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KR20210082181A - 기화기 전력 시스템 - Google Patents

기화기 전력 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20210082181A
KR20210082181A KR1020217014146A KR20217014146A KR20210082181A KR 20210082181 A KR20210082181 A KR 20210082181A KR 1020217014146 A KR1020217014146 A KR 1020217014146A KR 20217014146 A KR20217014146 A KR 20217014146A KR 20210082181 A KR20210082181 A KR 20210082181A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating element
converter
power
voltage
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020217014146A
Other languages
English (en)
Inventor
니콜라스 제이 하톤
발 발렌타인
Original Assignee
쥴 랩스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쥴 랩스, 인크. filed Critical 쥴 랩스, 인크.
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Abstract

시스템은 전원에 그리고 기화기 분무기의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터를 포함한다. 컨버터는 또한 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 직류 대 직류 컨버터일 수 있다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록, 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록, 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록, 전력 및/또는 저항을 계산하도록, 그리고 컨버터에 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 컨버터는, 제2 전압을 변경하여 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 관련된 장치, 시스템, 기술 및 물품도 또한 설명된다.

Description

기화기 전력 시스템
[교차 참조]
본 출원은 2018년 10월 19일자로 출원된 발명의 명칭이 "Powering Vapor Atomizer"인 미국 특허 가출원 번호 제62/748,203호에 대한 우선권을 주장하고, 2019년 10월 15일자로 출원된 발명의 명칭이 "Powering Vapor Atomizer"인 미국 특허 가출원 번호 제62/915,294호에 대한 우선권을 주장하는데, 이들 가출원 둘 모두는, 허용되는 범위까지, 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
[기술 분야]
본원에서 설명되는 주제는 직류 대 직류 컨버터를 활용하여 기화기 분무기(vaporizer atomizer)에 전력을 공급하는 것에 관한 것이다.
기화기, 전자 기화기 디바이스(electronic vaporizer device), 또는 e 기화기 디바이스(e-vaporizer device)로서 또한 칭해질 수 있는 기화기 디바이스는, 기화용 디바이스의 유저에 의한 에어로졸의 흡입에 의해 하나 이상의 활성 재료를 포함하는 에어로졸(예를 들면, 고정된 또는 이동하는 공기 덩어리 또는 어떤 다른 기체 담체(gas carrier)에서 현탁되는 증기상(vapor-phase) 및/또는 응축상(condensed-phase) 재료)의 전달을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 전자 니코틴 전달 시스템(electronic nicotine delivery system; ENDS)은 배터리에 의해 전력을 제공받으며 흡연의 경험을 시뮬레이팅하기 위해 사용될 수 있는, 그러나 담배 또는 다른 물질을 태우지 않는 일종의 기화기 디바이스의 클래스를 포함한다. 기화기는 의약품 전달에서의 처방 의료 용도, 및 담배, 니코틴 및 다른 식물 기반의 재료의 소비 둘 모두에 대해 점점 인기를 얻고 있다. 기화기 디바이스는 휴대 가능하고, 독립형이며, 및/또는 사용이 편리할 수 있다.
기화기 디바이스의 사용에서, 유저는, 액체, 용액, 고체, 페이스트, 왁스, 및/또는 특정한 기화기 디바이스와의 사용에 호환 가능한 임의의 다른 형태일 수 있는 기화 가능한 재료를 기화하는(예를 들면, 액체 또는 고체로 하여금 적어도 부분적으로 기체상(gas phase)으로 전이하게 하는) 가열 엘리먼트에 의해 생성될 수 있는, 구어체로 "증기"로 지칭되는 에어로졸을 흡입한다. 기화기와 함께 사용되는 기화 가능한 재료는 카트리지, 예를 들면, 유저에 의한 에어로졸의 흡입을 위한 유출구(outlet)(예를 들면, 마우스피스)를 포함하는 기화 가능한 재료를 포함하는 기화기 디바이스의 분리 가능한 부분 내에 제공될 수 있다.
기화기 디바이스에 의해 생성되는 흡입 가능한 에어로졸을 수용하기 위해, 유저는, 소정의 예에서, 한 모금 빠는 것에 의해, 버튼을 누르는 것에 의해, 및/또는 어떤 다른 접근법에 의해 기화기 디바이스를 활성화할 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 한 모금 빨기(puff)는, 일정 볼륨의 공기와의 기화된 기화 가능한 재료의 조합에 의해 흡입 가능한 에어로졸이 생성되도록 일정 볼륨의 공기로 하여금 기화기 디바이스 안으로 빨아들여지게 하는 방식의 유저에 의한 흡입을 지칭할 수 있다.
기화기 디바이스가 기화 가능한 재료로부터 흡입 가능한 에어로졸을 생성하게 하는 접근법은, 기화기 분무기 또는 기화 챔버(예를 들면, 히터 챔버) 내의 기화 가능한 재료를 가열하여, 기화 가능한 재료로 하여금 기체(또는 증기)상으로 변환되게 하는 것을 수반한다. 기화기 분무기 또는 기화 챔버는 기화기 디바이스 내의 한 영역 또는 볼륨을 지칭할 수 있는데, 그 내부에서, 열원(예를 들면, 전도성, 대류성, 및/또는 복사 열원)은, 기화 디바이스의 유저에 의한 기화 가능한 재료의 흡입을 위한 증기를 형성하기 위해, 기화 가능한 재료의 가열을 야기하여 공기 및 기화된 재료의 혼합물을 생성하게 하게 한다.
기화기 분무기는 액체를 에어로졸로 증발시키기 위해 사용될 수 있고, 일관된 증기를 생성하기 위해 그리고 고온에 대한 노출로부터 액체 열화(liquid degradation)를 방지하기 위해, 저항성 와이어 코일과 같은 가열 엘리먼트의 전력 및 온도 제어를 필요로 할 수도 있다. 통상적으로, 제어될 수도 있는 가열에 관련되는 두 가지 파라미터는, 가열 엘리먼트에 대한 전력 및 가열 엘리먼트의 온도를 포함한다.
통상적인 기화기 분무기에서, 히터 코일은 양의 저항 온도 계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)를 갖는 도체로 구성될 수 있고, 그 결과, 그것의 저항은 그것의 벌크 온도의 증가에 따라 증가한다. 제어 루프는 주위(ambient)로부터 고온으로의 저항의 증가를 측정하고 일정한 증기를 위한 목표 동작 온도를 유지하기 위해 히터에 대한 전력을 조절한다. 히터 전력 제어는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM)를 사용하여 구현될 수 있는데, 여기서, 엘리먼트에서 열로서 소산되는 전력을 제어하기 위해 가열 엘리먼트로의 전류는 빠른 레이트에서 ON(온) 및 OFF(오프) 스위칭된다.
이 PWM 접근법이 가열 엘리먼트를 제어할 수 있지만, 구현예는 히터 및 팟(pod) 콘택 저항의 큰 변동을 견디지 못할 수 있고, 히터 저항을 측정하기 위해 전력이 차단되는 것을 필요로 할 수 있고, 더 짧은 배터리 작동 시간으로 귀결될 수 있고, 더 낮은 온도에서 더 짧은 작동 시간으로 귀결될 수 있고, 배터리 노화로 귀결될 수 있고, 제한된 시스템 통합으로 귀결될 수 있고, 제한된 TCR로 귀결될 수 있으며, 히터 저항을 측정하기 위한 추가적인 컴포넌트 카운트 및 비용으로 귀결될 수 있다.
본 주제의 소정의 양태에서, 기화기 디바이스에 전력을 공급하는 것과 관련되는 과제는, 본원에서 설명되는 피쳐 중 하나 이상 또는 기술 분야의 숙련된 자에게 이해되겠지만, 상당한/동등한 접근법을 포함함으로써 해결될 수도 있다. 본 주제의 양태는 기화기 디바이스의 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 방법 및 시스템에 관련된다.
본원에서 설명되는 주제의 하나 이상의 변형예의 세부 사항은 첨부하는 도면 및 이하의 설명에서 기술된다. 본원에서 설명되는 주제의 다른 피쳐 및 이점은, 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다. 본 개시에 후속하는 청구범위는, 보호되는 주제의 범위를 정의하도록 의도된다. 몇몇 변형예에서, 다음의 피쳐 중 하나 이상이 임의의 실현 가능한 조합에서 옵션 사항으로(optionally) 포함될 수도 있다.
한 양태에서, 시스템은 전원에 그리고 기화기 분무기의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터를 포함한다. 컨버터는 또한 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 직류 대 직류 컨버터일 수 있다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록, 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록, 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록, 전력 및/또는 저항을 계산하도록, 그리고 컨버터에 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 컨버터는, 제2 전압을 변경하여 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.
다음의 피쳐 중 하나 이상이 임의의 실현 가능한 조합으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 컨버터는 승압 및/또는 강압 컨버터를 포함할 수 있다. 컨버터는 에너지 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 스위치식 커패시터 토폴로지(switched-capacitors topology) 또는 전하 펌프 토폴로지(charge-pump topology)의 커패시터를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 인덕터를 포함할 수 있다. 전력 모니터는 폐루프 제어를 형성하는 아날로그 회로부(circuitry)를 포함할 수 있다. 전력 모니터는, 가열 엘리먼트를 통과하는 전류 및 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록 구성되는 아날로그 프론트 엔드 회로부, 및 가열 엘리먼트를 통과하는 측정된 전류 및 가열 엘리먼트에 걸친 측정된 전압에 기초하여 제어 신호를 제공하도록 구성되는 회로부를 포함하는 디지타이저를 포함할 수 있다. 디지타이저는 제어 신호를, 펄스 폭 변조된 신호, 디지털 대 아날로그 변환된 신호, 또는 인터-인터그레이티드 회로 포맷의 신호(inter-integrated circuit formatted signal)로서 제공하도록 구성될 수 있다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하기 위한 4 와이어 연결을 포함할 수 있다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하기 위해 3 와이어 연결을 대안적으로 포함할 수 있다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트의 전력을 중단하지 않으면서 전류 및 전압을 연속적으로 측정될 수 있다. 마이크로컨트롤러 및 스위치는 컨버터와 가열 엘리먼트 사이에 포함될 수 있다. 스위치는 마이크로컨트롤러에 전기적으로 커플링될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 스위치의 게이트에 펄스 폭 변조된 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 제1 전력 레벨에서 동작하도록 구성될 수 있으며, 마이크로컨트롤러는, 가열 엘리먼트를 통과하는 측정된 전류 및 가열 엘리먼트에 걸친 측정된 전압에 기초하여, 제2 전력 레벨을 결정하도록 그리고 스위치를 제어하여 제2 전압을 수정하기 위해 펄스 폭 변조 신호를 수정하도록 구성될 수 있다.
컨버터는 가열 사이클 동안 가열 엘리먼트에 중단되지 않는 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 전력 모니터는, 측정된 전류의 변동에 기초하여, 컨버터와 가열 엘리먼트 사이의 콘택의 콘택 저항의 변동을 결정하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 가열 엘리먼트에 커플링되도록 구성되는 전류 소스를 더 포함할 수 있는데, 전류 소스는 전류 소스 저항기 및 전류 소스 스위치를 포함한다.
시스템은 범용 직렬 버스 전력 레일을 포함하는 범용 직렬 버스 포트를 더 포함할 수 있는데, 컨버터는 범용 직렬 버스 전력 레일에 제3 전압을 출력하도록 구성된다. 컨버터를 포함하는 시스템은, 전원에 그리고 기화기 분무기의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 제어 회로를 또한 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 제어 회로는 또한 PWM 전력을 가열 엘리먼트에 제공하도록 구성된다. 전원은 배터리일 수 있다.
다른 양태에서, 통합 컨버터는 컨버터, 전력 모니터, 및 충전기를 하나의 유닛 내에 포함한다. 컨버터는 전원에 그리고 기화기 분무기의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 컨버터는 또한 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 직류 대 직류 컨버터이다. 전력 모니터는 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록, 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록, 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록, 전력 및/또는 저항을 계산하도록, 그리고 컨버터에 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 충전기는 전원을 충전하기 위해 전원에 전기적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 컨버터는, 제2 전압을 변경하여 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성된다. 컨버터 및 충전기는 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 그리고 전원을 충전하기 위한 인덕터를 공통으로 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 방법은 기화기 분무기의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하는 것, 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 것, 전력 및/또는 저항을 계산하는 것, 및 제2 전압을 변경하여 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 컨버터의 동작을 제어하는 것을 포함한다. 전류는 전원 및 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터에 의해 공급될 수 있다. 컨버터는 또한 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 직류 대 직류 컨버터이다.
다음의 피쳐 중 하나 이상은 임의의 실현 가능한 조합으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 컨버터는 승압(step-up) 및/또는 강압(step-down) 컨버터를 포함할 수 있고; 컨버터는 에너지 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 스위치식 커패시터 토폴로지 또는 전하 펌프 토폴로지의 커패시터를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 인덕터를 포함할 수 있다. 제어 신호는 펄스 폭 변조된 신호, 디지털 대 아날로그로 변환된 신호, 또는 인터-인터그레이티드 회로 포맷의 신호로서 컨버터에 제공될 수 있다. 펄스 폭 변조된 신호는 마이크로컨트롤러, 컨버터, 및 가열 엘리먼트 사이에서 커플링되는 스위치의 게이트에 인가될 수 있다. 컨버터는 제1 전력 레벨에서 동작하도록 구성될 수 있으며, 마이크로컨트롤러는, 가열 엘리먼트를 통과하는 측정된 전류 및 가열 엘리먼트에 걸친 측정된 전압에 기초하여, 제2 전력 레벨을 결정하도록 그리고 스위치를 제어하여 제2 전압을 수정하기 위해 펄스 폭 변조 신호를 수정하도록 구성된다. 컨버터는 가열 사이클 동안 가열 엘리먼트에 중단되지 않는 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터와 가열 엘리먼트 사이의 콘택의 콘택 저항의 변동은 측정된 전류의 변동에 기초하여 결정될 수 있다.
가열 엘리먼트에 걸친 전압은 4 와이어 연결을 사용하여 측정될 수 있다. 가열 엘리먼트에 걸친 전압은 4 와이어 연결을 사용하여 대안적으로 측정될 수 있다. 가열 엘리먼트를 통과하는 전류는 가열 엘리먼트에 대한 전력을 차단하지 않으면서 연속적으로 측정될 수 있다. 가열 엘리먼트에 걸친 전압은 가열 엘리먼트에 대한 전력을 차단하지 않으면서 연속적으로 측정될 수 있다. 전원은 배터리일 수 있다.
본원에서 설명되는 주제의 하나 이상의 변형예의 세부 사항은 첨부하는 도면 및 이하의 설명에서 기술된다. 본원에서 설명되는 주제의 다른 피쳐 및 이점은, 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부의 도면은, 본원에서 개시되는 주제의 소정의 양태를 나타내고, 설명과 함께, 개시된 구현예와 관련되는 원리의 일부를 설명하는 것을 돕는다. 도면에서:
도 1a는 기화기 디바이스의 블록도이다;
도 1b는 기화기 디바이스 및 기화기 카트리지의 개략적인 표현이다;
도 1c는 기화기 디바이스 및 기화기 카트리지의 실시형태의 정면도이다;
도 1d는 기화기 디바이스에 커플링되는 기화기 카트리지의 정면도이다;
도 1e는 기화기 카트리지의 사시도이다;
도 1f는 기화기 디바이스에 커플링되는 기화기 카트리지의 다른 실시형태의 사시도이다;
도 1g는 예시적인 PWM 히터 제어부를 예시하는 시스템 블록도이다;
도 2는 본 주제의 몇몇 양태에 따른 예시적인 히터 전력 제어를 예시하는 시스템 블록도이다;
도 3은 도 2에서 예시되는 예시적인 히터 제어부(200)의 동작의 모드를 예시하는 다이어그램이다;
도 4는 컨버터가 전류 소스로서 동작하는 예시적인 히터 제어부를 예시하는 시스템 블록도이다;
도 5는 본 주제의 몇몇 양태에 따른 히터 제어부를 동작시키는 예시적인 프로세스를 예시하는 프로세스 흐름도이다; 그리고
도 6은 예시적인 전력 경로에서의 저항 및 관련된 파라미터를 예시하며 전력 제어 스위치를 포함하는 예시적인 회로도를 예시한다.
실용적인 경우, 유사한 참조 번호는, 유사한 구조체, 피쳐, 또는 엘리먼트를 나타낸다. 다양한 도면에서의 같은 참조 기호는 같은 엘리먼트를 나타낸다.
본 주제의 구현예는, 유저에 의한 흡입을 위한 하나 이상의 재료의 기화에 관련이 있는 방법, 장치, 제조 물품, 및 시스템을 포함한다. 예시적인 구현예는 기화기 디바이스에 전력을 공급하는 방법 및 기화기 디바이스를 포함하는 시스템을 포함한다. 하기의 설명 및 청구범위에서 사용되는 바와 같은 용어 "기화기 디바이스"는, 독립형 장치, 두 개 이상의 분리 가능한 부품(예를 들면, 배터리 및 다른 하드웨어를 포함하는 기화기 본체, 및 기화 가능한 재료를 포함하는 카트리지)을 포함하는 장치, 및/또는 등등 중 임의의 것을 지칭한다. 기화기, 전자 기화기 디바이스, 또는 e 기화기 디바이스로서 또한 칭해질 수 있는 기화기 디바이스는, 기화용 디바이스의 유저에 의한 에어로졸의 흡입에 의해 하나 이상의 활성 재료를 포함하는 에어로졸(예를 들면, 고정된 또는 이동하는 공기 덩어리 또는 어떤 다른 기체 담체에서 현탁되는 증기상 및/또는 응축상 재료)의 전달을 위해 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "기화기 시스템"은 기화기 디바이스와 같은 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 본 주제의 구현예와 일치하는 기화기 디바이스의 예는 전자 기화기, 전자 니코틴 전달 시스템(ENDS), 및/또는 등등을 포함한다. 일반적으로, 그러한 기화기 디바이스는, 재료의 흡입 가능한 분량(inhalable dose)을 제공하기 위해 기화 가능한 재료를 (예컨대 대류, 전도, 복사, 및/또는 이들의 어떤 조합에 의해) 가열하는 핸드헬드 디바이스이다. 기화기 디바이스와 함께 사용되는 기화 가능한 재료는, 비는 경우 재충전 가능할 수 있는, 또는 동일한 또는 상이한 타입의 추가적인 기화 가능한 재료를 포함하는 새로운 카트리지가 사용될 수 있도록 폐기 가능할 수 있는 카트리지(예를 들면, 저장소 또는 다른 컨테이너 내에 기화 가능한 재료를 포함하는 기화기의 부품) 내에서 제공될 수 있다. 기화기 디바이스는 카트리지를 사용하는 기화기 디바이스, 카트리지가 없는 기화기 디바이스, 또는 카트리지와 함께 사용할 수 있는 또는 카트리지 없이 사용할 수 있는 다용도 기화기 디바이스일 수 있다. 예를 들면, 기화기 디바이스는, 가열 챔버 안으로 기화 가능한 재료를 직접적으로 수용하도록 구성되는 가열 챔버(예를 들면, 오븐 또는 내부에서 가열 엘리먼트에 의해 재료가 가열되는 다른 영역), 및/또는 기화 가능한 재료를 포함하기 위한 저장소 또는 등등을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 기화기 디바이스는, 액체의 기화 가능한 재료(예를 들면, 활성 및/또는 비활성 재료(들)가 용액에서 현탁되는 또는 유지되는 담체 용액, 또는 액체 형태의 기화 가능한 재료 그 자체), 페이스트, 왁스, 및/또는 고체의 기화 가능한 재료와의 사용을 위해 구성될 수 있다. 고체의 기화 가능한 재료는, 기화 가능한 재료로서 식물 재료의 어떤 부분을 방출하는(예를 들면, 기화 가능한 재료의 어떤 부분은, 유저에 의한 흡입을 위해 재료가 기화된 이후 폐기물로서 남게 됨) 식물 재료를 포함할 수 있거나 또는, 옵션 사항으로, 고체 형태의 기화 가능한 재료 그 자체일 수 있고, 그 결과, 고체 재료의 전체는 궁극적으로 흡입을 위해 기화될 수 있다. 액체의 기화 가능한 재료는, 마찬가지로, 완전히 기화될 수 있거나, 또는 흡입에 적절한 재료 전체가 기화된 이후 남게 되는 액체 재료의 어떤 부분을 포함할 수 있다.
도 1a의 블록도를 참조하면, 기화기 디바이스(100)는 전원(112)(예를 들면, 재충전 가능 배터리일 수 있는 배터리), 및 기화 가능한 재료(102)로 하여금 응축된 형태(예컨대, 고체, 액체, 용액, 현탁액, 적어도 부분적으로 처리되지 않은 식물 재료의 일부, 등등)로부터 기체상으로 변환되게 하기 위해 분무기(141)로의 열의 전달을 제어하기 위한 컨트롤러(104)(예를 들면, 로직을 실행할 수 있는 프로세서, 회로부, 등등)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(104)는 본 주제의 소정의 구현예와 일치하는 하나 이상의 인쇄 회로 보드(printed circuit board; PCB)의 일부일 수 있다. 기체상으로의 기화 가능한 재료(102)의 변환 이후, 기체상의 기화 가능한 재료(102) 중 적어도 일부는 응축되어, 유저의 기화기 디바이스(100)에 대한 한 모금 빨기 또는 빨아들이기 동안 기화기 디바이스(100)에 의해 제공되는 흡입 가능한 분량의 일부 또는 모두를 형성할 수 있는 에어로졸의 일부로서 기체상과 적어도 부분적인 국소적 평형 상태에 있는 입자상 물질(particulate matter)을 형성할 수 있다. 기화기 디바이스(100)에 의해 생성되는 에어로졸에서의 기체상과 응축상 사이의 상호 작용은, 주변 온도, 상대 습도, 화학 재료, 기류 경로(기화기 내부 및 인간 또는 다른 동물의 기도 내부 둘 모두)에서의 플로우 조건, 및/또는 에어로졸의 하나 이상의 물리적 파라미터에 영향을 끼칠 수 있는 다른 공기 스트림과의 기체상의 또는 에어로졸 상의 기화 가능한 재료(102)의 혼합물과 같은 요인에 기인하여, 복잡하고 동적일 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 몇몇 기화기 디바이스에서, 특히 휘발성의 기화 가능한 재료의 전달을 위해 구성되는 기화기 디바이스의 경우, 흡입 가능한 분량은 주로 기체상으로 존재할 수 있다(예를 들면, 응축상의 입자의 형성은 매우 제한될 수 있음).
기화기 디바이스(100) 내의 분무기(141)는 기화 가능한 재료(102)를 기화시키도록 구성될 수 있다. 기화 가능한 재료(102)는 액체일 수 있다. 기화 가능한 재료(102)의 예는 순수한 액체, 현탁액, 용액, 혼합물, 및/또는 등등을 포함한다. 분무기(141)는, 가열 엘리먼트(도 1a에서 도시되지 않음)를 포함하는 분무기(141)의 일부로서 어떤 양의 기화 가능한 재료(102)를 전달하도록 구성되는 심지 엘리먼트(wicking element)(즉, 심지(wick))를 포함할 수 있다.
예를 들면, 심지 엘리먼트는, 기화 가능한 재료(102)를 포함하도록 구성되는 저장소(140)로부터 기화 가능한 재료(102)를 끌어당기도록 구성될 수 있고, 그 결과, 기화 가능한 재료(102)는 가열 엘리먼트로부터 전달되는 열에 의해 기화될 수 있다. 심지 엘리먼트는 또한, 옵션 사항으로, 공기가 저장소(140)로 들어가서 제거되는 기화 가능한 재료(102)의 볼륨을 대체하는 것을 허용할 수 있다. 본 주제의 몇몇 구현예에서, 모세관 작용이 가열 엘리먼트에 의한 기화를 위해 기화 가능한 재료(102)를 심지로 끌어당길 수 있고, 공기는 심지를 통해 저장소(140)로 복귀하여 저장소(140) 내의 압력을 적어도 부분적으로 균등화할 수 있다. 압력을 균등화하기 위해 공기가 저장소(140) 안으로 다시 들어가는 것을 허용하는 다른 방법도 또한 본 주제의 범위 내에 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 "심지" 또는 "심지 엘리먼트"는 모세관 압력을 통한 유체 운동을 야기할 수 있는 임의의 재료를 포함한다.
가열 엘리먼트는 전도성 히터, 복사 히터, 및/또는 대류 히터 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가열 엘리먼트의 하나의 타입은 저항성 가열 엘리먼트인데, 이것은, 가열 엘리먼트의 하나 이상의 저항성 세그먼트를 통해 전류가 통과될 때 전력을 열의 형태로 소산시키도록 구성되는 재료(예컨대 금속 또는 합금, 예를 들면, 니켈 크롬 합금, 또는 비금속 저항기)를 포함할 수 있다. 본 주제의 몇몇 구현예에서, 분무기(141)는, 심지 엘리먼트에 의해 저장소(140)로부터 끌어당겨지는 기화 가능한 재료(102)로 하여금 유저에 의한 후속하는 흡입을 위해 기체상 및/또는 응축된(예를 들면, 에어로졸 입자 또는 액적) 상으로 기화되게 하기 위해, 저항성 코일을 포함하는 가열 엘리먼트 또는 심지 엘리먼트 주위에 감싸이는, 심지 엘리먼트 내부에 배치되는, 심지 엘리먼트의 벌크 형상으로 통합되는, 심지 엘리먼트와 열 접촉하도록 가압되는, 또는 다르게는 열을 심지 엘리먼트에 전달하도록 배열되는 다른 가열 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다른 심지 엘리먼트, 가열 엘리먼트, 및/또는 분무기 어셈블리 구성도 또한 가능하다.
소정의 기화기 디바이스는, 추가적으로 또는 대안적으로, 기화 가능한 재료(102)의 가열을 통해 기체상 및/또는 에어로졸상(aerosol phase)의 기화 가능한 재료(102)의 흡입 가능한 분량을 생성하도록 구성될 수도 있다. 기화 가능한 재료(102)는 고체상 재료(예컨대, 왁스 또는 등등) 또는 식물 재료(예를 들면, 담배 잎 및/또는 담배 잎의 일부)일 수 있다. 그러한 기화기 디바이스에서, 저항성 가열 엘리먼트는, 기화 가능한 재료(102)가 배치되는 오븐 또는 다른 가열 챔버의 벽의 일부이거나, 또는 그렇지 않으면 그 벽에 통합되거나 또는 그 벽과 열 접촉될 수 있다. 대안적으로, 저항성 가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들은, 기화 가능한 재료(102)의 대류 가열을 야기하기 위해, 기화 가능한 재료(102)를 통과하거나 또는 지나가는 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 여전히 다른 예에서, 저항성 가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들은, 오븐의 벽으로부터 안쪽으로의 전도에 의해서만 발생하는 것과는 대조적으로, 식물 재료의 직접적인 전도성 가열이 식물 재료의 덩어리 내부에서부터 발생하도록 식물 재료와 밀접하게 접촉하여 배치될 수 있다.
가열 엘리먼트는, 공기로 하여금, 분무기(141)(즉, 심지 엘리먼트 및 가열 엘리먼트)를 통과하는 기류 경로를 따라, 공기 유입구로부터 흐르게 하기 위한 기화기 디바이스(100)의 마우스피스(130)에 대한 유저 한 모금 빨기(즉, 빨아들이기, 흡입, 등등)와 관련하여 활성화될 수 있다. 옵션 사항으로, 공기는 공기 유입구로부터 하나 이상의 응축 영역 또는 챔버를 통해, 마우스피스(130) 내의 공기 유출구로 흐를 수 있다. 기류 경로를 따라 이동하는 유입 공기는 분무기(141)를 통해 또는 통과하여 이동하는데, 여기서 기체상의 기화 가능한 재료(102)는 공기 중으로 비말동반된다. 가열 엘리먼트는, 전류로 하여금 전원(112)으로부터, 본원에서 논의되는 바와 같이, 옵션 사항으로, 기화기 카트리지(120)의 일부인 저항성 가열 엘리먼트를 포함하는 회로를 통해 통과하게 하는 컨트롤러(104)를 통해 활성화될 수 있는데, 컨트롤러(104)는 본원에서 논의되는 바와 같이 옵션 사항으로 기화기 본체(110)의 일부일 수 있다. 본원에서 언급되는 바와 같이, 기체상의 비말동반된 기화 가능한 재료(102)는, 에어로졸 형태의 기화 가능한 재료(102)의 흡입 가능한 분량이 유저에 의한 흡입을 위해 공기 유출구(예를 들면, 마우스피스(130))로부터 전달될 수 있도록, 기류 경로의 나머지 부분을 통과할 때 응축될 수 있다.
가열 엘리먼트의 활성화는 센서(113) 중 하나 이상에 의해 생성되는 하나 이상의 신호에 기초한 한 모금 빨기의 자동 검출에 의해 야기될 수 있다. 센서(113) 및 센서(113)에 의해 생성되는 신호는 다음의 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 주변 압력에 대해 기류 경로를 따르는 압력을 감지하도록(또는 옵션 사항으로 절대 압력의 변화를 측정하도록) 배치되는 압력 센서 또는 센서들, 기화기 디바이스(100)의 모션 센서 또는 센서들(예를 들면, 가속도계), 기화기 디바이스(100)의 유량 센서(flow sensor) 또는 센서들, 기화기 디바이스(100)의 용량성 입술 센서, 하나 이상의 입력 디바이스(116)(예를 들면, 기화기 디바이스(100)의 버튼 또는 다른 촉각 제어 디바이스)를 통한 기화기 디바이스(100)와의 유저의 상호 작용의 검출, 기화기 디바이스(100)와 통신하는 컴퓨팅 디바이스로부터의 신호의 수신, 및/또는 한 모금 빨기가 발생하고 있다는 것 또는 임박하다는 것을 결정하기 위한 다른 접근법.
본원에서 논의되는 바와 같이, 본 주제의 구현예와 일치하는 기화기 디바이스(100)는, 기화기 디바이스(100)와 통신하는 컴퓨팅 디바이스(또는 옵션 사항으로 두 개 이상의 디바이스)에 (예컨대, 예를 들면, 무선으로 또는 유선 연결을 통해) 연결되도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 컨트롤러(104)는 통신 하드웨어(105)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(104)는 메모리(108)를 또한 포함할 수 있다. 통신 하드웨어(105)는 펌웨어를 포함할 수 있고 및/또는 통신을 위한 하나 이상의 암호화 프로토콜을 실행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
컴퓨팅 디바이스는 기화기 디바이스(100)를 또한 포함하는 기화기 시스템의 컴포넌트일 수 있고, 기화기 디바이스(100)의 통신 하드웨어(105)와의 무선 통신 채널을 확립할 수 있는, 통신을 위한 자체 하드웨어를 포함할 수 있다. 예를 들면, 기화기 시스템의 일부로서 사용되는 컴퓨팅 디바이스는, 유저가 기화기 디바이스(100)와 상호 작용하는 것을 가능하게 하기 위한 유저 인터페이스를 생성하기 위해 소프트웨어를 실행하는 범용 컴퓨팅 디바이스(예컨대, 스마트폰, 태블릿, 퍼스널 컴퓨터, 어떤 다른 휴대형 디바이스 예컨대 스마트워치, 또는 등등)를 포함할 수 있다. 본 주제의 다른 구현예에서, 기화기 시스템의 일부로서 사용되는 이러한 디바이스는, 원격 제어부 또는 하나 이상의 물리적 또는 소프트(즉, 스크린 또는 다른 디스플레이 디바이스 상에서 구성 가능하며 터치 감지 스크린 또는 마우스, 포인터, 트랙볼, 커서 버튼, 또는 등등과 같은 어떤 다른 입력 디바이스와의 유저 상호 작용을 통해 선택 가능함) 인터페이스 제어부를 구비하는 다른 무선 또는 유선 디바이스와 같은 전용 하드웨어 부품일 수 있다. 기화기 디바이스(100)는 유저에게 정보를 제공하기 위한 하나 이상의 출력부(117) 또는 디바이스를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 출력부(117)는 기화기 디바이스(100)의 상태 및/또는 동작의 모드에 기초하여 유저에게 피드백을 제공하도록 구성되는 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스가 저항성 가열 엘리먼트의 활성화에 관련되는 신호를 제공하는 예에서, 또는 다양한 제어 또는 다른 기능의 구현을 위한 기화기 디바이스(100)와의 컴퓨팅 디바이스의 커플링의 다른 예에서, 컴퓨팅 디바이스는 유저 인터페이스 및 기저의 데이터 핸들링을 제공하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 명령어 세트를 실행한다. 하나의 예에서, 하나 이상의 유저 인터페이스 엘리먼트와의 유저 상호 작용의 컴퓨팅 디바이스에 의한 검출은, 가열 엘리먼트를 활성화하여 흡입 가능한 분량의 증기/에어로졸을 생성을 위한 동작 온도에 도달하기 위해, 컴퓨팅 디바이스로 하여금, 기화기 디바이스(100)로 시그널링하게 할 수 있다. 기화기 디바이스(100)의 다른 기능은 기화기 디바이스(100)와 통신하는 컴퓨팅 디바이스 상의 유저 인터페이스와의 유저의 상호 작용에 의해 제어될 수 있다.
기화기 디바이스(100)의 저항성 가열 엘리먼트의 온도는, 저항성 가열 엘리먼트로 전달되는 전력의 양, 전자 기화기 디바이스(100)의 다른 부분으로의 및/또는 환경으로의 전도성 열 전달, 전체적으로 심지 엘리먼트 및/또는 분무기(141)로부터의 기화 가능한 재료(102)의 기화에 기인하는 잠열 손실, 및 기류(즉, 유저가 기화기 디바이스(100) 상에서 흡입할 때 전체적으로 가열 엘리먼트 또는 분무기(141)를 가로질러 이동하는 공기)에 기인하는 대류성 열 손실을 비롯한, 다수의 인자에 의존할 수 있다. 본원에서 언급되는 바와 같이, 가열 엘리먼트를 신뢰성 있게 활성화하거나 또는 가열 엘리먼트를 원하는 온도로 가열하기 위해, 기화기 디바이스(100)는, 본 주제의 몇몇 구현예에서, 센서(113)(예를 들면, 압력 센서)로부터의 신호를 사용하여 유저가 흡입하고 있는 때를 결정할 수도 있다. 공기가 공기 유입구로부터 공기 유출구로 기화기 디바이스(100)를 통과하는 것과 동시에 센서(113)가 변화(예를 들면, 압력 변화)를 경험하도록, 센서(113)는 기류 경로 내에 위치될 수 있고 및/또는 공기가 기화기 디바이스(100)에 진입할 유입구 및 유저가 결과적으로 나타나는 증기 및/또는 에어로졸을 흡입하게 되는 유출구를 포함하는 기류 경로에 (예를 들면, 통로 또는 다른 경로에 의해) 연결될 수 있다. 본 주제의 몇몇 구현예에서, 가열 엘리먼트는, 예를 들면, 한 모금 빨기의 자동 검출에 의해, 또는 센서(113)가 기류 경로에서의 변화(예컨대, 압력 변화)를 검출하는 것에 의해, 유저의 한 모금 빨기와 관련하여 활성화될 수 있다.
센서(113)는 컨트롤러(104)(예를 들면, 인쇄 회로 보드 어셈블리 또는 다른 타입의 회로 기판) 상에 위치할 수 있거나 또는 그것에 커플링될 수 있다(즉, 물리적으로 또는 무선 연결을 통해, 전기적으로 또는 전자적으로 연결될 수 있음). 측정을 정확하게 행하고 기화기 디바이스(100)의 내구성을 유지하기 위해, 기화기 디바이스(100)의 다른 부분으로부터 기류 경로를 분리하기에 충분히 탄력적인 밀봉부(seal; 127)를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 개스킷일 수 있는 밀봉부(127)는, 기화기 디바이스(100)의 내부 회로부에 대한 센서(113)의 연결부가 기류 경로에 노출되는 센서(113)의 일부로부터 분리되도록, 센서(113)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 카트리지 기반의 기화기의 예에서, 밀봉부(127)는 기화기 본체(110)와 기화기 카트리지(120) 사이의 하나 이상의 전기적 연결부의 일부를 또한 분리할 수 있다. 기화기 디바이스(100)에서의 밀봉부(127)의 그러한 배열은, 증기 또는 액체상의 물, 기화 가능한 재료(102)와 같은 다른 유체, 등등과 같은 환경적 요인과의 상호 작용으로부터 유래하는 기화기 컴포넌트에 대한 잠재적인 파괴적인 영향을 완화함에 있어서, 및/또는 기화기 디바이스(100)에서의 지정된 기류 경로로부터의 공기의 유출을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 기화기 디바이스(100)의 회로부를 통과하는 및/또는 그것과 접촉하는 원치 않는 공기, 액체 또는 다른 유체는, 변경된 압력 판독치와 같은 다양한 원치 않는 효과를 야기할 수 있고, 및/또는 기화기 디바이스(100)의 일부에서 습기, 과도한 기화 가능한 재료(102), 등등과 같은 원치 않는 재료의 축적으로 귀결될 수 있는데, 이 경우, 그들은 불량한 압력 신호, 센서(113) 또는 다른 컴포넌트의 열화, 및/또는 기화기 디바이스(100)의 더 짧은 수명으로 귀결될 수 있다. 밀봉부(127)의 누출은 또한, 흡입되기에 바람직하지 않을 수도 있는 재료를 포함하는, 또는 그들로 구성되는 기화기 디바이스(100)의 일부를 통과한 공기를 유저가 흡입하는 것으로 또한 귀결될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 기화기 본체(110)는 컨트롤러(104), 전원(112)(예를 들면, 배터리), 하나 이상의 센서(113), 충전용 콘택(예컨대, 전원(112)을 충전하기 위한 것들), 밀봉부(127), 및 다양한 부착 구조체 중 하나 이상을 통해 기화기 본체(110)와 커플링하기 위한 기화기 카트리지(120)를 수용하도록 구성되는 카트리지 리셉터클(118)을 포함한다. 몇몇 예에서, 기화기 카트리지(120)는 기화 가능한 재료(102)를 포함하기 위한 저장소(140)를 포함하고, 마우스피스(130)는 유저에게 흡입 가능한 분량을 전달하기 위한 에어로졸 유출구를 구비한다. 기화기 카트리지(120)는 심지 엘리먼트 및 가열 엘리먼트를 구비하는 분무기(141)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 심지 엘리먼트 및 가열 엘리먼트 중 하나 또는 둘 모두는 기화기 본체(110)의 일부일 수 있다. 분무기(141)의 임의의 부분(즉, 가열 엘리먼트 및/또는 심지 엘리먼트)이 기화기 본체(110)의 일부인 구현예에서, 기화기 디바이스(100)는 기화기 카트리지(120) 내의 저장소(140)로부터 기화기 본체(110)에 포함되는 분무기(141)의 부분(들)으로 기화 가능한 재료(102)를 공급하도록 구성될 수 있다.
비액체 재료의 가열을 통해 액체가 아닌 기화 가능한 재료(102)의 흡입 가능한 분량을 생성하는 기화기 디바이스(100)에 대한 카트리지 기반의 구성도 또한 본 주제의 범위 내에 있다. 예를 들면, 기화기 카트리지(120)는 하나 이상의 저항성 가열 엘리먼트의 일부와 직접 접촉하도록 처리되고 형성되는 식물 재료의 덩어리를 포함할 수 있고, 기화기 카트리지(120)는, 컨트롤러(104), 전원(112), 및 하나 이상의 대응하는 카트리지 콘택(124a 및 125b)에 연결되도록 그리고 하나 이상의 저항성 가열 엘리먼트와 함께 회로를 완성하도록 구성되는 하나 이상의 리셉터클 콘택(125a 및 125b)을 포함하는 기화기 본체(110)에 기계적으로 및/또는 전기적으로 커플링되도록 구성될 수 있다.
전원(112)이 기화기 본체(110)의 일부이고, 가열 엘리먼트가 기화기 카트리지(120) 내에 배치되고 기화기 본체(110)와 커플링되도록 구성되는 기화기 디바이스(100)의 한 실시형태에서, 기화기 디바이스(100)는, 컨트롤러(104)(예를 들면, 인쇄 회로 보드, 마이크로컨트롤러, 또는 등등), 전원(112), 및 가열 엘리먼트(예를 들면, 분무기(141) 내의 가열 엘리먼트)를 포함하는 회로를 완성하기 위한 전기적 연결 피쳐(예를 들면, 회로를 완성하기 위한 수단)를 포함할 수 있다. 기화기 카트리지(120)가 카트리지 리셉터클(118)에 삽입되어 그들과 커플링될 때 카트리지 콘택(124a 및 124b) 및 리셉터클 콘택(125a 및 125b)이 전기적 연결을 형성하도록, 이들 피쳐는 기화기 카트리지(120)의 저부 표면 상의 하나 이상의 콘택(본원에서 카트리지 콘택(124a 및 124b로)으로 지칭됨) 및 기화기 디바이스(100)의 카트리지 리셉터클(118)의 기부(base) 근처에 배치되는 적어도 두 개의 콘택(본원에서 리셉터클 콘택(125a 및 125b)으로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 이들 전기적 연결에 의해 완성되는 회로는 가열 엘리먼트로의 전류의 전달을 허용할 수 있고, 가열 엘리먼트의 열 저항 계수에 기초하여 가열 엘리먼트의 온도를 결정하고 및/또는 제어함에 있어서 사용하기 위한 가열 엘리먼트의 저항을 측정하는 것과 같은 추가적인 기능을 위해 또한 사용될 수 있다.
본 주제의 몇몇 구현예에서, 카트리지 콘택(124a 및 124b) 및 리셉터클 콘택(125a 및 125b)은 적어도 두 개의 방위 중 어느 하나에서 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 기화기 디바이스(100)의 동작에 필요한 하나 이상의 회로는, 카트리지 콘택(124a)이 리셉터클 콘택(125a)에 전기적으로 연결되고 카트리지 콘택(124b)이 리셉터클 콘택(125b)에 전기적으로 연결되도록, (기화기 카트리지(120)가 기화기 본체(110)의 카트리지 리셉터클(118) 안으로 삽입되는 축을 중심으로 하는) 제1 회전 방위에서 기화기 카트리지(120)를 카트리지 리셉터클(118) 안으로 삽입하는 것에 의해 완성될 수 있다. 더구나, 기화기 디바이스(100)의 동작에 필요한 하나 이상의 회로는, 카트리지 콘택(124a)이 리셉터클 콘택(125a)에 전기적으로 연결되고 카트리지 콘택(124b)이 리셉터클 콘택(125b)에 전기적으로 연결되도록, 제2 회전 방위에서 기화기 카트리지(120)를 카트리지 리셉터클(118)에 삽입하는 것에 의해 완성될 수 있다.
기화기 카트리지(120)를 기화기 본체(110)에 커플링하기 위한 부착 구조체의 하나의 예에서, 기화기 본체(110)는 카트리지 리셉터클(118)의 내부 표면으로부터 안쪽으로 돌출되는 하나 이상의 멈춤쇠(예를 들면, 딤플, 돌출부, 등등), 카트리지 리셉터클(118) 안으로 돌출하는 부분을 포함하도록 형성되는 추가적인 재료(예컨대 금속, 플라스틱, 등등), 및/또는 등등을 포함한다. 기화기 카트리지(120)의 하나 이상의 외부 표면은, 기화기 카트리지(120)가 기화기 본체(110) 상의 카트리지 리셉터클(118) 안으로 삽입될 때 그러한 멈춤쇠 또는 돌출 부분에 끼워지고 및/또는 그렇지 않으면 그 위로 스냅될 수 있는 대응하는 오목부(도 1a에서 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. (예를 들면, 기화기 카트리지(120)를 기화기 본체(110)의 카트리지 리셉터클(118) 안으로 삽입하는 것에 의해) 기화기 카트리지(120) 및 기화기 본체(110)가 커플링되는 경우, 기화기 본체(110)의 멈춤쇠 또는 돌출부는, 조립시 기화기 카트리지(120)를 제자리에 유지하도록, 기화기 카트리지(120)의 오목부 내에서 끼워질 수 있고 및/또는 그렇지 않으면 그 내부에서 유지될 수 있다. 그러한 어셈블리는 기화기 카트리지(120)를 제자리에 유지할 만큼 충분한 지지를 제공하여 카트리지 콘택(124a 및 124b)과 리셉터클 콘택(125a 및 125b) 사이의 양호한 접촉을 보장할 수 있고, 한편, 카트리지 리셉터클(118)로부터 기화기 카트리지(120)를 분리하기 위한 기화기 카트리지(120)에 대한 적당한 힘을 가지고 유저가 끌어당기는 경우 기화기 본체(110)로부터의 기화기 카트리지(120)의 분리를 허용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 기화기 카트리지(120), 또는 카트리지 리셉터클(118)에 삽입되도록 구성되는 기화기 카트리지(120)의 적어도 삽입 가능한 단부(122)는, 기화기 카트리지(120)가 카트리지 리셉터클(118)에 삽입되게 되는 축을 가로지르는 비원형 단면을 가질 수 있다. 예를 들면, 비원형 단면은 대략 직사각형, 대략 타원형(즉, 대략 달걀 모양의 형상을 가짐), 비직사각형이지만 그러나 두 세트의 평행한 또는 대략 평행한 변을 갖는 비직사각형(즉, 평행 사변형과 같은 형상을 가짐), 또는 적어도 2차의 회전 대칭성을 갖는 다른 형상일 수 있다. 이러한 맥락에서, 대략적인 형상은, 설명된 형상에 대한 기본적인 유사성이 분명하다는 것, 그러나 주목하는 형상의 변이 완전히 선형적일 필요는 없고 정점이 완전히 뾰족할 필요는 없다는 것을 나타낸다. 단면 형상의 에지 또는 정점의 양쪽 또는 어느 한쪽의 라운딩은, 본원에서 지칭되는 임의의 비원형 단면의 설명에서 고려된다.
카트리지 콘택(124a 및 124b) 및 리셉터클 콘택(125a 및 125b)은 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 콘택의 하나 또는 두 세트 모두는, 전도성 핀, 탭, 포스트, 핀 또는 포스트를 위한 수용 구멍, 또는 등등을 포함할 수 있다. 콘택의 어떤 타입은, 기화기 카트리지(120) 상의 콘택과 기화기 본체(110) 상의 콘택 사이의 더 나은 물리적 및 전기적 접촉을 용이하게 하는 스프링 또는 다른 피쳐를 포함할 수 있다. 전기적 콘택은 옵션 사항으로 금 도금될 수 있고, 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있다.
도 1b는, 기화기 본체(110) 및 기화기 카트리지(120)가 분리 가능하게 삽입될 수 있는 카트리지 리셉터클(118)의 실시형태를 예시한다. 도 1b는 기화기 본체(110)에 삽입하기 위해 위치되는 기화기 카트리지(120)를 예시하는 기화기 디바이스(100)의 상면도를 도시한다. 유저가 기화기 디바이스(100)를 한 모금 빠는 경우, 공기는 기화기 카트리지(120)의 외부 표면과 기화기 본체(110) 상의 카트리지 리셉터클(118)의 내부 표면 사이를 통과할 수 있다. 그 다음, 공기는, 카트리지의 삽입 가능한 단부(122) 안으로 빨아들여지고, 가열 엘리먼트 및 심지를 포함하는 또는 내포하는 기화 챔버를 통과하고, 그리고 유저에 대한 흡입 가능한 에어로졸의 전달을 위해 마우스피스(130)의 유출구를 통해 배출될 수 있다. 기화기 카트리지(120)의 저장소(140)는, 기화 가능한 재료(102)의 레벨이 기화기 카트리지(120) 내에서 보이도록, 전체적으로 또는 부분적으로 반투명 재료로 형성될 수 있다. 마우스피스(130)는 기화기 카트리지(120)의 분리 가능한 컴포넌트일 수 있거나 또는 기화기 카트리지(120)의 다른 컴포넌트(들)와 일체로 형성될 수 있다(예를 들면, 저장소(140) 및/또는 등등과 함께 유니터리 구조체로서 형성됨).
카트리지 리셉터클(118)에서 기화기 카트리지(120)의 적어도 두 개의 회전 방위가 가능하도록 기화기 카트리지(120)와 기화기 본체(110) 사이의 전기적 연결에 관한 상기 논의가 전환되는 것에 더하여, 기화기 디바이스(100)의 몇몇 실시형태에서, 기화기 카트리지(120)의 형상, 또는 카트리지 리셉터클(118)에 삽입되도록 구성되는 기화기 카트리지(120)의 삽입 가능한 단부(122)의 적어도 형상은 적어도 2차의 회전 대칭을 가질 수 있다. 다시 말하면, 기화기 카트리지(120) 또는 기화기 카트리지(120)의 적어도 삽입 가능한 단부(122)는, 기화기 카트리지(120)가 카트리지 리셉터클(118) 안으로 삽입되게 되는 축을 중심으로 180 ° 회전시 대칭일 수 있다. 그러한 구성에서, 기화기 디바이스(100)의 회로부는 기화기 카트리지(120)의 어떤 대칭적 방위가 발생하는지에 관계없이, 동일한 동작을 지원할 수 있다.
도 1c 내지 도 1d는, 본 주제의 구현예와 일치하는 기화기 디바이스(100)의 실시형태에 포함될 수 있는 예시적인 피쳐를 예시한다. 도 1c 및 도 1d는, 기화기 카트리지(120)를 기화기 본체(110)에 연결하기 이전(도 1c) 및 이후(도 1d)의 기화기 디바이스(100)의 예의 상면도를 도시한다.
도 1e는 기화 가능한 재료(102)를 유지하는 기화기 카트리지(120)의 하나의 변형예의 사시도를 예시한다. 니코틴 또는 다른 유기 재료의 용액을 포함하는 임의의 적절한 기화 가능한 재료(102)가 기화기 카트리지(120) 내에(예를 들면, 저장소(140) 내에) 포함될 수 있다.
도 1f는 분리 가능한 기화기 카트리지(120)에 커플링되는 기화기 본체(110)를 포함하는 기화기 디바이스(100)의 다른 예의 사시도를 도시한다. 예시되는 바와 같이, 기화기 디바이스(100)는, 기화기 디바이스(100)의 상태, 동작의 모드, 및/또는 등등에 기초하여 유저에게 정보를 제공하도록 구성되는 하나 이상의 출력부(117)(예를 들면, LED)를 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 하나 이상의 출력부(117)는 복수의 LED(즉, 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 여섯 개의 LED)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 출력부(117)(즉, 각각의 개개의 LED)는 하나 이상의 컬러(예를 들면, 백색, 적색, 청색, 녹색, 황색, 등등)의 광을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 출력부(117)은, 기화기 디바이스(100)의 상이한 상태, 동작의 모드, 및/또는 등등을 나타내기 위해, (예를 들면, 특정한 LED를 조명하는 것, 시간이 지남에 따라 LED 중 하나 이상의 것의 광 강도를 변경하는 것, 하나 이상의 LED를 상이한 컬러를 사용하여 조명하는 것, 및/또는 등등에 의해) 상이한 광 패턴을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 출력부(117)는 기화기 디바이스(100)의 하단 영역(160)에 근접할 수 있고 및/또는 그 하단 영역(160) 내에서 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 기화기 디바이스(100)는, 추가적으로 또는 대안적으로, 기화기 디바이스(100)의 하단 영역(160)에 근접할 수 있고 및/또는 그 하단 영역(160) 내에서 적어도 부분적으로 배치될 수 있는 외부에서 접근 가능한 충전용 콘택(128)을 포함할 수도 있다.
도 1g는 종래의 PWM 히터 제어부(160)의 예를 예시하는 시스템 블록도이다. 히터 제어부는 배터리 충전기(162), 마이크로컨트롤러(164), PWM 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor; MOSFET)(165), 전압 측정 포인트(voltage measurement point)(VMEAS) 아날로그 프론트 엔드(analog front end; AFE)(185), 저 드랍아웃 조절기(low-dropout regulator; LDO)(174), 및 전류 소스(182)를 포함한다. PWM 히터 제어부(160)는, 가열 엘리먼트(185) 및 기화 가능한 재료를 포함하는 팟(pod; 180)에 커플링하기 위한 콘택(181)을 포함할 수 있다. PWM 히터 제어부(160)은 배터리(172)에 또한 커플링될 수 있다. 마이크로컨트롤러(164)는 가열을 위한 전력을 가열 엘리먼트(185)에 제공하기 위해 가열 엘리먼트(185)와 일치하여 전류 소스(182) 또는 배터리(172)를 스위칭하도록 PWM MOSFET(165)를 제어할 수 있다.
종래의 PWM 제어에서, 전력은 배터리(172)로부터 직접적으로 공급되고 PWM MOSFET(165)와 같은 솔리드 스테이트 스위치에 의해 턴 온 및 턴 오프된다. 히터 저항은, 공지된 정전류를 히터를 통해 통과시키는 것 및 가열 엘리먼트(185)에 걸친 전압 강하를 측정하는 것에 의해 PWM 펄스 사이에서 측정될 수 있다. 몇몇 현존하는 기화기 분무기에서, 히터 제어부는 가열 엘리먼트에 전달되고 있는 전원(예를 들면, 배터리)의 펄스 폭 변조에 의해 달성된다. 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 종래의 PWM 접근법이 가열 엘리먼트를 제어할 수 있지만, 그러나, PWM 제어는 히터 및 팟 콘택 저항에서의 큰 변동을 견디지 못할 수 있고, 히터 저항을 측정하기 위해 전력이 차단되는 것을 필요로 할 수 있고, 더 짧은 배터리 작동 시간으로 귀결될 수 있고, 더 낮은 온도에서 더 짧은 작동 시간으로 귀결될 수 있고, 배터리 노화로 귀결될 수 있고, 제한된 시스템 통합으로 귀결될 수 있고, 제한된 TCR로 귀결될 수 있고, 및/또는 히터 저항을 측정하기 위한 추가적인 컴포넌트 카운트 및 비용으로 귀결될 수 있다.
몇몇 PWM 구현예는 히터 및 팟 콘택 저항의 큰 변동을 견딜 수 없다. PWM 제어는 최대 듀티 사이클로 제한될 수 있다. 낮은 배터리 전압에서, PWM 제어는 목표 전력을 유지하기 위해 팟 콘택 저항의 증가를 보상하지 못할 수도 있다. PWM 제어는, 저전압에서 히터의 목표 전력이 도달될 수 있다는 것을 보장하기 위해 생산시 더 엄격한 히터 저항 공차를 요구할 수 있다. PWM 제어는 사용성을 감소시킬 수 있다, 즉, 유저는 팟 콘택을 자주 청소할 필요가 있을 수도 있다.
PWM 제어는 가열 엘리먼트 온도를 측정하기 위해 전력을 차단한다. PWM 스위칭에 기인하여, 히터의 전력을 직접적으로 측정하는 것은 어려울 수 있다. 동일한 이유 때문에, PWM 펄스 사이의 히터 저항을 측정하는 것은 어려울 수 있고, 따라서 히터로의 전력은 측정을 위해 통상적으로 차단된다. PWM 제어는, 저항을 측정하기 위해, 안정적인 정전류 소스 및 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)와 같은 더 복잡한 회로부를 필요로 할 수 있다.
PWM 제어는 더 짧은 기화기 배터리 작동 시간으로 귀결될 수 있다. 목표 전력에 도달하기 위한 최소 배터리 전압 제한이 있다. 상기의 예의 경우, 8.0 W 목표 전력은 부하시 약 3.4 V의 최소치를 필요로 한다. 약 3.4 V의 부하 전압 미만에서, PWM 듀티 사이클은 100 %이며 시스템은 목표 전력을 전달할 수 없다. 이것은 낮은 충전 상태에서 유저 경험에 부정적인 영향을 끼칠 것이다. 노후된 배터리에서는, 더욱더 높은 충전 상태에서 최소 전압 한계에 도달하여 더 짧은 작동 시간으로 귀결된다.
PWM 제어는 낮은 온도에서 더 짧은 기화기 작동 시간으로 귀결될 수 있다. 배터리 임피던스(DCIR)는 심지어 약 15 ℃의 낮은 온도에서도 증가한다. 이것은 부하시 배터리 전압이 저하되게 하고 더 낮은 유저 경험 및 더 짧은 작동 시간으로 귀결될 것이다. 10 ℃ 미만의 차가운 온도에서, 이 효과가 더 커져 훨씬 더 짧은 실행 시간으로 귀결된다.
PWM 제어는 더 빠른 배터리 노화로 귀결될 수 있다. 상대적으로 낮은 히터 저항에 기인하여, PWM 펄스에서의 전류는 평균 및 높은 배터리 전압에서 높다. 이것은 셀에서의 더 높은 분극화, 더 높은 스트레스, 더 빠른 노화, 및 더 짧은 사이클 수명으로 귀결된다.
PWM 제어는 제한된 시스템 통합으로 귀결될 수 있다. PWM 제어 충전 및 히터 전력 제어는 별개의 회로이며 더 큰 보드 영역을 필요로 한다. PWM 제어는 가열 엘리먼트의 상대적으로 낮은 저항을 필요로 할 수 있고, 따라서, 설계 선택을 제한할 수 있다.
PWM 제어는 제한된 히터 TCR 선택 옵션을 초래할 수 있다. 더 높은 TCR은 온도에 따른 더 큰 저항 변화, 더 큰 신호, 및 따라서 더 나은 온도 측정 정확도를 제공한다. 그러나, PWM 제어는 낮은 배터리 전압에서 히터 전력을 유지하기 위해 낮은 TCR을 필요로 할 수 있다.
PWM 제어는 히터 저항을 측정하기 위한 추가된 부품 카운트 및 추가된 비용으로 귀결될 수 있다. 예를 들면, 추가적인 전류 소스 및 휘트스톤 브리지 회로부에 대해 컴포넌트 카운트가 증가될 수도 있다.
본원에서 설명되는 주제는, 종래의 PWM 제어 및 다른 가열 엘리먼트 제어 기술에 비해 많은 기술적 이점을 제공한다. 예를 들면, 본 주제는 향상된 시스템 통합을 가능하게 할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 충전기 및 히터 전력 제어는 하나의 DC-DC 컨버터에 내장될 수 있다. 히터에 전력을 인가하기 위해 그리고 충전을 위해 단일의 인덕터가 사용될 수 있다. 충전기와 히터 제어 회로를 결합하는 것은 비용 절감 및/또는 공간 감소를 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는 보드 면적의 감소를 가능하게 할 수 있는데, 이것은 더 큰 배터리 용량 또는 더 작은 전체적 기화기 디바이스를 허용할 수 있다. 더 낮은 전체적 비용, 히터 및 팟 콘택 저항의 상당한 변동에 대한 내성, 및 등등이 달성될 수 있다. 출력 전압은 전력을 유지하기 위해 부하 저항의 증가에 따라 확장될 수 있다. 이것은 팟 콘택 저항의 큰 변동을 보상할 수 있고 가열 엘리먼트의 더 느슨한 생산 공차를 허용한다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는, 콘택 저항의 변화를 자동적으로 보상하는 것, 따라서 콘택의 세정을 덜 자주 요구하는 것에 의해 사용성을 향상시킬 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는 가열하는 동안 히터 엘리먼트의 측정을 가능하게 한다. 예를 들면, 히터에 무정전 전력(uninterrupted power)이 제공될 수 있고, 동시에, 또한, 가열 동안 히터 전력을 직접적으로 측정할 수 있다. 컨버터의 DC 출력에 기인하여, 더욱 간단한 측정 회로가 달성될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는 더 긴 배터리 작동 시간을 가능하게 할 수 있고, 배터리 셀이 부하시 목표 성능 내에서 더 긴 작동 시간을 위해 3.0 V까지 더 깊게 또는 심지어 더 낮게 방전되는 것을 허용할 수 있고, 및/또는 낮은 환경 온도에서(예를 들면, 차가운 날씨에) 향상된 성능을 가능하게 할 수 있고, 예를 들면, 배터리 전압은 낮은 온도에서 떨어질 수 있지만 그러나 컨버터는 히터에 대한 일정한 전력을 유지할 수 있고 및/또는 낮은 온도에서 더 긴 작동 시간을 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는 배터리 사이클 수명을 향상시킬 수 있고, 더 낮은 피크 방전 전류에 기인하여 배터리에 대한 스트레스를 감소시킬 수 있고, 충전기와 같은 더 높은 시스템 통합을 가능하게 할 수 있으며, 히터 전력 제어가 하나의 통합된 DC-DC 컨버터에 내장될 수 있고, 충전을 위해 그리고 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 동일한 단일의 인덕터(즉, 충전기 및 히터 전력 제어에 공통인 인덕터)를 활용할 수 있고, 및/또는 히터 제어부에 의해 필요로 되는 보드 면적을 감소시킬 수 있는데, 이것은 더 큰 배터리 용량 또는 더 작은 디바이스를 허용할 수 있고, 및/또는 전체 비용을 낮춘다.
몇몇 구현예는 선형 충전기와 비교하여 충전 동안 더 적은 방열을 달성할 수 있으며, 충전기 온도 센서로의 더 적은 열 전달(통상적으로 배터리 셀 상에 장착되는 음의 온도 계수(negative temperature coefficient; NTC))은 정확한 배터리 온도 측정을 허용하고, 배터리로 구동되는 충전 액세서리로부터의 높은 충전 효율성을 가능하게 하고, 및/또는 에너지를 절약한다.
몇몇 구현예는 자기 발열을 가지고 또는 자기 발열 없이 낮은 여기 전류를 갖는 대안적인 히터 저항 측정을 제공할 수 있는데, 이것은, 적어도, 히터 및 전력 FET와 일치하여 저항기를 추가하는 것에 의해 구현될 수 있다.
본 주제는 직류 대 직류(DC-DC) 컨버터를 사용하는 기화기 분무기의 가열 제어 및 전력 및 저항을 계산하기 위해 히터를 통과하는 전류 및 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정할 수 있는 전력 모니터에 관한 것이다. 컨버터의 출력 전압은 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 및/또는 목표 온도를 유지하도록 제어될 수 있다. DC-DC 컨버터 제어를 활용하는 것에 의해, 본 주제는, 전력이 변경되는 동안의 연속적인 히터 저항 및 온도 모니터링, 낮은 배터리 전압 및 온도에서의 더 빠른 예열 및 일관된 전력 프로파일의 제공, 비용 및 공간 감소를 가능하게 하는 충전기 및 히터 제어 회로의 결합, 팟 콘택 저항의 증가에 대한 보상 및 유저 경험의 향상, 가열 엘리먼트가 주변 온도에 가까운 경우 배터리의 과부하 없이 더 높은 히터 TCR에 대한 허용, 낮은 배터리 전압에서의 효율성 향상, 배터리 작동 시간의 향상, 더 낮은 온도에서의 일관된 성능의 제공, 배터리 수명의 연장, 및 등등 중 하나 이상을 가능하게 할 수 있다.
도 2는 본 주제의 몇몇 양태에 따른 예시적인 히터 전력 제어부(200)를 예시하는 시스템 블록도이다. 히터 전력 제어부(200)는 벅-부스트(buck-boost) DC-DC 컨버터(205) 및 전력 모니터(210)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 히터 전력 제어부(200)는 상기에서 설명되는 컨트롤러(104)의 회로부의 일부이다.
컨버터(205)는 전원(예를 들면, 배터리(215) 및/또는 범용 직렬 버스(USB) 전력(220))에 그리고 팟(230) 내에 상주하는 가열 엘리먼트(225)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 컨버터(205)는 콘택(235)을 통해 가열 엘리먼트(225)에 커플링될 수 있다. 컨버터는 전원(예를 들면, 215 또는 220)으로부터 제1 전압(예를 들면, VBAT 또는 VUSB)을 수신할 수 있고 가열 엘리먼트(225)에 제2 전압(예를 들면, VHEAT+)을 제공할 수 있다.
전력 모니터(210)는 가열 엘리먼트(225)에 전기적으로 커플링될 수 있고 마이크로프로세서(211), 아날로그 대 디지털 컨버터(212) 및 아날로그 프론트 엔드(213)를 포함할 수 있다. 전력 모니터(210)는 가열 엘리먼트(225)를 통과하는 전류를 측정할 수 있고, 가열 엘리먼트에 걸친 전압(예를 들면, VHEAT+로부터 VHEAT-로의 전압 강하)을 측정할 수 있고, 전력 및/또는 저항을 계산할 수 있고, 그리고 제어 신호(예를 들면, DC EN)를 컨버터(205)로 출력할 수 있다.
컨버터(205)는, 제2 전압(예를 들면, VHEAT+)을 변경하여 가열 엘리먼트(225)에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하도록 제어 신호(예를 들면, DC EN)에 의해 제어될 수 있다. 컨버터(205) 및 전력 모니터(210)를 활용하여 가열 엘리먼트(225)에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하는 것에 의해, 향상된 기화기 분무기가 달성될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 컨버터(205)는 에너지 저장 컴포넌트(240)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨버터(205)는 스위치식 커패시터 또는 전하 펌프 토폴로지에서 에너지 저장 컴포넌트(240)로서 커패시터를 활용할 수 있다. 그러나, 배터리(215)로부터의 피크 전류 인출을 제한하기 위해 그리고 도 2에서 예시되는 바와 같이, 컨버터(205)는 에너지 저장 컴포넌트(240)로서 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터 기반의 컨버터는 전압을 강압하기 위해(예를 들면, 벅), 전압을 승압하기 위해(예를 들면, 부스트) 또는 배터리 전압 범위 내에서 조절하기 위해(예를 들면, 벅-부스트) 활용될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 컨버터(205)의 폐루프 제어는, 전압 및 전류를 측정하기 위한 그리고 컨버터를 제어할 아날로그 신호를 출력하기 위한 아날로그 회로부를 포함하는 전력 모니터(210)를 사용하여 실현될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 폐루프 제어는, 예를 들면, 전압 및 전류 정보를 획득하기 위한 AFE(Analog Front End) 회로부를 사용하여 실현될 수 있다. 전력 모니터(210)는 PWM과 같은 디지털 제어 출력 신호, 디지털 대 아날로그 변환된(digital to analog converted; DAC) 신호 또는 인터-인터그레이티드 회로 포맷의 신호(I2C)를 갖는 디지털 컨버터(212)를 포함할 수 있다. 전력 모니터(210)는, 가열 엘리먼트(225) 및 가열 엘리먼트(225)의 저항에서 소산되는 전력을 계산하기 위해, 가열 엘리먼트(225)에 걸친 전압 및 가열 엘리먼트(225)를 통과하는 전류를 측정할 수 있다. 종래의 PWM 접근법과는 달리, 이것은, 가열 엘리먼트에 대한 전력을 차단하지 않으면서, 연속적으로 수행될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 주제는 가열 엘리먼트(225)에 걸친 정확한 전압 측정을 위해 4 와이어(Kelvin) 연결(예를 들면, 4 개의 콘택(235))을 활용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 본 주제는 2 와이어 팟 연결(예를 들면, 두 개의 콘택(235)) 또는 3 와이어 연결을 활용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, DC-DC 컨버터(205)가 내부 배터리(215)로부터 다른 전자 디바이스를 충전하는 것을 가능하게 하는 5 V 전력이 제공될 수 있다. 이 경우, 컨버터는 USB 전원으로서 5 V를 출력한다. 이 구현예에서, 컨버터는 다음의 세 가지 모드 중 하나에서 동작할 수 있다: 1) 충전기로서, 2) 히터 제어부용 또는 3) USB 전원으로서.
몇몇 구현예는 더 높은 히터 TCR을 허용할 수 있다. 더 높은 TCR은 더 큰 ΔR/ΔT 신호(저항에서의 변화/온도에서의 변화) 및 더 정확한 온도 측정을 제공할 수 있다. 몇몇 구현예는 팟 콘택 저항 진단을 허용할 수 있는데, 여기서는 콘택 저항의 증가를 감지하기 위해 출력 전류의 변동이 분석될 수 있다.
도 3은 도 2에서 예시되는 예시적인 히터 전력 제어 장치(200)의 동작 모드를 예시하는 다이어그램이다. 오프 "쉽" 모드(off "ship mode)에 있는, 충전기가 연결되었을 때(예를 들면, 충전 모드), 한 모금 빨기 동안, 충전기가 분리되었을 때("방전 모드"), 휴지 상태(rest)에서의, 충전 모드에서의, 그리고 휴지 상태에서의 디바이스에 대한 전압 대 시간이 예시된다.
몇몇 구현예에서, DC-DC 컨버터는 정전류 소스로서 활용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, DC-DC 컨버터는 한 모금 빨기 사이의 히터 저항을 측정하기 위해 정전류를 제공할 수 있다. 이것은 정전압 출력을 전류 소스로 변환할 수 있다. 도 4는, 컨버터(205)가 전류 소스로서 동작하는 예시적인 히터 제어부(400)를 예시하는 시스템 블록도이다. 예시적인 히터 제어부(400)는 가열 엘리먼트(225)와 직렬로 배치되는 저항기(405) 및 스위치(410)(MOSFET)를 포함한다. 스위치(410)는 전력 모니터(210)에 의해 제어된다.
전류는 저항기(405)의 값(RISET)에 의해 설정될 수 있고, 몇몇 구현예에서, 10-100 mA 주위에서 선택될 수 있다. 전력 모니터(210)는 저항을 계산하기 위해 가열 엘리먼트(225) 양단의 전압 및 가열 엘리먼트(225)를 통과하는 전류를 측정할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 가열 엘리먼트(225)는 주변보다 높은 250 ℃에서 +5 % 온도 상승의 양의 온도 저항 계수(TCR)를 포함할 수 있다. 동작 온도에서 히터 전력은 8 와트(W), 가열 엘리먼트(225)의 저항(Rh) = 0.5 옴(Ω), 및 기생 저항(Rp) = 0.35 Ω일 수 있다. 히터에 걸친 전압은 초기에 2.00 V로 설정될 수 있다. 가열 엘리먼트(225)가 가열됨에 따라, 그것의 저항은 0.525 Ω = 0.5 Ω * 1.05로 증가되고, 히터 전압도 또한 2.05 V로 증가하여 히터에 걸쳐 8 W를 유지한다. DC-DC 컨버터의 실제 출력 전압은 더 높고, 기생 저항에 대한 전압 강하를 보상하기 위해, 가열의 시작시 2.80 V에 있고 목표 온도에서 2.83 V에 있다는 것을 유의한다.
93 % 효율의 DC-DC 컨버터를 가정하면, 이 DC-DC 회로의 전체 효율성은, 하기에서 더욱 완전히 설명되는 PWM 제어보다 약 56 %, 또는 약 15 % 더 낮을 수 있다. 효율성을 증가시키기 위해, 출력 전압을 4.5 V까지 증가시키는 것이 가능할 수 있다. 이것은 Rh로 하여금 2.11 Ω까지 증가되게 할 수 있다. 평균 효율성은 약 75 %까지 증가된다. 이 경우, 컨버터 효율은 PWM 효율보다 약 4 % 더 높다.
몇몇 구현예에서, 높은 효율성을 위해 더 높은 히터 저항이 활용될 수 있고, 전력 모니터는 전압 및 전류 측정 정확도를 향상시키기 위해 필터링을 통합할 수 있으며, 본 주제는, 더 높은 효율성을 달성하기 위해 더 낮은 온 저항(RDS(on)) 및 더 빠른 스위칭을 위한 향상된 내부 전력 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET) 설계를 갖는 컨버터를 활용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, DC-DC 컨버터를 PWM 제어 회로와 결합하여 기화기 디바이스의 전체적인 효율성을 향상시키는 것에 의해, 하이브리드 히터 제어가 달성될 수 있다. 예를 들면, PWM은 높은 배터리 전압에서 사용될 수 있고 낮은 배터리 전압 또는 낮은 온도에서 또는 팟 콘택 저항의 증가를 보상하기 위해 부스트를 제공할 수 있다. DC-DC 컨버터는 상대적으로 높은 효율성에서 동작하도록 설정될 수 있으며(DC-DC 컨버터의 경우) 최대보다 더 낮은 출력 전력이 요구되는 경우 스위치 온 및 오프될 수 있다. 이러한 방식으로, PWM 제어 회로는 가열 엘리먼트에 전력을 제공하는 DC-DC 컨버터를 보완할 수 있거나 또는 DC-DC 컨버터가 스위치 오프되는 경우 가열 엘리먼트에 PWM 전력을 단독으로 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은, 전원 출력 전압(예를 들면, 배터리 출력 전압)을 측정하는 것 및 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 동작 회로를 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해 또는 자동 전압 스위치를 사용하는 것에 의해) 선택하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 방법은 4.0 V 이상의 전원 출력 전압에서 PWM 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것 및 전원 출력 전압이 4.0 V 미만인 경우 DC-DC 컨버터 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 방법은 3.8 V 이상의 전원 출력 전압에서 PWM 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것 및 전원 출력 전압이 3.8 V 미만인 경우 DC-DC 컨버터 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 방법은 3.6 V 이상의 전원 출력 전압에서 PWM 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것 및 전원 출력 전압이 3.6 V 미만인 경우 DC-DC 컨버터 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 방법은 3.4 V 이상의 전원 출력 전압에서 PWM 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것 및 전원 출력 전압이 3.4 V 미만인 경우 DC-DC 컨버터 제어 회로를 사용하여 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해) 측정하는 것, 및 듀티 사이클이 85 %보다 더 큰 경우 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 DC-DC 컨버터 제어 회로로 스위칭하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해) 측정하는 것, 및 듀티 사이클이 90 %보다 더 큰 경우 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 DC-DC 컨버터 제어 회로로 스위칭하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해) 측정하는 것, 및 듀티 사이클이 95 %보다 더 큰 경우 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 DC-DC 컨버터 제어 회로로 스위칭하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해) 측정하는 것, 및 듀티 사이클이 98 %보다 더 큰 경우 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 DC-DC 컨버터 제어 회로로 스위칭하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하이브리드 히터 제어의 방법은 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 (예를 들면, 컨트롤러를 사용하는 것에 의해) 측정하는 것, 및 듀티 사이클이 약 100 %인 경우 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위해 DC-DC 컨버터 제어 회로로 스위칭하는 것을 포함한다.
도 5는 본 주제의 몇몇 양태에 따른 히터 제어부를 동작시키는 예시적인 프로세스(500)를 예시하는 프로세스 흐름도이다. 510에서, 기화기 분무기의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류가 측정될 수 있다. 전류는 전원 및 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터에 의해 공급될 수 있다. 컨버터는 또한 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 컨버터는 직류 대 직류 컨버터일 수 있다.
520에서, 가열 엘리먼트에 걸친 전압이 측정될 수 있다. 530에서, 전력 및/또는 저항이 계산될 수 있다. 540에서, 컨버터의 동작은 제2 전압을 변경하여 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하도록 제어될 수 있다.
하기에서는, 가열 엘리먼트에 전력을 제공하는 DC-DC 컨버터를 보완할 수 있는 또는 DC-DC 컨버터가 스위치 오프되는 경우 가열 엘리먼트에 PWM 전력만을 제공할 수 있는 예시적인 PWM 제어 구현예를 포함한다. 통상적인 리튬 이온 배터리 셀의 동작 전압 범위는, 그것이 완충 상태로부터 방전 상태로 방전됨에 따라 약 4.2 V 내지 3.0 V이다. 목표 전력 및 온도에 도달하기에 충분한 전압을 보장하기 위해, 가열 엘리먼트(Rh)의 저항은 최대 PWM 듀티 사이클(D)에서 최소 동작 전압에 대해 선택된다. PWM 펄스에서의 전류 및 전력은 전압에 비례하며 옴의 법칙 Ih = Vb/R에 의해 주어지는데, 여기서: Ih는 전류이고, Vb는 배터리 전압이고, R은 저항이다. R은, 화학 셀의 양극 및 음극 단자와 분무기 사이의 전력 경로에 있는 모든 저항을 포함한다.
몇몇 구현예에서, 저항(R)은 다음의 저항의 합으로 표현될 수 있다: Rb: 내부 셀 임피던스(DCIR); Rs: 배터리 안전 전자기기, FET 및 PWM 스위치; Rt: 도체 저항, 와이어, PCBA 트레이스, 전기 인터커넥트; Rc: 팟 콘택 저항; 및 Rh: 저항성 가열 엘리먼트(분무기). 간략화를 위해, 기생 저항은 Rp = Rb + Rs + Rt + Rc로서 제공될 수 있다. 그러면, 회로에서의 총 저항은 R = Rh + Rp이다. 도 6은 예시적인 전력 경로에서의 저항 및 관련된 파라미터를 예시하는 그리고 전력 제어 스위치를 포함하는 예시적인 회로도를 예시한다. 포지티브 및 네거티브 레일에서의 저항은 계산에서 단일의 저항으로서 표현된다는 것을 유의한다.
PWM 제어 계산을 위해 그리고 가열 엘리먼트에서의 8.0 W의 목표 전력에 대해, 배터리로부터의 전력은 Pb = Ph + Pp로서 표현될 수 있는데, 여기서: Pb는 배터리로부터 인출되는 전력이고, Ph는 가열 엘리먼트에 걸친 전력이고, Pp는 모든 기생 저항의 합에 대한 전력 손실이다. 유사하게, 배터리 전압(Vb)은, Vb = Vh + Vp와 같이, 가열 엘리먼트에 걸친 전압(Vh) 및 기생 저항에 걸친 전압(Vp)의 합으로서 표현될 수 있다. Vh = Rh * I 및 Vp = Rp * I가 치환되어 Vb = I *(Rh + Rp)를 도출할 수 있다. Rh는, 최대 듀티 사이클 및 최소 배터리 전압에서 Ph ≥ 8.0 W와 같이 선택될 수 있는데, 여기서 Rb = 200 mΩ(소형 리튬 이온 셀의 경우))이고; Rs = 60 mΩ이고; Rt = 60 mΩ이고; Rc = 30 mΩ이고; Rp = 0.35Ω이다.
R = 0.50 Ω는 3.40 V의 최소 배터리 전압에서 선택될 수 있다. 회로에서의 총 저항은 R = Rp + Rh = 0.35 Ω + 0.5 Ω = 0.85 Ω이다. 가열 동안 PWM 펄스에서의 피크 전류는 I = 3.4 V/0.85 Ω = 4.0A이다. 이것은 상기의 예에 대한 상이한 충전 상태에서의 전류이다: 3.4 V의 최소 배터리 전압에서 4A; 3.7 V의 평균 배터리 전압에서 5.28A; 4.2 V의 최대 배터리 전압에서 6.74A. 3.70 V에 있는 배터리로부터 인출되는 평균 전력은 11.22 W이며 71.3 %의 전기 효율성을 갖는다. 가열 엘리먼트에 대한 전력이 PWM 펄스에서만 전달되기 때문에, 전력 손실은 듀티 사이클과 무관하다는 것을 유의한다.
본원에서 설명되는 주제는 원하는 구성에 따라 시스템, 장치, 방법, 및/또는 물품에서 구체화될 수 있다. 전술한 설명에서 기술되는 구현예는 본원에서 설명되는 주제와 일치하는 모든 구현예를 나타내는 것은 아니다. 대신, 그들은 설명된 주제와 관련되는 양태와 일치하는 몇몇 예에 불과하다. 몇몇 변형예가 상기에서 상세하게 설명되었지만, 다른 수정예 또는 추가예도 가능하다. 특히, 본원에서 기술되는 것들에 추가하여 또 다른 피쳐 및/또는 변형이 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기에서 설명되는 구현예는 개시된 피쳐의 다양한 조합 및 하위 조합 및/또는 상기에서 개시되는 여러 가지 추가적인 피쳐의 조합 및 하위 조합을 대상으로 할 수 있다. 또한, 첨부의 도면에서 묘사되며 및/또는 본원에서 설명되는 로직 플로우는, 바람직한 결과를 달성하기 위해, 도시되는 특정한 순서, 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하지는 않는다. 다른 구현예는 다음의 청구범위의 범위 내에 있을 수도 있다.
전문 용어
피쳐 또는 엘리먼트가 본원에서 다른 피쳐 또는 엘리먼트 "상에" 있는 것으로 언급되는 경우, 그것은 다른 피쳐 또는 엘리먼트 바로 상에 있을 수 있거나 또는 개재하는 피쳐 및/또는 엘리먼트가 또한 존재할 수 있다. 대조적으로, 피쳐 또는 엘리먼트가 다른 피쳐 또는 엘리먼트 "바로 상에" 있는 것으로 언급되는 경우, 어떠한 개재하는 피쳐 또는 엘리먼트도 존재하지 않는다. 또한, 피쳐 또는 엘리먼트가 다른 피쳐 또는 엘리먼트에 "연결되는", "부착되는" 또는 "커플링되는" 것으로 언급되는 경우, 그것은 다른 피쳐 또는 엘리먼트에 직접적으로 연결될 수 있거나, 부착될 수 있거나, 또는 커플링될 수 있거나, 또는 개재하는 피쳐 또는 엘리먼트가 존재할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 대조적으로, 피쳐 또는 엘리먼트가 다른 피쳐 또는 엘리먼트에 "직접적으로 연결되는", "직접적으로 부착되는" 또는 "직접적으로 커플링되는" 것으로 언급되는 경우, 어떠한 개재하는 피쳐 또는 엘리먼트도 존재하지 않는다.
하나의 실시형태와 관련하여 설명되거나 또는 도시되지만, 그렇게 설명되는 또는 도시되는 피쳐 및 엘리먼트는 다른 실시형태에 적용될 수 있다. 다른 피쳐에 "인접하게" 배치된 구조체 또는 피쳐에 대한 언급은, 인접한 피쳐와 중첩하는 또는 인접한 피쳐 아래에 있는 부분을 가질 수 있다는 것이 기술 분야의 숙련된 자에 의해 또한 인식될 것이다.
본원에서 사용되는 용어는, 특정한 실시형태 및 구현예만을 설명하는 목적을 위한 것이며 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 예를 들면, 본원에서 사용될 때, 단수 형태 "a(한)", "an(한)" 및 "the(그)"는, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 형태를 또한 포함하도록 의도된다.
상기의 설명에서 그리고 청구범위에서는, 엘리먼트 또는 피쳐의 결합 목록이 선행하는 "~ 중 적어도 하나" 또는 "~ 중 하나 이상"과 같은 어구가 나타날 수도 있다. 두 개 이상의 엘리먼트 또는 피쳐의 목록에서 용어 "및/또는"이 또한 나타날 수도 있다. 그것이 사용되는 문맥에 의해 달리 명시적으로 또는 암시적으로 모순되지 않는 한, 이러한 어구는, 열거된 엘리먼트 또는 피쳐 중 임의의 것을 개별적으로 의미하도록 또는 언급된 다른 언급된 피쳐 또는 엘리먼트 중 임의의 것과 조합한, 엘리먼트 또는 피쳐 중 임의의 것을 의미하도록 의도된다. 예를 들면, 어구 "A 및 Β중 적어도 하나"; "A 및 Β중 하나 이상"; 및 "A 및/또는 B"는, 각각, "A 단독, B 단독, 또는 A 및 B를 함께"를 의미하도록 의도된다. 세 개 또는 그 이상의 항목을 포함하는 목록에 대해서도 유사한 해석이 또한 의도된다. 예를 들면, 어구 "A, B, 및 C 중 적어도 하나"; "A, B 및 C 중 하나 이상;" 및 "A, B, 및/또는 C"는, 각각, "A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 또는 A 및 B 및 C를 함께"를 의미하도록 의도된다. 상기 및 청구범위에서의 용어 "~에 기초하여(base on)"의 사용은, "~에 적어도 부분적으로 기초하여"를 의미하도록 의도되고, 그 결과 인용되지 않은 피쳐 또는 엘리먼트도 또한 허용 가능하다.
"전방에(forward)", "후방에(reward)", "하에(under)", "아래에(below)", "하부에(lower)", "위에(over)", "상부에(upper)" 및 등등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에서 예시되는 바와 같은 다른 엘리먼트(들) 또는 피쳐(들)에 대한 하나의 엘리먼트 또는 피쳐의 관계를 설명하는 설명의 용이성을 위해 본원에서 사용될 수도 있다. 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에서 묘사되는 방위 외에, 사용 또는 동작에서 디바이스의 상이한 방위를 포괄하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 도면의 디바이스가 반전되면, 다른 엘리먼트 또는 피쳐 "하에" 또는 "밑에" 있는 것으로 설명되는 엘리먼트는, 다른 엘리먼트 또는 피쳐의 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "하에"는, 위 또는 아래의 방위 둘 모두를 포괄할 수도 있다. 디바이스는 달리 배향될 수 있고(90 도 또는 다른 방위로 회전될 수도 있음), 본원에서 사용되는 공간적으로 상대적인 디스크립터(descriptor)는 본원에서 상응하게 해석될 수 있다. 마찬가지로, 용어 "상방(upwardly)", "하방(downwardly)", "수직(vertical)", "수평(horizontal)" 및 등등은, 구체적으로 달리 표시되지 않는 한, 설명의 목적만을 위해 본원에서 사용된다.
비록 다양한 피쳐/엘리먼트(단계를 포함함)를 설명하기 위해 용어 "제1" 및 "제2"가 본원에서 사용될 수도 있지만, 이들 피쳐/엘리먼트는, 문맥이 달리 나타내지 않는 한, 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 피쳐/엘리먼트를 다른 피쳐/엘리먼트와 구별하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 피쳐/엘리먼트는 제2 피쳐/엘리먼트로 칭해질 수 있고, 마찬가지로, 이하에서 논의되는 제2 피쳐/엘리먼트는 본원에서 제공되는 교시를 벗어나지 않으면서 제1 피쳐/엘리먼트로 칭해질 수 있다.
예에서 사용되는 것과 같은 것을 비롯한, 본원의 명세서 및 청구범위에서 사용될 때 그리고 달리 명시적으로 명시되지 않는 한, 용어가 명시적으로 나타나지 않더라도, 모든 숫자는 단어 "약" 또는 "대략적으로"에 의해 시작하는 것처럼 판독될 수 있다. 어구 "약" 또는 "대략적으로"는, 크기 및/또는 위치를 설명할 때, 설명되는 값 및/또는 위치가, 값 및/또는 위치의 합리적으로 예상된 범위 내에 있다는 것을 나타내기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 수치 값은, 언급된 값(또는 값의 범위)의 +/- 0.1 %, 언급된 값(또는 값의 범위)의 +/- 1 %, 언급된 값(또는 값의 범위)의 +/- 2 %, 언급된 값(또는 값의 범위)의 +/- 5 %, 언급된 값(또는 값의 범위)의 +/- 10 %, 등등인 값을 가질 수 있다. 본원에서 주어지는 임의의 수치 값은, 문맥이 달리 나타내지 않는 한, 약 또는 대략적으로 그 값을 포함하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들면, 값 "10"이 개시되면, "약 10"도 또한 개시된다. 본원에서 인용되는 임의의 수치 범위는, 그 안에 포함되는 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다. 숙련된 기술자에 의해 적절히 이해되는 바와 같이, 한 값이 개시되는 경우, 그 값 "보다 더 작거나 또는 동일한", "그 값보다 더 크거나 또는 동일한" 그리고 값 사이의 가능한 범위도 또한 개시된다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 값 "X"가 개시되면, "X보다 더 작거나 또는 동일한 것"뿐만 아니라 "X보다 더 크거나 또는 동일한 것"(예를 들면, X는 수치 값임)도 또한 개시된다. 애플리케이션 전체에 걸쳐, 데이터가 다수의 상이한 포맷으로 제공된다는 것, 및 이 데이터가, 엔드포인트 및 시작 포인트, 및 데이터 포인트의 임의의 조합에 대한 범위를 나타낸다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 특정 데이터 포인트 "10" 및 특정 데이터 포인트 "15"가 개시되는 경우, 10 및 15보다 더 큰 것, 이들 보다 더 크거나 또는 동일한 것, 이들 보다 더 작은 것, 이들 보다 더 작거나 또는 동일한 것, 및 이들과 동일한 것이 개시되는 것으로 고려되고 뿐만 아니라 10과 15 사이도 개시되는 것으로 고려된다는 것이 이해된다. 또한, 두 개의 특정한 단위 사이의 각각의 단위도 또한 개시된다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 10 및 15가 개시되면, 그러면 11, 12, 13, 및 14도 또한 개시된다.
비록 다양한 예시적인 실시형태가 상기에서 설명되지만, 본원의 교시를 벗어나지 않으면서 다양한 실시형태에 대해 다수의 변경 중 임의의 것이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 다양하게 설명된 방법 단계가 수행되는 순서는, 대안적인 실시형태에서 종종 변경될 수도 있고, 다른 대안적인 실시형태에서는, 하나 이상의 방법 단계가 모두 스킵될 수도 있다. 다양한 디바이스 및 시스템 실시형태의 옵션 사항인 피쳐(optional feature)가 몇몇 실시형태에서는 포함될 수도 있고 다른 실시형태에는 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 전술한 설명은 주로 예시적인 목적을 위해 제공되며 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원에서 설명되는 주제의 하나 이상의 양태 또는 피쳐는, 디지털 전자 회로부, 집적 회로부, 특별히 설계된 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA) 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합에서 실현될 수 있다. 이들 다양한 양태 또는 피쳐는, 데이터 및 명령어를, 스토리지 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 수신하도록, 그리고 스토리지 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스로 데이터 및 명령어를 송신하도록 커플링되는, 특수 목적일 수 있는 또는 일반적인 목적일 수 있는, 적어도 하나의 프로그래머블 프로세서를 포함하는 프로그래머블 시스템 상에서 실행 가능한 및/또는 해석 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에서의 구현을 포함할 수 있다. 프로그래머블 시스템 또는 컴퓨팅 시스템은 클라이언트 및 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트 및 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며 통상적으로 통신 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트 및 서버의 관계는, 각각의 컴퓨터 상에서 실행되는 그리고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램의 덕택으로 발생한다.
프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 애플리케이션, 컴포넌트, 또는 코드로 또한 지칭될 수 있는 이들 컴퓨터 프로그램은, 프로그래머블 프로세서용의 머신 명령어를 포함하며, 하이 레벨의 절차적 언어, 객체 지향 프로그래밍 언어, 기능적 프로그래밍 언어, 논리적 프로그래밍 언어, 및/또는 어셈블리/머신 언어로 구현될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "머신 판독 가능 매체"는, 예를 들면, 머신 명령어를 머신 판독 가능 신호로서 수신하는 머신 판독 가능 매체를 비롯한, 머신 명령어 및/또는 데이터를 프로그래머블 프로세서로 제공하기 위해 사용되는, 자기 디스크, 광학 디스크, 메모리, 및 프로그래머블 로직 디바이스(Programmable Logic Devices; PLD)와 같은, 임의의 컴퓨터 프로그램 제품, 장치 및/또는 디바이스를 가리킨다. 용어 "머신 판독 가능 신호"는, 머신 명령어 및/또는 데이터를 프로그래머블 프로세서로 제공하기 위해 사용되는 임의의 신호를 가리킨다. 머신 판독 가능 매체는, 예를 들면, 비일시적 솔리드 스테이트 메모리 또는 자기 하드 드라이브 또는 임의의 등가의 저장 매체가 그러할 것처럼, 이러한 머신 명령어를 비일시적으로 저장할 수 있다. 머신 판독 가능 매체는, 예를 들면, 하나 이상의 물리적 프로세서 코어와 관련되는 프로세서 캐시 또는 다른 랜덤 액세스 메모리가 그러할 것처럼, 대안적으로 또는 추가적으로, 이러한 머신 명령어를 일시적 방식으로 저장할 수 있다.
본원에 포함되는 예 및 예시는, 본 주제가 실시될 수도 있는 특정한 실시형태를, 제한이 아닌 예시로서, 도시한다. 언급된 바와 같이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 및 논리적 대체예 및 변경예가 이루어질 수도 있도록, 다른 실시형태가 활용될 수도 있고 그로부터 도출될 수도 있다. 독창적 주제의 이러한 실시형태는, 단지 편의상 그리고 본 출원의 범위를, 하나보다 많은 발명 또는 발명적 개념이 실제 개시되는 경우, 임의의 단일의 발명 또는 독창적 개념으로 자발적으로 제한하도록 의도하지 않으면서, 용어 "발명"에 의해 개별적으로 또는 일괄적으로 본원에서 칭해질 수도 있다. 따라서, 비록 특정한 실시형태가 본원에서 예시되고 설명되지만, 동일한 목적을 달성하도록 계산되는 임의의 배치가, 도시되는 특정한 실시형태를 대체할 수도 있다. 본 개시는 다양한 실시형태의 임의의 그리고 모든 적응예 또는 변형예를 포괄하도록 의도된다. 상기의 실시형태, 및 본원에서 구체적으로 설명되지 않는 다른 실시형태의 조합은, 상기의 설명의 리뷰시, 기술 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다. 본원에서의 그리고 청구범위에서의 용어 "~에 기초하여(base on)"의 사용은, "~에 적어도 부분적으로 기초하여"를 의미하도록 의도되고, 그 결과 인용되지 않은 피쳐 또는 엘리먼트도 또한 허용 가능하다.
본원에서 설명되는 주제는 원하는 구성에 따라 시스템, 장치, 방법, 및/또는 물품에서 구체화될 수 있다. 전술한 설명에서 기술되는 구현예는 본원에서 설명되는 주제와 일치하는 모든 구현예를 나타내는 것은 아니다. 대신, 그들은 설명된 주제와 관련되는 양태와 일치하는 몇몇 예에 불과하다. 몇몇 변형예가 본원에서 상세하게 설명되었지만, 다른 수정예 또는 추가예도 가능하다. 특히, 본원에서 기술되는 것들에 추가하여 또 다른 피쳐 및/또는 변형이 제공될 수 있다. 예를 들면, 본원에서 설명되는 구현예는 개시된 피쳐의 다양한 조합 및 하위 조합 및/또는 본원에서 개시되는 여러 가지 추가적인 피쳐의 조합 및 하위 조합을 대상으로 할 수 있다. 또한, 첨부의 도면에서 묘사되며 및/또는 본원에서 설명되는 로직 플로우는, 바람직한 결과를 달성하기 위해, 도시되는 특정한 순서, 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하지는 않는다. 다른 구현예는 다음의 청구범위의 범주 내에 있을 수도 있다.

Claims (43)

  1. 시스템에 있어서,
    전원(power source)에 그리고 기화기 분무기(vaporizer atomizer)의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터 - 상기 컨버터는 또한 상기 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 상기 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 컨버터는 직류 대 직류 컨버터임 - ; 및
    상기 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록, 상기 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록, 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록, 전력 및/또는 저항을 계산하도록, 그리고 상기 컨버터에 제어 신호를 출력하도록 구성되는 전력 모니터를 포함하며,
    상기 컨버터는 상기 제2 전압을 변경하여 상기 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 상기 제어 신호에 의해 제어되도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는 승압(step-up) 및/또는 강압(step-down) 컨버터를 포함하며, 상기 컨버터는 에너지 저장 디바이스를 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 스위치식 커패시터 토폴로지(switched-capacitors topology) 또는 전하 펌프 토폴로지(charge-pump topology)의 커패시터를 포함하는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 인덕터를 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 모니터는 폐루프 제어를 형성하는 아날로그 회로부(circuitry)를 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 모니터는:
    상기 가열 엘리먼트를 통과하는 전류 및 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록 구성되는 아날로그 프론트 엔드 회로부; 및
    상기 가열 엘리먼트를 통과하는 상기 측정된 전류 및 상기 가열 엘리먼트에 걸친 상기 측정된 전압에 기초하여 상기 제어 신호를 제공하도록 구성되는 회로부를 포함하는 디지타이저를 포함하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디지타이저는 펄스 폭 변조된 신호, 디지털 대 아날로그 변환된 신호, 또는 인터-인터그레이티드 회로 포맷의 신호(inter-integrated circuit formatted signal)로서 상기 제어 신호를 제공하도록 구성되는, 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 모니터는:
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하기 위한 4 와이어 연결을 포함하는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 모니터는:
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하기 위한 3 와이어 연결을 포함하는, 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 모니터는 상기 가열 엘리먼트에 대한 전력을 중단하지 않으면서 상기 전류 및 상기 전압을 연속적으로 측정하는, 시스템.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로컨트롤러; 및
    상기 컨버터와 상기 가열 엘리먼트 사이의 스위치를 더 포함하며, 상기 스위치는 상기 마이크로컨트롤러에 전기적으로 커플링되고, 상기 마이크로컨트롤러는 펄스 폭 변조된 신호를 상기 스위치의 게이트에 인가하도록 구성되는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨버터는 제1 전력 레벨에서 동작하도록 구성되며, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 가열 엘리먼트를 통과하는 상기 측정된 전류 및 상기 가열 엘리먼트에 걸친 상기 측정된 전압에 기초하여, 제2 전력 레벨을 결정하도록 그리고 상기 스위치를 제어하여 상기 제2 전압을 수정하기 위해 상기 펄스 폭 변조 신호를 수정하도록 구성되는, 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터는 가열 사이클 동안 상기 가열 엘리먼트에 중단되지 않는 전력을 제공하도록 구성되는, 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 모니터는, 상기 측정된 전류의 변동에 기초하여, 상기 컨버터와 상기 가열 엘리먼트 사이의 콘택의 콘택 저항의 변동을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트에 커플링되도록 구성되는 전류 소스를 더 포함하며, 상기 전류 소스는 전류 소스 저항기 및 전류 소스 스위치를 포함하는, 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    범용 직렬 버스 전력 레일을 포함하는 범용 직렬 버스 포트를 더 포함하며, 상기 컨버터는 상기 범용 직렬 버스 전력 레일에 제3 전압을 출력하도록 구성되는, 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원에 그리고 상기 기화기 분무기의 상기 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 제어 회로를 더 포함하며, 상기 펄스 폭 변조 제어 회로는 또한 PWM 전력을 상기 가열 엘리먼트에 선택적으로 제공하도록 구성되는, 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원은 배터리인, 시스템.
  19. 통합 컨버터(integrated converter)에 있어서,
    전원에 그리고 기화기 분무기의 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터 - 상기 컨버터는 또한 상기 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 상기 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 컨버터는 직류 대 직류 컨버터임 - ,
    상기 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록, 상기 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록, 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하도록, 전력 및/또는 저항을 계산하도록, 그리고 상기 컨버터에 제어 신호를 출력하도록 구성되는 전력 모니터, 및
    상기 전원을 충전하기 위해 상기 전원에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 충전기를 포함하며,
    상기 컨버터는 상기 제2 전압을 변경하여 상기 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하기 위해 상기 제어 신호에 의해 제어되도록 구성되는, 통합 컨버터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 컨버터 및 상기 충전기는 상기 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 그리고 상기 전원을 충전하기 위한 인덕터를 공통으로 포함하는, 통합 컨버터.
  21. 방법에 있어서,
    기화기 분무기의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류 - 상기 전류는, 전원에 그리고 상기 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 컨버터에 의해 공급되고, 상기 컨버터는 또한 상기 전원으로부터 제1 전압을 수신하도록 그리고 상기 가열 엘리먼트에 제2 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 컨버터는 직류 대 직류 컨버터임 - 를 측정하는 단계;
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계;
    전력 및/또는 저항을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 전압을 변경하여 상기 가열 엘리먼트에 걸친 목표 전력 또는 목표 온도를 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 컨버터는 승압 및/또는 강압 컨버터를 포함하며, 상기 컨버터는 에너지 저장 디바이스를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 스위치식 커패시터 토폴로지 또는 전하 펌프 토폴로지의 커패시터를 포함하는, 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 인덕터를 포함하는, 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    펄스 폭 변조된 신호, 디지털 대 아날로그로 변환된 신호, 또는 인터-인터그레이티드 회로 포맷의 신호로서 제어 신호를 상기 컨버터에 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    마이크로컨트롤러, 상기 컨버터 및 상기 가열 엘리먼트 사이에서 커플링되는 스위치의 게이트에 펄스 폭 변조된 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 컨버터는 제1 전력 레벨에서 동작하도록 구성되며, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 가열 엘리먼트를 통과하는 상기 측정된 전류 및 상기 가열 엘리먼트에 걸친 상기 측정된 전압에 기초하여, 제2 전력 레벨을 결정하도록 그리고 상기 스위치를 제어하여 상기 제2 전압을 수정하기 위해 상기 펄스 폭 변조 신호를 수정하도록 구성되는, 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 컨버터는 가열 사이클 동안 상기 가열 엘리먼트에 중단되지 않는 전력을 제공하도록 구성되는, 방법.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 측정된 전류의 변동에 기초하여, 상기 컨버터와 상기 가열 엘리먼트 사이의 콘택의 콘택 저항의 변동을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계는, 4 와이어 연결을 사용하여 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계는, 3 와이어 연결을 사용하여 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하는 단계는, 가열 엘리먼트에 대한 전력을 중단하지 않으면서 상기 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 연속적으로 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 측정하는 단계는 상기 가열 엘리먼트에 대한 전력을 중단하지 않으면서 상기 가열 엘리먼트에 걸친 전압을 연속적으로 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제21항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원은 배터리인, 방법.
  35. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 동작 회로를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 4.0 V 이상인 경우 PWM 제어 회로이고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 4.0 V 미만인 경우 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로인, 방법.
  36. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 동작 회로를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.8 V 이상인 경우 PWM 제어 회로이고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.8 V 미만인 경우 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로인, 방법.
  37. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 동작 회로를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.6 V 이상인 경우 PWM 제어 회로이고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.6 V 미만인 경우 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로인, 방법.
  38. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 가열 엘리먼트에 전력을 공급하기 위한 동작 회로를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.4 V 이상인 경우 PWM 제어 회로이고, 상기 동작 회로는 상기 전원 출력 전압이 3.4 V 미만인 경우 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로인, 방법.
  39. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 측정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클이 85 %보다 더 큰 경우 상기 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 측정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클이 90 %보다 더 큰 경우 상기 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 측정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클이 95 %보다 더 큰 경우 상기 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  42. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 측정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클이 98 %보다 더 큰 경우 상기 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  43. 제21항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 제어 회로의 듀티 사이클을 측정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클이 약 100 %인 경우 상기 직류 대 직류 컨버터를 포함하는 DC-DC 컨버터 제어 회로를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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