном элементе 158 и, следовательно, индуктивно нагревать токоприемную структуру 110. Поскольку токоприемную структуру 110 нагревают индуктивно, ее температура (и, следовательно, температура материала 116, генерирующего аэрозоль) увеличивается. В этом примере токоприемная структура 110 (и материал 116, генерирующий аэрозоль) нагревают так, что она достигает постоянной температуры T.Температура T может представлять собой температуру, которая по существу равна температуре, при которой материал 116, генерирующий аэрозоль, генерирует значительное количество аэрозоля. Температура T может составлять, например, от около 200 до около 300°C (хотя, конечно, это может быть другая температура в зависимости от материала 116, токоприемной структуры 110, компоновки всего устройства 100 и/или других требований и/или условий). Таким образом, устройство 100 находится в состоянии или режиме "нагрева", при котором материал 116, образующий аэрозоль, достигает температуры, при которой в основном образуется аэрозоль или образуется значительное количество аэрозоля. Следует понимать, что в большинстве, если не во всех случаях, при изменении температуры токоприемной структуры 110 изменяется и резонансная частота f резонансной цепи 150. Это связано с тем, что магнитная проницаемость токоприемной структуры 110 является функцией температуры, и, как описано выше, магнитная проницаемость токоприемной структуры 110 влияет на связь между индуктивным элементом 158 и токоприемной структурой 110 и, следовательно, на резонансную частоту f резонансной цепи 150.
В настоящем раскрытии преимущественно описана конфигурация параллельной LC-цепи. Как упоминалось выше, для параллельной LC-цепи в резонансе импеданс является максимальным, а ток минимальным. Отметим, что минимальный ток обычно относится к току, наблюдаемому за пределами параллельного LC-контура, например, слева от дросселя 161 или справа от дросселя 162. И наоборот, в последовательной LC-цепи ток является максимальным, и, вообще говоря, необходимо вставить резистор, чтобы ограничить ток до безопасного значения, который в противном случае может повредить некоторые электрические компоненты в цепи. Обычно это снижает эффективность схемы, поскольку через резистор теряют энергию. Параллельная цепь, работающая в резонансе, не требует таких ограничений.
0
В некоторых примерах токоприемная структура 110 содержит или состоит из алюминия. Алюминий является примером цветного металла и поэтому имеет относительную магнитную проницаемость, близкую к единице. Это означает, что алюминий обычно имеет низкую степень намагничивания в ответ на приложенное магнитное поле. Поэтому, обычно считалось трудным осуществить индуктивный нагрев алюминия, особенно при низких значениях напряжения, таких как те, которые используют в системах подачи аэрозолей. Также в целом было установлено, что работа цепи на резонансной частоте является предпочтительной, поскольку она обеспечивает оптимальную связь между индуктивным элементом 158 и токоприемной структурой 110. Для алюминия замечено, что небольшое отклонение от резонансной частоты вызывает заметное уменьшение индуктивной связи между токоприемной структурой 110 и индуктивным элементом 158 и, таким образом, заметное снижение эффективности нагрева (в некоторых случаях до такой степени, что нагрева больше не наблюдается). Как упоминалось выше, при изменении температуры токоприемной структуры 110 изменяется и резонансная частота f цепи 150. Следовательно, в случае, когда токоприемная структура 110 содержит или состоит из неферромагнитного токоприемника, например, из алюминия, то резонансная цепь 150 в соответствии с настоящим изобретением обладает преимущество, которое состоит в том, что цепь всегда работает на резонансной частоте (независимо от какого-либо внешнего механизма управления). Это означает, что все время достигают максимальной индуктивной связи и, следовательно, максимальной эффективности нагрева, что позволяет эффективно нагревать алюминий. Было установлено, что расходную деталь, включающую в себя алюминиевый токоприемник, можно эффективно нагревать, если расходная деталь включает в себя алюминиевую обертку, образующую замкнутую электрическую цепь и/или имеющую толщину менее 50 микрон.
В примерах, где токоприемная структура 110 образует часть расходной детали, расходная деталь может иметь вид, описанный в документе PCT/EP2016/070178, который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.
Устройство 100 оснащено определителем температуры, предназначенным для того, чтобы при использовании определять температуру токоприемной структуры 110. Как показано на фиг. 1, определитель температуры может представлять собой схему 106 управления, например, процессор, который управляет общей работой устройства 100. Определитель 106 температуры определяет температуру токоприемной структуры 110 на основе частоты, на которой работает резонансная цепь 150, постоянного тока от источника постоянного напряжения V1 и постоянного напряжения V1 источника постоянного напряжения.
Не ограничиваясь теорией, нижеследующее описание объясняет вывод взаимосвязей между электрическими и физическими свойствами резонансной цепи 150, которые позволяют определять температуру токоприемной структуры 110 в примерах, описанных в данном документе.
dyn
При использовании импеданс при резонансе параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156 представляет собой динамический импеданс R.
Как пояснялось выше, действие переключающего устройства M1 и M2 приводит к тому, что постоянный ток, потребляемый от источника постоянного напряжения V1, преобразуют в переменный ток, который протекает через индуктивный элемент 158 и конденсатор 156. На индуктивном элементе 158 и конденсаторе 156 также возникает индуцированное переменное напряжение.
dyn
s
s
dyn
dyn
s
s
В результате колебательного характера резонансной цепи 150 импеданс колебательного контура равен R для заданного напряжения V источника (источника напряжения V1). Ток I будут потреблять в ответ на R. Следовательно, импеданс нагрузки R резонансной цепи 150 может быть приравнен к импедансу эффективного напряжения и потребляемого тока.Это позволяет определять импеданс нагрузки посредством определения, например, измеренных значений постоянного напряжения V и постоянного тока I в соответствии с уравнением (1) ниже.
(1)
На резонансной частоте динамический импеданс равен
(2)
где можно считать, что параметр r представляет эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента 158 и влияние токоприемной структуры 110 (при ее наличии), а, как описано выше, L – индуктивность индуктивного элемента 158, а C – емкость конденсатора 156. Параметр r описан здесь как эффективное групповое сопротивление. Как будет понятно из приведенного ниже описания, параметр r измеряют в единицах сопротивления (Ом), но в определенных обстоятельствах можно не рассматривать его как представляющий физическое/реальное сопротивление цепи 150.
Как описано выше, индуктивность индуктивного элемента 158 здесь учитывает взаимодействие индуктивного элемента 158 с токоприемной структурой 110. Таким образом, индуктивность L зависит от свойств токоприемной структуры 110 и положения токоприемной структуры 110 относительно индуктивного элемента 158. Индуктивность L индуктивного элемента 158 и, следовательно, резонансной цепи 150 зависит, помимо прочих факторов, от магнитной проницаемости токоприемной структуры 110. Магнитная проницаемость – это мера способности материала поддерживать формирование магнитного поля внутри себя, и она выражает степень намагниченности, которую получает материал в ответ на приложенное магнитное поле. Магнитная проницаемость материала, из которого состоит токоприемная структура 110, может изменяться с температурой.
Из уравнений (1) и (2) можно получить следующее уравнение (3)
(3)
0
Связь резонансной частоты f с индуктивностью L и емкостью C можно моделировать по меньшей мере двумя способами, задаваемыми уравнениями (4a и 4b) ниже.
(4a)
(4b)
Уравнение (4a) представляет резонансную частоту, смоделированную с использованием параллельной LC-цепи, содержащей индуктивный элемент L и конденсатор C, тогда как уравнение (4b) представляет резонансную частоту, смоделированную с использованием параллельной LC-цепи с дополнительным резистором r, подключенным последовательно с индуктивным элементом L. Для уравнения (4b) следует понимать, что, когда r стремится к нулю, уравнение (4b) стремится к уравнению (4a).
Далее мы предполагаем, что r мало, и поэтому можем использовать уравнение (4a). Как будет описано ниже, это приближение работает хорошо, поскольку оно объединяет изменения в цепи 150 (например, индуктивности и температуры) в рамках представления L. Из уравнений (3) и (4a) можно получить следующее выражение
(5)
s
s
s
Следует понимать, что уравнение (5) дает выражение для параметра r в терминах измеряемых или известных величин. Здесь следует понимать, что на параметр r влияет индуктивная связь в резонансной цепи 150. В нагруженном состоянии, то есть при наличии токоприемной структуры, мы не можем считать значение параметра r малым. В этом случае параметр r может больше не быть точным представлением групповых сопротивлений, но вместо этого является параметром, на который влияет эффективная индуктивная связь в цепи 150. Параметр r называют динамическим параметром, который зависит от свойств токоприемной структуры 110, а также от температуры T токоприемной структуры. Значение источника постоянного тока V известно (например, напряжение батареи) или может быть измерено вольтметром, а значение постоянного тока I, потребляемого от источника постоянного напряжения V1, может быть измерено любым подходящим средством, например, с использованием вольтметра, установленного соответствующим образом для измерения напряжения источника V.
0
Чтобы можно было получить параметр r, может быть измерена и/или определена частота f.
0
0
0
В одном примере частота f может быть измерена с использованием преобразователя 210 частоты в напряжение (F/V). Преобразователь 210 F/V может, например, быть связан с выводом затвора первого полевого МОП-транзистора M1 или второго полевого МОП-транзистора M2. В примерах, где в переключающем механизме схемы используют другие типы транзисторов, преобразователь 210 F/V может быть подключен к выводу затвора или другому выводу, который выдает периодический сигнал напряжения с частотой, равной частоте переключения одного из транзисторов. Следовательно, преобразователь 210 F/V может принимать сигнал от вывода затвора одного из полевых МОП-транзисторов M1, M2, представляющий резонансную частоту f резонансной цепи 150. Сигнал, принимаемый преобразователем 210 F/V, может представлять собой приблизительно прямоугольный сигнал с периодом, представляющим резонансную частоту резонансной цепи 210. Преобразователь 210 F/V может затем использовать этот период для представления резонансной частоты f на основе выходного напряжения.
s
s
0
Соответственно, поскольку C известна из значения емкости конденсатора 156, а V, I и f могут быть измерены, например, как описано выше, то параметр r может быть определен из этих измеренных и известных значений.
0
Параметр r изменяется в зависимости от температуры и, кроме того, в зависимости от индуктивности L. Это означает, что параметр r имеет первое значение, когда резонансная цепь 150 находится в "ненагруженном" состоянии, то есть когда индуктивный элемент 158 индуктивно не связан с токоприемной структурой 110, и значение r изменяется, когда цепь переходит в "нагруженное" состояние, то есть когда индуктивный элемент 158 и токоприемная структура 110 индуктивно связаны друг с другом. Аналогично, как описано выше, значение резонансной частоты f изменяется в зависимости от температуры, а также в зависимости от индуктивности L.
В одном примере контроллер 106 выполнен с возможностью определять изменение электрического параметра цепи, когда цепь переходит между ненагруженным состоянием и нагруженным состоянием. По сути, любой заданный электрический параметр цепи 150, который может быть измерен и который показывает изменение между нагруженным и ненагруженным состояниями, может быть использован контроллером 106. В одном примере используемый электрический параметр – это резонансная частота цепи. В другом примере используемый электрический параметр – это параметр r. Путем определения изменения данного электрического параметра контроллер 106 может определять свойство токоприемной структуры 110, которая была связана с индуктивным элементом 158. В примерах свойства токоприемной структуры 110, например, тип материала, из которого выполнена токоприемная структура 110, или размер или форма токоприемной структуры 110, влияют на изменение электрического параметра, когда токоприемная структура 110 связана с индуктивным элементом 158. Следовательно, некоторые свойства токоприемной структуры 110 и/или расходной детали, содержащей токоприемную структуру 110, в примерах, могут быть определены путем определения или измерения изменения данного электрического параметра.
В примерах схема 150 может быть переведена из ненагруженного состояния в нагруженное состояние, когда расходную деталь, содержащую токоприемную структуру 110, принимает устройство 100, например, когда расходную деталь вставляют в устройство 100. Цепь 150 аналогичным образом может быть переведена из нагруженного состояния в ненагруженное состояние, когда расходную деталь удаляют из устройства 100. В ненагруженном состоянии данный электрический параметр может принимать первое значение, тогда как в нагруженном состоянии данный электрический параметр может принимать другое значение. По существу, в примере изменение данного электрического параметра между ненагруженным состоянием и нагруженным состоянием может указывать контроллеру 106 тип токоприемной структуры 110, присутствующей в расходной детали. Следовательно, контроллер 106 выполнен с возможностью определять тип расходной детали, которая была вставлена в устройство 100, генерирующее аэрозоль, в зависимости от изменения данного электрического параметра. В некоторых вариантах осуществления ряд расходных деталей, например, имеющих разные табачные смеси или разные вкусы, может быть оснащен различными токоприемными структурами 110, которые впоследствии могут быть использованы для идентификации расходной детали.
В примере контроллер 106 может иметь доступ к заранее определенному списку или таблице значений изменений электрического параметра, при этом список содержит по меньшей мере одно значение изменения электрического параметра, при этом каждое значение связано с типом расходной детали. Следовательно, измерение изменения данного электрического параметра может быть связано, например с помощью справочной таблицы, с конкретным типом расходной детали. Изменение электрического параметра может представлять собой изменение величины электрического параметра, например, изменение величины резонансной частоты цепи 150 или параметра r, при переходе цепи 150 между нагруженным и ненагруженным состояниями. В некоторых реализациях в дополнение или в качестве альтернативы учитывают знак изменения (т.е. положительный или отрицательный по отношению к ненагруженному состоянию) при определении токоприемной структуры и, следовательно, типа расходной детали. Например, было установлено, что для токоприемной структуры, содержащей алюминий, частота увеличивается от частоты в ненагруженном состоянии до частоты в нагруженном состоянии. Не желая ограничиваться теорией, полагают, что это следствие того факта, что алюминий имеет относительную проницаемость, равную или близкую к 1, то есть низкую и, следовательно, является неферритным. Токоприемные структуры, содержащие другие неферритные материалы, могут аналогичным образом вызывать увеличение резонансной частоты цепи при переходе из ненагруженного состояния в нагруженное. Наоборот, было установлено, что для токоприемной структуры, содержащей ферритный материал, например железо, (который имеет относительную проницаемость больше 1, например несколько десятков или нескольких сотен), частота уменьшается от частоты в ненагруженном состоянии до частоты в нагруженном состоянии. Таким образом, знак изменения электрического параметра также может быть использован для определения свойства токоприемной структуры 110. Например, знак изменения резонансной частоты при переходе из ненагруженного в нагруженное состояние может быть использован для определения того, содержит токоприемная структура 110 материал с низкой относительной проницаемостью или материал с высокой относительной проницаемостью. В некоторых примерах поведение резонансной частоты или других электрических параметров цепи при переходе между нагруженным и ненагруженным состоянием может отличаться в зависимости от свойств цепи, таких как резонансная частота цепи в ненагруженном состоянии. Например, величина или знак изменения резонансной частоты цепи при переходе между нагруженным и ненагруженным состояниями могут различаться в зависимости от резонансной частоты цепи.
0
В качестве примера, конкретная расходная деталь может иметь определенный размер и содержать определенный тип и количество материала, генерирующего аэрозоль, и содержать алюминиевую токоприемную структуру 110 определенного размера и формы. Справочная таблица может содержать значение для величины изменения резонансной частоты цепи 150, которое происходит, когда цепь 150 переходит между нагруженным и ненагруженным состояниями при введении этой расходной детали. Это значение может, например, быть сохранено в справочной таблице при начальной настройке цепи 150, когда известен тип расходной детали, и измеряют, какое происходит изменение электрического параметра цепи 150. Таким образом, контроллер 106 может определять изменение параметра r, когда цепь 150 была переведена в нагруженное состояние путем введения расходной детали. Посредством поиска типа расходной детали, связанного с определенным изменением параметра r в справочной таблице, определяют тип расходной детали, вставленной в устройство 100. Следует понимать, что приведенное выше описание применяют с соответствующими изменениями там, где электрическим параметром является резонансная частота f цепи 150.
Также следует понимать, что между расходными деталями одного и того же типа могут быть некоторые незначительные различия в изменении электрического параметра. Например, для токоприемных структур 110 одного и того же типа могут иметь место небольшие производственные погрешности в используемых материалах (например, чистота или дефекты), а также общая форма токоприемной структуры (например, трубчатый токоприемник может иметь слегка эллиптическое сечение) может повлиять на изменение электрического параметра. Это несоответствия, вызванные изготовлением самой токоприемной структуры. Кроме того, могут быть погрешности, основанные на выравнивании токоприемной структуры 110 с расходной деталью (например, насколько токоприемник отклоняется от осей расходной детали) и/или выравнивания расходной детали внутри устройства относительно индуктивного элемента 158, и снова эти погрешности могут повлиять на изменение электрического параметра. Эти погрешности вызваны производством самой расходной детали и/или устройства. Следовательно, в некоторых реализациях упомянутая выше справочная таблица может учитывать эти погрешности, например, путем указания диапазона значений, которые удовлетворяют каждому критерию справочной таблицы. В качестве альтернативы, контроллер 106 может реализовать алгоритм для идентификации ближайших значений из справочной таблицы.
Также следует понимать, что, в частности, с цепью 150, токоприемную структуру 110 постепенно нагревают, когда токоприемная структура 110 находится в нагруженном состоянии и цепь включена. Как обсуждалось выше, во время нагрева резонансная частота изменяется в зависимости от температуры. Таким образом, в зависимости от того, когда производят измерение данного электрического параметра, также могут быть некоторые вариации в изменении электрического параметра из-за нагрева. В этом случае либо каждое устройство может быть откалибровано, чтобы учитывать время измерения, либо может быть изменена справочная таблица, чтобы учитывать различия во времени измерения.
В одном примере, используя определенное изменение электрического параметра, контроллер 106 может определить, разрешить или нет активацию устройства 100, генерирующего аэрозоль, для использования со вставленной расходной деталью. Например, определенное изменение электрического параметра может быть использовано, чтобы указать, является ли расходная деталь расходной деталью, одобренной для использования с устройством 100, генерирующим аэрозоль. Таблица может содержать список из одного или нескольких одобренных расходных деталей, и контроллер 106 может активировать устройство 100 для использования, только если установлено, что расходная деталь является одобренной расходной деталью. Одобренные расходные детали, содержащие токоприемник, могут быть изготовлены так, чтобы было известно значение изменения электрического параметра, которое они вызывают в цепи 150. Например, известное значение изменения резонансной частоты или изменения параметра r, вызванного этой расходной деталью.
В примерах, используя определенное изменение электрического параметра, контроллер 106 может определить режим нагрева для устройства 100 для использования со вставленной расходной деталью. Например, определенное изменение электрического параметра может быть использовано для указания типа полученной расходной детали, например, материала и/или размера токоприемной структуры и/или типа или количества материала, генерирующего аэрозоль, в расходной детали, и контроллер 106 может выбрать соответствующий режим работы для нагрева вставленной расходной детали на основе определенного изменения электрического параметра. Например, разные профили нагрева могут подходить для нагрева различных типов расходных деталей, и контроллер 106 может выбирать подходящий профиль нагрева на основе определения свойств вставленной расходной детали. Аналогично тому, как было описано выше, справочная таблица, доступная для контроллера 106, может содержать список из одного или нескольких типов расходных деталей и одного или нескольких соответствующих режимов нагрева для каждого типа расходных деталей.
В одной реализации контроллер 106 может определять изменение значения электрического параметра посредством измерения электрического параметра в ненагруженном состоянии и сравнения его с измерением электрического параметра в нагруженном состоянии. Другими словами, контроллер 106 может быть выполнен с возможностью активировать индуктивный элемент 158 (другими словами, подавать питание на индуктивный элемент 158), когда устройство находится в ненагруженном состоянии, для получения измерения электрического параметра в ненагруженном состоянии, и активировать индуктивный элемент 158, когда устройство находится в нагруженном состоянии, чтобы получить измерение электрического параметра в нагруженном состоянии. В одной реализации контроллер 106 выполнен с возможностью подавать питание на индуктивный элемент 158 в непрерывном режиме (например, когда пользователь включает устройство, например, посредством нажатия кнопки), и отслеживать последующее изменение электрического параметра (которое может указывать на то, что теперь устройство находится в нагруженном состоянии). Контроллер может отслеживать электрический параметр непрерывно или периодически. В качестве альтернативы, контроллер 106 выполнен с возможностью периодически подавать питание на индуктивный элемент 158 с заданным периодом приостановки, например, один раз в секунду, и измерять электрический параметр в соответствующие моменты времени. Если между двумя измерениями происходит изменение электрического параметра, это может указывать на то, что устройство находится в нагруженном состоянии, и изменение электрического параметра, как описано выше, может быть использовано для идентификации расходной детали. Таким образом, в широком смысле контроллер 106 может определять изменение значения электрического параметра путем измерения электрического параметра, когда цепь 150 находится в нагруженном состоянии, и сравнивать это измеренное значение со значением электрического параметра, которое измеряют, когда цепь 150 находится в ненагруженном состоянии. Другими словами, контроллер 106 может быть выполнен с возможностью активировать индуктивный элемент 158 (другими словами, подавать питание на индуктивный элемент 158), когда устройство 100 находится в ненагруженном состоянии, для получения измерения электрического параметра в ненагруженном состоянии, и активировать индуктивный элемент 158, когда устройство 100 находится в нагруженном состоянии, чтобы получить измерение электрического параметра в нагруженном состоянии. Например, контроллер 106 может измерять резонансную частоту, используя преобразователь F/V, или измерять параметр r ненагруженной цепи 150, как описано здесь, например с использованием уравнения 5, когда на индуктивный элемент 158 подают питание. Электрический параметр может быть измерен снова, когда цепь 150 переведена в нагруженное состояние, и два измеренных значения сравнивают, чтобы определить изменение, например изменение величины, электрического параметра. Измерение электрического параметра в ненагруженном состоянии может быть выполнено, например, когда устройство 100 включено, но в него не вставлена токоприемная структура 110. Как описано в данном документе, контроллер 106 может определять, находится устройство 100 в нагруженном состоянии или в ненагруженном состоянии, с помощью любого подходящего средства, такого как оптический датчик или емкостной датчик, который определяет вставку расходной детали, или, как вариант, значение электрического параметра или его изменение могут указывать на то, что устройство 100 было переведено между нагруженным и ненагруженным состояниями. Контроллер 106, как таковой, может связывать измерения электрического параметра либо с нагруженным, либо с ненагруженным состоянием.
В другом примере контроллер 106 может измерять электрический параметр, когда цепь 150 находится в нагруженном состоянии, например как описано выше, и сравнивать это измеренное значение для нагруженного состояния с заранее определенным значением электрического параметра для ненагруженного состояния. То есть значение электрического параметра в ненагруженном состоянии может быть заранее определено и доступно контроллеру 106 при определении изменения электрического параметра. В примерах значение электрического параметра в ненагруженном состоянии может быть фиксированным значением, которое сохранено в памяти, доступной для контроллера 106. Например, значение электрического параметра в ненагруженном состоянии может быть значением, определенным на основе свойств цепи 150, или значением, измеренным для цепи 150 во время первоначальной настройки цепи 150. В другом примере значение электрического параметра для ненагруженного состояния может быть измерено, как описано в данном документе, и сохранено для повторного использования при последующих определениях изменения электрического параметра при вставке/извлечении расходной детали, содержащей токоприемную структуру 110. Таким образом, если устройство 101 включено, при этом токоприемная структура 110 уже вставлена в устройство 100, то контроллер 106 может измерить значение электрического параметра (т.е. значение для цепи 150 в нагруженном состоянии) и сравнить его с заданным значением электрического параметра, когда цепь 150 находится в ненагруженном состоянии. Контроллер 106 может определить, что измеренное значение соответствует нагруженному состоянию либо с использованием данных от датчика (не показан), который определяет, что токоприемная структура 110/расходная деталь вставлена в устройство 100, либо в других примерах может определить, что цепь 150 находится в нагруженном состоянии, исходя из величины самого электрического параметра. Например, цепь 150 может хранить известное значение для цепи 150 в ненагруженном состоянии и может определять, что цепь 150 находится в нагруженном состоянии, если измеренное значение электрического параметра отличается на определенную величину от известного значения для ненагруженного состояния.
На фиг. 3 приведено примерное представление сеанса использования устройства 100, генерирующего аэрозоль, в котором цепь 150 переводят из ненагруженного состояния в нагруженное состояние посредством приведения токоприемной структуры 110 во взаимодействие с индуктивным элементом 158. На фиг. 3 по горизонтальной оси показано время, а по вертикальной оси – резонансная частота цепи 150.
1
unloaded
1
1
1
1
1
2
1
2
unloaded
loaded
1
2
1
1
0
На фиг. 3 показано два графика A и B, которые соответствуют первой токоприемной структуре 110 в первой расходной детали и второй токоприемной структуре 110 во второй расходной детали соответственно. Для каждого графика до момента времени t цепь 150 находится в ненагруженном состоянии и имеет резонансную частоту f. Как упомянуто выше, эта резонансная частота является свойством цепи 150 и зависит, по меньшей мере, от компонентов цепи 150. В момент t в устройство 100 вставляют расходную деталь. Первый график A представляет собой сплошную линию и соответствует вставке в момент t первой расходной детали, содержащей первую токоприемную структуру 110. Второй график B представляет собой пунктирную линию и соответствует вставке в момент t второй расходной детали, содержащей вторую токоприемную структуру 110. В момент t, момент вставки, в примерах, показанных на фиг. 3, цепь 150 переходит в нагруженное состояние, и резонансная частота цепи 150 изменяется. В этом примере токоприемные структуры 110 имеют относительную проницаемость больше 1, что означает, что резонансная частота уменьшается при переходе от ненагруженного состояния в нагруженное состояние. Предположим, что для первой расходной детали ожидаемое изменение резонансной частоты при переходе из ненагруженного в нагруженное состояние составляет Δf. Предположим, что для второй расходной детали ожидаемое изменение резонансной частоты при переходе из ненагруженного в нагруженное состояние составляет Δf. Таким образом, в примере значения Δf и Δf сохранены в справочной таблице, доступной для контроллера 106, и эти значения связаны с первой расходной деталью и со второй расходной деталью соответственно. После вставки расходной детали контроллер 106 может определить изменение резонансной частоты, которое является разницей между резонансной частотой f в ненагруженном состоянии и измеренной резонансной частотой f в нагруженном состоянии цепи 150, и найти определенное изменение резонансной частоты в справочной таблице. Если определенное изменение резонансной частоты соответствует Δf, то контроллер 106 определяет, что вставленная расходная деталь является первой расходной деталью. Если измеренное изменение резонансной частоты соответствует Δf, то контроллер определяет, что вставленная расходная деталь является второй расходной деталью. Уменьшение с течением времени резонансной частоты для каждого из графиков A и B по истечении времени t соответствует уменьшению резонансной частоты с увеличением температуры токоприемной структуры 110 и расходной детали. То есть на графиках A и B вставленную расходную деталь нагревают от вставки в момент времени t, и, таким образом, с этого момента в обоих случаях резонансная частота f уменьшается.
Как только определено или можно предположить, что резонансная цепь 150 находится в нагруженном состоянии, с токоприемной структурой 110, индуктивно связанной с индуктивным элементом 158, можно предположить, что изменение параметра r указывает на изменение температуры токоприемной структуры 110. Например, изменение r можно рассматривать как свидетельство нагрева токоприемной структуры 110 индуктивным элементом 158, а не переход цепи между нагруженным и ненагруженным состояниями.
1
В одном из примеров устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит датчик 140 температуры для измерения температуры, указывающей на температуру токоприемной структуры 110 при вставке в устройство 100, то есть в момент времени t на фиг. 3. Датчик 140 температуры может передавать эту измеренную температуру контроллеру 106. Контроллер 106 может использовать значение температуры, передаваемое датчиком 140 температуры, для обеспечения коррекции изменения электрического параметра, измеряемого контроллером 106. То есть резонансная частота для цепи 150 при вставке конкретной расходной детали зависит от температуры расходной детали во время проведения измерения; то же самое относится и к параметру r. Таким образом, чтобы сравнить изменение электрического параметра, когда расходная деталь вставлена в устройство 100, и тем самым идентифицировать расходную деталь, контроллер 106 может быть выполнен с возможностью вносить поправку в измеренное значение электрического параметра для учета температуры токоприемной структуры 110/расходной детали. Коррекция может быть сделана на основе калибровочной кривой (не показана) температуры в зависимости от резонансной частоты или параметра r для цепи 150 со вставленной расходной детали конкретного типа. Калибровочная кривая может быть получена путем калибровки, выполняемой на самой резонансной цепи 150 (или на идентичной испытательной цепи, используемой для целей калибровки), путем измерения температуры T токоприемной структуры 110 с помощью подходящего датчика температуры, такого как термопара, при нескольких при заданных значениях параметра r и построения графика зависимости r от T. Например, при настройке в справочной таблице может быть сохранено несколько значений изменения электрического параметра, каждое из которых соответствует разной измеренной температуре токоприемника (значение которой также сохранено в таблице). При поиске изменения электрического параметра в таблице в таких примерах контроллер 106 при поиске также может использовать измеренную температуру. В другом примере уравнение, определяющее, как изменение электрического параметра изменяется в зависимости от температуры токоприемной структуры 110, может быть определено экспериментально или теоретически, и контроллер 106 применяет это уравнение для корректировки измеренного значения изменения электрического параметра для поиска в таблице. Таким образом, контроллер 106 может точно определять тип расходной детали, принимаемой устройством 100, учитывая температуру токоприемной структуры 110 при вставке.
В некоторых примерах калибровочная кривая, такая как описанная выше, может быть предварительно загружена в устройство 100 и может быть выполнена так, чтобы учитывать отклонения в устройстве 100. Например, некоторые свойства устройства 100 могут различаться между копиями устройства 100 из-за отклонений в пределах производственных допусков. В каждую копию устройства 100 может быть загружена калибровочная кривая, которая учитывает эти отклонения. Точно так же калибровочная кривая может учитывать различия между разными расходными деталями одного и того же типа. Например, некоторые свойства, такие как вес или состав расходных деталей определенного типа, могут незначительно отличаться, например из-за допусков в производственном процессе. Калибровочная кривая может учитывать такие отклонения. В других примерах каждое отдельное устройство 100 может быть откалибровано отдельно в процессе производства. Это может позволить отразить различия между устройствами в калибровочной кривой, специфичной для конкретного устройства, которому соответствует калибровка.
В еще одном примере калибровочная кривая для устройства 100 может быть определена, когда устройство 100 используется пользователем. Например, устройство 100 может быть выполнено с возможностью определять значения параметра r, когда пользователь впервые использует устройство 100, и значения температуры, соответствующие определенным значениям параметра r, чтобы таким образом получить калибровочную кривую. Значения температуры могут быть получены, например, с помощью датчика 140 температуры. В другом примере значение температуры может быть получено с использованием другого индикатора температуры токоприемной структуры, например свойства профиля нагрева, который указывает, что токоприемная структура находится при известной температуре. В одном примере этот процесс может быть выполнен только при первом включении устройства 100 пользователем, и калибровочная кривая, созданная в этом процессе, может быть использована для последующих применений устройства 100. В другом примере процесс калибровки может быть выполнен несколько раз, например, при каждом использовании устройства 100.
В одном примере датчик 140 температуры может представлять собой датчик, который выполнен с возможностью определять температуру окружающей среды устройства 100. Контроллер 106 может принимать температуру, определенную датчиком 140 температуры, и использовать ее для корректировки измеренного изменения электрического параметра для сравнения со значением из справочной таблицы. Таким образом, контроллер 106 может фактически предполагать, что температура токоприемной структуры 110 после вставки в устройство 100 равна температуре окружающей среды. В другом примере устройство 100 подачи аэрозоля содержит камеру для приема токоприемной структуры 110, например расходной детали, содержащий токоприемную структуру 110, и датчик 140 температуры может определять температуру камеры до вставки расходной детали и использовать эту определенную температуру для корректировки.
1
2
На фиг. 3 выше описана ситуация, в которой резонансная частота цепи 150 изменяется на различную величину (например, Δf или Δf) в зависимости от свойств токоприемной структуры 110 или относительного размещения токоприемной структуры 110 и т.д. Следует понимать, что изменение резонансной частоты между ненагруженным и нагруженным состояниями может зависеть от других аспектов. Например, напряжение, подаваемое в цепь 150, может влиять на изменение резонансной частоты. Например, если в цепь 150 подают 4 вольта, то изменение резонансной частоты между ненагруженным и нагруженным состояниями может быть больше, чем если бы цепь 150 было подано 3 вольта. Следовательно, при определении свойства токоприемной структуры 110 по изменению электрического параметра цепи (например, резонансной частоты или параметра r), контроллер может быть выполнен с возможностью учитывать другие параметры схемы 150, такие как напряжение и/или ток, подаваемые в цепь 150, для определения свойства токоприемной структуры. В примере, в котором используют справочную таблицу, справочная таблица может включать в себя записи для различных токоприемных структур 110 при разных напряжениях. Это наблюдение также позволяет откалибровать параметры цепи 150; например, изменение частоты при разных значениях напряжения может позволить проверять или выводить различные электрические характеристики цепи 150, например, путем решения системы уравнений.
dyn
s
AC
AC
AC
AC
AC
S
S
s
s
Хотя выше было описано, что схема управления использует уравнения 4a и 5, например для определения параметра r, следует понимать, что другие уравнения, дающие такой же или подобный эффект, могут быть использованы в соответствии с принципами настоящего изобретения. В одном примере значение R может быть вычислено на основе значений переменного тока и напряжения в цепи 150. Например, может быть измерено напряжение в узле A, и было установлено, что оно отличается от V – мы называем это напряжение V. Напряжение V можно измерить практически любым подходящим способом, но это напряжение переменного тока в параллельной LC-цепи. Используя это, можно определить переменный ток, I, приравняв мощность переменного и постоянного тока. То есть VI = VI. Параметры V и I могут быть заменены их эквивалентами переменного тока в уравнении 5 или в любом другом подходящем уравнении для параметра r. Следует понимать, что в этом случае может быть реализован другой набор калибровочных кривых.
В то время как в приведенном выше описании описана работа концепции измерения температуры в контексте цепи 150, которая сконфигурирована для самовозбуждения на резонансной частоте, вышеописанные концепции также применимы к цепи индукционного нагрева, которая не сконфигурирована для работы на резонансной частоте. Например, описанный выше способ определения свойства токоприемной структуры 110 на основе изменения электрического параметра цепи 150, когда устройство 100 переключается между нагруженным и ненагруженным состояниями, можно использовать для цепи индукционного нагрева, которую приводят в действие на заранее определенной частоте, которая может не быть резонансной частотой этой цепи индукционного нагрева. В одном из таких примеров цепь индукционного нагрева может быть приведена в действие через мостовую схему управления, содержащую механизм переключения, такой как множество полевых МОП-транзисторов. Мостовой схемой управления можно управлять с помощью микроконтроллера или подобного, чтобы использовать напряжение постоянного тока для подачи переменного тока на индуктивный элемент с частотой переключения мостовой схемы управления, заданной микроконтроллером. В таком примере предполагается, что вышеуказанные соотношения, изложенные в уравнениях (1)-(5), выполняются и обеспечивают допустимую, например пригодную, оценку параметра r и температуры токоприемника T для частот в диапазоне частот, включающим в себя резонансную частоту.
s
s
s
s
В некоторых примерах способ может содержать присвоение постоянных значений V и I и предположение, что эти значения не изменяются при вычислении параметра r. Тогда может не потребоваться измерение напряжения V и тока I для оценки температуры токоприемника. Например, напряжение и ток могут быть приблизительно известны из свойств источника питания и цепи и могут считаться постоянными во всем диапазоне используемых температур. В таких примерах температура T может быть оценена путем измерения только частоты, на которой работает цепь, и с использованием предполагаемых или ранее измеренных значений напряжения и тока. Таким образом, изобретение может предложить способ определения температуры токоприемника путем измерения частоты работы цепи. В некоторых реализациях изобретение может предложить способ определения температуры токоприемника путем только измерения частоты работы цепи.
Вышеупомянутые примеры следует понимать как иллюстративные примеры изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в отношении любого примера, может быть использован отдельно или в комбинации с другими описанными признаками, а также может быть использован в сочетании с одним или несколькими признаками любого другого примера или любой комбинацией любых других примеров. Кроме того, эквиваленты и модификации, не описанные выше, также могут быть использованы без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.