一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片 |
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| 申请号 | CN202410205855.1 | 申请日 | 2024-02-26 | 公开(公告)号 | CN117814550A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 上海芯圣电子股份有限公司; | 发明人 | 张金弟; 孙金辉; 杜立杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可以精确检测输出 电流 的 电子 烟芯片，涉及 电子烟 芯片技术领域，包括咪头检测模 块 、输出控 制模 块、 脉宽调制 模块、 电压 检测模块、PWM模块和集成大功率MOS管，所述芯片主要有MI引脚、BAT引脚、GND引脚和OUT引脚，MI引脚外接咪头 传感器 ，接受传感器的电容 信号 ，当电容发生变化时，所述咪头检测模块产生响应信号，表示已触发吸烟，此 信号传输 给输出 控制模块 ，所述输出控制模块将芯片的输出辅助功能和保护功能打开。本发明电子烟芯片在工作时，只需要 采样 VBAT电压和VOUT电压，就可以计算出工作时的输出电流，然后脉宽调制模块就可以根据工作时的输出电流对输出模式进行控制。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片，其特征在于，包括咪头检测模块、输出控制模块、脉宽调制模块、电压检测模块、PWM模块和集成大功率MOS管，所述芯片主要有MI引脚、BAT引脚、GND引脚和OUT引脚，MI引脚外接咪头传感器，接受传感器的电容信号，当电容发生变化时，所述咪头检测模块产生响应信号，表示已触发吸烟，此信号传输给输出控制模块，所述输出控制模块将芯片的输出辅助功能和保护功能打开，也控制PWM模块打开，PWM模块会打开集成大功率MOS；同时电压检测模块会检测输出电压，并将检测到的电压信号传输给脉宽调制模块，所述脉宽调制模块将依据采样的电压信号对输出的PWM波形进行调整，使集成大功率MOS管输出的平均电压达到想要的值。 |
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| 说明书全文 | 一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片技术领域背景技术[0002] 电子烟芯片一般集成咪头检测模块、输出电压检测模块、输出脉宽调制模块(PWM)和集成大功率MOS管。外部咪头将人吸气的负压力转换成电容容值的变化，咪头检测模块负责检测外部咪头传感器的电容变化；输出电压检测模块负责检测输出电压，输出脉宽调制模块会根据采样的输出电压来控制输出平均电压的大小，计算出的不同占空比的PWM波形将控制集成大功率MOS管的开启和关闭。另外，为了使用安全，电子烟电路一般也会集成低压保护、过流保护、低阻保护、过温保护等保护电路。低压保护电路为了让锂电池放电不会放地太低，以保护锂电池，过流和低阻保护是为了使输出电流不至于太大，不会烧毁芯片，过温保护是为了让芯片温度过高导致芯片损坏；一般电子烟芯片仅支持上述功能，其中过流保护功能可以一定程度上检测输出电流，从而判断电流是否过大。 [0003] 现有电子烟芯片的过流保护功能，仅能检测电流是否超过某个阈值，不能检测具体的电流值。而且由于芯片制造工艺的偏差，所设置的检测阈值也有可能发生较大偏差，会导致过流保护功能异常。如果阈值偏小太多，会导致正常允许输出的大电流将误触发保护功能；如果阈值偏大太多，会大致芯片发生超大电流时，过流保护功能未能有效，导致大电流将芯片烧毁；另外，仅能检测输出电压，脉宽调制控制输出时也仅能调制输出平均电压，而不能对输出电流做出调制，因此具有待改进的空间。 发明内容[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片。其优点在于电子烟芯片在工作时，只需要采样VBAT电压和VOUT电压，就可以计算出工作时的输出电流，然后脉宽调制模块就可以根据工作时的输出电流对输出模式进行控制。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： [0006] 一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片，包括咪头检测模块、输出控制模块、脉宽调制模块、电压检测模块、PWM模块和集成大功率MOS管，所述芯片主要有MI引脚、BAT引脚、GND引脚和OUT引脚，MI引脚外接咪头传感器，接受传感器的电容信号，当电容发生变化时，所述咪头检测模块产生响应信号，表示已触发吸烟，此信号传输给输出控制模块，所述输出控制模块将芯片的输出辅助功能和保护功能打开，也控制PWM模块打开，PWM模块会打开集成大功率MOS；同时电压检测模块会检测输出电压，并将检测到的电压信号传输给脉宽调制模块，所述脉宽调制模块将依据采样的电压信号对输出的PWM波形进行调整，使集成大功率MOS管输出的平均电压达到想要的值。 [0007] 本发明进一步设置为，所述BAT引脚外接锂电池的正极，GND引脚外接锂电池的负极。 [0008] 本发明进一步设置为，所述芯片内部的所有电路都将通过锂电池供电，借助BAT和GND产生电回路。 [0009] 本发明进一步设置为，所述集成MOS管导通时会将BAT电压导通到OUT端，OUT引脚外接发热丝，导通时发热丝上会产生大电流，即产生热量，产生的热量会加热电子烟烟弹里的烟油，并将烟油雾化，用户吸入雾化的烟油便达成与吸食传统香烟一样的效果。 [0010] 本发明进一步设置为，所述电子烟芯片电流的计算方法，包括以下步骤： [0011] 步骤一：使用时，在芯片的OUT端口接入负载仪，并设定负载仪使OUT端口输出1A电流；由于芯片的集成MOS管导通内阻不固定，会由于种种因素偏差较大，所以OUT端输出1A电流时，OUT端的输出电压VOUT也会有较大偏差，记录输出电压VOUT，通过电阻计算公式也就得到导通内阻Ro； [0012] 步骤二：测试时Ro时，由内部ADC采样VOUT电压，ADC将采样的数据经过一定的逻辑处理，处理过后的数据将被记入ROM存储器；首先我们可以通过fab厂提供的各项参数，可以仿真或推算出Ro的偏差范围，设Ro的偏差范围为aΩ～bΩ，可以得知，采样的VOUT电压最小为5‑b，最大电压为5‑a，那么对ADC采样的数据可以做出如下逻辑处理； [0013] 步骤三：ROM存储器预留8比特存储区域，当ADC采样的VOUT电压为(5‑b)V时，将00000000记入ROM相对区域的8比特区域，当ADC采样的VOUT电压为(5‑a)V时，将11111111记入改存储区域，ADC采样到的VOUT电压可能是5‑b～5‑a之间的任意电压值，那么将5‑b～5‑a分为255个小区间，每个小区间的采样电压可以与8比特数据一一对应，所以ADC采样的任意VOUT电压都能在ROM存储区域中存入一个特定的值，最后通过电流计算公式即可计算出电流。 [0014] 本发明进一步设置为，所述芯片在晶圆制造之后，需要经过封装和测试才能将性能优良的芯片个体批量筛选出来，以交付到下游生产，可以通过这个封装后测试过程，批量地将芯片的集成大功率MOS管的导通内阻测试出来，并记录到芯片内部的ROM存储器。 [0015] 本发明进一步设置为，所述电阻计算公式为R0＝(Vout‑Vbat)/Iout，Iout＝1A，Vbat为测试设定的供电电压5V。 [0016] 本发明进一步设置为，所述电流计算公式为I＝(Vbat‑Vout)/R0。 [0017] 本发明的有益效果为：本发明可以精确采样出电子烟芯片的输出电流，因为使用了高精度ADC，电流的采样精度极高；由于使用了ROM存储器，使得芯片掉电之后再上电也能保持之前数据。采样的MOS管导通内阻Ro数据只需要出厂时按照本发明叙述的测试方式测试一次，就可以永久保存；芯片内有了上述ROM存储器中的数据，电子烟芯片在工作时，只需要采样VBAT电压和VOUT电压，就可以计算出工作时的输出电流，然后脉宽调制模块就可以根据工作时的输出电流对输出模式进行控制；另外，当判断输出电流较大时，也可以控制立即关断MOS管输出，可以更好的进行过流保护功能。附图说明 [0018] 图1为本发明提出的一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片的电子烟集成电路系统示意图； [0019] 图2为本发明提出的一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片的电子烟芯片的外围电路示意图； [0020] 图3为本发明提出的一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片的测试Ro的测试电路示意图； [0021] 图4为本发明提出的一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片的测试流程示意图； 具体实施方式[0024] 下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。 [0025] 在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。 [0026] 在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。 [0027] 参照图1‑2，一种可以精确检测输出电流的电子烟芯片，包括咪头检测模块、输出控制模块、脉宽调制模块、电压检测模块、PWM模块和集成大功率MOS管，芯片主要有MI引脚、BAT引脚、GND引脚和OUT引脚，MI引脚外接咪头传感器，接受传感器的电容信号，当电容发生变化时，咪头检测模块产生响应信号，表示已触发吸烟，此信号传输给输出控制模块，输出控制模块将芯片的输出辅助功能和保护功能打开，也控制PWM模块打开，PWM模块会打开集成大功率MOS；同时电压检测模块会检测输出电压，并将检测到的电压信号传输给脉宽调制模块，脉宽调制模块将依据采样的电压信号对输出的PWM波形进行调整，使集成大功率MOS管输出的平均电压达到想要的值。 [0028] 在本实施例中，BAT引脚外接锂电池的正极，GND引脚外接锂电池的负极；芯片内部的所有电路都将通过锂电池供电，借助BAT和GND产生电回路；集成MOS管导通时会将BAT电压导通到OUT端，OUT引脚外接发热丝，导通时发热丝上会产生大电流，即产生热量，产生的热量会加热电子烟烟弹里的烟油，并将烟油雾化，用户吸入雾化的烟油便达成与吸食传统香烟一样的效果。 [0029] 参照图3‑5，电子烟芯片电流的计算方法，包括以下步骤： [0030] 步骤一：使用时，在芯片的OUT端口接入负载仪，并设定负载仪使OUT端口输出1A电流；由于芯片的集成MOS管导通内阻不固定，会由于种种因素偏差较大，所以OUT端输出1A电流时，OUT端的输出电压VOUT也会有较大偏差，记录输出电压VOUT，通过电阻计算公式也就得到导通内阻Ro； [0031] 步骤二：测试时Ro时，由内部ADC采样VOUT电压，ADC将采样的数据经过一定的逻辑处理，处理过后的数据将被记入ROM存储器；首先我们可以通过fab厂提供的各项参数，可以仿真或推算出Ro的偏差范围，设Ro的偏差范围为aΩ～bΩ，可以得知，采样的VOUT电压最小为5‑b，最大电压为5‑a，那么对ADC采样的数据可以做出如下逻辑处理； [0032] 步骤三：ROM存储器预留8比特存储区域，当ADC采样的VOUT电压为(5‑b)V时，将00000000记入ROM相对区域的8比特区域，当ADC采样的VOUT电压为(5‑a)V时，将11111111记入改存储区域，ADC采样到的VOUT电压可能是5‑b～5‑a之间的任意电压值，那么将5‑b～5‑a分为255个小区间，每个小区间的采样电压可以与8比特数据一一对应，所以ADC采样的任意VOUT电压都能在ROM存储区域中存入一个特定的值，最后通过电流计算公式即可计算出电流； [0033] 芯片在晶圆制造之后，需要经过封装和测试才能将性能优良的芯片个体批量筛选出来，以交付到下游生产，可以通过这个封装后测试过程，批量地将芯片的集成大功率MOS管的导通内阻测试出来，并记录到芯片内部的ROM存储器；电阻计算公式为R0＝(Vout‑Vbat)/Iout，Iout＝1A，Vbat为测试设定的供电电压5V，通过OUT端的输出电压VOUT和BAT端的输出电压VBAT即可计算出电阻；电流计算公式为I＝(Vbat‑Vout)/R0，通过电阻R0、OUT端的输出电压VOUT和BAT端的输出电压VBAT即可计算出输出电流。 [0034] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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