从事电子烟的软件开发已有一年,对电子烟也算有了一定的了解,下面从开发者的角度去介绍一下电子烟。
1.原理
传统意义上的电子烟都是通过电池供电,现在市面上的大部分使用的是18650系列的一节或者两节电池,一节电池满电状态在4.20V左右,两节则在8.40V左右,通过驱动负载(也就是雾化芯)输出而将烟油雾化最终出烟。这是一个很广范围的概述,里面的技术则是设计到对PCBAB板软硬件的设计,硬件提供整个硬件电路的工作原理,软件则是驱动硬件进行工作。整个工作过程主要是对MOS管开关进行通断处理,从而实现对雾化芯的功率输出的控制。
2.分类
当前在市面上的电子烟主要有EGO类型的杆烟,功率在50W到250W的大烟,扁烟,发热片状使用烟弹的烤烟,发热桶状使用真烟的烤烟等,这些也是本人开发过程中接触到的,不过也几乎涵盖了市面上的所有电子烟类型,如果还有其他类型我没有接触到的,还麻烦各位业界人士给予指点迷津。
(1)EGO类型的杆烟
这类电子烟应该是现在市面上使用最广的,功率大概在10W-30W之间,分为全功率输出和恒定功率输出的方式,雾化芯的阻值一般在0.5到1欧姆之间,下面介绍功率计算的方式,P=U*U/R,(P是功率,U是负载电压,R是负载的阻值),负载电压是指点火输出之后在雾化芯两端的电压。因此一般可以根据这个公式计算出电子烟的功率大小,当然这只是针对全功率的输出方式的。
下面介绍全功率和恒定功率,全功率是按下点火之后,MOS管控制一直打开,从电池两端不停供电到雾化芯负载端,直到点火结束,MOS管一直都是开启的。恒定功率则是根据设定的一个PWM的占空比进行输出(非专业人士有兴趣的可以自己去了解PWM的相关内容,专业的人士应该不用说都知道这个),这样MOS管在点火输出的期间不是一直处于开启状态,假设设置的占空比是50%,则在点火期间有50%的时间MOS管是关闭的,50%的时间是开启的。在接同一个雾化芯的情况下,同电压情况下,全功率方式输出的功率都是比恒定功率情况下要高,但是全功率的方式在烟雾量在不同电压下会不均匀,恒功率的方式则烟雾量比较均匀。
这一类的电子烟在开发过程中一般都会严控成本,尤其是在当前各种物料都在不停涨价的情况下。一般这种类型的电子烟都是使用OTP类型的主控IC。
下面说一下重要的一些保护功能,电子烟是通过电池供电的,对电池的保护就是对电子烟最大的保护。主要涉及到短路保护,低电压保护,点火超时保护,空载保护。短路保护是由于在生产过程中可能存在线路焊接错误,雾化芯内部短路等情况,低电压保护则是防止电子在电压低的情况下还继续工作,一般设定的电压为点火前大于3.2或3.3V能点火,低则保护。点火超时是为了控制其持续输出时间过长对MOS和电池容易损坏,时间一般设定在8-10s,空载保护则是负载取出或者是没有接负载点火的情况下,这个保护功能不是每种杆烟都是有。
(2)大烟
大烟的技术难度则是最高的,因为软硬件复杂,同时不仅有功率控制还有温度控制,还能接不同类型的雾化芯,还可以通过按键调节功率和温度。大烟带载一般在>=0.1欧姆
这也是市面上价格较高的产品,大烟适用于一些电子烟发烧友,尤其是一些功率较高的大烟。一般功率在50-80带一个电池供电,150W以上的都需要两个电池,大烟的硬件设计都是需要升降压电路。
大烟的主控一般都是选用32位的MCU,需要升压驱动和LDO稳压,MOS驱动等IC,同时大烟的UI显示界面也比较丰富。
(3)扁烟
扁烟和EGO类型的杆烟基本上不会差距很大,但是他的抽烟方式不是通过按键触发点火,而是在内部有一个气流感应的IC,通过吸的动作将内部的气流往外吸出触发其点火输出。其他则和EGO类型的基本无差。
(4)发热片状使用烟弹的烤烟
发热片状的烤烟,通过使用万宝路这种类型的烟弹插入到发热片中去使其发热出烟,这也是对业内最有名的IQOS的一种参考,因此最重要的则是将发热片的温度控制在某一个合适的温度,这个温度能够使烟弹有最合适的口感同时能够不产生烟灰,从而滤除掉烟内的有害物质。
这一类电子烟一般需要考虑到吸烟时的口感,他的加热时间一般在3-4分钟,也就是在一段时间内需要将发热片上的温度从室温上升到目标温度(这段时间一般在5-10s左右),并且在之后的时间内能恒定在目标温度的上下范围。
这一类电子烟一般使用一节电池,功率也是偏低,在开发层面上一般都是通过调整PWM的占空比来实现对温度的控制,在我做过的项目中和参考别人的样机中,都没有用到直接去测量温度的方法,这也是出于对成本的考虑。而是转成通过测量负载的阻值来确定温度范围,因为发热片发热速度快,同时内部阻值上升的也快,从而推演出温度上升的规律。对于这一块,市场上可以参考深圳凯明瑞公司的这一类型的电子烟,以及华礼门新出的类似IQOS的那一款。
(5)发热桶烤烟
这类烤烟使用的是市面上的真烟,将真烟塞入到发热桶中进行烘烤出烟,根据市面上卖的较好的一些产品,他们都是将温度控制在350℃左右,认为这个温度是最适合的温度,针对这一类的烤烟,在硬件设计的过程中需要考虑到是否要使用到升压电路,因此整体的开发难度会比使用烟弹的会稍微复杂一些。对于这类的电子烟可以去看看爱优士的产品。
本博文只是简单介绍一下现在市面上大致的一些电子烟的情况,技术层面也只是一笔带过,也算是抛砖引玉,实际开发过程中要考虑的问题绝不是这样就能出产品,当然电子烟到现在发展了这么久了,技术层面已经不是什么难题了,而越来越多的厂家则是将侧重点放在了产品外观设计这一块,毕竟用户体验才是产品设计中的核心。