CN105027016A - 用于控制电加热器以限制温度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制电加热元件的方法，所述方法包括：通过对加热元件供应电流脉冲来将加热元件的温度维持在目标温度；监控所述电流脉冲的工作周期；和测定工作周期是否不同于预期工作周期或预期工作周期范围，如果不同，则降低目标温度或停止对加热元件的电流供应或限制对加热元件供应的所述电流脉冲的工作周期。当温度维持在已知目标温度时，维持目标温度所期望的工作周期或工作周期范围的任何变化都表示异常状况。

Description

用于控制电加热器以限制温度的装置及方法

技术领域

本说明书涉及电加热器及用以控制加热器来避免温度尖峰的方法和装置。本说明书尤其涉及配置成加热气溶胶形成基质的电加热器和用于避免气溶胶形成基质不期望地燃烧的方法及装置。所述装置及方法尤其适用于电加热吸烟装置。

背景技术

传统香烟通过烟草及包装材料在吸入期间燃烧而产生烟雾，其中这种燃烧在可以超过800摄氏度的温度下进行。在这些温度下，热解及燃烧会使烟草热降解。燃烧的热量从烟草释放并产生各种气体燃烧产物及馏分。这些产物被抽吸通过香烟，并且冷却凝结，以形成包含与吸烟相关联的口感及香气的烟雾。在燃烧温度下，不仅产生口感及香气，还会产生许多不期望的化合物。

电加热吸烟装置是已知的，其在较低温度下工作。通过在较低的温度下加热，气溶胶形成基质(对于吸烟装置，该气溶胶形成基质是基于烟草的)不会燃烧，并且产生显著更少的不期望的化合物。

在此类电加热吸烟装置及其它电加热气溶胶产生装置中，期望的是尽可能确保即使在极端环境状况及极端使用模式下也不会发生基质的燃烧。因此，期望的是，控制在装置中的一个或多个加热元件的温度，以降低燃烧风险，同时仍然加热至充分温度以确保期望的气溶胶。还期望的是，能检测或预测基质燃烧并相应地控制加热元件。

发明内容

在本公开的一个方面中，提供一种控制电加热元件的方法，它包括：

通过对加热元件供应电流脉冲，将加热元件的温度维持在目标温度；

监控所述电流脉冲的工作周期；以及

测定工作周期是否不同于预期工作周期或预期工作周期范围，如果不同，则降低目标温度或停止对加热元件的电流供应或限制对加热元件供应的所述电流脉冲的工作周期。

加热元件可为气溶胶产生装置(例如，电加热吸烟装置)的一部分。加热元件可配置成在装置工作期间连续地加热气溶胶形成基质。本文中的气溶胶形成基质是能在加热后释放挥发性化合物的基质，此类挥发性化合物可形成气溶胶。本文中的“连续”表示加热不取决于通过装置的气流。当气溶胶形成基质的气溶胶形成成分在加热期间耗尽时，维持给定目标温度所需的电力下降。根据在加热元件操作期间目标温度的变化情况，可以限制工作周期，以降低发生基质燃烧的风险。

当将温度维持在已知目标温度时，预期用于维持目标温度的工作周期或工作周期范围的任何变化均表示异常状况。例如，如果工作周期保持远低于预期值并且同时温度得以维持，则这可能是由于外部热源(例如，燃烧基质)造成的。如果工作周期保持高于预期，则这可能是由于过量空气流过加热器(在吸烟装置中这表示用户强力抽吸)而导致的加热元件异常冷却。强力抽吸会导致更高的氧气浓度，而更高的氧气浓度会增大气溶胶形成基质的不期望地燃烧的几率。

加热元件可为电阻式加热元件，且将加热元件的温度维持在目标温度的步骤可包括测定加热元件的电阻及依据测定的电阻调整对加热元件供应的电流。将加热元件的温度维持在目标温度的步骤可包括使用PID控制回路。替代地，可使用其它机构来维持温度，例如，比PID控制回路更便宜的简单恒温型开/关控制机构。另外，可使用除了检测加热元件的电阻之外的温度感测机构，例如双金属片、热电耦或者与加热元件电隔离的专用热敏电阻或电阻式元件。除了通过监控加热元件的电阻来测定温度之外或作为通过监控加热元件的电阻来测定温度的替代，可使用这些替代的温度感测机构。例如，为了在加热元件温度超过目标温度时切断对加热元件的供电，可在控制机构中使用单独的温度感测机构。

测定工作周期是否不同于期望工作周期的步骤可包括周期性地比较工作周期与第一阈值工作周期及使用滞环控制回路来测定要降低目标温度或限制所述电流脉冲的工作周期的触发点。滞环控制回路的使用确保工作周期的极短期波动不会触发温度或所施加的电力的降低。仅在一段持续时间的异常工作周期行为后才达到触发点。

所述方法可包括如果工作周期小于第二阈值工作周期并且同时温度为目标温度或高于目标温度，则切断对加热元件的电流供应。如上所述，具有持续温度的极小工作周期表示外部热源，并且可能是相邻于或包围加热元件的基质燃烧的结果。在此情况下，可以切断对加热元件的供电，以确保装置的用户不会接收到任何更多的不期望的化合物。

所述方法可包括将所述电流脉冲的工作周期限制为最大工作周期极限。最大工作周期极限可根据预先编程的控制策略而变化。例如，当基质变干时，最大工作周期可以随着时间的增加而逐步地或连续地地缩短。第一阈值或第二阈值或第一阈值和第二阈值两者可以与最大工作周期极限成比例关系。例如，第一阈值可为最大工作周期极限。第二阈值可为最大工作周期极限的固定比例或可为固定工作周期。替代地，第一阈值及第二阈值两者可为绝对极限。

在本公开的另一方面中，提供一种用以控制电加热元件的装置，它包括：

控制电路，其连接至加热元件，并且配置成通过对加热元件供应电流脉冲来将加热元件的温度维持在目标温度；以及

检测电路，其配置成监控所述电流脉冲的工作周期，并且如果所述电流脉冲的工作周期不同于预期工作周期或预期工作周期范围，则检测电路指示控制电路降低目标温度或停止对加热元件的电流供应或限制所述电流脉冲的工作周期。

加热元件可为电阻式加热元件，并且控制电路配置成通过测定加热元件的电阻及依据测定的电阻调整对加热元件供应的电流来将加热元件的温度维持在目标温度。控制电路可包括PID控制回路。

检测电路可配置成周期性地比较工作周期与第一阈值工作周期，并且可包括滞环控制回路，滞环控制回路配置成测定要降低目标温度或限制所述电流脉冲的工作周期的触发点。

检测电路可配置成使得如果工作周期小于第二阈值工作周期并且同时温度为目标温度或高于目标温度，则检测电路指示控制电路切断对加热元件的电流供应。

目标温度可以是恒定的或可以随时间改变。

控制电路可配置成将所述电流脉冲工作周期限制为最大工作周期极限，其中在加热元件启动后，对于给定目标温度，最大工作周期极限随着时间的增加而逐渐减小。如果目标温度配置成在加热元件启动后的任一点随着时间而升高，则最大工作周期也可以增大。在一个实施例中，变量A等于最大工作周期除以目标温度，其中，在加热元件启动后，该变量A随着时间的增加而逐渐减小。

控制电路可配置成在加热元件温度超过温度阈值的情况下切断对加热元件的电流供应。例如，如果检测到加热元件的温度高于目标温度7℃或更高，则可以切断电力供应，这是因为如果不切断电力供应的话，燃烧风险将太高。

装置可为包括加热元件的气溶胶产生装置，例如电加热吸烟装置。加热元件可配置成在装置工作期间连续地加热气溶胶形成基质。

气溶胶产生装置可配置成容纳气溶胶形成基质，并且其中，预期工作周期或预期工作周期范围可根据气溶胶形成基质的特性进行配置。

在本公开的又一方面中，提供一种气溶胶产生系统，它包括：

气溶胶产生装置，其包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，并且其中，气溶胶产生装置包括：控制电路，其连接至加热元件，并且配置成通过对加热元件供应电流脉冲来将加热元件的温度维持在目标温度；

检测电路，其配置成监控所述电流脉冲的工作周期，并且如果所述电流脉冲的工作周期不同于预期工作周期或预期工作周期范围，则检测电路指示控制电路降低目标温度或停止对加热元件的电流供应或限制所述电流脉冲的工作周期。

气溶胶产生装置可配置成使得预期工作周期或预期工作周期范围取决于气溶胶形成基质的特性。气溶胶产生制品可包括允许通过气溶胶产生装置测定特性的装置，例如电阻部件、光学可检测标记或特性形状或尺寸。不同的基质可在不同状况下燃烧，并且可包含不同数量的气溶胶生成物或液体，因而不同的基质在不同温度及时间下可能具有燃烧风险。

在本公开的另一方面中，提供一种控制电加热元件的方法，它包括：

通过对加热元件供应电力，将加热元件的温度在多个加热阶段期间维持在目标温度；

将在每一加热阶段期间对加热元件供应的电力限制为阈值电力水平，使得在加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

加热元件可为气溶胶产生装置(例如，电加热吸烟装置)的一部分。加热元件可配置成在装置工作期间连续地加热气溶胶形成基质。本文中的“连续”表示加热不取决于通过装置的气流。当气溶胶形成基质的气溶胶形成成分在加热期间耗尽时，维持给定目标温度所需的电力下降。加热元件的目标温度可以在加热元件操作期间改变，并且可以相应地限制工作周期，以降低基质发生燃烧的风险。如果目标温度配置成在加热元件启动后的任一点随着时间而升高，则最大工作周期也可以增大。

维持步骤可包括以电流脉冲来供应电力，并且限制供应的电力的步骤可包括将所述电流脉冲的工作周期限制在阈值工作周期以下，在加热元件启动后，对于每一连续的加热阶段，阈值工作周期除以目标温度的值逐渐减小。

作为替代或另外，限制供应的电力的步骤可包括将对加热元件供应的电压限制在阈值电压以下。

在本公开的又一方面中，提供一种用以控制电加热元件的装置，它包括：

控制电路，其连接至加热元件，控制电路配置成通过对加热元件供应电力来在多个加热阶段期间将加热元件的温度维持在目标温度，并且配置成将在每一加热阶段期间对加热元件供应的电力限制为阈值电力水平，使得在加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

控制电路可配置成以电流脉冲来供应电力，并且可以配置成通过将所述电流脉冲的工作周期限制在阈值工作周期以下来限制对加热元件供应的电力，在加热元件启动后，对于每一连续的加热阶段，阈值工作周期除以目标温度的值逐渐减小。

装置可为包括加热元件的气溶胶产生装置(例如，电加热吸烟装置)。

气溶胶产生装置可配置成容纳气溶胶形成基质，并且加热阶段的持续时间及用于每一加热阶段的阈值工作周期可根据用户对控制电路的输入或根据气溶胶形成基质的感测特性或根据感测到环境参数进行配置。因而，特定基质可能需要不同的加热曲线以便提供期望的结果，并且不同使用者可能喜欢不同的加热曲线。

在本公开的又一方面中，提供一种气溶胶产生系统，它包括：

气溶胶产生装置，其包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，并且其中，气溶胶产生装置包括：控制电路，其连接至加热元件，控制电路配置成通过对加热元件供应电力来将加热元件温度在多个加热阶段期间维持在目标温度，并且配置成将在每一加热阶段对加热元件供应的电力限制为阈值电力水平，使得在加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

气溶胶产生装置可配置成使得阈值电力水平取决于气溶胶形成基质的特性。气溶胶产生制品可包括允许通过气溶胶产生装置来测定特性的装置，例如电阻部件、光学可检测标记或特性形状或尺寸。不同的基质可在不同状况下燃烧并且可包含不同数量的气溶胶生成物或液体，因而，不同的基质可能会在不同温度及时间下具有燃烧风险。

可在计算机程序中实施本公开的任一前述方面中所述的加热元件的控制，当该计算机程序在用于电操作气溶胶产生装置的可编程电路上执行时，该计算机程序致使可编程电路实施所述控制方法。计算机程序可设置在计算机可读取存储介质上。

在本公开的又一方面中，提供一种气溶胶产生装置，它包括：

电加热元件；

检测电路，其配置成检测加热元件的温度；以及

控制电路，其连接至加热元件及检测电路，其中控制电路配置成控制从电源至加热元件的电力供应，其中，控制电路配置成在检测电路检测到加热元件的温度高于阈值温度时阻止从电源至加热元件的电力供应。

在加热元件启动后，阈值温度可以随着时间变化。气溶胶产生装置可为电加热吸烟装置。

在本公开的又一方面中，提供一种气溶胶产生系统，它包括：

气溶胶产生装置，其包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，其中，气溶胶产生装置包括：检测电路，其配置成检测加热元件的温度；以及控制电路，其连接至加热元件及检测电路，其中控制电路配置成控制从电源至加热元件的电力供应，并且其中控制电路配置成在检测电路检测到加热元件温度高于阈值温度时阻止从电源至加热元件的电力供应。

在本公开的所有方面中，加热元件可包括电阻材料。合适的电阻材料包括但不局限于：诸如掺杂陶瓷的半导体、“导电”陶瓷(例如，二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料与金属材料所制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂陶瓷或末掺杂陶瓷。合适的掺杂陶瓷的例子包括掺杂碳化硅。合适的金属的例子包括钛、锆、钽、铂、金及银。合适的金属合金的例子包括不锈钢、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金合金、含铁合金以及基于镍、铁、钴、不锈钢的超合金、及基于铁-锰-铝的合金。在复合材料方面，依据所需的能量转移动力学及外部物理化学特性，电阻材料可以任选地埋入、封入一绝缘材料中或以绝缘材料来覆盖，反之亦然。

如上所述，在本公开的任何方面中，加热元件可为气溶胶产生装置的一部分。气溶胶产生装置可包括内部加热元件或外部加热元件或包括内部加热元件和外部加热元件，其中“内部”及“外部”是针对气溶胶形成基质而言的。内部加热元件可以采用任何合适形式。例如，内部加热元件可以采用加热片的形式。替代地，内部加热器可以采用具有不同导电部分的套管、基板或电阻式金属管的形式。替代地，内部加热元件可为贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多于一个的加热针或棒。其它替代物包括电热线或丝(例如，Ni-Cr(镍-铬)线、铂线、钨线或合金线)或加热板。任选地，可将内部加热元件布置在刚性载体材料内或布置在刚性载体材料上。在一个此类实施例中，可使用温度与电阻率间之间具有明确关系的金属来形成电阻式加热元件。在此类示范性装置中，金属可在合适绝缘材料(例如陶瓷材料)上形成为迹线，然后被夹在另一绝缘材料(例如，玻璃)中。以此方式形成的加热器可以用于加热及在工作期间监控加热元件的温度。

外部加热元件可以采用任何合适形式。例如，外部加热元件可以采用在介电基板(例如，聚酰亚胺)上的一个或多于一个的挠性加热箔的形式。挠性加热箔可以成形为与基质容纳空腔的周边相符。替代地，外部加热元件可以采用一个或多个金属网格、挠性印刷电路板、模制互连装置(MID)、陶瓷加热器、挠性碳纤维加热器的形式，或可使用涂层技术(例如，等离子体气相沉积)形成于合适成形基板上。外部加热元件也可使用在温度与电阻率之间具有明确的关系的金属来形成。在此类示范性装置中，金属可在两层合适绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热元件可用以加热及在工作期间监控外部加热元件的温度。

内部或外部加热元件可包括散热器或贮热器，其包括能吸收及储存热并随后随时间释放热至气溶胶形成基质的材料。散热器可由任何合适材料(例如，合适金属或陶瓷材料)形成。在一个实施例中，材料具有高热容量(显热储热材料)，或是一种能吸收并随后经由可逆过程(例如，高温相变)释放热的材料。合适的显热储热材料包括硅胶、氧化铝、碳、玻璃毡、玻璃纤维、矿物、诸如铝、银或铅的金属或合金以及诸如纸的纤维素材料。其它经由可逆相变释放热的合适材料包括石蜡、醋酸钠、荼、蜡、聚环氧乙烷、金属、金属盐、优态盐混合物或合金。散热器或贮热器可配置成直接接触气溶胶形成基质，并可将储存的热直接传输至基质。替代地，可将散热器或贮热器中储存的热通过导热体(例如，金属管)传输至气溶胶形成基质。

加热元件有利地通过传导加热气溶胶形成基质。加热元件可以至少部分地与基质或布置有基质的载体接触。替代地，可以通过导热元件将来自内部或外部加热元件的热传导至基质。

在操作期间，气溶胶形成基质可被完全容纳在气溶胶产生装置内。在此情况下，使用者可抽吸气溶胶产生装置的烟嘴。替代地，在操作期间，包含气溶胶形成基质的吸烟制品可被部分地容纳在气溶胶产生装置内。在此情况下，使用者可直接抽吸吸烟制品。

吸烟制品的形状可大致为圆柱形的。吸烟制品可大致为细长的。吸烟制品可具有长度及大致垂直于长度的周长。气溶胶形成基质的形状可大致为圆柱形的。气溶胶形成基质可大致为细长的。气溶胶形成基质还可具有长度及大致垂直于长度的周长。

吸烟制品的总长度可以在约30毫米与约100毫米之间。吸烟制品的外径可以在约5毫米与约12毫米之间。吸烟制品可包括过滤插件。过滤插件可位于吸烟制品的下游端。过滤插件可为酯酸纤维素过滤插件。过滤插件长度在一个实施例中为约7毫米，但可具有在约5毫米至约10毫米之间的长度。

在一个实施例中，吸烟制品的总长度可以为约45毫米。吸烟制品的外径可以为约7.2毫米。另外，气溶胶形成基质的长度可以为约10毫米。替代地，气溶胶形成基质的长度可为约12毫米。另外，气溶胶形成基质的直径可在约5毫米与约12毫米之间。吸烟制品可包括外部纸质包装材料。另外，吸烟制品可包括位于气溶胶形成基质与过滤插件之间的间隔。间隔可为约18毫米，但是可在约5毫米至约25毫米的范围内。

气溶胶形成基质可为固体气溶胶形成基质。替代地，气溶胶形成基质可包括固体成分及液体成分。气溶胶形成基质可包括含烟草材料，其包含在加热后从基质释放的挥发性烟草香味化合物。替代地，气溶胶形成基质可包括非烟草材料。气溶胶形成基质可进一步包括气溶胶生成物。合适的气溶胶生成物的例子是丙三醇及丙二醇。

如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，则固体气溶胶形成基质可包括以下各项的一种或多种：粉末、细粒、颗粒、碎片、缕、条或片，所述粉末、细粒、颗粒、碎片、缕、条或片包含以下各项中的一种或多种：草本叶、烟草叶、烟草主脉的碎片、再造烟草、均质烟草、挤制烟草、铸型叶烟草及膨胀烟草。固体气溶胶形成基质可为疏松形式，或者可提供在合适容器或匣体中。任选地，固体气溶胶形成基质可以包含在基质加热后释放的额外的烟草或非烟草的挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质也可以包含胶囊，例如胶囊包括额外的烟草或非烟草的挥发性香味化合物，且此类胶囊可在固体气溶胶形成基质加热期间熔化。

任选地，固体气溶胶形成基质可设置在热稳定载体上或嵌入到热稳定载体中。载体可以采取粉末、细粒、颗粒、碎片、缕、条或片的形式。替代地，载体可为管状载体，其内表面、外表面或内表面和外表面两者上布置有固体基质薄层。此类管状载体可由(例如)纸或类似纸的材料、无纺布碳纤维毡、低质量的网状金属筛、多孔金属箔或任何其它热稳定聚合物基质形成。

固体气溶胶形成基质可以(例如)片、泡沫、胶或浆的形式布置在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以布置在载体的整个表面上，或者替代地，固体气溶胶形成基质可按图样来布置，以便在使用期间提供不均匀的香味释放。

虽然上面参照了固体气溶胶形成基质，但是本领域普通技术人员将清楚的是，其他形式的气溶胶形成基质可以用于其它实施例。例如，气溶胶形成基质可为液体气溶胶形成基质。如果提供液体气溶胶形成基质，则气溶胶产生装置优选地包括用以保持液体的装置。例如，可在容器中保持液体气溶胶形成基质。替代地或此外，液体气溶胶形成基质可以被吸收到多孔载体材料中。多孔载体材料可由任何合适的吸收插件或吸收体(例如，泡沫金属或塑料材料、聚丙烯、聚酯纤维、尼龙纤维或陶瓷)形成。在使用气溶胶产生装置之前，可将液体气溶胶形成基质保持在多孔载体材料中，或者替代地，可在使用期间或即将使用时将液体气溶胶形成基质释放至多孔载体材料中。例如，可将液体气溶胶形成基质设置在胶囊中。胶囊外壳优选地在加热后熔化并释放液体气溶胶形成基质至多孔载体材料中。胶囊可任选地包含与液体组合的固体。

替代地，载体可为已包含有烟草成分的无纺布或纤维束。无纺布或纤维束可包括(例如)碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生物纤维。

气溶胶产生装置可进一步包括用以对加热元件供应电力的电源。电源可为任何合适的电源，例如DC电压源。在一个实施例中，电源是锂离子电池。替代地，电源可为镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池(例如，锂钴电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池或锂聚合物电池)。

虽然已通过参考不同方面来描述本公开，但是应清楚的是，关于本公开的一个方面描述的特征可适用于本公开的其它方面。

附图说明

现在将参考附图来详细地描述本发明的例子，其中。

图1是气溶胶产生装置的示意图。

图2是用于图1所示类型的装置的温度控制电路的示意图。

图3示出了在使用图1所示类型的装置吸烟期间最大工作周期极限的演变。

图4是示出了用以检测异常工作周期模式的一个程序的流程图。

图5示出了在检测到使用者过度抽吸后加热元件的温度下降的一个实例。

图6是示出了用以检测基质燃烧的一个程序的流程图。

图7示出了使用如图6所述的程序检测燃烧的一个例子。和

图8是流程图，示出了在检测到不期望的高的温度后切断对加热元件的供电的一个程序。

具体实施方式

在图1中，以简化方式示出了电加热气溶胶产生装置100的一个实施例的组件。具体地，电加热气溶胶产生装置100的元件在图1中没有按比例来绘制。已省略与理解本实施例无关的元件，以简化图1。

电加热气溶胶产生装置100包括外壳10及气溶胶形成基质12，例如香烟。气溶胶形成基质12被推入到外壳10内，以与加热元件14热接近。气溶胶形成基质12将在不同温度下释放各种挥发性化合物。通过将电加热气溶胶产生装置100的最大工作温度控制在一些挥发性化合物的释放温度以下，可避免释放或形成这些烟雾成分。

外壳10内具有电能供应装置16，例如可充电锂离子电池。控制器18连接至加热元件14、电能供应装置16及用户接口20(例如，按钮或显示器)。控制器18控制供应给加热元件14的电力，以便调整它的温度。通常，气溶胶形成基质被加热至250摄氏度与450摄氏度之间的温度。

图2示出了依据本发明的一个实施例的用以提供所述温度调节的控制电路。

加热器14经由连接器22连接至电池。电池16提供电压V2。与加热元件14串联地插入具有已知电阻r的附加电阻器24，并使其连接至电压V1，电压V1位于接地与电压V2之间。电流频率调制通过微控制器18来控制，并且经由微控制器18的模拟输出30传送至用作简单开关的晶体管26。

调节基于PID调节器，PID调节器是集成至微控制器18中的软件的一部分。通过测量加热元件的电阻来测定加热元件的温度(或温度指标)。温度用以调整向加热元件供应的电流脉冲的工作周期(在此情况下，频率调制)，以便将加热元件维持在目标温度。以选择为与工作周期的控制相匹配的频率测定温度，并且可以以每100ms一次这样高的频率测定温度。

微控制器18上的模拟输入28用以采集电阻器24两端的电压并提供在加热元件中流动的电流的表征。电池电压V+及电阻器24两端的电压用以计算加热元件的电阻变化和/或其温度。

在特定温度下测量到的加热器电阻为R_heater。为了让微处理器18测量加热器14的电阻R_heater，可测定流经加热器14的电流及加热器14两端的电压。然后，可使用以下熟知公式来测定电阻：

V＝IR   (1)

在图2中，加热器两端的电压是V2-V1，流经加热器的电流为I。因此：

$R_{\mathrm{heater}}=\frac{V2-V1}{I}---\left(2\right)$

附加电阻器24(它的电阻r已知)用以再次使用上述公式(1)来测定电流I。通过电阻器24的电流为I，并且电阻器24两端的电压为V1。因此：

$I=\frac{V1}{r}---\left(3\right)$

所以，结合(2)及(3)，得出：

$R_{\mathrm{heater}}=\frac{(V2-V1)}{V1}r---\left(4\right)$

因此，当气溶胶产生系统正被使用时，微控制器18可测量V2及V1，并且得知r值后，可测定在特定温度下的加热器电阻R_heater。

加热器电阻与温度相关联。可使用线性近似，依据以下公式使温度T与在温度T测量的电阻R_heater相关：

$T=\frac{R_{\mathrm{heater}}}{{\mathrm{AR}}_0}+T_0-\frac{1}{A}---\left(5\right)$

其中A是加热元件的材料的热阻系数，R0是加热元件在室温T0的电阻。

如果简单线性近似在整个工作温度范围上时不够准确，则可使用用以近似(approximating)电阻与温度之间的关系的其它更复杂方法。例如，在另一个实施例中，可根据两个或更多个线性近似的组合来获得一个关系，其中每个线性近似涵盖一个不同的温度范围。此方案依赖三个或更多个温度校准点，在这些温度校准点测量加热器的电阻。对于在校准点之间的温度，从位于校准点的数值内插电阻值。选择校准点温度以便涵盖加热器在工作期间的预期温度范围。

这些实施例的一个优点是，不需要体积大且昂贵的温度传感器。并且，PID调节器可直接使用电阻值，而不是使用温度。如果电阻值被保持在期望范围内，则加热元件的温度也将保持在期望范围内。因此，不需要计算加热元件的实际温度。然而，可使用单个的温度传感器并将该温度传感器连接至微控制器，以提供必要的温度信息。

微控制器可以被编程，以限制最大容许工作周期。最大容许工作周期可以在加热元件启动后随着时间而改变。图3示出了使用图1所示类型的装置的吸烟期间的进展。用线30来表示加热元件的目标温度，如可以看到的那样，该目标温度在总共持续6分钟的整个吸烟期间被维持在375℃。微控制器将吸烟期间分成数个阶段，在不同阶段中具有不同的最大工作周期极限。本文中的工作周期表示在开关26闭合时电力供应时间的百分比。在图3所述的例子中，在第一阶段中，将工作周期限制在95％，持续30秒。在此期间，使加热元件升至目标温度。在第二阶段中，将工作周期限制在65％，同样持续30秒。维持加热元件的温度所需的电力少于使加热元件升温所需的电力。在30秒的第三阶段中，将工作周期限制在60％。在90秒的第四阶段中，将工作周期限制在55％。在60秒的第五阶段中，将工作周期限制在50％，并且在120秒的第六阶段中，将工作周期限制在45％。

随着基质被消耗，蒸发作用移除的热减少，所以使加热元件的温度维持在目标温度需要更少的电力。另外，装置的周围部分的温度随着时间而升高，所以它们吸收的能量随着时间而减少。因此，为了降低燃烧的可能性，针对给定目标温度，最大容许功率随着时间而减小。作为一般规则，在单一吸烟期间内，在加热元件启动后，最大容许功率或最大工作周期除以目标温度的值随着时间逐渐减小。

还可以测定过度抽吸行为。每当用户在装置上抽吸时，吸入的空气通过加热元件，与基质接触的氧气量增加，进而增加在给定温度下燃烧的可能性。伴随每次抽吸时，加热元件被冷却。温度控制回路将通过暂时增大所述电流脉冲的工作周期来补偿这个冷却。在工作周期极限或在工作周期极限附近的延长的时间可以指示过度抽吸，并可以触发减小工作周期极限。

通过将最大工作周期限制在“正常”使用者行为及环境状况的范围内的预期水平，可避免温度尖峰。显然，可通过实验测定工作周期极限及其随着时间改变的方式，以适应特定装置设计、基质及使用情境。

通过微控制器可监控所述电流脉冲的工作周期，如果工作周期在持续的时间段内不同于预期的工作周期，则微控制器可采取校正动作或可终止对加热元件的电力供应。

最大工作周期极限可被设定为用于正常使用者的行为的预期的工作周期水平的上限，或可被设定为适应特定使用者的喜好。如果实际工作周期大部分时间处于最大工作周期极限，则这表示系统因用户的过度抽吸而被超乎预期地冷却。如上所述，伴随过度抽吸，由于更多的氧气与基质接触而导致的燃烧风险增大。图4示出了滞环控制回路，其使用斯密特触发器解弹跳方法，以便检测这种异常抽吸行为，并在检测到这种异常抽吸时降低目标温度或工作周期极限。然而，应清楚的是，存在替代斯密特触发器控制回路的方案，例如滑动窗口控制法(sliding window control)、无限冲击响应(IIR)滤波器及有限冲击响应(FIR)滤波器。

图4的程序开始并进行到步骤400，在步骤400中，通过因子f(其小于1，例如为0.75)来改变一任意状态变量“state”，该任意状态变量“state”初始被设置为0。在步骤410中，比较工作周期与工作周期阈值DC₁。如果工作周期大于或等于工作周期阈值，则在前进至步骤430前，在步骤420中，使状态变量增加数量c，例如0.25。工作周期阈值DC₁可为最大工作周期极限的某些比例。如果工作周期小于阈值工作周期，则不改变状态变量，并且程序进行至步骤430。然后，在步骤430中，比较状态变量与状态阈值ST。例如，状态阈值可为0.8。如果状态变量小于或等于状态阈值，则程序返回至步骤400。如果状态变量大于状态阈值，则检测到预燃烧状况，并且在步骤440中降低加热元件的目标温度或最大工作周期极限。然后，在程序返回至步骤400之前，在步骤450中重置状态变量。

图4的程序确保极短期波动不会触发预燃烧状况检测。只在工作周期超过阈值工作周期达控制程序的数个周期的情况下，才会检测到预燃烧状况。周期性地(例如，每100ms，对应于PID调节器控制回路的频率)重复图4的控制循环。

图5示出了图4所示的控制程序所造成的目标温度的下降。上线50表示加热元件的温度。下线55是电流信号的工作周期。图5显示在吸烟期间开始后的约275秒处，预燃烧检测机制被触发，这是因为从约240秒处开始，工作周期下限在抽吸期间致使温度进一步下降，并且通过将工作周期保持在工作周期的上限更长的时间来补偿系统。接着，将目标温度减小至350℃。

图6示出了滞环控制回路，其同样使用斯密特触发器解弹跳方法，以便检测基质燃烧。在步骤600中，通过因子f(其小于1，例如为0.9)来改变任意状态变量“state”，该任意状态变量“state”初始被设置为0。在步骤610中，比较工作周期与第二工作周期阈值DC₂。将第二工作周期阈值设置为最大工作周期阈值的75％。如果工作周期小于第二工作周期阈值，则在前进至步骤630前，在步骤620中，使状态变量增加b(在此实例中为0.3)。如果工作周期大于或等于第二工作周期阈值，则不改变状态变量，并且程序直接前进至步骤630。在步骤630中，比较状态变量与状态变量阈值ST，状态变量阈值ST在此实例中等于1。如果状态变量大于ST，则切断对加热元件的电力供应。微控制器仅仅保持开关26断开。然后，程序结束。如果状态变量小于或等于ST，则程序返回至步骤600。

图7示出了使用图6所示的类型的程序的燃烧检测。图7显示在约140秒处工作周期有显著下降，但是这不足以触发燃烧检测机制。然而，在约155秒处，工作周期下降至燃烧检测滤波器最小极限以下并且在一段时间内保持较低，同时温度保持在预定目标或超过预定目标。实际温度与预定目标的比较可以并入到图6的控制回路中，或可以作为单独的程序来实施。这触发立即停止对加热元件供电。实际上，燃烧检测机制检测到能量开始来自于基质而不是来自于电源，并且在基质自燃前停止吸烟体验。

除了参照图4及6图描述的预燃烧及燃烧检测程序之外，还可以单独根据检测温度来切断对加热元件的供电。图8示出了用以根据检测到过高温度来切断电力的控制回路的实例。图8的控制回路可以并入到图4或图6的控制回路中。例如，在图4的程序中，可以在每个循环中紧接在步骤400之前实施图8的步骤800。替代地，图8的控制回路可以实施为单独的控制回路。在步骤800中，比较实际检测到的温度T_actual(通过加热元件的电阻或通过单独的温度传感器测定的温度)与目标温度T_target。如果实际温度低于目标温度，则重复该程序，或者如果并入到另一控制程序的话，则执行控制程序的剩余步骤。如果实际温度为目标温度或超过目标温度，则程序前进至步骤810，在步骤810中，切断对加热元件的供电。可以通过控制开关(例如，图2中的开关26)的微控制器来切断对加热元件的供电。因而，可以在预定时间段内阻止装置工作，在该预定时间段内，加热元件冷却至可接受的温度。使用用于切断对加热元件的供电的简单的温度阈值提供了一种防止基质燃烧或降低基质燃烧的可能性的直接方式。

上述示范性实施例是说明性的而非限制性的。在阅读上述示范性实施例后，与上述示范性实施例一致的其它实施例对于本领域的普通技术人员来说将显而易见。

Claims (33)

1.一种控制电加热元件的方法，所述方法包括：

通过对电加热元件供应电流脉冲，将电加热元件的温度维持在目标温度；

监控所述电流脉冲的工作周期；以及

测定工作周期是否不同于预期工作周期或预期工作周期范围，如果不同，则降低目标温度或停止对电加热元件的电流供应或限制对电加热元件供应的所述电流脉冲的工作周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，电加热元件是电阻式加热元件，将电加热元件的温度维持在目标温度的步骤包括测定电加热元件的电阻并依据测定的电阻调整对电加热元件供应的电流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，测定工作周期是否不同于期望的工作周期的步骤包括周期性地比较工作周期与第一阈值工作周期，以及使用滞环控制回路来测定要降低目标温度或限制所述电流脉冲的工作周期的触发点。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括：如果工作周期小于第二阈值工作周期并且同时温度超过目标温度，则切断对电加热元件的电流供应。

5.根据权利要求3或4所述的方法，所述方法包括将所述电流脉冲的工作周期限制为最大工作周期极限，其中，第一阈值或第二阈值或第一阈值和第二阈值两者与最大工作周期极限成比例关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，变量A等于最大工作周期除以目标温度，在电加热元件启动后，变量A随着时间增加而逐渐减小。

7.一种用以控制电加热元件的装置，所述装置包括：

控制电路，所述控制电路连接至电加热元件且配置成通过对电加热元件供应电流脉冲来将电加热元件的温度维持在目标温度；以及

检测电路，所述检测电路配置成监控所述电流脉冲的工作周期，如果所述电流脉冲的工作周期不同于预期工作周期或预期工作周期范围，则所述检测电路指示控制电路降低目标温度或停止对电加热元件的电流供应或限制所述电流脉冲的工作周期。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，电加热元件是电阻式加热元件，控制电路配置成通过测定电加热元件的电阻并依据测定的电阻调整对电加热元件供应的电流来将电加热元件的温度维持在目标温度。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，检测电路配置成周期性地比较工作周期与第一阈值工作周期，并且检测电路包括滞环控制回路，滞环控制回路配置成测定要降低目标温度或限制所述电流脉冲的工作周期的触发点。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，检测电路配置成使得如果工作周期小于第二阈值工作周期并且同时温度为目标温度或超过目标温度，则检测电路指示控制电路切断对电加热元件的电流供应。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置，其中，控制电路配置成将所述电流脉冲的工作周期限制为最大工作周期极限，使得在电加热元件启动后，变量A随着时间的增加而逐渐减小，其中变量A等于最大工作周期除以目标温度。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其中，控制电路配置成在电加热元件的温度超过温度阈值时切断对电加热元件的电流供应。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的装置，其中，装置是包括电加热元件的气溶胶产生装置，例如电加热吸烟装置。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，气溶胶产生装置配置成容纳气溶胶形成基质，其中，预期工作周期或预期工作周期范围能够基于气溶胶形成基质的特性配置。

15.一种气溶胶产生系统，所述气溶胶产生系统包括：

气溶胶产生装置，所述气溶胶产生装置包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，其中，气溶胶产生装置包括：控制电路，所述控制电路连接至加热元件，并且配置成通过对加热元件供应电流脉冲来将加热元件的温度维持在目标温度；

检测电路，所述检测电路配置成监控所述电流脉冲的工作周期，如果所述电流脉冲的工作周期不同于预期工作周期或预期工作周期范围，则检测电路指示控制电路降低目标温度或停止对加热元件的电流供应或限制所述电流脉冲的工作周期。

16.根据权利要求15所述的气溶胶产生系统，其中气溶胶产生装置配置成使得预期工作周期或预期工作周期范围取决于气溶胶形成基质的特性。

17.一种计算机程序，当所述计算机程序在用于电操作气溶胶产生装置的可编程电路上执行时，所述计算机程序致使可编程电路实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

18.一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有根据权利要求17所述的计算机程序。

19.一种控制电加热元件的方法，所述方法包括：

通过对电加热元件供应电力，将电加热元件的温度在多个加热阶段期间维持在目标温度；

将在每一加热阶段期间对电加热元件供应的电力限制为阈值电力水平，使得在电加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中，变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，维持步骤包括以电流脉冲来供应电力，并且其中，限制供应的电力的步骤包括将所述电流脉冲的工作周期限制为阈值工作周期以下，在电加热元件启动后，对于每一连续的加热阶段，阈值工作周期除以目标温度的值逐渐减小。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，限制供应的电力的步骤包括将对电加热元件供应的电压限制在阈值电压以下。

22.一种用以控制电加热元件的装置，所述装置包括：

控制电路，所述控制电路连接至电加热元件，控制电路配置成通过对电加热元件供应电力来在多个加热阶段期间将电加热元件的温度维持在目标温度，并且配置成将在每一加热阶段期间对电加热元件供应的电力限制在阈值电力水平，使得在电加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，控制电路配置成以电流脉冲来供应电力，并且配置成通过将所述电流脉冲的工作周期限制为阈值工作周期以下来限制对电加热元件供应的电力，在电加热元件启动后，对于每一连续的加热阶段，阈值工作周期除以目标温度的值逐渐减小。

24.根据权利要求22或23所述的装置，其中，装置是包括加热元件的气溶胶产生装置，例如电加热吸烟装置。

25.根据权利要求24所述的装置，其中气溶胶产生装置配置成容纳气溶胶形成基质，其中所述加热阶段的持续时间及每一加热阶段的阈值工作周期能够根据用户对控制电路的输入或根据气溶胶形成基质的感测特性或根据感测的环境参数来配置。

26.一种气溶胶产生系统，所述气溶胶产生系统包括：

气溶胶产生装置，所述气溶胶产生装置包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，其中，气溶胶产生装置包括：控制电路，所述控制电路连接到加热元件，控制电路配置成通过对加热元件供应电力来在多个加热阶段期间将加热元件的温度维持在目标温度，并且配置成将在每一加热阶段对加热元件供应的电力限制为阈值电力水平，使得在加热元件启动后，变量B随着时间的增加而逐渐减小，其中变量B等于阈值电力水平除以目标温度。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，气溶胶产生装置配置成使得阈值电力水平取决于气溶胶形成基质的特性。

28.一种计算机程序，当所述计算机程序在用于电操作气溶胶产生装置的可编程电路上执行时，所述计算机程序致使可编程电路实施根据权利要求19至21中任一项所述的方法。

29.一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有根据权利要求28所述的计算机程序。

30.一种气溶胶产生装置，所述气溶胶产生装置包括：

电加热元件；

检测电路，所述检测电路配置成检测电加热元件的温度；以及

控制电路，所述控制电路连接至电加热元件及检测电路，其中控制电路配置成控制从电源至电加热元件的电力供应，并且其中，控制电路配置成在检测电路检测到电加热元件的温度高于阈值温度时阻止从电源至电加热元件的电力供应。

31.根据权利要求30所述的气溶胶产生装置，其中，阈值温度在电加热元件启动后随着时间变化。

32.根据权利要求30或31所述的气溶胶产生装置，其中，气溶胶产生装置是电加热吸烟装置。

33.一种气溶胶产生系统，所述气溶胶产生系统包括：

气溶胶产生装置，所述气溶胶产生装置包括加热元件及气溶胶产生制品，气溶胶产生制品包括气溶胶形成基质，其中加热器配置成加热气溶胶形成基质以产生气溶胶，并且其中，气溶胶产生装置包括：检测电路，所述检测电路配置成检测加热元件的温度；以及控制电路，所述控制电路连接至加热元件及检测电路，其中控制电路配置成控制从电源至加热元件的电力供应，以及其中，控制电路配置成在检测电路检测到加热元件的温度高于阈值温度时阻止从电源至加热元件的电力供应。