СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИСПАРИТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК A24F47/00 H02M3/158 

Перекрестная ссылка

[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной заявке на патент США № 62/748,203, озаглавленной "Powering Vapor Atomizer" ("Питание парового распылителя"), поданной 19 октября 2018 года, и притязает на приоритет предварительной заявке на патент США № 62/915,294, озаглавленной "Powering Vapor Atomizer", поданной 15 октября 2019 года, которые обе, таким образом, включены в данный документ посредством ссылки в своей полноте до разрешенной степени.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Изобретение, описанное в данном документе, относится к питанию испарительного распылителя с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный ток.

Уровень техники

[0003] Испарительные устройства, которые могут также называться испарителями, электронными испарительными устройствами или электроиспарительными устройствами, могут быть использованы для подачи аэрозоля (например, вещества в парообразной фазе и/или конденсированной фазе, висящего в неподвижной или движущейся массе воздуха или некотором другом газообразном носителе), содержащего один или более активных ингредиентов, посредством вдыхания аэрозоля пользователем испарительного устройства. Например, электронные системы доставки никотина (ENDS) включают в себя класс испарительных устройств, которые питаются от батареи питания и которые могут быть использованы для имитации ощущения курения, но без сжигания табака или других веществ. Испарители становятся все популярнее как для предписывающего медицинского использования, в доставке лекарств, так и для потребления табака, никотина и других растительных веществ. Испарительные устройства могут быть переносными, автономными и/или удобными для использования.

[0004] При использовании испарительного устройства пользователь вдыхает аэрозоль, в разговорной речи называемый "паром", который может быть сформирован посредством нагревательного элемента, который испаряет (например, вынуждает жидкость или твердое вещество, по меньшей мере, частично переходить в газообразную фазу) испаряемое вещество, которое может быть жидкостью, раствором, твердым веществом, пастой, воском и/или любой другой формой, совместимой с использованием с конкретным испарительным устройством. Испаряемое вещество, используемое с испарителем, может быть предусмотрено в картридже, например, отделяемой части испарительного устройства, которая содержит испаряемое вещество, который включает в себя выпускное отверстие (например, мундштук) для вдыхания аэрозоля пользователем.

[0005] Чтобы принимать вдыхаемый аэрозоль, формируемый посредством испарительного устройства, пользователь может, в некоторых примерах, активировать испарительное устройство, делая затяжку, нажимая кнопку и/или посредством некоторого другого подхода. Затяжка, когда используется в данном документе, может ссылаться на вдох пользователем способом, который вынуждает объем воздуха втягиваться в испарительное устройство, так что вдыхаемый аэрозоль формируется посредством сочетания испарившегося испаряемого вещества с объемом воздуха.

[0006] Подход, посредством которого испарительное устройство формирует вдыхаемый аэрозоль из испаряемого вещества, подразумевает нагрев испаряемого вещества в испарительном распылителе или испарительной камере (например, камере нагревателя), чтобы вынуждать испаряемое вещество превращаться в газообразную (или паровую) фазу. Испарительный распылитель или испарительная камера может ссылаться на область или объем в испарительном устройстве, в котором источник тепла (например, токопроводящий, конвекционный и/или излучающий источник тепла) вызывает нагрев испаряемого вещества, чтобы создавать смесь воздуха и испарившегося вещества, чтобы формировать пар для вдыхания испаряемого вещества пользователем испарительного устройства.

[0007] Испарительные распылители могут быть использованы для выпаривания жидкости в аэрозоль и могут требовать регулировки мощности и температуры нагревательного элемента, такого как резистивная проводная катушка, чтобы формировать стойкий пар и препятствовать деградации жидкости из-за подвергания воздействию высоких температур. Типично, два параметра, относящихся к нагреву, которые могут быть отрегулированы, включают в себя электрическую мощность для нагревательного элемента и температуру нагревательного элемента.

[0008] В типичном испарительном распылителе нагревательная катушка может быть сконструирована из проводника с положительным температурным коэффициентом сопротивления (TCR), так что его сопротивление увеличивается с увеличением его объемной температуры. Регулирующий контур измеряет увеличение в сопротивлении от окружающей температуры до горячей и регулирует мощность для нагревателя, чтобы поддерживать целевую рабочую температуру для стойкого пара. Регулировка мощности нагревателя может быть реализована с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM, ШИМ), когда электрический ток для нагревательного элемента включается и выключается с быстрой скоростью, чтобы регулировать электрическую мощность, рассеиваемую в элементе в качестве тепла.

[0009] В то время как этот ШИМ-подход может регулировать нагревательный элемент, реализации могут быть нетерпящими большие изменения в нагревателе и контактного сопротивления стыкуемого модуля, может требовать прерывания питания, чтобы измерять сопротивление нагревателя, может приводить в результате к более короткому сроку работы батареи питания, может приводить в результате к более короткому времени работы при более низких температурах, может приводить в результате к более быстрому старению батареи питания, может приводить в результате к ограниченной интеграции системы, может приводить в результате к ограниченному TCR и может приводить в результате к добавленному количеству компонентов и затратам для измерения сопротивления нагревателя.

Сущность изобретения

[0010] В некоторых аспектах настоящего изобретения проблемы, ассоциированные с питанием испарительных устройств, могут быть устранены посредством содержания одного или более признаков, описанных в данном документе или сравнимых/эквивалентных подходов, как будет понятно обычному специалисту в области техники. Аспекты настоящего изобретения относятся к способам и системе для питания нагревательного элемента испарительного устройства.

[0011] Подробности одного или более варьирований изобретения, описанного в данном документе, изложены на прилагаемых чертежах и в нижеприведенном описании. Другие признаки и преимущества изобретения, описанного в данном документе, должны становиться очевидными из описания и чертежей и из формулы изобретения. Формула изобретения, которая приводится после этого раскрытия, имеет намерение задавать объем защищенного изобретения. В некоторых вариантах один или более следующих признаков может в необязательном порядке быть включен в любом возможном сочетании.

[0012] В аспекте система включает в себя преобразователь, выполненный с возможностью электрического соединения с источником питания и с нагревательным элементом испарительного распылителя. Преобразователь может быть дополнительно выполнен с возможностью получения первого напряжения от источника питания и предоставления второго напряжения в нагревательный элемент. Преобразователь может быть преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Блок наблюдения за мощностью может быть выполнен с возможностью электрического соединения с нагревательным элементом, измерения тока через нагревательный элемент, измерения напряжения на нагревательном элементе, вычисления мощности и/или сопротивления, и вывода управляющего сигнала в преобразователь. Преобразователь может быть выполнен с возможностью управляться управляющим сигналом, чтобы изменять второе напряжение для поддержания целевой мощности или целевой температуры на нагревательном элементе.

[0013] Один или более следующих признаков могут содержаться в любом возможном сочетании. Например, преобразователь может включать в себя повышающий и/или понижающий преобразователь. Преобразователь может включать в себя устройство сохранения энергии. Устройство сохранения энергии может включать в себя конденсаторы в топологии переключаемых конденсаторов или топологии накачки заряда. Устройство сохранения энергии может включать в себя индуктор. Блок наблюдения за мощностью может включать в себя аналоговые схемы, формирующие управление в замкнутом контуре. Блок наблюдения за мощностью может включать в себя схемы аналогового входного каскада, выполненные с возможностью измерения тока через нагревательный элемент и напряжения через нагревательный элемент, и цифровой преобразователь, включающий в себя схемы, выполненные с возможностью предоставления управляющего сигнала на основе измеренного тока через нагревательный элемент и измеренного напряжения на нагревательном элементе. Цифровой преобразователь может быть выполнен с возможностью предоставлять управляющий сигнал в качестве подвергнутого широтно-импульсной модуляции сигнала, преобразованного из цифровой формы в аналоговую форму сигнала или сигнала, отформатированного для межсоединения интегральных схем. Блок наблюдения за мощностью может включать в себя 4-проводное соединение для измерения напряжения на нагревательном элементе. Блок наблюдения за мощностью может альтернативно включать в себя 3-проводное соединение для измерения напряжения на нагревательном элементе. Блок наблюдения за мощностью может измерять ток и напряжение непрерывно без прерывания электропитания нагревательного элемента. Микроконтроллер и коммутатор могут быть включены между преобразователем и нагревательным элементом. Коммутатор может электрически соединяться с микроконтроллером. Микроконтроллер может быть выполнен с возможностью подавать подвергнутый широтно-импульсной модуляции сигнал на затвор коммутатора. Преобразователь может быть выполнен с возможностью функционировать при первом уровне мощности, и микроконтроллер может быть выполнен с возможностью определения, на основе измеренного тока через нагревательный элемент и измеренного напряжения через нагревательный элемент, второго уровня мощности и модификации сигнала для управления коммутатором, чтобы модифицировать второе напряжение.

[0014] Преобразователь может быть выполнен с возможностью предоставления непрерывного электропитания в нагревательный элемент в течение цикла нагрева. Блок наблюдения за мощностью может быть выполнен с возможностью определять, на основе изменений измеренного тока, изменение контактного сопротивления для контакта между преобразователем и нагревательным элементом. Система может дополнительно включать в себя источник тока, выполненный с возможностью соединения с нагревательным элементом, источник тока включает в себя резистор источника тока и коммутатор источника тока.

[0015] Система может дополнительно включать в себя порт универсальной последовательной шины, включающий в себя шину электропитания универсальной последовательной шины, преобразователь, выполненный с возможностью вывода третьего напряжения в шину электропитания универсальной последовательной шины. Система, включающая в себя преобразователь, также может включать в себя схему регулирования с широтно-импульсной модуляцией (PWM, ШИМ), выполненную с возможностью электрического соединения с источником питания и с нагревательным элементом испарительного распылителя. Схема регулирования с широтно-импульсной модуляцией дополнительно выполнена с возможностью предоставлять ШИМ-питание в нагревательный элемент. Источник питания может быть батареей питания.

[0016] В другом аспекте, объединенный преобразователь включает в себя преобразователь, блок наблюдения за мощностью и зарядное устройство в одном блоке. Преобразователь может быть выполнен с возможностью электрического соединения с источником питания и с нагревательным элементом испарительного распылителя. Преобразователь может быть дополнительно выполнен с возможностью получения первого напряжения от источника питания и предоставления второго напряжения в нагревательный элемент. Преобразователь является преобразователем постоянного тока в постоянный ток. Блок наблюдения за мощностью может быть выполнен с возможностью электрического соединения с нагревательным элементом, измерения тока через нагревательный элемент, измерения напряжения через нагревательный элемент, вычисления мощности и/или сопротивления, и вывода управляющего сигнала в преобразователь. Зарядное устройство может быть выполнено с возможностью электрического соединения с источником питания, чтобы заряжать источник питания. Преобразователь выполнен с возможностью управляться управляющим сигналом, чтобы изменять второе напряжение для поддержания целевой мощности или целевой температуры на нагревательном элементе. Преобразователь и зарядное устройство могут включать в себя общий индуктор, чтобы питать нагревательный элемент и заряжать источник питания.

[0017] В другом аспекте, способ включает в себя измерение тока через нагревательный элемент испарительного распылителя, измерение напряжения через нагревательный элемент, вычисление мощности и/или сопротивления и управление работой преобразователя, чтобы изменять второе напряжение для поддержания целевой мощности или целевой температуры через нагревательный элемент. Ток может быть подан посредством преобразователя, выполненного с возможностью электрического соединения с источником мощности и с нагревательным элементом. Преобразователь может быть дополнительно выполнен с возможностью получения первого напряжения от источника питания и предоставления второго напряжения в нагревательный элемент. Преобразователь является преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

[0018] Один или более следующих признаков могут содержаться в любом возможном сочетании. Например, преобразователь может включать в себя повышающий и/или понижающий преобразователь; преобразователь может включать в себя устройство сохранения энергии. Устройство сохранения энергии может включать в себя конденсаторы в топологии переключаемых конденсаторов или топологии накачки заряда. Устройство сохранения энергии может включать в себя индуктор. Управляющий сигнал может быть предоставлен преобразователю в качестве подвергнутого широтно-импульсной модуляции сигнала, преобразованного из цифровой формы в аналоговую форму сигнала или отформатированного для межсоединения интегральных схем сигнала. Подвергнутый широтно-импульсной модуляции сигнал может быть подан на затвору коммутатора, подсоединенного между микроконтроллером, преобразователем и нагревательным элементом. Преобразователь может быть выполнен с возможностью функционировать при первом уровне мощности, и микроконтроллер выполнен с возможностью определения, на основе измеренного тока через нагревательный элемент и измеренного напряжения на нагревательном элементе, второго уровня мощности и модификации сигнала широтно-импульсной модуляции для управления коммутатором, чтобы модифицировать второе напряжение. Преобразователь может быть выполнен с возможностью предоставления непрерывного электропитания в нагревательный элемент во время цикла нагрева. Изменение контактного сопротивления для контакта между преобразователем и нагревательным элементом может быть определена на основе изменений измеренного тока.

[0019] Напряжение через нагревательный элемент может быть измерено с помощью 4-проводного соединения. Напряжение через нагревательный элемент может альтернативно быть измерено с помощью 4-проводного соединения. Ток через нагревательный элемент может непрерывно измеряться без прерывания питания нагревательного элемента. Напряжение через нагревательный элемент может непрерывно измеряться без прерывания питания нагревательного элемента. Источник питания может быть батареей питания.

[0020] Подробности одного или более варьирований изобретения, описанного в данном документе, изложены на прилагаемых чертежах и в нижеприведенном описании. Другие признаки и преимущества изобретения, описанного в данном документе, должны становиться очевидными из описания и чертежей и из формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

[0021] Прилагаемые чертежи, которые включены в и составляют часть этого описания изобретения, показывают конкретные аспекты изобретения, раскрытого в данном документе, и вместе с описанием помогают пояснять некоторые принципы, ассоциированные с раскрытыми реализациями. На чертежах:

[0022] Фиг. 1A - блок-схема испарительного устройства;

[0023] Фиг. 1B - схематичное представление испарительного устройства и картриджа испарителя;

[0024] Фиг. 1C - вид спереди испарительного устройства и варианта осуществления картриджа испарителя;

[0025] Фиг. 1D - вид спереди картриджа испарителя, соединенного с испарительным устройством;

[0026] Фиг. 1E - вид в перспективе картриджа испарителя;

[0027] Фиг. 1F - вид в перспективе другого варианта осуществления картриджа испарителя, соединенного с испарительным устройством;

[0028] Фиг. 1G - блок-схема системы, иллюстрирующая примерное ШИМ-управление нагревателем;

[0029] Фиг. 2 - блок-схема системы, иллюстрирующая пример регулировки мощности нагревателя согласно некоторым аспектам настоящего изобретения;

[0030] Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая режимы работы примерного регулятора 200 нагревателя, иллюстрированного на фиг. 2;

[0031] Фиг. 4 - блок-схема системы, иллюстрирующая примерный регулятор нагревателя, в котором преобразователь работает в качестве источника тока;

[0032] Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций процесса, иллюстрирующая примерный процесс работы регулятора нагревателя согласно некоторым аспектам настоящего изобретения; и

[0033] Фиг. 6 иллюстрирует примерную принципиальную схему, иллюстрирующую сопротивления и связанные параметры на примерном пути электропитания и включающую в себя коммутатор для управления питанием.

[0034] Если уместно, аналогичные ссылки с номерами обозначают аналогичные структуры, признаки или элементы. Аналогичные ссылки с номерами на различных чертежах указывают аналогичные элементы.

Подробное описание изобретения

[0035] Реализации настоящего изобретения включают в себя способы, устройства, промышленные изделия и системы, относящиеся к испарению одного или более веществ для вдыхания пользователем. Примерные реализации включают в себя способы электропитания испарительных устройств и систем, включающих в себя испарительные устройства. Термин "испарительное устройство", когда используется в последующем описании и формуле изобретения, ссылается на любое из самостоятельного устройства, устройства, которое включает в себя две или более разделяемых частей (например, основную часть испарителя, которая включает в себя батарею питания и другие аппаратные средства, и картридж, который включает в себя испаряемое вещество), и/или т.п. Испарительные устройства, которые могут также называться испарителями, электронными испарительными устройствами или электроиспарительными устройствами, могут быть использованы для подачи аэрозоля (например, вещества в парообразной фазе и/или конденсированной фазе, висящего в неподвижной или движущейся массе воздуха или некотором другом газообразном носителе), содержащего один или более активных ингредиентов, посредством вдыхания аэрозоля пользователем испарительного устройства. "Испарительная система", когда используется в данном документе, может включать в себя один или более компонентов, таких как испарительное устройство. Примеры испарительных устройств, согласующихся с реализациями настоящего изобретения, включают в себя электронные испарители, электронные системы доставки никотина (ENDS) и/или т.п. В целом, такие испарительные устройства являются карманными устройствами, которые нагревают (например, посредством конвекции, проведения тока, излучения и/или некоторого их сочетания) испаряемого вещества, чтобы предоставлять вдыхаемую дозу вещества. Испаряемое вещество, используемого вместе с испарительным устройством, может быть предоставлено в картридже (например, части испарителя, которая содержит испаряемое вещество в резервуаре или другом контейнере), который может быть повторно наполняемым, когда пуст, или одноразовым, так что новый картридж, содержащий дополнительное испаряемое вещество того же или другого типа, может быть использован). Испарительное устройство может быть использующим картридж испарительным устройством, испарительным устройством без картриджа или многоразовым испарительным устройством, приспособленным для использования с или без картриджа. Например, испарительное устройство может включать в себя нагревательную камеру (например, термокамеру или другую область, в которой вещество нагревается посредством нагревательного элемента), выполненную с возможностью приема испаряемого вещества непосредственно внутрь нагревательной камеры, и/или резервуар или т.п. для содержания испаряемого вещества. В некоторых реализациях испарительное устройство может быть выполнено с возможностью использования с жидким испаряемым веществом (например, раствором-носителем, в котором активные и/или неактивные ингредиент(ы) являются суспендированными или удерживаются в растворе, или жидкой формой самого испаряемого вещества), пастой, воском и/или твердым испаряемым веществом. Твердое испаряемое вещество может включать в себя растительное вещество, которое выделяет некоторую часть растительного вещества в качестве испаряемого вещества (например, некоторая часть растительного вещества остается в качестве отходов, после того как вещество испаряется для вдыхания пользователем) или, в необязательном порядке, может быть твердой формой самого испаряемого вещества, так что все твердое вещество может в конечном счете быть испарено для вдыхания. Жидкое испаряемое вещество может аналогично быть приспособленным для полного испарения или может включать в себя некоторую долю жидкого вещества, которое остается после того, как все вещество, подходящее для вдыхания, было испарено.

[0036] Обращаясь к блок-схеме на фиг. 1A, испарительное устройство 100 может включать в себя источник 112 питания (например, батарею питания, который может быть перезаряжаемой батареей питания), и контроллер 104 (например, процессор, схему и т.д., приспособленную для выполнения логики) для управления доставкой тепла к распылителю 141, чтобы вынуждать испаряемое вещество 102 преобразовываться из конденсированной формы (такой как твердая, жидкая, раствор, суспензия, часть, по меньшей мере, частично необработанного растительного вещества, и т.д.) в газообразную фазу. Контроллер 104 может быть частью одной или более плат печатного монтажа (PCB), согласующихся с некоторыми реализациями настоящего изобретения. После преобразования испаряемого вещества 102 в газообразную фазу, по меньшей мере, некоторая часть испаряемого вещества 102 в газообразной фазе может конденсироваться в форму твердых частиц, по меньшей мере, в частичном локальном равновесии с газообразной фазой как часть аэрозоля, который может формировать некоторую часть или всю вдыхаемую дозу, предоставляемую посредством испарительного устройства 100 во время затяжки пользователя или втягивания на испарительном устройстве 100. Следует понимать, что взаимодействие между газообразной и конденсированной фазами в аэрозоле, сформированном посредством испарительного устройства 100, может быть сложным и динамическим, вследствие таких факторов как окружающая температура, относительная влажность, химический состав, условия потока на путях воздушного потока (оба внутри испарителя и в дыхательных путях человека или другого млекопитающего) и/или смешивание испаряемого вещества 102 в газообразной фазе или в аэрозольной фазе с другими воздушными потоками, которые могут влиять на один или более физических параметров аэрозоля. В некоторых испарительных устройствах, и, в частности, для испарительных устройств, выполненных с возможностью доставки летучих испаряемых веществ, вдыхаемая доза может существовать преимущественно в газообразной фазе (например, формирование частиц конденсированной фазы может быть очень ограничено).

[0037] Распылитель 141 в испарительном устройстве 100 может быть выполнен с возможностью испарять испаряемое вещество 102. Испаряемое вещество 102 может быть жидким. Примеры испаряемого вещества 102 включают в себя чистые жидкости, суспензии, растворы, смеси и/или т.п. Распылитель 141 может включать в себя впитывающий элемент (т.е., фитиль), выполненный с возможностью переноса объема испаряемого вещества 102 на часть распылителя 141, которая включает в себя нагревательный элемент (не показан на фиг. 1A).

[0038] Например, впитывающий элемент может быть выполнен с возможностью втягивать испаряемое вещество 102 из резервуара 140, выполненного с возможностью содержать испаряемое вещество 102, так что испаряемое вещество 102 может быть испарено посредством тепла, доставляемого от нагревательного элемента. Впитывающий элемент может также в необязательном порядке предоставлять возможность воздуху поступать в резервуар 140 и заменять объем удаленного испаряемого вещества 102. В некоторых реализациях настоящего изобретения капиллярное действие может втягивать испаряемое вещество 102 в фитиль для испарения посредством нагревательного элемента, и воздух может возвращаться в резервуар 140 через фитиль, чтобы, по меньшей мере, частично выравнивать давление в резервуаре 140. Другие способы предоставления возможности воздуху возвращаться обратно в резервуар 140 для выравнивания давления, также находятся в рамках настоящего изобретения.

[0039] Когда используются в данном документе, термины "фитиль" или "впитывающий элемент" включают в себя любой материал, приспособленный, чтобы вызывать движение текучей среды посредством капиллярного давления.

[0040] Нагревательный элемент может включать в себя один или более из электропроводного нагревателя, излучающего нагревателя и/или конвекционного нагревателя. Одним типом нагревательного элемента является резистивный нагревательный элемент, который может включать в себя материал (такой как металл или сплав, например, никель-хромовый сплав, или неметаллический резистор), выполненный с возможностью рассеивать электрическую мощность в форме тепла, когда электрический ток пропускается через один или более резистивных сегментов нагревательного элемента. В некоторых реализациях настоящего изобретения распылитель 141 может включать в себя нагревательный элемент, который включает в себя резистивную катушку или другой нагревательный элемент, обернутый вокруг, расположенный внутри, встроенный в объемную форму, впрессованный в термическом контакте с, или иначе выполненный с возможностью доставлять тепло к впитывающему элементу, чтобы вынуждать испаряемое вещество 102 вытягиваться из резервуара 140 посредством впитывающего элемента, чтобы испаряться для последующего вдыхания пользователем в газообразной и/или конденсированной (например, частицы аэрозоля или капли) фазе. Другие впитывающие элементы, нагревательные элементы и/или конфигурации узла распылителя также являются возможными.

[0041] Некоторые испарительные устройства могут, дополнительно или альтернативно, быть выполнены с возможностью создания вдыхаемой дозы испаряемого вещества 102 в газообразной фазе и/или аэрозольной фазе посредством нагрева испаряемого вещества 102. Испаряемое вещество 102 может быть веществом в твердой фазе (таким как воск или т.п.) или растительным веществом (например, листьями табака и/или частями листьев табака). В таких испарительных устройствах резистивный нагревательный элемент может быть частью, или иначе быть встроен внутрь или находиться в термическом контакте, со стенками термокамеры или другой нагревательной камеры, в которую испаряемое вещество 102 помещается. Альтернативно, резистивный нагревательный элемент или элементы могут быть использованы для нагрева воздуха, проходящего сквозь или мимо испаряемого вещества 102, чтобы вызывать конвекционный нагрев испаряемого вещества 102. В еще одних примерах резистивный нагревательный элемент или элементы могут быть расположены в тесном контакте с растительным веществом, так что непосредственный электропроводный нагрев растительного вещества происходит внутри массы растительного вещества в противоположность лишь теплопроводности внутрь от стенок термокамеры.

[0042] Нагревательный элемент может быть активирован в связи с затяжкой пользователя (т.е. втягиванием, вдыханием и т.д.) на мундштуке 130 испарительного устройства 100, чтобы вынуждать воздух течь из впускного отверстия для воздуха, по пути воздушного потока, который проходит через распылитель 141 (т.е., впитывающий элемент и нагревательный элемент). В необязательном порядке, воздух может протекать из впускного отверстия для воздуха через одну или более областей конденсации или камер, к выпускному отверстию для воздуха в мундштуке 130. Входящий воздух, движущийся по маршруту воздушного потока, движется поверх или через распылитель 141, где испаряемое вещество 102 в газообразной форме увлекается в воздух. Нагревательный элемент может быть активирован через контроллер 104, который может в необязательном порядке быть частью основной части 110 испарителя, как обсуждалось в данном документе, вынуждая ток протекать от источника 112 питания через схему, включающую в себя резистивный нагревательный элемент, который в необязательном порядке является частью картриджа 120 испарителя, как обсуждалось в данном документе. Как отмечено в данном документе, увлеченное испаряемое вещество 102 в газообразной форме может конденсироваться, когда оно проходит через остальную часть пути воздушного потока, так что вдыхаемая доза испаряемого вещества 102 в аэрозольной форме может быть доставлена из выпускного отверстия для воздуха (например, мундштука 130) для вдыхания пользователем.

[0043] Активация нагревательного элемента может быть вызвана автоматическим обнаружением затяжки на основе одного или более сигналов, формируемых одним или более датчиками 113. Датчик 113 и сигналы, сформированные датчиком 113, могут включать в себя одно или более из следующего: датчик или датчики давления, расположенные для обнаружения давления вдоль пути воздушного потока относительно окружающего давления (или, в необязательном порядке, для измерения изменений в абсолютном давлении), датчик или датчики движения (например, акселерометр) испарительного устройства 100, датчик или датчики расхода испарительного устройства 100, емкостной датчик губы испарительного устройства 100, обнаружение взаимодействия пользователя с испарительным устройством 100 через одно или более устройств 116 ввода (например, кнопки или другие устройства тактильного управления испарительного устройства 100), прием сигналов от вычислительного устройства на связи с испарительным устройством 100 и/или посредством других подходов для определения того, что затяжка происходит или предстоит.

[0044] Как обсуждалось в данном документе, испарительное устройство 100, согласующееся с реализациями настоящего изобретения может быть выполнено с возможностью соединения (такого как, например, беспроводное или через проводное соединение) с вычислительным устройством (или, в необязательном порядке, с двумя или более устройствами) на связи с испарительным устройством 100. Для этого контроллер 104 может включать в себя аппаратные средства 105 связи. Контроллер 104 может также включать в себя память 108. Аппаратные средства 105 связи могут включать в себя микропрограммное обеспечение и/или могут управляться посредством программного обеспечения для выполнения одного или более криптографических протоколов для связи.

[0045] Вычислительное устройство может быть компонентом испарительной системы, которая также включает в себя испарительное устройство 100, и может включать в себя свои собственные аппаратные средства для связи, которые могут устанавливать беспроводной канал связи с аппаратными средствами 105 связи испарительного устройства 100. Например, вычислительное устройство, используемое как часть испарительной системы, может включать в себя вычислительное устройство общего назначения (такое как смартфон, планшет, персональный компьютер, некоторое другое переносное устройство, такое как умные часы, или т.п.), которое исполняет программное обеспечение, чтобы создавать пользовательский интерфейс для предоставления возможности пользователю взаимодействовать с испарительным устройством 100. В других реализациях настоящего изобретения такое устройство, используемое как часть испарительной системы, может быть специализированной частью аппаратных средств, такой как пульт дистанционного управления или другое беспроводное или проводное устройство, имеющее один или более физических или программных (т.е., конфигурируемых на экране или другом устройстве отображения и выбираемых через пользовательское взаимодействие с чувствительным к прикосновению экраном или некоторым другим устройством ввода типа мыши, указателя, трекбола, курсорных кнопок или т.п.) элементов управления интерфейса. Испарительное устройство 100 может также включать в себя один или более устройств 117 вывода или устройств для предоставления информации пользователю. Например, устройства 117 вывода могут включать в себя один или более светоизлучающих диодов (LED), выполненных с возможностью предоставления обратной связи пользователю на основе состояния и/или режима работы испарительного устройства 100.

[0046] В примере, в котором вычислительное устройство предоставляет сигналы, относящиеся к активации резистивного нагревательного элемента, или в других примерах для соединения вычислительного устройства с испарительным устройством 100 для реализации различного управления или других функций, вычислительное устройство исполняет один или более наборов компьютерных инструкций, чтобы предоставлять пользовательский интерфейс и лежащую в основе обработку данных. В одном примере обнаружение посредством вычислительного устройства пользовательского взаимодействия с одним или более элементами пользовательского интерфейса может инструктировать вычислительному устройству сигнализировать испарительному устройству 100 активировать нагревательный элемент, чтобы достигать рабочей температуры для создания вдыхаемой дозы пара/аэрозоля. Другие функции испарительного устройства 100 могут управляться посредством взаимодействия пользователя с пользовательским интерфейсом на вычислительном устройстве на связи с испарительным устройством 100.

[0047] Температура резистивного нагревательного элемента испарительного устройства 100 может зависеть от множества факторов, включающих в себя величину электрической мощности, доставляемой в резистивный нагревательный элемент, токопроводящий перенос тепла другим частям электронного испарительного устройства 100 и/или в окружающую среду, скрытые потери тепла вследствие испарения испаряемого вещества 102 из впитывающего элемента и/или распылителя 141 в целом, и конвекционные потери тепла вследствие воздушного потока (т.е., воздуха, движущегося через нагревательный элемент или распылитель 141 в целом, когда пользователь делает затяжку на испарительном устройстве 100). Как отмечено в данном документе, чтобы надежно активировать нагревательный элемент или нагревать нагревательный элемент до желаемой температуры, испарительное устройство 100 может, в некоторых реализациях настоящего изобретения, использовать сигналы от датчика 113 (например, датчика давления), чтобы определять, когда пользователь вдыхает. Датчик 113 может быть размещен на пути воздушного потока и/или может быть соединен (например, посредством проходного отверстия или другого пути) с путем воздушного потока, содержащим впускное отверстие для поступления воздуха в испарительное устройство 100 и выпускное отверстие, через которое пользователь вдыхает получающийся в результате пар и/или аэрозоль, так что датчик 113 ощущает изменения (например, изменения давления) одновременно с воздухом, проходящим через испарительное устройство 100 от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха. В некоторых реализациях настоящего изобретения нагревательный элемент может быть активирован в связи с затяжкой пользователя, например, посредством автоматического обнаружения затяжки, или посредством датчика 113, обнаруживающего изменение (такое как изменение давления) на пути потока воздуха.

[0048] Датчик 113 может быть расположен на или соединен (т.е. электрическим или электронным образом соединен, либо физически, либо через беспроводное соединение) с контроллером 104 (например, узлом платы печатного монтажа или другим типом схемной платы). Чтобы выполнять измерения точно и сохранять долговечность испарительного устройства 100, может быть полезным предусматривать уплотнитель 127, достаточно упругий, чтобы отделять путь воздушного потока от других частей испарительного устройства 100. Уплотнитель 127, который может быть прокладкой, может быть выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично окружать датчик 113, так что соединения датчика 113 с внутренней схемой испарительного устройства 100 отделяются от части датчика 113, выставленной на пути воздушного потока. В примере испарителя на основе картриджа уплотнитель 127 может также отделять части одного или более электрических соединений между основной частью 110 испарителя и картриджем 120 испарителя. Такие компоновки уплотнителя 127 в испарительном устройстве 100 могут быть полезными в смягчении последствий в отношении потенциально разрушительных ударов по компонентам испарителя, получающихся в результате взаимодействий с окружающими факторами, такими как вода в парообразной или жидкой фазах, другие текучие среды, такие как испаряемое вещество 102, и т.д., и/или чтобы уменьшать утечку воздуха с предназначенного пути воздушного потока в испарительном устройстве 100. Нежелательный воздух, жидкость или другая текучая среда, проходящая и/или контактирующая со схемами испарительного устройства 100, может вызывать различные нежелательные эффекты, такие как изменившиеся показатели давления, и/или может приводить в результате к образованию нежелательного вещества, такого как влага, избыток испаряемого вещества 102, и т.д., в частях испарительного устройства 100, где они могут приводить в результате к плохому сигналу давления, деградации датчика 113 или других компонентов и/или более короткому сроку службы испарительного устройства 100. Утечки в уплотнителе 127 могут также приводить в результате к тому, что пользователь вдыхает воздух, который прошел через части испарительного устройства 100, содержащие, или сконструированные, из материалов, которые могут быть нежелательными для вдыхания.

[0049] В некоторых реализациях основная часть 110 испарителя включает в себя контроллер 104, источник 112 питания (например, батарею питания), один или более датчиков 113, зарядных контактов (таких как контакты для зарядки источника 112 питания), уплотнитель 127 и держатель 118 картриджа, выполненный с возможностью принимать картридж 120 испарителя для соединения с основной частью 110 испарителя через одну или более из множества структур присоединения. В некоторых примерах картридж 120 испарителя включает в себя резервуар 140 для содержания испаряемого вещества 102, а мундштук 130 имеет выпускное отверстие для аэрозоля для доставки вдыхаемой дозы пользователю. Картридж 120 испарителя может включать в себя распылитель 141, имеющий впитывающий элемент и нагревательный элемент. Альтернативно, один или оба из впитывающего элемента и нагревательного элемента могут быть частью основной части 110 испарителя. В реализации, в которой любая часть распылителя 141 (т.е. нагревательный элемент и/или впитывающий элемент) является частью основной части 110 испарителя, испарительное устройство 100 может быть выполнено с возможностью подачи испаряемого вещества 102 из резервуара 140 в картридже 120 испарителя к части(ям) распылителя 141, включенным в основную часть 110 испарителя.

[0050] Конфигурации на основе картриджа для испарительного устройства 100, которое формирует вдыхаемую дозу испаряемого вещества 102, которое не является жидким, посредством нагрева нежидкого вещества, также находятся в рамках настоящего изобретения. Например, картридж 120 испарителя может включать в себя массу растительного вещества, которое обрабатывается и формируется, чтобы иметь непосредственный контакт с частями одного или более резистивных нагревательных элементов, и картридж 120 испарителя может быть выполнен с возможностью соединяться механическим и/или электронным образом с основной частью 110 испарителя, которая включает в себя контроллер 104, источник 112 питания и один или более контактов 125a и 125b держателя, выполненных с возможностью соединяться с одним или более соответствующими контактами 124a и 124b картриджа и завершать схему с одним или более резистивными нагревательными элементами.

[0051] В варианте осуществления испарительного устройства 100, в котором источник 112 питания является частью основной части 110 испарителя, и нагревательный элемент размещается в картридже 120 испарителя и выполнен с возможностью соединяться с основной частью 110 испарителя, испарительное устройство 100 может включать в себя детали электрического соединения (например, средство для завершения схемы) для завершения схемы, которая включает в себя контроллер 104 (например, плата печатного монтажа, микроконтроллер или т.п.), источник 112 питания и нагревательный элемент (например, нагревательный элемент в распылителе 141). Эти детали могут включать в себя один или более контактов (называемых в данном документе контактами 124a и 124b картриджа) на донной поверхности картриджа 120 испарителя и, по меньшей мере, два контакта (называемых в данном документе контактами 125a и 125b держателя), размещенных рядом с основанием держателя 118 картриджа испарительного устройства 100, так что контакты 124a и 124b картриджа и контакты 125a и 125b держателя создают электрические соединения, когда картридж 120 испарителя вставляется в и соединяется с держателем 118 картриджа. Схема, законченная посредством этих электрических соединений, может предоставлять возможность подачи электрического тока в нагревательный элемент и может дополнительно быть использована для дополнительных функций, таких как измерение сопротивления нагревательного элемента для использования в определении и/или управлении температуры нагревательного элемента на основе термического коэффициента удельного сопротивления нагревательного элемента.

[0052] В некоторых реализациях настоящего изобретения контакты 124a и 124b картриджа и контакты 125a и 125b держателя могут быть выполнены с возможностью электрического соединения в той или иной из по меньшей мере двух ориентаций. Другими словами, одна или более схем, необходимых для работы испарительного устройства 100, могут быть закончены посредством вставки картриджа 120 испарителя в держатель 118 картриджа в первой поворотной ориентации (вокруг оси, по которой картридж 120 испарителя вставляется в держатель 118 картриджа основной части 110 испарителя), так что контакт 124a картриджа электрически соединяется с контактом 125a держателя, а контакт 124b картриджа электрически соединяется с контактом 125b держателя. Кроме того, одна или более схем, необходимых для работы испарительного устройства 100, могут быть закончены посредством вставки картриджа 120 испарителя в держатель 118 картриджа во второй поворотной ориентации, так контакт 124a картриджа электрически соединяется с контактом 125b держателя, а контакт 124b картриджа электрически соединяется с контактом 125a держателя.

[0053] В одном примере структуры присоединения для присоединения картриджа 120 испарителя к основной части 110 испарителя основная часть 110 испарителя включает в себя один или более фиксаторов (например, ямки, выступы и т.д.), выступающих внутрь от внутренней поверхности держателя 118 картриджа, дополнительный материал (такой как металл, пластик и т.д.), сформированный, чтобы включать в себя фрагмент, выступающий внутрь держателя 118 картриджа, и/или т.п. Одна или более внешних поверхностей картриджа 120 испарителя могут включать в себя соответствующие углубления (не показаны на фиг. 1A), которые могут устанавливаться и/или иначе защелкиваться поверх таких фиксаторов или выступающих фрагментов, когда картридж 120 испарителя вставляется в держатель 118 картриджа основной части 110 испарителя. Когда картридж 120 испарителя и основная часть 110 испарителя соединяются (например, посредством вставки картриджа 120 испарителя в держатель 118 испарителя основной части 110 испарителя), фиксаторы или выступы основной части 110 испарителя могут устанавливаться внутри и/или иначе удерживаться внутри углублений картриджа 120 испарителя, чтобы удерживать картридж 120 испарителя на месте, когда собраны. Такой узел может предоставлять достаточную поддержку, чтобы удерживать картридж 120 испарителя на месте, чтобы гарантировать хороший контакт между контактами 124a и 124b картриджа и контактами 125a и 125b держателя, в то же время предоставляя возможность снятия картриджа 120 испарителя с основной части 110 испарителя, когда пользователь тянет с разумным усилием за картридж 120 испарителя, чтобы отцепить картридж 120 испарителя от держателя 118 картриджа.

[0054] В некоторых реализациях картридж 120 испарителя или, по меньшей мере, вставляемый конец 122 картриджа 120 испарителя, выполненный с возможностью вставки в держатель 118 картриджа, может иметь некруглое поперечное сечение, поперечное к оси, по которой картридж 120 испарителя вставляется в держатель 118 картриджа. Например, некруглое поперечное сечение может быть приблизительно прямоугольным, приблизительно эллиптическим (т.е., иметь приблизительно овальную форму), непрямоугольным, но с двумя наборами параллельных или приблизительно параллельных противоположных сторон (т.е. имеющим похожую на параллелограмм форму), или другие формы, имеющие вращательную симметрию, по меньшей мере, второго порядка. В этом контексте, приблизительная форма указывает, что основное сходство с описанной формой является очевидным, но что стороны рассматриваемой формы не должны быть полностью линейными, а вершины не должны быть полностью острыми. Закругление обоих или одного из краев или вершин формы поперечного сечения рассматривается в описании любого некруглого поперечного сечения, упоминаемого в данном документе.

[0055] Контакты 124a и 124b картриджа и контакты 125a и 125b держателя могут принимать различные формы. Например, один или оба набора контактов могут включать в себя токопроводящие штырьки, печатные контакты, контактные столбики, приемные отверстия для штырьков или контактных столбиков или т.п. Некоторые типы контактов могут включать в себя пружины или другие детали для обеспечения лучшего физического и электрического контакта между контактами на картридже 120 испарителя и основной части 110 испарителя. Электрические контакты могут, в необязательном порядке, быть позолоченными и/или включать в себя другие материалы.

[0056] Фиг. 1B иллюстрирует вариант осуществления основной части 110 испарителя и держатель 118 картриджа, в который картридж 120 испарителя может быть съемным образом вставлен. Фиг. 1B показывает вид сверху устройства 100 испарителя, иллюстрирующий картридж 120 испарителя, расположенный для вставки в основную часть 110 испарителя. Когда пользователь делает затяжку на испарительном устройстве 100, воздух может проходить между внешней поверхностью картриджа 120 испарителя и внутренней поверхностью держателя 118 картриджа на основной части 110 испарителя. Воздух может затем быть втянут во вставляемый конец 122 картриджа, через испарительную камеру, которая включает в себя или содержит нагревательный элемент и фитиль, и наружу через выпускное отверстие мундштука 130 для доставки вдыхаемого аэрозоля пользователю. Резервуар 140 картриджа 120 испарителя может быть сформирован в целом или частично из полупрозрачного материала, так что уровень испаряемого вещества 102 является видимым в картридже 120 испарителя. Мундштук 130 может быть отделяемым компонентом картриджа 120 испарителя или может быть целиком сформирован с другим компонентом(ами) картриджа 120 испарителя (например, сформирован как единая конструкция с резервуаром 140 и/или т.п.).

[0057] Дополнительно к обсуждению выше, относящемуся к электрическим соединениям между картриджем 120 испарителя и основной частью 110 испарителя, являющимся обратимыми, так что, по меньшей мере, две вращательных ориентации картриджа 120 испарителя в держателе 118 картриджа являются возможными, в некоторых вариантах осуществления испарительного устройства 100 форма картриджа 120 испарителя, или, по меньшей мере, форма вставляемого конца 122 картриджа 120 испарителя, который выполнен с возможностью вставки в держатель 118 картриджа, может иметь вращательную симметрию, по меньшей мере, второго порядка. Другими словами, картридж 120 испарителя или, по меньшей мере, вставляемый конец 122 картриджа 120 испарителя может быть симметричным при вращении на 180° вокруг оси, по которой картридж 120 испарителя вставляется в держатель 118 картриджа. В такой конфигурации схема испарительного устройства 100 может поддерживать идентичную работу независимо от того, какая симметричная ориентация картриджа 120 испарителя возникает.

[0058] Фиг. 1C-1D иллюстрируют примерные признаки, которые могут быть включены в варианты осуществления испарительного устройства 100, согласующегося с реализациями настоящего изобретения. Фиг. 1C и 1D показывают виды сверху примера испарительного устройства 100 перед (фиг. 1C) и после (фиг. 1D) соединения картриджа 120 испарителя с основной частью 110 испарителя.

[0059] Фиг. 1E иллюстрирует вид в перспективе одного изменения картриджа 120 испарителя, удерживающего испаряемое вещество 102. Любое подходящее испаряемое вещество 102 может содержаться в картридже 120 испарителя (например, в резервуаре 140), включающее в себя растворы никотина или другие органические вещества.

[0060] Фиг. 1F показывает вид в перспективе другого примера устройства 100 испарителя, включающего в себя основную часть 110 испарителя, подсоединенную к отделяемому картриджу 120 испарителя. Как иллюстрировано, устройство 100 испарителя может включать в себя одно или более устройств 117 вывода (например, множество LED), выполненных с возможностью предоставлять информацию пользователю на основе состояния, режима работы и/или т.п. испарительного устройства 100. В некоторых аспектах, одно или более устройств 117 вывода могут включать в себя множество LED (т.е., два, три, четыре, пять или шесть LED). Одно или более устройств 117 вывода (т.е., каждый отдельный LED) могут быть выполнены с возможностью отображать свет в одном или более цветах (например, белом, красном, синем, зеленом, желтом и т.д.). Одно или более устройств 117 вывода могут быть выполнены с возможностью отображать различные световые узоры (например, освещая конкретные LED, изменяя интенсивность света одного или более LED со временем, освещая один или более LED различным цветом, и/или т.п.), чтобы указывать различные состояния, режимы работы и/или т.п. испарительного устройства 100. В некоторых реализациях одно или более устройств 117 вывода могут быть близки к и/или, по меньшей мере, частично размещенными в донной торцевой области 160 испарительного устройства 100. Испарительное устройство 100 может, дополнительно или альтернативно, включать в себя внешне доступные зарядные контакты 128, которые могут быть близки к и/или, по меньшей мере, частично размещены в донной торцевой области 160 испарительного устройства 100.

[0061] Фиг. 1G является блок-схемой системы, иллюстрирующей пример традиционного ШИМ-регулятора 160 нагревателя. Регулятор нагревателя включает в себя устройство 162 заряда батареи питания, микроконтроллер 164, полевой ШИМ-транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET) 165, аналоговый входной каскад (AFE) 185 точки измерения напряжения (VMEAS), регулятор 174 малого падения напряжения (LDO) и источник 182 тока. ШИМ-регулятор 160 нагревателя может включать в себя контакты 181 для соединения со стыкуемым модулем 180, содержащим нагревательный элемент 185 и испаряемые вещества. ШИМ-регулятор 160 нагревателя может также соединяться с батареей питания 172. Микроконтроллер 164 может управлять ШИМ MOSFET 165, чтобы переключать источник 182 тока или батарею 172 питания на одной линии с нагревательным элементом 185, чтобы подавать мощность в нагревательный элемент 185 для нагрева.

[0062] В традиционном ШИМ-регуляторе электропитание подается непосредственно от батареи питания 172 и включается и выключается посредством полупроводниковых переключателей типа ШИМ MOSFET 165. Сопротивление нагревателя может быть измерено между ШИМ-импульсами посредством пропускания тока известной постоянной величины через нагреватель и измерения падения напряжения на нагревательном элементе 185. В некоторых существующих испарительных распылителях управление нагревателем осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции источника питания (например, батареи питания), которое доставляется в нагревательный элемент. Как дополнительно объяснено ниже, традиционный ШИМ-подход может регулировать нагревательный элемент, однако, ШИМ-регулирование может быть нетерпящим большие изменения в нагревателе и контактном сопротивлении стыкуемого модуля, может требовать прерывания питания, чтобы измерять сопротивление нагревателя, может приводить в результате к более короткому сроку работы батареи питания, может приводить в результате к более короткому времени работы при более низких температурах, может приводить в результате к более быстрому старению батареи питания, может приводить в результате к ограниченной интеграции системы, может приводить в результате к ограниченному TCR и/или может приводить в результате к добавленному количеству компонентов и затратам для измерения сопротивления нагревателя.

[0063] Некоторые ШИМ-реализации могут быть нетерпимыми к большому изменению в нагревателе и контактного сопротивления стыкуемого модуля. ШИМ-регулирование может быть ограничено максимальным коэффициентом заполнения. При низком напряжении батареи питания ШИМ-регулирование может не компенсировать увеличение в контактном сопротивлении стыкуемого модуля, чтобы поддерживать целевую мощность. ШИМ-регулирование может требовать более строгих допусков сопротивления нагревателя при производстве, чтобы гарантировать, что целевая мощность в нагревателе может быть достигнута при низком напряжении. ШИМ-регулирование может снижать удобство в использовании, т.е. пользователю может быть необходимо часто очищать контакты стыкуемого модуля.

[0064] ШИМ-регулирование прерывает питание для измерения температуры нагревательного элемента. Может быть трудно измерять мощность через нагреватель непосредственно вследствие ШИМ-коммутирования. По той же причине может быть трудно измерять сопротивление нагревателя между ШИМ-импульсами, таким образом, питание нагревателя типично прерывается для измерения. ШИМ-регулирование может требовать более сложной схемы, аналогично источнику устойчивого тока постоянной величины и мосту Уитстона для измерения сопротивления.

[0065] ШИМ-регулирование может приводить в результате к более короткому времени работы батареи питания испарителя. Существует минимальный предел напряжения батареи питания для достижения целевой мощности. Для примера выше целевая мощность 8,0 Вт требует минимум приблизительно 3,4 В под нагрузкой. Ниже примерно 3,4 В напряжения нагрузки коэффициент заполнения ШИМ находится на 100%, и система не может доставлять целевую мощность. Это будет иметь отрицательное воздействие на пользовательское восприятие при низком состоянии заряда. С состарившимся батареей питания минимальный предел напряжения достигается при даже более высоком состоянии заряда, приводя в результате к более короткому времени работы.

[0066] ШИМ-регулирование может приводить в результате к более короткому времени работы испарителя при низкой температуре. Импеданс батареи питания (DCIR) увеличивается при низкой температуре, даже около 15°C. Это вызывает провал напряжения батареи питания под нагрузкой и приведет в результате к более низкому пользовательскому восприятию и более короткому времени работы. При холодных температурах, ниже 10°C, этот эффект является более значительным, приводя в результате к гораздо более короткому времени работы.

[0067] ШИМ-регулирование может приводить в результате к более быстрому старению батареи питания. Вследствие относительно низкого сопротивления нагревателя ток в ШИМ-импульсах является высоким при среднем и высоком напряжении батареи питания. Это приводит в результате к более высокой поляризации в гальваническом элементе, более высокому механическому напряжению, более быстрому старению и более короткому сроку службы.

[0068] ШИМ-регулирование может приводить в результате к ограниченной интеграции системы. Зарядка для ШИМ-регулирования и управление питанием нагревателя являются отдельными схемами и требуют большей площади платы. ШИМ-регулирование может требовать относительно низкого сопротивления нагревательного элемента, таким образом, ограничивая варианты выбора конструкции.

[0069] ШИМ-регулирование может приводить в результате к ограниченным вариантам выбора TCR нагревателя. Более высокий TCR обеспечивает большее изменение сопротивления с температурой, больший сигнал и, таким образом, лучшую точность измерения температуры. Однако, ШИМ-регулирование может требовать низкого TCR, чтобы поддерживать питание нагревателя при низком напряжении батареи питания.

[0070] ШИМ-регулирование может приводить в результате к дополнительному количеству компонентов и дополнительным затратам на измерение сопротивления нагревателя. Например, количество компонентов может быть увеличено для дополнительного источника тока и схемы моста Уитстона.

[0071] Изобретение, описываемое в данном документе, предоставляет множество технических преимуществ над традиционным ШИМ-регулированием и другими способами управления нагревательным элементом. Например, настоящее изобретение может предоставлять возможность улучшенной интеграции системы. В некоторых реализациях зарядное устройство и регулятор мощности нагревателя могут быть встроены в один DC-DC-преобразователь. Единственный индуктор может быть использован для зарядки и включения питания нагревателя. Объединение схем зарядного устройства и регулятора нагревателя может обеспечивать снижение затрат и/или экономию пространства.

[0072] В некоторых реализациях настоящее изобретение может предоставлять возможность уменьшения площади платы, что может предоставлять возможность большей емкости батареи питания или менее крупного испарительного устройства в целом. Более низкие общие затраты, терпимость к значительному изменению в нагревателе и контактного сопротивления стыкуемого модуля и т.п. могут быть достигнуты. Выходное напряжение может масштабироваться с увеличением в сопротивлении нагрузки, чтобы поддерживать мощность. Это может компенсировать большие изменения контактного сопротивления стыкуемого модуля и предоставляет возможность более свободных допусков при производстве нагревательного элемента.

[0073] В некоторых реализациях настоящее изобретение может улучшать удобство использования, автоматически компенсируя изменения в контактном сопротивлении, таким образом, требуя очистки контактов менее часто.

[0074] В некоторых реализациях настоящее изобретение предоставляет возможность измерения нагревательного элемента во время нагрева. Например, непрерывное питание может быть обеспечено нагревателю, в то же время также измеряя мощность нагревателя непосредственно во время нагрева. Более простая измерительная схема может быть осуществлена вследствие DC-выхода преобразователя.

[0075] В некоторых реализациях настоящее изобретение может предоставлять возможность более длительного времени работы батареи питания, предоставлять возможность гальваническому элементу батареи питания разряжаться более глубоко под нагрузкой до 3,0 В или даже ниже в течение более длительного времени работы в пределах целевой рабочей характеристики, и/или предоставлять возможность улучшенной рабочей характеристики при более низкой окружающей температуре (например, в холодную погоду), например, напряжение батареи питания может падать при низкой температуре, хотя преобразователь может поддерживать согласующееся питание для нагревателя и/или обеспечивать более длительное время работы при низкой температуре.

[0076] В некоторых реализациях настоящее изобретение может улучшать срок службы батареи питания, уменьшать механическое напряжение батареи питания вследствие более низкого пикового тока разряда, предоставлять возможность более высокой интеграции системы, поскольку зарядное устройство и регулятор мощности нагревателя могут быть встроены в один объединенный DC-DC-преобразователь, использовать один и тот же единственный индуктор (т.е. индуктор является общим для зарядного устройства и регулятора мощности нагревателя) для заряда и питания нагревательного элемента, и/или уменьшать площадь платы, требуемую регулятором нагревателя, что может предоставлять возможность большей емкости батареи питания или меньшего устройства и/или снижает общие затраты.

[0077] Некоторые реализации могут добиваться меньшего рассеивания тепла во время зарядки по сравнению с линейным зарядным устройством, меньшего теплопереноса на датчик температуры зарядного устройства (типично отрицательного температурного коэффициента (NTC), установленного на гальванический элемент батареи питания), предоставляют возможность точного измерения температуры батареи питания, предоставляют возможность высокой эффективности зарядки от питаемого батареей питания вспомогательного зарядного устройства и/или экономит энергию.

[0078] Некоторые реализации могут предоставлять альтернативное измерение сопротивления нагревателя с низким током возбуждения и без самонагрева, что может быть реализовано, по меньшей мере, посредством добавления резистора в один ряд с нагревателем и FET питания.

[0079] Настоящее изобретение относится к регулированию нагрева испарительного распылителя с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный ток (DC-DC) и блока наблюдения за мощностью, который может измерять ток через нагреватель и напряжение на нагревательном элементе, чтобы вычислять мощность и сопротивление. Выходное напряжение преобразователя может регулироваться, чтобы поддерживать целевую мощность и/или целевую температуру на нагревательном элементе. С помощью управления DC-DC-преобразователем настоящее изобретение может предоставлять возможность одного или более из непрерывного наблюдения сопротивления и температуры нагревателя, в то время как мощность варьируется, обеспечения более быстрого предварительного нагрева и согласующегося профиля мощности при низком напряжении батареи питания и температуре, объединения схем зарядного устройства и регулятора нагревателя, предоставляющих возможность экономии затрат и пространства, компенсации увеличения в контактном сопротивлении стыкуемого модуля и улучшения пользовательского восприятия, предоставления возможность более высокого TCR нагревателя без перегрузки батареи питания, когда нагревательный элемент находится при почти окружающей температуре, улучшения эффективности при низком напряжении батареи питания, улучшения времени работы батареи питания, обеспечения согласующейся рабочей характеристики при более низкой температуре; продления жизни батареи питания и т.п.

[0080] Фиг. 2 - это блок-схема системы, иллюстрирующая пример регулятора 200 мощности нагревателя согласно некоторым аспектам настоящего изобретения. Регулятор 200 мощности нагревателя может включать в себя понижающий-повышающий DC-DC-преобразователь 205 и блок 210 наблюдения за мощностью. В некоторых реализациях регулятор 200 мощности нагревателя является частью схемы контроллера 104, описанного выше.

[0081] Преобразователь 205 может электрически соединяться с источником питания (например, батареей питания 215 и/или питанием 220 универсальной последовательной шины (USB)) и с нагревательным элементом 225, находящимся в стыкуемом модуле 230. Преобразователь 205 может соединяться с нагревательным элементом 225 через контакты 235. Преобразователь может принимать первое напряжение (например, V_BAT или V_USB) от источника питания (например, 215 или 220) и предоставлять второе напряжение (например, V_HEAT+) в нагревательный элемент 225.

[0082] Блок 210 наблюдения за мощностью может электрически соединяться с нагревательным элементом 225 и может включать в себя микропроцессор 211, аналого-цифровой преобразователь 212 и аналоговый входной каскад 213. Блок 210 наблюдения за мощностью может измерять ток через нагревательный элемент 225, измерять напряжение через нагревательный элемент (например, падение напряжения с V_HEAT+ до V_HEAT-, вычислять мощность и/или сопротивление и выводить управляющий сигнал (например, DC EN) преобразователю 205.

[0083] Преобразователь 205 может управляться по управляющему сигналу (например, DC EN), чтобы изменять второе напряжение (например, V_HEAT+), чтобы поддерживать целевую мощность или целевую температуру на нагревательном элементе 225. Поддерживая целевую мощность или целевую температуру на нагревательном элементе 225 с помощью преобразователя 205 и блока 210 наблюдения за мощностью, улучшенные испарительные распылители могут быть осуществлены.

[0084] В некоторых реализациях преобразователь 205 может включать в себя компонент 240 сохранения энергии. Например, преобразователь 205 может использовать конденсаторы в качестве компонента 240 сохранения энергии в топологии с переключаемыми конденсаторами или накачкой заряда. Однако, чтобы ограничивать пиковый ток, получаемый от батареи питания 215, и как иллюстрировано на фиг. 2, преобразователь 205 может включать в себя индуктор в качестве компонента 240 сохранения энергии. Индукторный преобразователь может быть использован для уменьшения напряжения (например, понижающий), увеличения напряжения (например, повышающий) или регулировки в диапазоне напряжения батареи питания (например, понижающий-повышающий).

[0085] В некоторых реализациях управление в замкнутом контуре для преобразователя 205 может быть реализовано с помощью блока 210 наблюдения за мощностью, включающего в себя аналоговые схемы для измерения напряжения и тока и вывода аналогового сигнала для управления преобразователем. В некоторых реализациях управление в замкнутом контуре (например, может быть реализовано с помощью схем аналогового входного каскада (AFE), чтобы получать информацию о напряжении и токе. Блок 210 наблюдения за мощностью может включать в себя цифровой преобразователь 212 с выходным сигналом цифрового управления типа ШИМ, преобразованным из цифрового в аналоговый (DAC) сигналом, или отформатированным для межсоединения интегральных схем сигналом (I2C). Блок 210 наблюдения за мощностью может измерять напряжение на концах нагревательного элемента 225 и ток через нагревательный элемент 225, чтобы вычислять электрическую мощность, рассеиваемую в нагревательном элементе 225, и сопротивление нагревательного элемента 225. В отличие от традиционных ШИМ-подходов, это может выполняться непрерывно, без прерывания питания нагревательного элемента.

[0086] В некоторых реализациях настоящее изобретение может использовать 4-проводное (Кельвина) соединение (например, четыре контакта 235) для точного измерения напряжения на нагревательном элементе 225. В некоторых реализациях настоящее изобретение может использовать 2-проводное соединение стыкуемого модуля (например, два контакта 235) или 3-проводное соединение.

[0087] В некоторых реализациях питание 5В может быть обеспечено, предоставляющее возможность DC-DC-преобразователю 205 заряжать другие электронные устройства от внутреннего батареи питания 215. В этом случае, преобразователь выводит 5В в качестве USB-источника питания. В этой реализации преобразователь может работать в одном из трех режимов: 1) как зарядное устройство, 2) для регулирования нагревателя или 3) как USB-источник питания.

[0088] Некоторые реализации могут предоставлять возможность для более высокого TCR нагревателя. Более высокий TCR может предоставлять больший сигнал ΔR/ΔT (изменение в сопротивлении/изменение в температуре) и более точное измерение температуры. Некоторые реализации могут предоставлять возможность диагностики контактного сопротивления стыкуемого модуля, в которой изменения выходного тока могут быть проанализированы, чтобы обнаруживать увеличение в контактном сопротивлении.

[0089] Фиг. 3 - это схема, иллюстрирующая режимы работы примерного регулятора 200 мощности нагревателя, иллюстрированного на фиг. 2. Напряжение в зависимости от времени иллюстрируется для устройства в выключенном режиме "транспортировки", когда зарядное устройство присоединено (например, в режиме зарядки), во время затяжек, когда зарядное устройство отсоединено ("режим разряда"), в состоянии покоя, режиме заряда и режиме покоя.

[0090] В некоторых реализациях DC-DC-преобразователь может быть использован как источник тока постоянной величины. В некоторых реализациях DC-DC-преобразователь может предоставлять ток постоянной величины для измерения сопротивления нагревателя между затяжками. Это может преобразовывать выход постоянного напряжения в источник тока. Фиг. 4 - это блок-схема системы, иллюстрирующая примерный регулятор 400 нагревателя, в котором преобразователь 205 работает в качестве источника тока. Примерный регулятор 400 нагревателя включает в себя резистор 405 и коммутатор 410 (MOSFET), расположенный в один ряд с нагревательным элементом 225. Коммутатор 410 управляется посредством блока 210 наблюдения за мощностью.

[0091] Ток может быть задан посредством значения R_ISET резистора 405 и, в некоторых реализациях, может быть выбран около 10-100 мА. Блок 210 наблюдения за мощностью может измерять напряжение на концах нагревательного элемента 225 и ток через нагревательный элемент 225, чтобы вычислять сопротивление.

[0092] В примерной реализации нагревательный элемент 225 может включать в себя положительный температурный коэффициент сопротивления (TCR) для +5% роста температуры при 250°C выше окружающей среды. Мощность нагревателя может быть 8 Ватт (Вт), сопротивление нагревательного элемента 225 (R_h) = 0,5 Ом (Ом), а паразитное сопротивление Rp=0,35 Ом при рабочей температуре. Напряжение на нагревателе может быть первоначально установлено в 2,00 В. Когда нагревательный элемент 225 нагревается, его сопротивление увеличивается до 0,525 Ом=0,5 Ом * 1,05, и напряжение нагревателя также увеличивается до 2,05 В, чтобы поддерживать 8 Вт на нагревателе. Отметим, что фактическое выходное напряжение DC-DC-преобразователя является более высоким, при 2,80 В в начале нагрева и 2,83 В при целевой температуре, чтобы компенсировать падение напряжения через паразитные сопротивления.

[0093] Предположим DC-DC-преобразователь с КПД 93%, общий КПД этой DC-DC-схемы может быть около 56%, или примерно на 15% ниже по сравнению с ШИМ-регулированием, которое описывается более полно ниже. Чтобы увеличивать эффективность, может быть возможным увеличивать выходное напряжение до 4,5 В. Это может вызывать увеличение R_h до 2,11 Ом. Средний КПД увеличивается приблизительно до 75%. В этом случае, КПД преобразователя примерно на 4% выше по сравнению с КПД ШИМ.

[0094] В некоторых реализациях более высокое сопротивление нагревателя может быть использовано для высокого КПД, блок наблюдения за мощностью может объединять фильтрацию, чтобы улучшать точность измерения напряжения и тока, и настоящее изобретение может использовать преобразователи с улучшенным конструктивным решением внутренних силовых полевых транзисторов (FET) для более низкого сопротивления R_DS(on) включения и более быстрого переключения, чтобы добиваться более высокого КПД.

[0095] В некоторых реализациях гибридный регулятор нагревателя может быть осуществлен посредством сочетания DC-DC-преобразователя со схемой ШИМ-регулирования, чтобы улучшать общий КПД испарительного устройства. Например, ШИМ может быть использована при высоком напряжении батареи питания и обеспечивать повышение при низком напряжении батареи питания или низкой температуре или компенсировать увеличение в контактном сопротивлении стыкуемого модуля. DC-DC-преобразователь может быть установлен в режим работы с относительно высоким КПД (для DC-DC-преобразователя) и может быть включен и выключен, когда требуется неполная выходная мощность. Таким образом, схема ШИМ-регулирования может дополнять DC-DC-преобразователь, предоставляющий питание в нагревательный элемент, или может предоставлять исключительно ШИМ-питание в нагревательный элемент, когда DC-DC-преобразователь выключен.

[0096] В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение выходного напряжения источника питания (например, выходного напряжения батареи питания) и выбор рабочей схемы (например, с помощью контроллера или с помощью автоматического коммутатора напряжения) для питания нагревательного элемента. В некоторых реализациях способ включает в себя питание нагревательного элемента с помощью схемы ШИМ-регулирования с выходным напряжением источника питания больше или равным 4,0 В и питание нагревательного элемента с помощью схемы управления DC-DC-преобразователем, когда выходное напряжение источника питания меньше 4,0 В. В некоторых реализациях способ включает в себя питание нагревательного элемента с помощью схемы ШИМ-регулирования с выходным напряжением источника питания больше или равным 3,8 В и питание нагревательного элемента с помощью схемы управления DC-DC-преобразователем, когда выходное напряжение источника питания меньше 3,8 В. В некоторых реализациях способ включает в себя питание нагревательного элемента с помощью схемы ШИМ-регулирования с выходным напряжением источника питания больше или равным 3,6 В и питание нагревательного элемента с помощью схемы управления DC-DC-преобразователем, когда выходное напряжение источника питания меньше 3,6 В. В некоторых реализациях способ включает в себя питание нагревательного элемента с помощью схемы ШИМ-регулирования с выходным напряжением источника питания больше или равным 3,4 В и питание нагревательного элемента с помощью схемы управления DC-DC-преобразователем, когда выходное напряжение источника питания меньше 3,4 В.

[0097] В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение коэффициента заполнения схемы ШИМ-регулирования (например, с помощью контроллера), питающей нагревательный элемент, и переключение на схему управления DC-DC-преобразователем, чтобы питать нагревательный элемент, когда коэффициент заполнения больше 85%. В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение коэффициента заполнения схемы ШИМ-регулирования (например, с помощью контроллера), питающей нагревательный элемент, и переключение на схему управления DC-DC-преобразователем, чтобы питать нагревательный элемент, когда коэффициент заполнения больше 90%. В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение коэффициента заполнения схемы ШИМ-регулирования (например, с помощью контроллера), питающей нагревательный элемент, и переключение на схему управления DC-DC-преобразователем, чтобы питать нагревательный элемент, когда коэффициент заполнения больше 95%. В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение коэффициента заполнения схемы ШИМ-регулирования (например, с помощью контроллера), питающей нагревательный элемент, и переключение на схему управления DC-DC-преобразователем, чтобы питать нагревательный элемент, когда коэффициент заполнения больше 98%. В некоторых реализациях способ гибридного регулирования нагревателя включает в себя измерение коэффициента заполнения схемы ШИМ-регулирования (например, с помощью контроллера), питающей нагревательный элемент, и переключение на схему управления DC-DC-преобразователем, чтобы питать нагревательный элемент, когда коэффициент заполнения приблизительно равен 100%.

[0098] Фиг. 5 - это блок-схема последовательности операций процесса, иллюстрирующая примерный процесс 500 работы регулятора нагревателя согласно некоторым аспектам настоящего изобретения. На этапе 510 ток может быть измерен через нагревательный элемент испарительного распылителя. Ток может быть подан посредством преобразователя, выполненного с возможностью электрического соединения с источником мощности и с нагревательным элементом. Преобразователь может быть дополнительно выполнен с возможностью получения первого напряжения от источника питания и предоставления второго напряжения в нагревательный элемент. Преобразователь может быть преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

[0099] На этапе 520 напряжение на нагревательном элементе может быть измерено. На этапе 530 могут быть вычислены мощность и/или сопротивление. На этапе 530 работа преобразователя может регулироваться, чтобы изменять второе напряжение для поддержания целевой мощности или целевой температуры на нагревательном элементе.

[00100] Последующее включает в себя примерную реализацию ШИМ-регулирования, которая может дополнять DC-DC-преобразователь, предоставляющий питание в нагревательный элемент, или может предоставлять исключительно ШИМ-питание в нагревательный элемент, когда DC-DC-преобразователь выключен. Диапазон рабочего напряжения типичного литиево-ионного элемента питания (аккумулятора) равен приблизительно 4,2-3,0 В, когда он разряжается от полного до пустого. Чтобы гарантировать достаточное напряжение для достижения целевой мощности и температуры, сопротивление нагревательного элемента (Rh) выбирается для минимального рабочего напряжения при максимальном коэффициенте заполнения ШИМ (D). Ток и мощность в ШИМ-импульсах являются пропорциональными напряжению и предоставляются по закону Ома Ih=Vb/R, где: Ih - это ток, Vb - это напряжение батареи питания, а R - это сопротивление. R включает в себя все сопротивления на пути электрической мощности между положительными и отрицательными клеммами химического элемента и распылителем.

[00101] В некоторых реализациях сопротивление R может быть представлено как сумма следующих сопротивлений: Rb: внутренний импеданс элемента (DCIR); Rs: электронные схемы безопасности батареи питания, множество FET и ШИМ-коммутаторов; Rt: сопротивление проводников, провода, PCBA-дорожки, электрические межсоединения; Rc: контактное сопротивление стыкуемого модуля; и Rh: резистивный нагревательный элемент (распылитель). Для простоты паразитные сопротивления могут быть представлены как Rp=Rb+Rs+Rt+Rc. Тогда суммарное сопротивление в схеме является R=Rh+Rp. Фиг. 6 иллюстрирует примерную принципиальную схему, иллюстрирующую сопротивления и связанные параметры на примерном пути электропитания и включающую в себя коммутатор для управления питанием. Отметим, что сопротивления в положительной и отрицательной шинах представляются как единственное сопротивление в вычислениях.

[00102] Для вычислений ШИМ-регулирования и для целевой мощности 8,0 Вт на нагревательном элементе питание от батареи питания может быть представлено как Pb=Ph+Pp, где: Pb - это мощность, получаемая от батареи питания, Ph - это мощность на нагревательном элементе, и Pp - это потеря мощности через сумму всех паразитных сопротивлений. Аналогично, напряжение Vb батареи питания может быть представлено как сумма напряжения на нагревательном элементе Vh и на паразитном сопротивлении Vp, как могут быть подставлены, чтобы получать может быть выбрано, поскольку при максимальном коэффициенте заполнения и минимальном напряжении батареи питания, где (для небольшого литиево-ионного элемента); может быть выбрано при минимальном напряжении батареи питания 3,40 В. Суммарное сопротивление в схеме равно. Пиковый ток в ШИМ-импульсах во время нагрева равен. Это ток при различном состоянии заряда для примера выше: 4 А при минимальном напряжении батареи питания при среднем напряжении батареи питания 3,7 В; и 6,74 А при максимальном напряжении батареи питания 4,2 В. Средняя мощность, получаемая от батареи питания при 3,70 В, равна 11,22 Вт с электрическим КПД, равным 71,3%. Отметим, что потери мощности не зависят от коэффициента заполнения, поскольку питание в нагревательный элемент доставляется только в ШИМ-импульсах.

[00104] Предмет изучения, описанный в данном документе, может быть воплощен в системах, устройствах, способах и/или изделиях в зависимости от желаемой конфигурации. Реализации, изложенные в предшествующем описании, не представляют все реализации, согласующиеся с предметом, описанным в данном документе. Вместо этого они представляют собой лишь некоторые примеры, согласующиеся с аспектами, относящимися к описанному предмету. Хотя выше подробно описано несколько вариантов, возможны и другие модификации или дополнения. В частности, в дополнение к изложенным здесь могут быть предоставлены дополнительные функции и/или варианты. Например, реализации, описанные выше, могут быть направлены на различные комбинации и субкомбинации раскрытых признаков и/или комбинации и субкомбинации нескольких дополнительных признаков, раскрытых выше. Кроме того, логические потоки, изображенные на сопроводительных чертежах и/или описанные здесь, не обязательно требуют конкретного показанного порядка или последовательного порядка для достижения желаемых результатов. Другие реализации могут входить в объем следующих пунктов формулы изобретения.

Терминология

[00105] Когда признак или элемент в данном документе упоминается как находящийся в "в" другом признаке или элементе, он может непосредственно находиться в другом признаке или элементе, либо также могут присутствовать промежуточные признаки и/или элементы. Напротив, когда признак или элемент упоминается как находящийся "непосредственно в" другом признаке или элементе, промежуточные признаки или элементы не присутствуют. Также следует понимать, что когда признак или элемент упоминается как "соединенный", "подсоединенный" или "подключенный" с другим признаком или элементом, он может непосредственно соединяться, присоединяться или соединяться с другим признаком или элементом, либо могут присутствовать промежуточные признаки или элементы. Напротив, когда признак или элемент упоминается как "непосредственно соединенный", "непосредственно подсоединенный" или "непосредственно подключенный" с другим признаком или элементом, промежуточные признаки или элементы не присутствуют.

[00106] Хотя описаны или показаны в отношении одного варианта осуществления, признаки и элементы, описанные или показанные таким образом, могут применяться к другим вариантам осуществления. Специалистам в данной области техники также будет понятно, что ссылки на структуру или элемент, который расположен "рядом" с другим элементом, могут иметь части, которые перекрывают соседний элемент или лежат под ним.

[00107] Терминология, используемая в данном документе, служит только для целей описания конкретных вариантов осуществления и реализаций и не имеет намерение быть ограниченной. Например, при использовании в данном документе, формы единственного числа подразумеваются включающими в себя также формы множественного числа, если контекст явно не указывает иное.

[00108] В вышеприведенных описаниях и в формуле изобретения, такие фразы, как "по меньшей мере, один из" или "один или более из" могут возникать с последующим конъюнктивным списком элементов или признаков. Термин "и/или" также может возникать в списке из двух или более элементов или признаков. Если иное неявно или явно не находится в противоречии с контекстом, в котором оно используется, такая фраза не имеет намерение означать любой из перечисленных элементов или признаков отдельно либо любой из изложенных элементов или признаков в комбинации с любым из других изложенных элементов или признаков. Например, фразы "по меньшей мере, один из A и B"; "один или более из A и B"; и "A и/или B" имеют намерение означать "только A, только B либо A и B вместе". Аналогичная интерпретация также предназначается для списков, включающих в себя три или более элементов. Например, фразы "по меньшей мере, один из A, B и C"; "один или более из A, B и C"; и "A, B и/или C" предназначаются, чтобы означать "только A, только B, только C, A и B вместе, A и C вместе, B и C вместе или A и B и C вместе". Использование термина "на основе" выше и в формуле изобретения имеет намерение означать "по меньшей мере, частично на основе", так что неизложенный признак или элемент также является допустимым.

[00109] Пространственно относительные понятия, такие как "передний", "задний", "под", "ниже", "нижний", "выше", "верхний" и т.п., могут использоваться в данном документе для легкости описания, чтобы описывать один элемент или соотношение признака по отношению к другому элементу(ам) или признаку(ам), как иллюстрировано на чертежах. Следует понимать, что пространственно относительные термины имеют намерение охватывать различные ориентации используемого или работающего устройства, в дополнение к ориентации, проиллюстрированной на чертежах. Например, если устройство на чертежах переворачивается, элементы, описанные как "под" или "ниже" других элементов или признаков, в таком случае должны быть ориентированы "над" другими элементами или признаками. Таким образом, примерный термин "под" может охватывать ориентацию как над, так и под. Устройство может ориентироваться иным способом (поворачиваться на 90 градусов или в других ориентациях), и пространственно относительные дескрипторы, используемые в данном документе, интерпретируются соответствующим образом. Аналогично, термины "вверх", "вниз", "вертикальный", "горизонтальный" и т.п. используются в данном документе только для целей пояснения, если прямо не указано иное.

[00110] Хотя термины "первый" и "второй" могут использоваться в данном документе, чтобы описывать различные признаки/элементы (включающие в себя этапы), эти признаки/элементы не должны быть ограничены этими терминами, если контекст не указывает иное. Эти термины могут использоваться для того, чтобы отличать один признак/элемент от другого признака/элемента. Таким образом, первый признак/элемент, поясненный ниже, может называться вторым признаком/элементом, и аналогично, второй признак/элемент, поясненный ниже, может называться первым признаком/элементом, без отступления от идей, предусмотренных в данном документе.

[00111] При использовании в данном документе в подробном описании и формуле изобретения, в том числе при использовании в примерах, и если иное явно не указывается, все числа могут читаться, как если предваряются посредством слова "примерно" или "приблизительно", даже если термин явно не показывается. Фраза "примерно" или "приблизительно" может использоваться при описании абсолютной величины и/или позиции для того, чтобы указывать то, что значение и/или описанная позиция находятся в пределах обоснованного ожидаемого диапазона значений и/или позиций. Например, числовое значение может иметь значение, которое составляет +/-0,1% от установленного значения (или диапазона значений), +/-1% от установленного значения (или диапазона значений), +/-2% от установленного значения (или диапазона значений), +/-5% от установленного значения (или диапазона значений), +/-10% от установленного значения (или диапазона значений) и т.д. Любые числовые значения, данные в данном документе, должны также пониматься как включающие в себя примерно или приблизительно это значение, если контекст не указывает иное. Например, если раскрыто значение "10", то также раскрыто "приблизительно 10". Любой диапазон числовых значений, изложенный в данном документе, имеет намерение включать в себя все поддиапазоны, включенные в него. Также следует понимать, что когда раскрыто значение, которое "меньше или равно" значению, также раскрыто "больше или равно значению" и возможные диапазоны между значениями, как должны надлежащим образом понимать специалисты в данной области техники. Например, если раскрыто значение "X", также раскрыто "меньше или равно X", а также "больше или равно X" (например, где X является числовым значением). Также следует понимать, что в данной заявке, данные предоставляются в определенном числе различных форматов, и что эти данные представляют конечные точки и начальные точки и диапазоны для любой комбинации точек данных. Например, если раскрыты конкретная точка данных "10" и конкретная точка данных "15", следует понимать, что больше, больше или равно, меньше, меньше или равно и равно 10 и 15 считаются раскрытыми, как и между 10 и 15. Также следует понимать, что также раскрыта каждая единица между двумя конкретными единицами. Например, если раскрыты 10 и 15, то также раскрыты 11, 12, 13 и 14.

[00112] Хотя выше описываются различные иллюстративные варианты осуществления, любые из определенного числа изменений могут вноситься в различные варианты осуществления без отступления от идей в данном документе. Например, порядок, в котором выполняются различные описанные этапы способа, зачастую может изменяться в альтернативных вариантах осуществления, и в других альтернативных вариантах осуществления, один или более этапов способа могут вообще пропускаться. Необязательные признаки различных вариантов осуществления устройства и системы могут быть включены в некоторых вариантах осуществления, а не в других. Следовательно, вышеприведенное описание предоставляется главным образом в примерных целях и не должно интерпретироваться ка ограничивающее объем формулы изобретения.

[00113] Один или более аспектов или признаков изобретения, описанного в данном документе, могут реализовываться в цифровой электронной схеме, интегральной схеме, специально разработанных специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), компьютерных аппаратных средств, микропрограммного обеспечения, программного обеспечения и/или в комбинации вышеозначенного. Эти различные аспекты или признаки могут включать в себя реализацию в одной или более компьютерных программ, которые могут выполняться и/или интерпретироваться для программируемой системы, включающей в себя, по меньшей мере, один программируемый процессор, который может быть специального назначения или общего назначения, соединенный с возможностью принимать данные и инструкции из и передавать данные и инструкции в систему хранения данных, по меньшей мере, одно устройство ввода и, по меньшей мере, одно устройство вывода. Программируемая система или вычислительная система могут включать в себя клиент-серверы. Клиент и сервер, как правило, удалены друг от друга и типично взаимодействуют через сеть связи. Взаимосвязь клиента и сервера осуществляется на основе компьютерных программ, работающих на соответствующих компьютерах и имеющих клиент-серверную взаимосвязь друг с другом.

[00114] Эти компьютерные программы, которые также могут называться "программами", "программным обеспечением", "приложениями", "приложениями", "компонентами" или "кодом", включают в себя машинные инструкции для программируемого процессора и могут реализовываться на высокоуровневом процедурном языке, объектно-ориентированном языке программирования, языке функционального программирования, языке логического программирования и/или на ассемблере/машинном языке. При использовании в данном документе, термин "машиночитаемый носитель" означает любой компьютерный программный продукт, оборудование и/или устройство, такое как, например, магнитные диски, оптические диски, запоминающее устройство и программируемые логические устройства (PLD), используемые для того, чтобы предоставлять машинные инструкции и/или данные в программируемый процессор, включающий в себя машиночитаемый носитель, который принимает машинные инструкции в качестве машиночитаемого сигнала. Выражение "машиночитаемый сигнал" ссылается на любой сигнал, используемый, чтобы предоставлять машинные инструкции и/или данные программируемому процессору. Машиночитаемый носитель может энергонезависимо сохранять такие машинные инструкции, к примеру, аналогично энергонезависимому полупроводниковому запоминающему устройству или магнитному жесткому диску, или любому эквивалентному носителю хранения данных. Машиночитаемый носитель альтернативно или дополнительно может энергозависимо сохранять такие машинные инструкции, к примеру, аналогично процессорному кэшу или другому оперативному запоминающему устройству, ассоциированному с одним или более физических ядер процессора.

[00115] Примеры и иллюстрации, включенные в данном документе, показывают, в качестве иллюстрации, а не ограничения, конкретные варианты осуществления, в которых изобретение может осуществляться на практике. Как упомянуто выше, другие варианты осуществления могут использоваться и извлекаться из них таким образом, что структурные и логические подстановки и изменения могут вноситься без отступления от объема данного раскрытия. Такие варианты осуществления изобретаемого изобретения могут упоминаться в данном документе отдельно или совместно посредством термина "изобретение" просто для удобства и без намерения умышленно ограничивать объем этой заявки любым одним изобретением или идеей изобретения, если фактически раскрыто более одной. Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления проиллюстрированы и описаны в данном документе, любая компоновка, вычисленная с возможностью достигать идентичной цели, может подставляться для показанных конкретных вариантов осуществления. Это раскрытие имеет намерение охватывать все без исключения адаптации или варьирования различных вариантов осуществления. Комбинации вышеописанных вариантов осуществления и других вариантов осуществления, не описанных конкретно в данном документе, должны становиться очевидными для специалистов в данной области техники после изучения вышеприведенного описания. Использование термина "на основе" выше и в формуле изобретения имеет намерение означать "по меньшей мере, частично на основе", так что неизложенный признак или элемент также является допустимым.

[00116] Предмет изучения, описанный в данном документе, может быть воплощен в системах, устройствах, способах и/или изделиях в зависимости от желаемой конфигурации. Реализации, изложенные в предшествующем описании, не представляют все реализации, согласующиеся с предметом, описанным в данном документе. Вместо этого они представляют собой лишь некоторые примеры, согласующиеся с аспектами, относящимися к описанному предмету. Хотя в данном документе подробно описано несколько вариантов, возможны и другие модификации или дополнения. В частности, в дополнение к изложенным здесь могут быть предоставлены дополнительные функции и/или варианты. Например, реализации, описанные в данном документе, могут быть направлены на различные комбинации и субкомбинации раскрытых признаков и/или комбинации и субкомбинации нескольких дополнительных признаков, раскрытых в данном документе. Кроме того, логические потоки, изображенные на сопроводительных чертежах и/или описанные здесь, не обязательно требуют конкретного показанного порядка или последовательного порядка для достижения желаемых результатов. Другие реализации могут охватываться объемом нижеследующей формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области электронных испарительных устройств. Технический результат заключаются в повышении срока работы батареи питания. Система питания испарителя содержит DC-DC преобразователь, включающий схему регулирования с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а также схему измерения температуры нагревательного элемента, выводящую управляющий сигнал для управления DC-DC преобразователем и выбора схемы ШИМ-регулирования в зависимости от коэффициента заполнения. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Система питания испарительного распылителя с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный ток (DC-DC), содержащая:

преобразователь, выполненный с возможностью электрически соединяться с источником питания и с нагревательным элементом испарительного распылителя, причем преобразователь дополнительно выполнен с возможностью получать первое напряжение от источника питания и подавать второе напряжение на нагревательный элемент для поддержания нагревательного элемента на целевой температуре, при этом преобразователь является DC-DC преобразователем, преобразователь включает в себя схему управления DC-DC преобразователя, выполненную с возможностью повышения или понижения первого напряжения источника питания для подачи второго напряжения на нагревательный элемент, и преобразователь дополнительно включает в себя схему регулирования с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), выполненную с возможностью включения (ON) и выключения (OFF) первого напряжения от источника питания при переменном коэффициенте заполнения для подачи второго напряжения на нагревательный элемент; и

схему, выполненную с возможностью электрически соединяться с нагревательным элементом, осуществлять одно или более измерений, соответствующих текущей температуре нагревательного элемента, и выводить, на основе, по меньшей мере, разности между текущей температурой и целевой температурой нагревательного элемента, управляющий сигнал в преобразователь, причем данная схема выводит управляющий сигнал, чтобы выбрать схему ШИМ-регулирования, когда первое напряжение, модулированное посредством схемы ШИМ-регулирования, работающей при максимальном коэффициенте заполнения, является достаточным для достижения целевой температуры нагревательного элемента, при этом упомянутая схема выводит управляющий сигнал, чтобы выбрать схему управления DC-DC преобразователя, когда первое напряжение, модулированное посредством схемы ШИМ-регулирования, работающей при максимальном коэффициенте заполнения, является недостаточным для достижения целевой температуры нагревательного элемента,

при этом преобразователь выполнен с возможностью управляться упомянутым управляющим сигналом для выбора между схемой управления DC-DC преобразователя и схемой ШИМ-регулирования.

2. Система по п.1, в которой DC-DC преобразователь включает в себя повышающий и/или понижающий преобразователь, при этом преобразователь включает в себя устройство сохранения энергии.

3. Система по п.2, в которой устройство сохранения энергии включает в себя конденсаторы в топологии переключаемых конденсаторов или топологии накачки заряда.

4. Система по п.2, в которой устройство сохранения энергии включает в себя индуктор.

5. Система по п.1, в которой упомянутая схема включает в себя аналоговую схему, формирующую управление в замкнутом контуре.

6. Система по п.1, в которой упомянутая схема включает в себя:

схему аналогового входного каскада, выполненную с возможностью измерять ток через нагревательный элемент и напряжение на нагревательном элементе; и

цифровой преобразователь, включающий в себя схемы, выполненные с возможностью предоставлять упомянутый управляющий сигнал на основе измеренного тока через нагревательный элемент и измеренного напряжения на нагревательном элементе.

7. Система по п.6, в которой цифровой преобразователь выполнен с возможностью предоставлять упомянутый управляющий сигнал в качестве сигнала, подвергнутого широтно-импульсной модуляции, сигнала, преобразованного из цифровой формы в аналоговую форму, или сигнала, отформатированного для межсоединения интегральных схем.

8. Система по любому из пп.1-6, в которой упомянутые одно или более измерений включают в себя ток через нагревательный элемент и/или напряжение на нагревательном элементе, при этом упомянутая схема выполнена с возможностью измерять ток и напряжение непрерывно без прерывания питания нагревательного элемента.

9. Система по любому из пп.1-8, в которой схема управления DC-DC преобразователя выполнена с возможностью предоставлять непрерывное питание в нагревательный элемент в течение цикла нагрева.

10. Система по любому из пп.1-9, в которой упомянутые одно или более измерений включают в себя ток через нагревательный элемент, при этом упомянутая схема выполнена с возможностью определять, на основе изменений измеренного тока, изменение контактного сопротивления контакта между преобразователем и нагревательным элементом.

11. Система по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая источник тока, выполненный с возможностью соединяться с нагревательным элементом, при этом источник тока включает в себя резистор источника тока и коммутатор источника тока.

12. Система по любому из пп.1-11, дополнительно содержащая порт универсальной последовательной шины, включающий в себя шину электропитания универсальной последовательной шины, при этом преобразователь выполнен с возможностью выдавать третье напряжение в шину электропитания универсальной последовательной шины.

13. Система по любому из пп.1-11, в которой упомянутая схема включает в себя блок наблюдения за мощностью, выполненный с возможностью электрически соединяться с нагревательным элементом, измерять ток через нагревательный элемент и/или напряжение на нагревательном элементе, вычислять мощность и/или сопротивление и выводить упомянутый управляющий сигнал в преобразователь.

14. Система по п.13, в которой блок наблюдения за мощностью включает в себя 4-проводное соединение для измерения напряжения на нагревательном элементе.

15. Система по п.13, в которой блок наблюдения за мощностью включает в себя 3-проводное соединение для измерения напряжения на нагревательном элементе.

16. Способ питания испарительного распылителя с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный ток (DC-DC), содержащий этапы, на которых:

измеряют ток через нагревательный элемент испарительного распылителя, при этом ток подается посредством преобразователя, выполненного с возможностью электрически соединяться с источником питания и с нагревательным элементом, причем преобразователь дополнительно выполнен с возможностью получать первое напряжение от источника питания и подавать второе напряжение на нагревательный элемент, при этом преобразователь является DC-DC преобразователем;

измеряют напряжение на нагревательном элементе;

вычисляют мощность и/или сопротивление;

изменяют второе напряжение, чтобы поддерживать целевую мощность или целевую температуру на нагревательном элементе;

измеряют первое напряжение от источника питания; и

выбирают рабочую схему для питания нагревательного элемента, причем рабочая схема является схемой регулирования с широтно-импульсной модуляцией, когда выходное напряжение источника питания больше выбранного напряжения, и при этом рабочая схема является схемой управления DC-DC преобразователя, включенной в DC-DC преобразователь, когда выходное напряжение источника питания меньше выбранного напряжения.

17. Способ по п.16, в котором DC-DC преобразователь включает в себя повышающий и/или понижающий преобразователь, причем преобразователь включает в себя устройство сохранения энергии.

18. Способ по п.17, в котором устройство сохранения энергии включает в себя конденсаторы в топологии переключаемых конденсаторов или топологии накачки заряда.

19. Способ по п.17, в котором устройство сохранения энергии включает в себя индуктор.

20. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап, на котором подают управляющий сигнал в DC-DC преобразователь в качестве сигнала, подвергнутого широтно-импульсной модуляции, сигнала, преобразованного из цифровой формы в аналоговую форму, или сигнала, отформатированного для межсоединения интегральных схем.

21. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап, на котором подают подвергнутый широтно-импульсной модуляции сигнал на затвор коммутатора, подсоединенного между микроконтроллером, DC-DC преобразователем и нагревательным элементом.

22. Способ по п.21, в котором DC-DC преобразователь выполнен с возможностью функционировать при первом уровне мощности, и микроконтроллер выполнен с возможностью определять, на основе измеренного тока через нагревательный элемент и измеренного напряжения на нагревательном элементе, второй уровень мощности и модифицировать сигнал, подвергнутый широтно-импульсной модуляции, для управления коммутатором, чтобы модифицировать второе напряжение.

23. Способ по п.16, в котором DC-DC преобразователь выполнен с возможностью предоставлять непрерывное питание в нагревательный элемент в течение цикла нагрева.

24. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап, на котором определяют, на основе изменений измеренного тока, изменение контактного сопротивления контакта между DC-DC преобразователем и нагревательным элементом.

25. Способ по любому из пп.16-24, в котором при измерении напряжения на нагревательном элементе напряжение на нагревательном элементе измеряют с помощью 4-проводного соединения.

26. Способ по любому из пп.16-24, в котором при измерении напряжения на нагревательном элементе напряжение на нагревательном элементе измеряют с помощью 3-проводного соединения.

27. Способ по любому из пп.16-26, в котором при измерении тока через нагревательный элемент непрерывно измеряют ток через нагревательный элемент без прерывания питания нагревательного элемента.

28. Способ по любому из пп.16-27, в котором при измерении напряжения на нагревательном элементе непрерывно измеряют напряжение на нагревательном элементе без прерывания питания нагревательного элемента.

29. Способ по любому из пп.16-28, в котором источник питания является батареей питания.

30. Способ по любому из пп.16-29, в котором упомянутое выбранное напряжение равно 4,0 В.

31. Способ по любому из пп.16-29, в котором упомянутое выбранное напряжение равно 3,8 В.

32. Способ по любому из пп.16-29, в котором упомянутое выбранное напряжение равно 3,6 В.

33. Способ по любому из пп.16-29, в котором упомянутое выбранное напряжение равно 3,4 В.

34. Способ питания испарительного распылителя с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный ток (DC-DC), содержащий этапы, на которых:

измеряют ток через нагревательный элемент испарительного распылителя, при этом ток подается посредством преобразователя, выполненного с возможностью электрически соединяться с источником питания и с нагревательным элементом, причем преобразователь дополнительно выполнен с возможностью получать первое напряжение от источника питания и подавать второе напряжение на нагревательный элемент, при этом преобразователь является DC-DC преобразователем;

измеряют напряжение на нагревательном элементе;

вычисляют мощность и/или сопротивление;

изменяют второе напряжение, чтобы поддерживать целевую мощность или целевую температуру на нагревательном элементе;

измеряют первое напряжение от источника питания; и

измеряют коэффициент заполнения схемы регулирования с широтно-импульсной модуляцией; и

выбирают схему управления DC-DC преобразователя, включенную в DC-DC преобразователь, когда коэффициент заполнения больше выбранного коэффициента заполнения.

35. Способ по п.34, в котором упомянутый выбранный коэффициент заполнения равен 85%, 90%, 95%, 98% или приблизительно равен 100%.