具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片
技术领域
本实用新型涉及电子烟技术领域，更具体的说，本实用新型涉及一种具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片。
背景技术
现有的雾化电子烟通常经过雾化器的加热而将烟液雾化而产生烟雾供吸烟者使用，由于电子烟的烟液中不含有烟焦油，避免了烟焦油对于人们身体的危害，因而电子烟逐渐替代香烟得到广泛使用。
现有的电子烟，其电源来自于内部的电池，电子烟刚开始使用时，电池输出电压过高，导致吸烟时烟雾量过大，而随着电子烟使用时间的增加，电池的电量由高到底逐渐降低，电池的输出电压也不断降低，后期电压过低使烟雾量大大减少。同时，鉴于电子烟雾化烟液的发热电阻的阻值可能会随着雾化温度的变化而发生变化，导致发热电阻的工作功率也不断发生变化，因而用户抽烟时在电池用电的不同阶段以及发热温度的不同，发出的烟雾量也非常不稳定。这就需要一种可以升降压控制的电路来实现电源电压的稳定输出，同时还需要根据发热电阻的阻值变化实时调整输出电压，以达到输出功率的稳定来保持恒定的烟雾量。
现有的电子烟，一般采用PWM脉宽调制输出电压到发热元件，其通过调节占空比来改变输出电压的大小和频率，但在电池电压低于要求的输出电压时，不能达到要求的输出电压。而在其它领域应用的全桥升降压电路，其结构复杂，体积庞大，不利于在电子烟紧促的空间内进行安装使用，且没有精确控制输出电压和输出稳定功率的电路，性能不稳定，另外制造成本很高。
现有的电子烟芯片，或仅有通过一个开关管控制加热丝的电流通路，或仅有恒压输出控制，但不能调节电压输出实现功率的恒定，因此不能满足上述实际需求。
发明内容
本实用新型的目的在于为克服上述技术的不足而提供一种具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，该具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，通过自动闭环控制实现输出精确的可调电压和输出恒定的功率。
本实用新型的技术方案是这样实现的，一种具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，包括内置MCU模块、全桥升降压模块、输出电压反馈电路模块、内部供电模块、运放单元模块和若干信号端，所述全桥升降压模块包括四个N沟道MOS管和四个PWM驱动逻辑电路，所述内置MCU模块连接并控制所述四个PWM驱动逻辑电路，所述四个PWM驱动逻辑电路分别连接并控制所述四个N沟道MOS管，其中第一PWM驱动逻辑电路还连接BOOT1信号端和SW1信号端，第四PWM驱动逻辑电路还连接BOOT2信号端和SW2信号端，所述第一N沟道MOS管与第二N沟道MOS管电连接，所述第四N沟道MOS管与第三N沟道MOS管电连接，所述第一N沟道MOS管还与外部输入电压端即VIN信号端连接，所述第四N沟道MOS管还与VOUT信号端连接，所述VOUT信号端用于向电子烟的发热元件输出电压，所述第二PWM驱动逻辑电路、第二N沟道MOS管、第三N沟道MOS管和第三PWM驱动逻辑电路还分别设有端口与PGND接地端连接，所述输出电压反馈电路模块将VOUT信号端的输出电压反馈给所述内置MCU模块，所述内部供电模块将所述VIN信号端的输入电压进行升压后供电给所述四个PWM驱动逻辑电路，所述运放单元模块用于检测所述发热元件的阻值，通过运放产生差分模拟信号并传送给所述内置MCU模块，所述内置MCU模块经过运算产生阻值信号传送给外部芯片，所述内置MCU模块根据外部芯片的设置信号、输出电压反馈电路模块的反馈信号进行高精度运算并自动控制所述全桥升降压模块以便通过VOUT信号端输出可调的精准电压。
优选地，还包括与所述内置MCU模块连接的VDD供电信号端、GND接地信号端、SDA数据通讯信号端、SCL通讯时钟信号端和EN使能信号端，所述SDA数据通讯信号端用于外部芯片与内置MCU模块的交互数据通讯，所述外部芯片的设置信号包括输出电压的设定值信号通过所述SDA数据通讯信号端及SCL通讯时钟信号端传入内置MCU模块，所述EN使能信号端用于输入激活信号以便激活所述内置MCU模块，所述内置MCU模块在被激活前处于休眠状态以便VOUT信号端的输出电压值为零。
优选地，所述输出电压的设定值信号系由外部芯片根据所述阻值信号进行运算产生。
优选地，所述内置MCU模块包括PID控制器，所述PID控制器可实现对所述全桥升降压模块进行比例、积分和微分控制用以输出可调的精准电压。
优选地，所述内置MCU模块包括AD模数转换单元，所述AD模数转换单元可将模拟信号转换成数字信号，用以实现高精度控制，所述AD模数转换单元的数位为12位以上。
优选地，还包括与所述运放单元模块连接的IN+信号端与IN-信号端，所述IN+信号端用于和VOUT信号端连接，所述IN-信号端用于和所述发热元件的一端连接，所述IN+信号端与IN-信号端之间还串接一电阻。
优选地，所述SW1信号端与所述SW2信号端之间还串接一电感，所述SW1信号端与所述BOOT1信号端之间串接电容一，所述SW2信号端与所述BOOT2信号端之间串接电容二。
优选地，所述VIN信号端的输入电压范围为2.5V～12V,所述VOUT信号端的输出电压范围为0V～18V。
优选地，还包括内部电路保护模块，所述内部电路保护模块与内置MCU模块电连接，用于芯片内部电路的过压、欠压、过流、过温保护。
本实用新型的有益效果是，该具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，芯片内置了具有高精度AD的内置MCU模块和输出电压反馈电路模块，以及内置MCU模块内部还设有PID控制器，可对全桥升降压模块进行升降压调节并实现输出电压的PID高精度自动控制，同时内置有高精度的运放单元，可实现发热元件阻值的精确检测，根据发热元件的阻值，内置MCU模块可实现不同数值的可调电压输出，以保证实现稳定精准的电压输出或恒定的功率输出，从而实现吸烟过程中雾化量的稳定和吸烟口感的稳定；该芯片内部自带内部电路保护模块，可实现自动过压、欠压、过流、过温等保护；通过设有EN使能信号端，EN使能信号端没有激活信号时，本芯片处于休眠状态以便节能实现低功耗；本芯片还自带有EMI自动防干扰调节功能；另外，本芯片集成度高，使外部元器件少，工作效率高，发热量小，且芯片体积很小，非常容易在体积空间狭小的电子烟内部进行安装。
附图说明
图1为本实用新型实施例电子烟芯片的内部电路结构图；
图2为本实用新型实施例电子烟芯片IN+与IN-信号端的电路连接图；
图3为本实用新型实施例电子烟芯片SW1与SW2信号端的线路连接图；
图4为本实用新型实施例电子烟芯片SW1与BOOT1信号端的电路连接图；
图5为本实用新型实施例电子烟芯片SW2与BOOT2信号端的电路连接图；
图6为本实用新型另一实施例电子烟芯片的内部电路结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例
如图1所示，本实用新型揭示了一种具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，包括内置MCU模块、全桥升降压模块、输出电压反馈电路模块、内部供电模块、运放单元模块和若干信号端，信号端也就是芯片的引脚，内置MCU模块也就是芯片内部设置的微控制器运算模块。全桥升降压模块包括四个N沟道MOS管(N MOS管1、N MOS管2、N MOS管3、N MOS管4)和四个PWM驱动逻辑电路(PWM驱动逻辑电路1、PWM驱动逻辑电路2、PWM驱动逻辑电路3、PWM驱动逻辑电路4)，内置MCU模块通过DRIVER1、DRIVER2、DRIVER3、DRIVER4四个电路分别连接并控制四个PWM驱动逻辑电路，四个PWM驱动逻辑电路分别连接并控制四个N沟道MOS管，其中第一PWM驱动逻辑电路(PWM驱动逻辑电路1)还连接BOOT1信号端和SW1信号端，第四PWM驱动逻辑电路(PWM驱动逻辑电路4)还连接BOOT2信号端和SW2信号端，第一N沟道MOS管(N MOS管1)与第二N沟道MOS管(N MOS管2)电连接，第四N沟道MOS管(N MOS管4)与第三N沟道MOS管(NMOS管3)电连接，第一N沟道MOS管(N MOS管1)还与外部输入电压端即VIN信号端连接，第四N沟道MOS管(N MOS管4)还与外部输出电压端即VOUT信号端连接，VOUT信号端用于向电子烟的发热元件输出电压，发热元件为一发热电阻，具有阻值，第二PWM驱动逻辑电路(PWM驱动逻辑电路2)、第二N沟道MOS管、第三N沟道MOS管和第三PWM驱动逻辑电路(PWM驱动逻辑电路3)还分别设有端口与PGND接地端连接，输出电压反馈电路模块将VOUT信号端的输出电压反馈给内置MCU模块，内部供电模块将VIN信号端的输入电压进行升压后通过AVCC信号端供电给四个PWM驱动逻辑电路，运放单元模块用于检测所述发热元件的阻值，通过运放产生差分模拟信号并传送给内置MCU模块，内置MCU模块经过运算产生阻值信号传送给外部芯片(或具有运算功能的外部设备、外部电路等，以下相同)，内置MCU模块根据外部芯片的设置信号、输出电压反馈电路模块的反馈信号进行高精度运算并自动控制全桥升降压模块以便通过VOUT信号端输出可调的精准、稳定的电压，且该输出电压可以根据外部芯片的设置信号来进行自动调节，并可调节到不同数值直线型的线性电压。
如图1所示，本实用新型具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，还包括与内置MCU模块连接的VDD供电信号端、GND接地信号端、SDA数据通讯信号端、SCL通讯时钟信号端和EN使能信号端。其中，VDD供电信号端用于给内置MCU模块供电，SDA数据通讯信号端用于外部芯片与内置MCU模块的交互数据通讯，外部芯片的设置信号包括输出电压的设定值信号通过SDA数据通讯信号端及SCL通讯时钟信号端传入内置MCU模块，EN使能信号端用于输入激活信号以便激活内置MCU模块，内置MCU模块在被激活前处于休眠状态以便VOUT信号端的输出电压为零。输出电压的设定值信号系由外部芯片根据所述阻值信号和预设功率值等进行运算产生。
如图1所示，内置MCU模块包括PID控制器，PID控制器可实现对全桥升降压模块进行比例、积分和微分控制用以输出精准的电压。
内置MCU模块包括AD模数转换单元，AD模数转换单元可将模拟信号转换成数字信号，用以实现高精度控制，AD模数转换单元的数位为12位以上。
如图1、图2所示，本实用新型具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，还包括与运放单元模块连接的IN+信号端与IN-信号端，IN+信号端用于和VOUT信号端连接，IN-信号端用于和发热元件Load一端连接，IN+信号端与IN-信号端之间还串接一基准电阻R1。运放单元模块为具有高精度运放功能，可以实现发热元件的阻值的精确检测。
如图3、图4、图5所示，本实用新型的电子烟芯片，SW1信号端与SW2信号端之间还串接一电感L1，电感L1用于储存释放能量，配合全桥升降压模块的电路进行升压与降压。SW1信号端与BOOT1信号端之间串接电容一C1，SW2信号端与BOOT2信号端之间串接电容二C2，电容C1和C2用于EMI电磁滤波，防止电磁干扰。因此本芯片可简单实现EMI自动防干扰调节功能。
如图1所示，本实用新型具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片，其主要工作原理是，不需要本芯片工作时，EN使能信号端没有输入激活信号，内置MCU模块不工作，此时VOUT信号端无输出，本芯片处于休眠状态以便节能实现低功耗。当需要本芯片工作时，外部芯片通过EN使能信号端输入激活信号，内置MCU模块开始工作，SDA信号端进行双向数据信号传递，内置MCU模块接受外部芯片对输出电压的新设定值，通过PID控制器对四个PWM驱动逻辑电路进行时序控制，四个PWM驱动逻辑电路又分别对四个N沟道MOS管进行控制，将VIN信号端的输入电压调节成输出电压，该输出电压经输出电压反馈模块，将信号反馈给内置MCU模块，PID控制器进行比例积分微分的调节后，输出精确的输出电压，经VOUT信号端输出给电子烟的发热元件，电子烟的发热元件在稳定可调的电压下进行工作。即VOUT信号端输出可调的精准、稳定的电压，且该输出电压可以根据外部芯片的设置信号来进行自动调节，并可调节到不同数值直线型的线性电压。
上述芯片可输出精准、稳定的电压的功能，可运用于输出恒定电压，也可以根据发热元件的阻值变化调整电压输出，以保证发热元件的恒功率使用。
如图1所示的运放单元，可通过IN+信号端与IN-信号端检测出电子烟发热元件的电阻值R，运放单元将检测到的电阻值R信号进行处理转换后传送给内置MCU模块，内置MCU模块再将其传送给外部芯片。电子烟发热元件工作时，烟液雾化成烟雾，需要能量的转化，故其烟雾量的大小取决于其功率的大小，功率越大则烟雾量也越大，反之亦然。电子烟发热元件在高温工作时，电阻值R可能发生变化，由于发热元件的功率P＝U2/R，当电阻值R发生变化时，如其电压U继续保持不变，则其功率会发生变化，为保证电子烟发热元件的烟雾量保持稳定，就需要维持其功率不变，此时就需要调节输出电压U，以便保持功率不变。在此原理下，外部芯片根据实时检测到的电阻值R计算出新的电压设定值U，并通过SDA信号端输入给内置MCU模块，内置MCU模块通过PID控制器对上述全桥升降压模块进行调节，在VOUT信号端输出新的输出电压U，维持功率P不变，以维持烟雾量的稳定。
如图1所示，本实用新型VIN信号端的优选输入电压范围为2.5V～12V,VOUT信号端的优选输出电压范围为0V～18V，优选输出电流为0A～8A。
如图6所示，本实用新型具有自动闭环控制输出电压的电子烟芯片的另一实施例中，还包括内部电路保护模块，内部电路保护模块与内置MCU模块电连接，用于保护芯片内部电路的过压、欠压、过流、短路、过温等保护，防止芯片的损坏。
本芯片内部元器件体积很小、集成度很高，使外部元器件也大大减少，同时工作效率得以提高，而发热量小，芯片体积很小，非常容易在体积空间狭小的电子烟内部进行安装。
以上所描述的仅为本实用新型的较佳实施例，上述具体实施例不是对本实用新型的限制。在本实用新型的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本实用新型所保护的范围。
