ПРИБОР ДЛЯ УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАЦИИ АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2023 года по МПК H05B6/10 A24F47/00 H05B6/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к прибору для устройства генерации аэрозоля, в частности, к прибору, содержащему определитель температуры для определения температуры токоприемной конструкции.

Уровень техники

Курительные изделия, такие 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. Вещество 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, причем прибор содержит: резонансную LC-цепь, содержащую индуктивный элемент для индукционного нагрева токоприемной конструкции, чтобы нагревать материал, генерирующий аэрозоль, чтобы тем самым получать аэрозоль; переключающее устройство для получения изменяющегося тока от источника постоянного напряжения и протекания его через индуктивный элемент, чтобы вызвать индукционный нагрев токоприемной конструкции; и определитель температуры, предназначенный для того, чтобы при использовании определять температуру токоприемной конструкции, исходя из частоты, на которой работает LC-цепь.

Определитель температуры может быть предназначен для того, чтобы в дополнение к частоте, на которой работает резонансная LC-цепь, при использовании определять температуру токоприемной конструкции на основе постоянного тока от источника постоянного тока.

Определитель температуры может быть предназначен для того, чтобы в дополнение к частоте, на которой работает резонансная LC-цепь, и постоянному току от источника постоянного тока при использовании определять температуру токоприемной конструкции на основе напряжения постоянного тока от источника постоянного напряжения.

LC-цепь может представлять собой параллельную LC-цепь, содержащую емкостный элемент, расположенный параллельно с индуктивным элементом.

Определитель температуры может определять эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента и токоприемной конструкции на основе частоты, на которой работает резонансная LC-цепь, постоянного тока от источника постоянного тока и постоянного напряжения от источника постоянного напряжения, и определяет температуру токоприемной конструкции, исходя из полученног8о эффективного группового сопротивления.

Определитель температуры может определять температуру токоприемной конструкции на основе калибровочных значений эффективного группового сопротивления индуктивного элемента и токоприемной конструкции и температуры токоприемной конструкции.

Калибровка может быть основана на полиномиальном уравнении, предпочтительно полиномиальном уравнении третьего порядка.

Определитель температуры может определять эффективное групповое сопротивление r с использованием следующей формулы:

где V_s - напряжение постоянного тока, I_s - постоянный ток, C - емкость резонансной LC-цепи, а f₀ - частота, на которой работает резонансная LC-цепь.

Частота, на которой работает резонансная LC-цепь, может представлять собой резонансную частоту резонансной LC-цепи.

Переключающее устройство может быть выполнено с возможностью переключаться между первым состоянием и вторым состоянием, а частота, на которой работает LC-цепь, может быть определена на основе определения частоты, с которой переключающее устройство переключается между первым состоянием и вторым состоянием.

Переключающее устройство может содержать один или несколько транзисторов, а частота, на которой работает LC-цепь, может быть определена путем измерения периода, с которым один из транзисторов переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием.

Прибор может содержать преобразователь частоты в напряжение, выполненный с возможностью выдавать значение напряжение, указывающее на частоту, на которой работает LC-цепь.

Постоянное напряжение и постоянный ток могут представлять собой оцененные значения.

Значения, полученные для постоянного напряжения и/или постоянного тока, могут представлять собой значения, измеренные прибором.

Калибровка значений между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции может представлять собой одну из множества калибровок между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции, и определитель температуры может быть выполнен с возможностью выбирать одну из множества калибровок для применения при определении температуры токоприемника по значениям эффективного группового сопротивления.

Прибор может содержать датчик температуры, выполненный с возможностью определять температуру, связанную с токоприемной конструкцией, до нагрева с помощью индуктивного элемента, и определитель температуры может использовать температуру, полученную датчиком температуры, для выбора калибровки.

Температура, измеренная датчиком температуры, может представлять собой температуру окружающей среды для устройства генерации аэрозоля.

Устройство получения аэрозоля может содержать камеру для вставки токоприемной конструкции, например, камеру для вставки расходной детали, содержащей токоприемную конструкцию, а температура, измеренная датчиком температуры, может представлять собой температуру камеры.

Определитель температуры может быть выполнен с возможностью определять значение эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, определенной датчиком температуры, и выбирать калибровку из множества калибровок на основе сравнения между температурой, определенной датчиком температуры, и температурой, заданной каждой калибровкой из множества калибровок, с использованием значения эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, определенной датчиком температуры.

Каждая калибровка может представлять собой калибровочную кривую, или полиномиальное уравнение, или набор калибровочных значений в справочной таблице.

Определитель температуры может быть выполнен с возможностью выполнять выбор калибровки каждый раз при включении устройства генерации аэрозоля или каждый раз, когда устройство генерации аэрозоля переходит в режим генерации аэрозоля.

Переключающее устройство может быть выполнено с возможностью переключаться между первым состоянием и вторым состоянием в ответ на колебания напряжения в резонансной цепи, работающей на резонансной частоте резонансной цепи, и тем самым может поддерживать изменяющийся ток на резонансной частоте резонансной цепи.

Переключающее устройство может содержать первый транзистор и второй транзистор, причем, если переключающее устройство находится в первом состоянии, то первый транзистор выключен, а второй транзистор включен, а если переключающее устройство находится во втором состоянии, то первый транзистор включен, а второй выключен.

Первый транзистор и второй транзистор могут содержать первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, и при этом переключающее устройство выполнено так, что первый транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора.

Первый транзистор и второй транзистор могут содержать первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, при этом переключающее устройство выполнено так, что второй транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора.

Резонансная цепь также может содержать первый диод и второй диод, и первый вывод первого транзистора может быть подключен ко второму выводу второго транзистора через первый диод, а первый вывод второго транзистора может быть подключен ко второму выводу первого транзистора через второй диод, тем самым, первый вывод первого транзистора находится под низким напряжением, когда второй транзистор включен, а первый вывод второго транзистора находится под низким напряжением, когда первый транзистор включен.

Переключающее устройство может быть выполнено так, что первый транзистор переключается во включенное состояние из выключенного, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора плюс напряжение смещения первого диода.

Переключающее устройство может быть выполнено так, что второй транзистор переключается во включенное состояние из выключенного, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора плюс напряжение смещения второго диода.

Первый вывод источника постоянного напряжения может быть подключен к первой и второй точкам в резонансной цепи, причем первая точка и вторая точка электрически расположены с каждой стороны индуктивного элемента.

Прибор может содержать по меньшей мере один дроссель, расположенный между источником постоянного напряжения и индуктивным элементом.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предложено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее прибор в соответствии с первым аспектом.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показано устройство, генерирующее аэрозоль, в соответствии с примером.

На фиг. 2 схематично показана резонансная цепь в соответствии с примером.

На фиг. 3 показаны графики напряжения, тока, эффективного группового сопротивления и температуры токоприемной конструкции в зависимости от времени в соответствии с примером.

На фиг. 4 показан график температуры токоприемной конструкции в зависимости от параметра r в соответствии с примером.

На фиг. 5 приведено схематичное представление множества графиков температуры токоприемной конструкции в зависимости от параметра r 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 проникает через токоприемник, расположенный соответствующим образом относительно индуктивного элемента, создавая вихревые токи внутри токоприемника. Токоприемник обладает электрическим сопротивлением вихревым токам, и, следовательно, поток 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 потерями на магнитный гистерезис в токоприемнике, то есть изменяющейся ориентацией магнитных диполей в магнитном материале в результате их совмещения с изменяющимся магнитным полем.

При индукционном нагреве, по сравнению, например, с нагревом посредством теплопередачи, внутри токоприемника вырабатывается тепло, что обеспечивает быстрый нагрев. Кроме того, нет необходимости в каком-либо физическом контакте между индукционным нагревателем и токоприемником, что обеспечивает большую свободу в конструкции 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 полная проводимость 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 коллапсирующее 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. Настоящее раскрытие сфокусировано на параллельных LC-цепях. Когда параллельный 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, проникающего в 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, генерирующее аэрозоль, в соответствии с примером. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит источник 104 питания постоянного тока, в этом примере батарею 104, цепь 150, содержащую индуктивный элемент 158, токоприемную конструкцию 110 и материал 116, генерирующий аэрозоль.

В примере, показанном на фиг. 1, токоприемная конструкция 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, 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. Схема 150 предназначена для пропускания переменного тока через индуктивный элемент 158.

Токоприемная конструкция 110 расположена относительно индуктивного элемента 158 для индуктивной передачи энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной конструкции 110. Токоприемная конструкция 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 конструкция 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 конструкция 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 конструкции 110 за счет джоулева нагрева и/или за счет магнитного гистерезисного нагрева, как описано выше. Токоприемная конструкция 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 конструкция 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 аггломератов 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 конструкцию 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 конструкцию 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 конструкция 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 конструкции 110 и температурой материала 116, генерирующего аэрозоль, например, во время нагревания токоприемной конструкции 110, например, когда скорость нагрева велика. Таким образом, следует понимать, что в некоторых примерах температура, до которой нагревают токоприемную конструкцию 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 конструкции 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 конструкции 110, которая выполнена с возможностью индуктивного нагрева посредством индуктивного элемента 158. Индуктивный нагрев токоприемной конструкции 110 осуществляют посредством переменного магнитного поля, создаваемого индуктивным элементом 158, который, как описано выше, вызывает джоулев нагрев и/или потери магнитного гистерезиса в токоприемной конструкции 110. Часть индуктивности L резонансной цепи 150 может быть связана с магнитной проницаемостью токоприемной конструкции 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 конструкций 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 резонансной цепи 150, сопротивлением индуктивного элемента 158 и/или сопротивлением току, протекающему по резонансной цепи 150, обеспечиваемым токоприемной конструкцией 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 изменяющийся, например, переменный ток, создавая, таким образом, переменное магнитное поле и нагревая токоприемную конструкцию 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 f₀ 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 конструкцией 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 f₀ 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 f₀ 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 конструкции 110. По существу, резонансная частота f₀ 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 конструкцию 110.

Также понятно, что свойства резонансной цепи 150 могут быть выбраны на основе других факторов для данной токоприемной конструкции 110. Например, чтобы улучшить передачу энергии от индуктивного элемента 158 к токоприемной конструкции 110, может быть полезно выбрать глубину скин-слоя (то есть глубину от поверхности токоприемной конструкции 110, в пределах которой плотность тока падает на коэффициент 1/e, который по меньшей мере является функцией частоты) на основе свойств материала токоприемной конструкции 110. Глубина скин-слоя различается для разных материалов токоприемных конструкций 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 конструкции 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.

Резонансная цепь 150 на фиг. 2 имеет резонансную частоту f₀, 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 конструкции 110 индуктивным элементом 158 максимален.

В некоторых примерах индукционным нагревом токоприемной конструкции 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 конструкции 110 посредством резонансной цепи 150, и, следовательно, степенью, до которой нагревают токоприемную конструкцию 110. Понятно, что в других примерах температуру токоприемной конструкции 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 конструкцию 110.

Как упоминалось выше, индуктивность L резонансной цепи 150 обеспечивают индуктивным элементом 158, предназначенным для индукционного нагрева токоприемной конструкции 110. По меньшей мере часть индуктивности L резонансной цепи 150 связана с магнитной проницаемостью токоприемной конструкции 110. Поэтому, индуктивность L и, следовательно, резонансная частота f₀ 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 конструкции 110 может изменяться при изменении температуры токоприемника 110.

В примерах, описанных в данном документе, токоприемная конструкция 110 содержится в расходной детали и, поэтому, является сменной. Например, токоприемная конструкция 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 конструкции и/или типе материала различных токоприемных конструкций 110 и/или различия в размещении токоприемных конструкций 110 относительно индуктивного элемента 158 при замене токоприемной конструкции 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 конструкции 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 конструкции 110. Цепь 150 также может работать в резонансе, даже если компоненты заменяют в течение срока службы устройства.

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 f₀. 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 f₀, заставляет переменный ток I течь в резонансной цепи 150 и индуктивном элементе 158 и, следовательно, индуктивно нагревать токоприемную конструкцию 110 для заданного напряжения. Поскольку токоприемную конструкцию 110 нагревают индуктивно, ее температура (и, следовательно, температура материала 116, генерирующего аэрозоль) увеличивается. В этом примере токоприемная конструкция 110 (и материал 116, генерирующий аэрозоль) нагревают так, что она достигает постоянной температуры T_MAX. Температура T_MAX может представлять собой температуру, которая по существу равна температуре, при которой материал 116, генерирующий аэрозоль, генерирует значительное количество аэрозоля. Температура T_MAX может составлять, например, от около 200 до около 300°C (хотя, конечно, это может быть другая температура в зависимости от материала 116, токоприемной конструкции 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 конструкции 110 изменяется и резонансная частота f₀ резонансной цепи 150. Это связано с тем, что магнитная проницаемость токоприемной конструкции 110 является функцией температуры, и, как описано выше, магнитная проницаемость токоприемной конструкции 110 влияет на связь между индуктивным элементом 158 и токоприемной конструкцией 110 и, следовательно, на резонансную частоту f₀ 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.

В некоторых примерах токоприемная конструкция 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 конструкцией 110. Для алюминия замечено, что небольшое отклонение от резонансной частоты вызывает заметное уменьшение индуктивной связи между токоприемной конструкцией 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 конструкции 110 изменяется и резонансная частота f₀ цепи 150. Следовательно, в случае, когда токоприемная конструкция 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 конструкция 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 конструкции 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 конструкции 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 конструкции 110 в примерах, описанных в данном документе.

При использовании импеданс при резонансе параллельной комбинации индуктивного элемента 158 и конденсатора 156 представляет собой динамический импеданс R_dyn.

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.

В результате колебательного характера резонансной цепи 150 импеданс колебательного контура равен R_dyn для заданного напряжения V_s источника (источника напряжения V1). Ток I_s будут потреблять в ответ на R_dyn. Следовательно, импеданс нагрузки R_dyn 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_s и постоянного тока I_s в соответствии с уравнением (1) ниже.

(1)

На резонансной частоте f₀ динамический импеданс R_dyn равен

(2)

где можно считать, что параметр r представляет эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента 158 и влияние токоприемной конструкции 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 конструкцией 110. Таким образом, индуктивность L зависит от свойств токоприемной конструкции 110 и положения токоприемной конструкции 110 относительно индуктивного элемента 158. Индуктивность L индуктивного элемента 158 и, следовательно, резонансной цепи 150 зависит, помимо прочих факторов, от магнитной проницаемости μ токоприемной конструкции 110. Магнитная проницаемость μ - 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 μ материала, из которого состоит токоприемная конструкция 110, может изменяться с температурой.

Из уравнений (1) и (2) можно получить следующее уравнение (3)

(3)

Связь резонансной частоты f₀ 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)

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 конструкции, 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 конструкции 110, а также от температуры T токоприемной конструкции.

Значение источника постоянного тока V_s известно (например, напряжение батареи) или может быть измерено вольтметром, а значение постоянного тока I_s, потребляемого от источника постоянного напряжения V1, может быть измерено любым подходящим средством, например, с использованием вольтметра, установленного соответствующим образом для измерения напряжения источника V_s.

Чтобы можно было получить параметр r, может быть измерена и/или определена частота f₀.

В одном примере частота f₀ 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 f₀ 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 f₀ в качестве выходного напряжения.

Соответственно, поскольку C известна из значения емкости конденсатора 156, а V_s, I_s и f₀ могут быть измерены, например, как описано выше, то параметр r может быть определен из этих измеренных и известных значений.

Параметр r индуктивного элемента 158 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 конструкцией 110, и значение r изменяется, когда цепь переходит в "нагруженное" состояние, то есть когда индуктивный элемент 158 и токоприемная конструкция 110 индуктивно связаны друг с другом.

При использовании описанного в этом документе способа для определения температуры токоприемной конструкции 110 учитывают, находится ли цепь в "нагруженном" состоянии или в "ненагруженном" состоянии. Например, значение параметра r индуктивного элемента 158 в определенной конфигурации может быть известно, и его можно сравнить с измеренным значением для определения того, находится ли цепь в "нагруженном" или "ненагруженном" состоянии. В примерах определить, находится ли цепь в нагруженном или ненагруженном состоянии, можно с помощью схемы 106 управления, детектирующей вставку токоприемной конструкции 110, например, детектирующей вставку расходной детали, содержащей токоприемную конструкцию 110 в устройство 100. Вставка токоприемной конструкции 110 может быть детектирована любым подходящим средством, таким как, например, оптический датчик или емкостный датчик. В других примерах ненагруженное значение параметра r может быть известно и сохранено в схеме 106 управления. В некоторых примерах токоприемная конструкция 119 может содержать часть устройства 100, так что можно считать, что резонансная цепь 150 постоянно находится в нагруженном состоянии.

Как только определено или можно предположить, что резонансная цепь 150 находится в нагруженном состоянии, с токоприемной конструкцией 110, индуктивно связанной с индуктивным элементом 158, можно предположить, что изменение параметра r указывает на изменение температуры токоприемной конструкции 110. Например, изменение r можно рассматривать как свидетельство нагрева токоприемной конструкции 110 индуктивным элементом 158.

Устройство 100 (или фактически резонансная цепь 150) может быть откалибровано, чтобы определитель 106 температуры мог определять температуру токоприемной конструкции 110, исходя из измерения параметра r.

Калибровка может быть выполнена на самой резонансной цепи 150 (или на идентичной испытательной цепи, используемой для целей калибровки), путем измерения температуры T токоприемной конструкции 110 с помощью подходящего датчика температуры, такого как термопара, при нескольких при заданных значениях параметра r и построения графика зависимости r от T.

На фиг. 3 показан пример измеренных значений V_s, I_s, r и T, показанных на оси y в зависимости от времени t работы резонансной цепи 150, отложенного по оси x. Видно, что при по существу постоянном напряжении V_s источника, составляющего около 4 В, в течение примерно 30 секунд постоянный ток I_s увеличивается от примерно 2,5 А до примерно 3 А, а параметр r увеличивается от примерно 1,7-1,8 Ом до примерно 2,5 Ом. В то же время, температура T растет от примерно 20-25°C до примерно 250-260°C.

На фиг. 4 показан калибровочный график, основанный на значениях r и T, показанных на фиг. 3 и описанных выше. На фиг. 4 температура T токоприемной конструкции 110 показана на оси y, в параметр r показан на оси x. В примере на фиг. 4 была для графика T в зависимости от r подобрана функция, которая в этом примере представляет собой полиномиальную функцию третьего порядка. Функция подогнана к значениям r, которые соответствуют изменению температуры T. Как было отмечено выше, значение параметра r также может меняться между ненагруженным состоянием (когда токоприемная конструкция 110 отсутствует) и нагруженным состоянием (когда имеется токоприемная конструкция 110), хотя это не показано на фиг. 4. Таким образом, диапазон r, выбранный для отображения на графике для такой калибровки, может быть выбран так, чтобы исключить какие-либо изменения r из-за изменений в цепи, напр., изменения между "нагруженным" и "ненагруженным" состоянием. В других примерах к графику могут быть подогнаны другие функции, или массив значений r и T может быть сохранен, например, в виде справочной таблицы. Хотя, как было отмечено выше, в нагруженном состоянии мы не можем считать, что значение r является небольшим, было установлено, что аппроксимация уравнения 4a все еще позволяет точно отслеживать температуру T. Не желая быть ограниченными теорией, полагают, что изменения различных электрических и магнитных параметров цепи "учтены" в значении E уравнения 4a.

При использовании определитель 106 температуры принимает значения постоянного напряжения V_s, постоянного тока I_s и частоты f₀ и определяет значение параметра r в соответствии с вышеприведенным уравнением 5. Определитель температуры определяет значение температуры токоприемной конструкции 110 с использованием вычисленного значения параметра r, например, путем вычисления температуры с использованием функции, такой как показанная на фиг. 4, или выполняя поиск в таблице значений для параметра r и температуры T, полученной путем калибровки, как было объяснено выше.

В некоторых примерах это может позволить схеме 106 управления выполнить действия, исходя из определенной температуры токоприемника 110. Например, подача напряжения может быть отключена или снижена (либо путем понижения подаваемого напряжения, либо путем снижения среднего напряжения, подаваемого в рабочем цикле, если используют схему широтно-импульсной модуляции), если полученная температура T токоприемника выше предварительно заданного значения.

В некоторых примерах способ определения температуры T по параметру r может содержать следующее: подразумевают наличие взаимосвязи между T и r, определяют изменение r и по изменению r определяют изменение температуры T.

На фиг. 4 представлена единственная калибровочная кривая, которая характеризует определенную геометрию токоприемной конструкции 110, тип материала и/или положение относительно индуктивного элемента 158. В некоторых реализациях, в частности, в реализациях, в которых в устройстве 100 используют в широком смысле одинаковые токоприемные конструкции 110, единственной калибровочной кривой может быть достаточно, чтобы учесть, например, производственные допуски. Другими словами, погрешность измерения температуры (по определенному значению r) может быть допустима, чтобы учесть различные производственные допуски единственной токоприемной конструкции 110. Поэтому, схема 106 управления выполнена с возможностью выполнять операции определения значения r, затем определения значения температуры T (например, с использованием полиномиальной кривой или справочной таблицы, как показано выше).

В других примерах, в частности в тех, где токоприемник имеет другую форму и/или выполнен из другого материала, могут потребоваться другие калибровочные кривые (например, различные полиномы третьего порядка) для этих различных токоприемных конструкций 110. На фиг. 5 показано базовое представление набора из трех калибровочных кривых, каждая из которых имеет соответствующую подогнанную к ней полиномиальную функцию (не показана). Как на фиг. 4, температура T токоприемной конструкции 110 показана на оси y, а эффективное групповое сопротивление r показано на оси x. Только для примера и для иллюстрации, кривая A может характеризовать токоприемник из нержавеющей стали, кривая B может характеризовать токоприемник из железа, а кривая C может характеризовать токоприемник из алюминия.

В устройствах 100 генерации аэрозоля, в которые могут быть вставлены и нагреты различные токоприемные конструкции 110, схема 106 управления также может быть выполнена с возможностью определять, какая из калибровочных кривых (например, выбранная из кривых A, B или C на фиг. 5) является корректной кривой для использования для вставленной токоприемной конструкции 110. В одном примере устройство 100 генерации аэрозоля может быть оснащено датчиком температуры (не показан), который выполнен с возможностью измерять температуру, связанную с устройством 100. В одной реализации датчик температуры может быть выполнен с возможностью детектировать температуру окружающей среды вокруг устройства 100 (т.е. температуру окружающей среды). Эта температура может характеризовать температуру токоприемной конструкции 110 непосредственно перед вставкой в устройство 110 в предположении, что токоприемная конструкция не была нагрета каким-либо другим средством, отличным от окружающей среды, непосредственно перед вставкой. В других примерах датчик температуры может быть выполнен с возможностью измерять температуру камеры, предназначенной для вставки расходной детали 120.

Как в общем показано на фиг. 5, значение r может быть определено (r_det) на основе уравнения (5). Значение r_det измеряют либо сразу после того, как токоприемную конструкцию 110 размещают в устройстве 100 (если индуктивный элемент 158 в данный момент активен), либо сразу после активации индуктивного элемента 158 (т.е. сразу после того, как начинает течь в цепи 150). То есть, r_det предпочтительно определяют при отсутствии какого-либо дополнительного нагрева, вызванного передачей энергии от индуктивного элемента 158. Как видно на фиг. 5, для заданного значения r_det имеется несколько возможных значений температуры (T1, T2 и T3), каждое из которых соответствует точке на одной из калибровочных кривых. Чтобы определить, какая из калибровочных кривых является наиболее подходящей для использования для токоприемной конструкции 110, которую вставили в устройство 100, схема 106 управления выполнена с возможностью сначала определять значение r (как описано выше). Схема 106 управления выполнена с возможностью получать/принимать измерение температуры (или указание н измерение температуры) от датчика температуры и сравнивать измерение температуры со значениями температуры, соответствующими определенному значению r для каждой из калибровочных кривых (или из их подмножества). В качестве примера и со ссылкой на фиг. 5, если датчик температуры измеряет температуру t, равную T1, то схема управления сравнивает измеренную температуру T с тремя значениями температуры T1, T2, T3, соответствующими определенному значению r для каждой калибровочной кривой A, B, C. В зависимости от результата сравнения схема управления задает калибровочную кривую, имеющую значение температуры, наиболее близкое к измеренному/полученному значению температуры, в качестве калибровочной кривой для этой токоприемной конструкции 110. В вышеприведенном примере калибровочная кривая A задана схемой 106 управления в качестве калибровочной кривой для вставленного токоприемника 110. После этого, каждый раз, когда схема 106 управления определяет значение r, температуру токоприемной конструкции 110 вычисляют на основе выбранной калибровочной кривой (кривой A). Хотя выше было описано, что калибровочную кривую выбирают/задают, следует понимать, что это может означать, что выбирают полиномиальное уравнение, представляющее кривую, или может быть выбрано множество калибровочных значений, соответствующих кривой, например, в справочной таблице.

В этой связи, этап сравнения, описанный выше, может быть выполнен в соответствии с любым подходящим алгоритмом сравнения. Например, предположим, что измеренная температура находится между значениями T1 и T2. Схема 106 управления может выбрать либо кривую A, либо кривую B в зависимости от используемого алгоритма. Алгоритм может выбирать кривую, имеющую наименьшее отличие (то есть, ту, для которой разница T2-t или T1-t наименьшая). Могут быть реализованы другие алгоритмы, такие как выбор наибольшего значения (в этом случае T2). Принципы настоящего изобретения не ограничены определенным используемым алгоритмом.

Кроме того, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс определения калибровочной кривой в определенных условиях. Например, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс идентификации соответствующей кривой в соответствующее время (например, когда на индуктивный элемент 158 впервые подают ток) каждый раз, когда устройство включают. В этой связи, устройство 100 может иметь несколько режимов работы, таких как состояние начального включения, когда энергию от батареи подают на схему 106 управления (но не на резонансную цепь 150). Переход в это состояние может происходить, например, когда пользователь нажимает кнопку на поверхности устройства 100. Устройство 100 также может иметь режим генерации аэрозоля, в котором энергию также подают на резонансную цепь 150. Он может быть активирован либо с помощью кнопки, либо датчиком затяжки (как описано выше). Следовательно, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью повторять процесс выбора соответствующей калибровочной кривой, когда впервые выбирают режим генерации аэрозоля. В качестве альтернативы, схема 106 управления может быть выполнена с возможностью определять, когда токоприемную конструкцию удаляют из устройства 100 (или вставляют в него), и с возможностью повторять процесс определения калибровочной кривой при следующей подходящей возможности.

Хотя выше было описано, что схема управления использует уравнения 4a и 5, 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_dyn 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_s - мы называем это напряжение V_ac. Напряжение V_ac можно измерить практически любым подходящим способом, но это напряжение переменного тока в параллельной LC-цепи. Используя это, можно определить переменный ток, I_ac, приравняв мощность переменного и постоянного тока. То есть, V_acI_ac=V_sI_s. Параметры V_s и I_s 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, вышеописанный способ определения температуры токоприемник может быть выполнен с помощью цепи индукционного нагрева, которая работает на предварительно заданной частоте, которая может не являться резонансной частотой цепи. 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 температуры токоприемника T для частот в диапазоне частот, включающим в себя резонансную частоту. В примере описанный выше способ может быть использован для получения калибровки между параметром r и температурой T на резонансной частоте, и затем то же самую калибровку используют для соотнесения r и T, если цепь не находится в состоянии резонанса. Тем не менее, следует понимать, что вывод уравнения 5 предполагает, что цепь 150 работает на резонансной частоте f₀. Поэтому, вероятно, погрешность, связанная с определенной температурой, будет увеличиваться при увеличении разницы между резонансной частотой f₀ и предварительно заданной частотой работы. Другими словами, измерение температуры с большей точностью может быть определено тогда, когда цепь работает на резонансной частоте или на частоте близкой к ней. Например, вышеописанный способ соотнесения и определения r и T может быть использован для частот в диапазоне от f₀-Δf до f₀+Δf, где Δf, например, может определено экспериментально путем непосредственного измерения температуры T токоприемника и проверки выведенных выше соотношений. Например, большие значения Δf могут обеспечить меньшую точность при определении температуры T токоприемника, но при этом могут быть еще применимыми.

В некоторых примерах способ может содержать присвоение постоянных значений V_s и I_s и предположение, что эти значения не изменяются при вычислении параметра r. Тогда может не потребоваться измерение напряжения V_s и тока I_s 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.

Изобретение относится к устройству для генерации аэрозоля, в частности к устройству, содержащему определитель температуры для определения температуры токоприемного устройства. Технический результат заключается в определении температуры токоприемника, который индуктивно нагревается с помощью индуктивного элемента LC-резонансного контура, путем измерения частоты работы цепи. Прибор для устройства генерации аэрозоля содержит резонансную LC-цепь, содержащую индуктивный элемент для индукционного нагрева токоприемной конструкции для нагрева материала, генерирующего аэрозоль, чтобы таким образом получать аэрозоль. Прибор содержит переключающее устройство для получения изменяющегося тока от источника постоянного напряжения и протекания его через индуктивный элемент, чтобы вызвать индукционный нагрев токоприемной конструкции. Прибор также содержит определитель температуры, выполненный с возможностью, при использовании, определять температуру токоприемной конструкции на основе частоты, на которой работает резонансная LC-цепь. 2 н. и 29 з.п. ф-ы, 5 ил.

1. Прибор для определения температуры токоприемника для устройства генерации аэрозоля, содержащий:

резонансную LC-цепь, содержащую индуктивный элемент для индукционного нагрева токоприемной конструкции для нагрева материала, генерирующего аэрозоль, чтобы тем самым получать аэрозоль;

переключающее устройство для получения изменяющегося тока от источника постоянного напряжения и протекания его через индуктивный элемент, чтобы вызывать индукционный нагрев токоприемной конструкции; и

определитель температуры, выполненный с возможностью, при использовании, определять температуру токоприемной конструкции исходя из частоты, на которой работает LC-цепь.

2. Прибор по п. 1, в котором определитель температуры выполнен с возможностью, при использовании, определять температуру токоприемной конструкции на основе постоянного тока от источника постоянного тока в дополнение к частоте, на которой работает резонансная LC-цепь.

3. Прибор по п. 2, в котором определитель температуры выполнен с возможностью, при использовании, определять температуру токоприемной конструкции на основе напряжения постоянного тока от источника постоянного напряжения в дополнение к указанным частоте, на которой работает резонансная LC-цепь, и постоянному току от источника постоянного тока, при использовании.

4. Прибор по любому из пп. 1-3, в котором LC-цепь представляет собой параллельную LC-цепь, содержащую емкостный элемент, расположенный параллельно с индуктивным элементом.

5. Прибор по п. 3 или 4, в котором определитель температуры выполнен с возможностью определять эффективное групповое сопротивление индуктивного элемента и токоприемной конструкции исходя из частоты, на которой работает резонансная LC-цепь, постоянного тока от источника постоянного тока и постоянного напряжения от источника постоянного напряжения и с возможностью определять температуру токоприемной конструкции на основе полученного эффективного группового сопротивления.

6. Прибор по п. 5, в котором определитель температуры выполнен с возможностью определения температуры токоприемной конструкции на основе калибровочных значений эффективного группового сопротивления индуктивного элемента и токоприемной конструкции и указанной температуры токоприемной конструкции.

7. Прибор по п. 6, в котором калибровка основана на полиномиальном уравнении, предпочтительно на полиномиальном уравнении третьего порядка.

8. Прибор по любому из пп. 5-7, в котором определитель температуры выполнен с возможностью определять эффективное групповое сопротивление r с использованием формулы:

,

где V_s – напряжение постоянного тока, I_s – постоянный ток, C – емкость резонансной LC-цепи, а f₀ – частота, на которой работает резонансная LC-цепь.

9. Прибор по любому из предыдущих пунктов, в котором частота, на которой работает резонансная LC-цепь, представляет собой резонансную частоту резонансной LC-цепи.

10. Прибор по любому из предыдущих пунктов, в котором переключающее устройство выполнено с возможностью переключаться между первым состоянием и вторым состоянием, а частота, на которой работает LC-цепь, определяется исходя из определения частоты, с которой переключающее устройство переключается между первым состоянием и вторым состоянием.

11. Прибор по п. 10, в котором переключающее устройство содержит один или более транзисторов, а частота, на которой работает LC-цепь, определяется путем измерения периода, с которым один из транзисторов переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием.

12. Прибор по любому из предыдущих пунктов, также содержащий преобразователь частоты в напряжение, выполненный с возможностью выдавать значение напряжения, указывающее на частоту, на которой работает LC-цепь.

13. Прибор по любому из предыдущих пунктов, в котором постоянное напряжение и/или постоянный ток представляют собой рассчитанные значения.

14. Прибор по любому из предыдущих пунктов, в котором значения, полученные для постоянного напряжения и/или постоянного тока, представляют собой значения, измеренные с использованием указанного прибора.

15. Прибор по любому из пп. 6-14, в котором калибровка значений между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции представляет собой одну из множества калибровок между эффективным групповым сопротивлением и температурой токоприемной конструкции, и определитель температуры выполнен с возможностью выбирать одну из множества калибровок для применения при определении температуры токоприемника исходя из значений эффективного группового сопротивления.

16. Прибор по п. 15, также содержащий датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры, связанной с токоприемной конструкцией, до нагрева с помощью индуктивного элемента, при этом определитель температуры выполнен с возможностью использования температуры, полученной датчиком температуры, для выбора калибровки.

17. Прибор по п. 16, в котором температура, измеренная датчиком температуры, представляет собой температуру окружающей среды для устройства генерации аэрозоля.

18. Прибор по п. 16, в котором устройство получения аэрозоля содержит камеру для приема токоприемной конструкции, например камеру для приема расходной детали, содержащей токоприемную конструкцию, и температура, измеренная датчиком температуры, представляет собой температуру камеры.

19. Прибор по любому из пп. 16-18, в котором определитель температуры выполнен с возможностью определять значение эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, измеренной датчиком температуры, и выбирать калибровку из множества калибровок на основе сравнения между температурой, измеренной датчиком температуры, и температурой, заданной каждой калибровкой из указанного множества калибровок, с использованием значения эффективного группового сопротивления, соответствующего температуре, измеренной датчиком температуры.

20. Прибор по любому из пп. 15-19, в котором каждая калибровка представляет собой калибровочную кривую, или полиномиальное уравнение, или набор калибровочных значений в справочной таблице.

21. Прибор по любому из пп. 15-20, в котором определитель температуры выполнен с возможностью выполнять выбор калибровки каждый раз при включении устройства генерации аэрозоля или каждый раз, когда устройство генерации аэрозоля переходит в режим генерации аэрозоля.

22. Прибор по п. 10, в котором переключающее устройство выполнено с возможностью переключения между первым состоянием и вторым состоянием в ответ на колебания напряжения в резонансной цепи, работающей на резонансной частоте резонансной цепи, вследствие чего поддерживается изменяющийся ток на резонансной частоте резонансной цепи.

23. Прибор по п. 22, в котором переключающее устройство содержит первый транзистор и второй транзистор, причем если переключающее устройство находится в первом состоянии, то первый транзистор выключен, а второй транзистор включен, а если переключающее устройство находится во втором состоянии, то первый транзистор включен, а второй транзистор выключен.

24. Прибор по п. 23, в котором первый транзистор и второй транзистор содержат первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, причем переключающее устройство выполнено так, что первый транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора.

25. Прибор по п. 23 или 24, в котором первый транзистор и второй транзистор содержат первый вывод для включения и выключения этого транзистора, второй вывод и третий вывод, причем переключающее устройство выполнено так, что второй транзистор переключается из включенного состояния в выключенное, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора.

26. Прибор по любому из пп. 23-25, в котором резонансная цепь также содержит первый диод и второй диод, при этом первый вывод первого транзистора подключен ко второму выводу второго транзистора через первый диод, а первый вывод второго транзистора подключен ко второму выводу первого транзистора через второй диод, вследствие этого первый вывод первого транзистора находится под низким напряжением, когда второй транзистор включен, а первый вывод второго транзистора находится под низким напряжением, когда первый транзистор включен.

27. Прибор по п. 26, в котором переключающее устройство выполнено так, что первый транзистор переключается из включенного состояния в выключенное состояние, если напряжение на втором выводе второго транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения первого транзистора плюс напряжение смещения первого диода.

28. Прибор по п. 26 или 27, в котором переключающее устройство выполнено так, что второй транзистор переключается из включенного состояния в выключенное состояние, если напряжение на втором выводе первого транзистора меньше или равно пороговому напряжению переключения второго транзистора плюс напряжение смещения второго диода.

29. Прибор по любому из предыдущих пунктов, в котором первый вывод источника постоянного напряжения подключен к первой и второй точкам в резонансной цепи, причем первая точка и вторая точка электрически расположены соответственно с одной и с другой стороны индуктивного элемента.

30. Прибор по любому из предыдущих пунктов, содержащий по меньшей мере один дроссель, расположенный между источником постоянного напряжения и индуктивным элементом.

31. Устройство генерации аэрозоля, содержащее прибор для определения температуры токоприемника по любому из предыдущих пунктов.