3019年电子烟中的一次性小烟受到高度关注,不管是新兴品牌,还是原有品牌,都相继推出了一次性小烟,比如冰壳、亿雾、自在、灵犀、益爽、鲸鱼轻烟、福禄等等,市场反响极为良好,例如日本的一次性电子烟自在zizai,自在电子烟在一周时间内,共500多家门店,线下渠道卖出了超过一万支的自在一次性雾化电子烟。
图 铂德BLING一次性烟
一次性电子烟的组成比较简单:烟油、烟弹、电池全部集合在一起,结构由开模外壳、雾化器、电池、咪头等几部分组成。
图 一次性电子烟结构 来自CN303363413U
提到电子烟的控制系统,多数人的直觉反应是PCB板(又称印刷电路板,是电子元器件电气连接的提供者)、导线及开关等部件按照特定要求组合形成的体系。
但严格说来,完整的控制系统不仅包括由中央控制器、连接导线、电阻、电容、电感等组成的电子电路硬件系统,也包括用于实现各种功能保护、控制元器件准确执行命令的程序语言,也就是软件部分。
图 SKT一次性烟
硬件系统是电子烟控制系统的基础,具有较侈的共性,而程序语言的设计往往灵活多变,千差万别。出于这样的考虑,本节仅结合电子烟控制系统的硬件系统,重点介绍系统组成、实现各种操作模式及功能保护的电子电路
一、控制系统组成
一次性电子烟结构组成简单,它的控制系统主要起着管理以及协调气动开关、雾化器、聚合物锂电池、指示灯共同作用。
图一次性电子烟的控制系统框图
二、关键元器件
在一次性电子烟中,绝大部分采用了气动开关,又称气流感应开关,行业内称之为味头。
1、气动开关的结构与工作原理
气动开关的结构如图所示,主要由极片、振膜、垫片、腔体、外壳、PCB组件、LED等组成。
图 气动开关结构图
气动开关内部的极片和振膜共同构成平板电容结构,当气流进入腔体后,膜片开始振动,引发电容两端电场变化,产生随气流变化而变化的电压信号,完成气流信号到电信号的转化。
图 气动开关引脚功能说明
下面是气动开关封装和电路连接图,其中引脚1用于检测气流转换后的电压信号,引脚3和引脚5为电源端子,引脚3为LED输出端,引脚4为负载输出端。当引脚1检测到电压变化后,引脚4输出信号使加热元件接通电源,同时引脚3输出信号,LED灯点亮指示工作状态。
图 一次性电子烟IC引脚及接线图
气动开关工作过程:当有抽吸动作时,气动开关检测到吸烟产生的负压,内部输出开关打开,加热丝发热,烟油在热作用下雾化并随气流从烟嘴端冒出。
气动开关具有如下功能:
检测电池电压,电压低时连续闪烁报警;
吸烟时,控制LED灯亮;
吸烟完毕,关闭内部输出开关,LED灯随之熄灭。
3、集成IC性能说明
在一次性电子烟的气动开关内,为了集成相应的管理功能并置入控制程序,往往将烧写有程序语言的芯片与气动开关集成为一个IC元件,其内部往往集成加热元件驱动、LED驱动及充电器电路,并且采用ASIC设计,这样就不会出现中央控制器方案死机现象,也不会出现因低于临界电压而引起的芯片无法复位现象。
图 VITAVP MINI一次性小烟
电压方面,恒定输出3.6V电压,可保证抽烟时的烟雾量,如果带有加热元件短路保护功能,在负载电阻小于10时可输出截止。一般省电模式下静态电流小于5μA,工作状态下雾化丝电流为1A左右。
充电性能方面,当锂电池充电电压低于37V时为涓流充电,可确保不损坏电池,保证安全;充至3.7V以上时,开始大电流充电,当电压接近4.3V时,充电电流逐步下降,充电电压的检测误差可达到1%以内。
由于具有可视化的LED工作指示功能,所以可根据不同的应用状态,在芯片启动、吸烟时间、电压检测、短路保护和充电过程中,都有可区别的LED状态指示。
3、控制模块的功能实现
一次性电子烟的集成IC内含短路保护功能(SCP)、欠压保护功能(UVLO)、过热保护功能(OTP)及LED工作指示功能,可以有效完成电子烟工作中的参数检测,控制系统始终按照设定的流程参数正常运行。
图 一次性电子烟控制芯片电路模块组成图
下面对控制板上各功能模块逐一做简单介绍:
振荡器(OSC):系统内部集成有一个中心振荡频率为33KHz的时钟控制信号,为系统内部电路提供所需要的时钟频率,以保证芯片正常工作及指示功能的正确性。
保护控制模块:该芯片内部集成有欠压保护模块(UVLO),用于检测系统电池的供电电压,当工作电压低于3.1V时,UVL0输出使能有效;短路保护模块(SCP),用以指示雾化丝的负载电阻小于1Ω的情况;过温保护模块(OTP),用于控制系统的工作温度,防止因系统过热而缩短芯片使用寿命。
气流开关:该系统内部集成有一个气流开关,检测到负压大于某个设定值时(约300Pa)会产生一个控制信号。不同厂家生产的咪头,其灵敏度会有一定差异,故检测的负压值也不尽相同。
充电模块:内部集成充电管理,外部直接连5V电压即可给锂电池充电。
LED显示模块:状态信息指示,具有渐亮渐火效果及闪烁功能。
AT输出模块:集成M下输出,直接与加热元件相连。
LOGIC控制:系统的各模块山中央控制器进行逻辑控制。