具体实施方式

现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1示出根据本发明示例性实施例的控制芯片的电路示意图。

在介绍根据本发明示例性实施例的控制芯片前，先简单介绍电子烟的结构。电子烟包括电池(其电压在本发明各附图中示出为V_BAT)、气流传感器(例如图1所示的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)气流计)和雾化器。其中，电池可为电子烟的各元器件提供电源；气流传感器用于检测用户的抽吸动作，具体可通过检测抽吸产生的气压或气流流速来实现；雾化器用于雾化烟液，从而模拟卷烟的烟雾。相关技术中常采用独立的微控制器芯片来控制雾化器，在确定气流传感器检测到用户发生抽吸动作时就启动雾化器，并且输出功率固定。

如图1所示，根据本发明示例性实施例的用于电子烟的控制芯片1包括采样电路10、驱动电路20、基准电压源30和充电电路40。

具体来说，采样电路10能够连接到气流传感器的一端，采样电路10用于对气流传感器输出的气流信号进行采样处理，以输出采样电压。采样电路10可将用户的抽吸动作量化，对气流信号进行采样处理得到采样电压，并不单单检测抽吸动作的有无，可提供更丰富的信息。

驱动电路20用于对采样电路10输出的采样电压进行放大处理，以输出雾化器的功率开关(例如图1所示的脉冲开关NMOS)的驱动电压。由于用户吸烟通常有口吸和肺吸两种习惯，这两种吸烟方式产生的吸力和气流大小是不同的，并且在吸烟过程中，吸力的变化呈现抛物线，而非稳定不变。驱动电路20通过对采样电压进行放大处理，可利用得到的驱动电压来驱动雾化器的功率开关，使雾化器的功率和烟雾量与气流信号相关，也就是与用户的抽吸动作相关，使得电子烟能够根据不同的吸烟情景来输出不同的功率和烟雾量，较好地满足口吸和肺吸两种抽烟习惯，令电子烟的烟雾量更接近于卷烟的烟雾量，降低吸烟者抽电子烟与抽卷烟的感受差别，有助于提升产品的竞争力。

基准电压源30能够连接到电池，产生一个稳定的基准电压，有助于稳定其他元器件的功耗。

充电电路40能够连接在充电电源和电池之间，用于将充电电源和电池导通或断开。电子烟需要电池供电来加热雾化器产生烟雾，但电池在抽烟过程中电压会逐步降低，所以需要经常充电。通过配置充电电路40，能够在导通状态下实现电池的充电，保障了电子烟的长效运行。

本发明示例性实施例的用于电子烟的控制芯片1，通过将采样电路10和驱动电路20集成在一起，而不采用微控制器芯片作为信号传递的媒介，可大幅简化系统结构，降低产品成本。进一步将充电电路40也集成到控制芯片1，而不再分别采用充电芯片和雾化器加热控制芯片，可进一步简化系统结构，降低产品成本，并且两个芯片合二为一形成单芯片，有助于提升产品一致性和可靠性。也就是说，本发明示例性实施例的用于电子烟的控制芯片1集成了电子烟的充电、气流检测、雾化器加热、功率控制等功能。

下面参照图1至图4来分别介绍上述采样电路10和充电电路40的具体电路。

如图1所示，采样电路10包括第一运算放大器OP1、增益控制电容C1、可变增益控制电容C2、第一比较器COM1。其中，第一运算放大器OP1的同相输入端能够连接到气流传感器的一端，以接收气流信号(如前所述，可以是反映气压或气流流速的信号)，第一运算放大器OP1的反相输入端连接增益控制电容C1，可变增益控制电容C2连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，可将从气流传感器接收到的气流信号转换为相应的气流电压Vx并输出，实现气流的量化检测。第一比较器COM1的同相输入端连接第一运算放大器OP1的输出端，以接收气流电压Vx，第一比较器COM1的反相输入端接收斜波信号，可如图2所示，对气流电压Vx进行谐波采样，得到脉冲电压Vp并输出，脉冲电压Vp的宽度与气流电压Vx的大小成正比。

可选地，如图1所示，采样电路10还包括第一电荷泵CP1、滤波器、一次性可编程电路OTP。其中，第一电荷泵CP1的输入端连接基准电压源30，第一电荷泵CP1的输出端连接滤波器，第一电荷泵CP1可产生一个稳定的电压源并由滤波器过滤，进而向气流传感器输出直流偏置电压。一次性可编程电路OTP用于调节第一电荷泵CP1，以调节直流偏置电压，一次性可编程电路OTP还用于调节可变增益控制电容C2，进而调节第一运算放大器OP1输出的气流电压Vx。具体来说，气流传感器可以等效为一个可变电容，电容两端加一个固定的直流电压，保持一个恒定的电荷值CV。当抽烟有气流流动时，气流传感器会变形，引起电容变化，由于电容两端的电荷没变，电容变化引起另外一端的电压变化，该变化的电压就可输入到第一运算放大器OP1的同相输入端。在第一运算放大器OP1的输出端就会产生一个和气流大小成正比的气流电压Vx。第一运算放大器OP1的增益通过一次性可编程电路OTP设定。

可选地，如图1所示，采样电路10还包括高频脉冲发生器和逻辑门电路。其中，逻辑门电路的第一输入端连接高频脉冲发生器，逻辑门电路的第二输入端连接第一比较器COM1的输出端，以接收脉冲电压Vp，从而可输出一串如图2所示的对应于脉冲电压Vp的高频脉冲电压Vpd，该高频脉冲电压Vpd的宽度与Vx大小成正比。逻辑门电路的输出端连接驱动电路20，以向驱动电路20输出高频脉冲电压Vpd作为采样电压，可利用高频脉冲来驱动雾化器的功率开关。

图3示出根据本发明示例性实施例的高频脉冲发生器的电路示意图。

在一示例中，如图3所示，高频脉冲发生器包括乘法器、第二运算放大器OP2、接地电阻R1、第一NMOS管MN1、第一电流镜、第一开关SW1、第二电流镜、第二开关SW2、电容C3、第二比较器COM2、第三比较器COM3、RS触发器。其中，乘法器用于将电池的电压V_BAT转换为电流。第二运算放大器OP2的同相输入端连接乘法器的输出端，第二运算放大器OP2的反相输入端经接地电阻R1接地，第二运算放大器OP2的输出端连接第一NMOS管MN1的栅极，第一NMOS管MN1的源极经接地电阻R1接地，第二运算放大器OP2能够由电池供电。第一电流镜包括源极均能够连接到电池、栅极均连接到第一NMOS管MN1的漏极的第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2和第三PMOS管MP3，这三个PMOS管大小一样，第一PMOS管MP1的漏极连接到第一NMOS管MN1的漏极，第三PMOS管MP3的漏极连接到第一开关SW1，第一开关SW1构成PMOS管开关。第二电流镜包括源极均接地、栅极均连接到第二PMOS管MP2的漏极的第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3，这两个NMOS管大小一样，第二NMOS管MN2的漏极连接到第二PMOS管MP2的漏极，第三NMOS管MN3的漏极连接到第二开关SW2，第二开关SW2构成NMOS管开关。第一开关SW1和第二开关SW2之间的引出线连接到电容C3的一端、第二比较器COM2的反相输入端、第三比较器COM3的同相输入端，电容C3的另一端接地，相当于连接到第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3的源极。第二比较器COM2的同相输入端连接第一振荡器直流偏压VL，第三比较器COM3的反相输入端连接第二振荡器直流偏压VH，第一振荡器直流偏压VL和第二振荡器直流偏压VH不同，第二比较器COM2和第三比较器COM3接地并能够由电池供电。RS触发器的R端连接第二比较器COM2的输出端，RS触发器的S端连接第三比较器COM3的输出端，RS触发器的Q端用于控制第一开关SW1和第二开关SW2。该示例由于采用了对称的电流镜，对电容C3的充电电流和放电电流大小一样，因而该高频脉冲发生器的占空比为50％方波。电流I和周期T满足I*T/2＝C3(VH-VL)，I＝V_BAT*V_BAT/R1，则T/2＝C3(VH-VL)/(V_BAT*V_BAT/R1)。每个如图1所示的脉冲开关NMOS，给负载加热电阻R提供的电流脉冲大小为V_BAT/R(不考虑脉冲开关NMOS的导通电阻)。每个电流脉冲的功率为(V_BAT*V_BAT/R)*T/2＝C3*(VH-VL)*R1/R，和电池电压V_BAT无关。这样在使用过程中，即使电池电压V_BAT降低，控制芯片1也可以输出稳定的脉冲功率，吸烟的感受不会受影响，且该脉冲功率正比于抽烟的吸力，使得电子烟能够根据不同的吸烟情景来输出不同的功率和烟雾量，较好地满足口吸和肺吸两种抽烟习惯，令电子烟的烟雾量更接近于卷烟的烟雾量，降低吸烟者抽电子烟与抽卷烟的感受差别，有助于提升产品的竞争力。

可选地，如图1所示，控制芯片1还包括第二电荷泵CP2，第二电荷泵CP2的输入端连接基准电压源30，可产生一个稳定的供电电压V₃，并输出到逻辑门电路和驱动电路20，以为逻辑门电路和驱动电路20供电，降低了脉冲开关NMOS的导通电阻因为电池电压V_BAT的下降而增加的风险，使脉冲开关NMOS的导通电阻保持稳定不便，有助于控制脉冲开关NMOS的功耗，进而维持了负载加热电阻R的功率。

图4示出根据本发明示例性实施例的充电电路的电路示意图。

在一示例中，如图4所示，充电电路40包括第四NMOS管MN4和第三电荷泵CP3。其中，第四NMOS管MN4的基极接地，第四NMOS管MN4的源极能够连接到电池，第四NMOS管MN4的漏极能够连接到充电电源(其电压在本发明各附图中示出为V_in)，第四NMOS管MN4的栅极能够经第三电荷泵CP3连接到充电电源。该充电电路40结构简单，当有外部的充电电源接入时，第三电荷泵CP3能够产生打开第四NMOS管MN4的驱动电压信号，使第四NMOS管MN4开通，充电电源的电流流过第四NMOS管MN4，对电池进行充电。

可选地，如图4所示，充电电路40还包括充电驱动电路、过热保护电路和欠压锁定电路UVLO(Under Voltage Lock Out)，从而集成了过流保护和欠压保护。其中，充电驱动电路连接在第三电荷泵CP3和第四NMOS管MN4的栅极之间，通过关闭充电驱动电路，就能够实现停止充电。电流过大会因其元器件温度上升，过热保护电路用于监测控制芯片1在充电过程中的温度变化，并连接到充电驱动电路。当温度满足保护条件，例如高于设定的保护温度时，过热保护电路就可以将充电驱动电路关闭，停止充电，保护了控制芯片1的使用安全。欠压锁定电路UVLO用于监测输入的充电电源电压V_in，其一端连接到充电驱动电路，另一端能够连接到充电电源。当输入的充电电源电压V_in太低时，欠压锁定电路UVLO就可以将充电驱动电路关闭，停止充电，从而防止电流往外流，降低了对电池能量的不当消耗。

可选地，如图4所示，充电电路40还包括电阻R2和第五NMOS管MN5，电阻R2的一端能够连接到电池，电阻R2的另一端连接第五NMOS管MN5的漏极，第五NMOS管MN5的源极接地，第五NMOS管MN5的栅极连接到充电驱动电路和欠压锁定电路UVLO之间。第五NMOS管MN5是一个控制开关，可在正常充电时打开，并监测电池电压V_BAT，以便确定合适的充电电流。在输入的充电电源电压V_in偏低或没有输入时，第五NMOS管MN5关闭。

采用本发明示例性实施例的控制芯片1以及电子烟，通过将采样电路10和驱动电路20集成在一起，而不采用微控制器芯片作为信号传递的媒介，可大幅简化系统结构，降低产品成本。在此基础上，不同于相关技术中仅仅检测抽吸动作的发生，本发明的实施例提供的采样电路10还可将抽吸动作量化，对气流信号进行采样处理得到采样电压，同时驱动电路20对采样电压进行放大处理，可利用得到的驱动电压来驱动雾化器的功率开关，使雾化器的功率和烟雾量与气流信号相关，也就是与用户的抽吸动作相关，进而令电子烟的烟雾量更接近于卷烟的烟雾量，降低吸烟者抽电子烟与抽卷烟的感受差别，有助于提升产品的竞争力。

此外，进一步将充电电路40也集成到控制芯片1，而不再分别采用充电芯片和雾化器加热控制芯片，可进一步简化系统结构，降低产品成本，并且两个芯片合二为一形成单芯片，有助于提升产品一致性和可靠性。也就是说，本发明示例性实施例的用于电子烟的控制芯片1集成了电子烟的充电、气流检测、雾化器加热、功率控制等功能。

此外，通过提供一个稳定的逻辑门电路和驱动电路20的供电电压V₃，使脉冲开关NMOS的导通电阻保持稳定不便，有助于控制脉冲开关NMOS的功耗，进而维持了负载加热电阻R的功率。

此外，集成的高频脉冲发生器输出的电流脉冲功率和电池电压V_BAT无关，这样在使用过程中，即使电池电压V_BAT降低，控制芯片1也可以维持恒定的脉冲功率输出，吸烟的感受不会受影响。

以上描述了本发明的各示例性实施例，应理解，上述描述仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明不限于所披露的各示例性实施例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。