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juul电子烟电路板(电子烟电路板维修)

电子烟品牌 2022年09月24日 09:15 9 dianziyan

juul电子烟电路板设计。这款产品采用高品质铝合金材质,具有极佳的散热性能,同时还能提供卓越的防水性能。此外,它还配备了专门为中国市场打造的电电池保护系统,以确保用户在使用过程中的安全。“我们希望通过这款产品,为消费者带来更好的体验。”公司总裁兼首席执行官johncollege说。


一:电子烟电路板原理图

近年来,在全球控烟形式和公众健康舆论的双重压力下,传统卷烟的发展受到越来越多的制约,电子烟作为一类极具发展潜力的非燃烧性卷烟替代品,在世界范围内掀起了产品研发、危害研究、市场拓展及健康消费的热潮[1-2]

目前,国内外市售主流的电子烟一般采用电热式。该方式基于热传导原理,通过气流传感器、机械按键或触控按键等激发电子烟工作,导通电路给金属发热丝或陶瓷发热片等供电,加热烟油雾化产生气溶胶[3-4]。尽管电热式雾化方式导热速率快、雾化效率高,但却普遍存在如下问题[5-9]:雾化技术核心专利由帝国烟草公司掌控,具有较大知识产权侵权风险;电子烟连续抽吸过程中,发热组件持续升温可高达500~600 ℃,存在潜在安全风险的同时,烟油高温热解会释放醛类等有害成分,健康隐患大;属于接触式雾化,烟油容易在发热组件表面烧结粘附并产生积碳,进而热解释放CO等有害成分、发出焦糊味或引起发热组件阻值发生变化;此外,烟油与发热组件长期接触,重金属会浸出并转移至气溶胶。为了改善或解决电热式雾化方式存在的技术缺陷,许多新型的电子烟雾化方式相继被提出,如超声波雾化[10]、电磁感应雾化[11]、(Surface Acoustic Wave,SAW)雾化[12]、磁悬浮离心雾化[13]、光子雾化[14]等。在前述的这些雾化方式中,SAW雾化凭借能量定向集中、驱动功率低、激励频率高、发热量小等特点[15-16],为能连续稳定地产生有害物质释放量少、粒径小且分布均匀的气溶胶提供了新思路,其在电子烟烟油雾化领域应用前景十分广阔。然而,值得一提的是,SAW雾化芯片的激励频率高达兆赫兹级及以上,属于高频射频信号范畴,电路的集成化、小型便携化研发是一大挑战。此外,鉴于驱动功率对烟雾量、激励频率对气溶胶粒径的直接影响,拟开发的驱动控制电路还应具备功率及频率调节功能。

本文基于SAW技术实现电子烟烟油雾化的应用,将AT89S52单片机、AD9851高频信号发生电路、七阶椭圆低通滤波电路、两级级联电压信号放大电路等有效集成,设计并实现了一款输出频率和功率范围分别从0~65 MHz和0~4.5 W连续可调、信号输出稳定可靠、结构紧凑、体积小巧的驱动控制电路。该电路的成功研制,为推进SAW雾化技术应用并引领电子烟创新发展提供了重要技术支撑。

1 电路设计

1.1 需求分析

SAW雾化型电子烟的基本结构如图1所示,主要包括驱动控制电路和雾化芯片两部分。驱动控制电路主要用于给雾化芯片施以高频交流电信号,雾化芯片的作用是将烟油雾化成气溶胶,芯片由压电基底和叉指换能器组成,换能器一侧的压电基底表面上分散有烟油,另一侧涂有吸声胶以消除反射波影响。对电子烟的工作过程描述如下:启动驱动控制电路,雾化芯片通过信号接口加载高频交流电信号并传递给叉指换能器,换能器利用压电基底自身的逆压电效应,将电信号转变为声信号,形成沿压电基底表面传播的SAW。当SAW与置于压电基底上的烟油相接触时,SAW携带的能量会以漏声表面波的形式以特定角度衍射进入烟油,并使其自由表面产生强烈扰动。当烟油自身的表面张力不足以保持其几何形态的稳定时,便可产生气溶胶。显然,驱动控制电路是确保雾化芯片正常工作以连续稳定产生气溶胶的前提。此外,考虑到电子烟是一种手持式设备,且驱动功率和激励频率分别与烟雾量和气溶胶粒径密切相关,因此开发出一款尺寸小巧、满足驱动功率需求且功率和频率可调的高频驱动控制电路是SAW技术在电子烟雾化领域得到成功应用的关键。

1.2 电路方案

由上述分析可知,拟开发的SAW雾化芯片配套驱动控制电路除能连续稳定地输出高频正弦波交流电信号外,还应满足小尺寸以及功率、频率可调的需求。图2是驱动控制电路的结构框图,电路主要由单片机控制模块、信号发生模块、信号处理模块、人机交互模块和电源模块组成。其中,单片机控制模块作为整个系统的控制单元,完成各模块之间的数据管理与信号传输;信号发生模块用于产生目标高频正弦交流电信号;信号处理模块的作用是实现信号滤波与信号放大;人机交互模块用于根据用户实际抽吸需求,进行功率、频率设定,以及信息显示;电源模块为各模块电路提供电力支持。

2 电路实现

2.1 硬件部分

2.1.1 单片机控制及人机交互电路

单片机是整个驱动控制电路的核心,一方面需要实时监测键盘输入,接收并读取外部信号,实现信号传输并控制AD9851完成相应功能设置,另一方面需要读取整个电路的数据并与LCD通信向用户展示信息。选用TPFQ型AT89S52单片机,端口连线图见图3。P0为8位漏极开路双向I/O口,每位能驱动8个TTL逻辑电平,P1、P2、P3均为具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平[17]。串行输入RXD和串行输出TXD与外部CH340T连接用于

2.1.2 AD9851高频信号发生电路

AD9851由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、直接数字频率合成DDS芯片和内部高速比较器等组成,其中DDS芯片内部集成有32位相位累加器、正弦函数功能查找表、10位D/A转换器、6倍频参考时钟倍乘器等。DDS芯片利用数字方式累加相位,再以相位之和作为地址来查询正弦函数功能表得出正弦波幅度的离散数字序列,最后经D/A转换后输出模拟正弦波交流电信号。高速DDS芯片的时钟频率可达180 MHz,输出频率可达70 MHz,分辨率为0.04 Hz[18]。AD9851有串行和并行两种通信方式,为充分发挥芯片的高速性能,特选用并行方式,相应端口连接图如图4所示,将AD9851的D0~D7与单片机的P1.0~P1.7直接相连实现数据传输,FQ_UD端和W_CLK端分别与单片机的P2.1和P2.2相连实现控制信号传输,RESET端与单片机的P2.0连接实现芯片复位功能,REFCLOCK端与30 MHz有源晶振连接获取参考时钟输入信号,IOUT端输出待处理的正弦波交流电信号。

2.1.3 低通滤波电路

经过AD9851信号发生电路输出的正弦波交流电信号很不稳定、噪声偏大,并且有阶梯状锯齿[19],不是标准的正弦波信号,因此需要在后级增加低通滤波电路,用以去除基频外的杂波分量,有效抑制谐波和杂散,获得稳定的、噪声尽量小的目标正弦波交流电信号。图5为七阶椭圆低通滤波电路,电路的截止频率可达70 MHz,运用反归一化方法可根据用户需求计算出相应电学参数以便选择相应的电子元器件。频率标定系数为FSF=f0/f1,其中f0为正弦波频率,f1为滤波电路-3 dB截止频率。

2.1.4 功率放大电路

AD9851直接合成的正弦波频率信号幅值较小、驱动能力弱,不足以满足后续负载的驱动需求,同时电路的最大输出频率高达70 MHz,一般的运算放大器频摆已不能满足要求[20],进而输出波形会严重失真,为此进行两级级联电压信号放大处理,功率放大电路如图6所示。第一级采用高动态范围的AG603-89通用缓冲射频放大器,在高频时信号增益高且输出电流低;第二级采用三菱场效应高频管RD06HVF,电位器R31用于设置放大电路的静态工作点。

2.2 软件部分

软件主要是对单片机的各端口进行设置,以控制与其连接的各外围电路,进而实现相应功能。开始上电时,所有电路及芯片进行初始化,LCD显示两行字符,分别为“Welcome to HIT”和“000 000 000 Hz”,随即等待用户进行频率设置。单片机实时监测扫描按键输入端口,当有按键动作时,即表示设置频率发生变化。一方面,单片机将按键对应的操作传输给液晶显示屏,向用户实时显示当前操作和设置频率值;另一方面,单片机将设置对应的控制字并传输给AD9851,AD9851 射频电路将根据单片机输入控制字输出对应频率的正弦波交流电信号,整个软件控制流程如图7所示。

3 测试与结果分析

3.1 测试系统

高频SAW雾化芯片驱动控制电路产生的信号通过Tektronix DPO 3204B数字示波器和Diamond SX-200功率计进行测试,测试系统如图8所示。供电端选用电压额定值为12 V(实测值为11.65 V)、电池容量为28 000 mA的可充电电池。驱动控制电路的正面及侧面实物图见图9,主要包括3层,最上层为液晶显示电路,为用户直观显示电路输出频率数据;中间层为主控制层,其上集成有单片机控制电路、AD9851高频信号发生电路及外围按键控制电路等,用于设置并产生预定频率的正弦波交流电信号;最下层为信号处理层,用于滤出噪声干扰信号,并对有用信号进行放大处理。此外,为了防止电路在工作过程中因过热而损坏,在底部增设了一层散热片,以确保电路工作状态良好。

3.2 测试结果

根据如图8中搭建的测试系统,对高频SAW雾化芯片驱动控制电路在不同频率下的工作状态进行测试,主要记录预定频率、实际输出频率、输出电压峰峰值和有效值,实验测试结果如表1所示。由表中数据可以看出,驱动控制电路在0~65 MHz范围内能有效输出预定的大功率信号,频率误差平均只有百分之零点几,精度相对较高,但当频率接近或大于70 MHz时,信号失真严重。此外,通过旋钮式功率控制电位器实现输出功率调节,并对不同频率下控制电路的驱动能力进行测试。结果表明,在有效激励频率范围内,控制电路均能稳定工作,且可实现0~4.5 W的任意功率输出,而SAW芯片实现烟油雾化一般仅需2.5 W左右的正弦交流电信号,因此控制电路完全能满足雾化驱动需求。

4 结论

本文基于SAW电子烟雾化芯片驱动需求,研发了一款输出频率范围为0~65 MHz、输出功率范围为0~4.5 W、全范围可调的小型便携式驱动控制电路。电路主要由AT89S52单片机控制模块、AD9851高频信号发生模块、七阶椭圆低通滤波模块、两级级联电压信号放大模块、Nokia 5110 LCD与按键组成的人机交互模块组成。该控制电路具有信号输出稳定可靠、宽频调节且误差小、负载驱动能力强等优点,不仅可用于电子烟烟油雾化驱动,也可作为满足类似需求的其他SAW微流体雾化的驱动源。

参考文献

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李廷华1,朱东来1,韩 熠1,雷芋琳2,李寿波1,张 霞1,巩效伟1,胡 泓2

(1.云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南 昆明650231;

2.哈尔滨工业大学(深圳),机电工程与自动化学院,广东 深圳518055)


二:电子烟电路板烧坏了

把万能充外壳打开来看,才能知道是哪里烧坏了……
家里常见电器烧毁有几种情况:
1、引线连接不牢固,局部电阻变大,烧毁
2、电路板受潮,短路烧毁
3、元器件老化、电性改变烧毁
4、电路板出现裂纹,电路电路连接不实容易打火烧毁
5、电路负载短路或过载而烧毁
不拆开了,光从外观很难区分……

三:电子烟电路板图

模拟与数字指得是电信号的数学表达形式,同样的电路板可通模拟信号也可以传送数字信号!若要将概念模糊一点:1、如220V交流经电源模块整流,电源模块就是处理模拟信号的电路,如将音频信号功放输出到扬声器的电路也是模拟电路。2、通常含有时钟震荡功能(具体元器件:晶振)的电路都是数字电路,数字电路需要时钟信号提供工作频率!数字电路通常都是直流供电源供电。总得来说模拟、数字都是电信号,电路的主要作用就是传递电信号,所以不能从电路板去区分,而因从信号和电路功能去区分!

四:电子烟电路板线路图

电子烟的发展大致上可以分为两代,第一代电子烟的设计从外型上完全是模仿普通真烟的形状,烟弹是黄色,烟体是白色。包括电池杆,雾化器和烟弹。其缺点是雾化器很容易烧断,另外在更换烟弹的时候,容易伤害到雾化器的尖头部位。日积月累就会完全磨坏,最后导致雾化器不出烟。
第二代电子烟一开始为了克服第一代缺点,采用了一体的设计,扩大了雾化面积,避免了长时间使用导致雾化器不出烟的问题。但它缺点是一次性设计,雾化器和烟弹都无法反复使用,长期使用成本较高。
后面有出现新的设计形式的电子—万次循环雾化器,采用不锈钢柱形内胆,透明强化外壳设计,雾化面积更大及其效果更均匀,可观察烟液剩余量随时添加烟油,反复使用。大大降低了消费者的长期使用成本。
电子烟主要由气流监测器、控制电路、雾化头、LED、锂电池组成。吸烟时控制芯片可监测到气流流动,控制加热雾化头使发出模拟烟雾,没有气流流过体内部时控制芯片进入到待机状态。
外壳为不锈钢,镀铜部分为烟身的螺丝接口,中心为气孔,边沿还有气孔。气流从接口边沿进入烟体,从而使烟体内部有气流。边沿的气孔也可喷发出烟体。内部为加热丝缠绕在圆柱黑色材料上,内阻约3欧。接口外面与VSS相连,中心控制芯片的驱动芯片好。
雾化头内部预装有不同浓度的烟碱液,其雾化方式分为:
1)较高级的雾化方法:经超微雾化泵加压进入雾化室,在高频超声波振动下雾化成0.5-1.5um的烟雾,在由吸入气流组成气溶胶,形成模拟烟雾的气雾。临界雾化条是用加热的方式使用液体表面张力减低至最易雾化的程度,模拟烟雾同时也模拟普通烟雾的温度(50-60摄氏度)。
2)最简单而经济的是用发热丝缠绕在一个柱状耐热材料上,加热丝使侵润在耐热材料上的烟碱长生气体。目前,市面上大部分电子烟都是采用的此种方式,也是本文我们所要介绍的方案。
通用电子烟的工作流程为,当有气流(吸气或呼气)气流穿过唛头,唛头即产生模拟信号。唛头的模拟信号到达一定程度引起中断,唤醒MCU,随即驱动PMOS,加热发热丝喷放烟雾,并且点亮LED。当MCU监测到模拟信号减弱或者消失,停止驱动PMOS和LED,然后监测电池电压,如无到达最低值则睡眠,到达最低值则闪烁LED进行低电压提醒。
因为电路和MCU都无LDO稳压,电池供电时监测电池电压则需要基准电压,所以电路中采用tl431电路提供基准电压。
该框图中锂电池的电压3.3V~4.2V,气流监测可用咪头或直接使用按键。框图中OLED是用来显示电池电压以及功率状态。另外,按键除了有上述气流监测功能外,还可用来唤醒出烟和调整出烟量(发热丝功率)。作为主控单元MCU,EFM8对锂电池过放和欠压保护,充电过程监测和显示,及其过充保护,短路监测等。以下是基于EFM8的电子烟电路原理图。
1)也是通过唛头或者按键唤醒EFM8。
2)唤醒后,首先进行电池电压监测,如电池电压正常,则根据设置值或者默认值,把PWM输出到功率电路,进行选定功率输出,并通过反馈来校准输出功率。如电池电压低于最低电压值,则通过OLED显示提醒。
3)可以通过按键调整输出功率值。
4)USB端口插入后进行判断端口插入后进行判断,决定是否对电池进行充电。
5)独立充电IC进行过冲保护。
6)LED可显示电池电量,当前功率值。
7)在无编程功率输出方案中,发热丝的直接到电池,没有线性功率输出,满电和低电时功率相差甚远,导致出烟量变化太大,严重影响使用者口感.EFM8方案从满电到低电输出功率基本一致。
8)使用者对烟雾量的敏感度不同,固定的输出功率并不合适每一个人,EFM8方案可让使用者可自行设置喷发烟雾量范围。
9)EFM8方案无需专用充电器,手机充电器或电脑USB都可以对电池进行充电。
就芯片本身而言,以EFM8SB10F8为样本分析:
1)ADC精度:EFM8SB10F8内嵌10bitADC,相比其他电子烟方案中使用8bitADC,在监测唛头气流变化和电压判断上更准确。
2)电压监测:EFM8SB10F8有内置LDO,无需外部提供基准电压。
3)MCU功耗:使用芯片内部RTC时候,睡眠平均电流

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