公司新聞 媒體報道 企業文化
只用一顆MCU,搞定電子煙安全設計
時間:2019-04-18? ? 來源:

剛剛落幕的IECIE電子煙展會無疑成為了2019年上半年人氣最火爆的行業盛會,超過1500+品牌商填滿了40000平方米的展示空間。來自世界各地的展商和觀眾都浸潤在這場蒸汽文化盛宴中。大雨也澆不滅的熱情源自于不斷增加的電子煙受眾,為了增加市場競爭力,電子煙制造商對控制板的要求也在不斷提高。眾所周知,電子煙的控制系統主要由主控芯片、電池、按鍵、LED呼吸燈和霧化器組成。 如果說煙油是電子煙的“靈魂”,那么MCU就是電子煙 “心臟”,想成為這一行業的領跑者,MCU的選擇至關重要。 

    由于電子煙形狀與真煙大致相同,體積小,組成器件卻比較多。同時一般采用小型電池供電,電池使用壽命要盡量長,最后,在電子煙的霧化器溫度控制上,要精準,這就要求主芯片ADC精度要高。因此,電子煙的這些特征,給開發者帶來了諸多的挑戰。微信圖片_20190422103337.jpg

    芯海科技作為國內首家推出電子煙專用MCU的芯片原廠,早在2012年就開發了擁有自主知識產權的8位RISC架構MCU內核,成立了MCU實驗室,并開始專注于安全可靠的電子煙MCU芯片研發,已經被電子煙的大中型板卡廠和品牌批量使用。芯海科技最新推出了安全性電子煙MCU——CSU32M10,具有體積小、集成度高、安全可靠的特點。

電子煙框圖.jpg

CSU32M10電子煙電路結構框圖

 芯片圖.jpg

優勢一:集成硬件短路保護,省外圍、響應速度快、安全可靠

電子煙是隨身攜帶、貼身使用的產品,安全是第一位的。在電子煙使用過程中,可能會遇到霧化器損壞、誤觸等意外情況導致的短路,如果不及時保護,可能會引發電池爆炸、火災等安全事故。

    產品設計中,經常有以下幾種方法來實現短路保護:

1.    通過芯片自身的LVR(低電壓復位)功能:

原理:發生短路時,會把電池電壓VBAT拉到低于LVR電壓,MCU復位,停止工作。

缺點:不可靠。遇到MOS內阻大、電池帶載能力強時,無法把VBAT拉低到LVR電壓,導致保護失效。

1.png

2.    通過ADC檢測MOS輸出電壓實現短路保護

原理:使用ADC檢測MOS的輸出電壓,根據電壓判斷。

缺點:響應速度慢。短路保護功能需要軟件來實現,響應速度無法保證,往往需要在電池端增加保護IC來提高短路保護的可靠性。而且在寸土寸金的電子煙中,增加保護IC和分壓電阻,會增大PCB的面積。

2.png

3.    通過IO中斷實現短路保護

原理:在MOS導通時,如果發生短路,GPIO的電壓被拉低,產生中斷,由軟件來進行保護。

缺點:需要增加一個電阻和一個二極管,增加PCB面積和成本。軟件復雜。

3.png


   CSU32M10突破常規,集成了硬件短路保護功能,無需外圍即可實現安全可靠的短路保護功能,解決了上述方案的缺點。

4.png

原理:IC內部集成短路保護模塊,檢測MOSFET工作時兩端的壓差,壓差超過設定閾值時,關閉MOSFET,停止工作。

優點:

1.    響應快,更安全:硬件實現,無軟件延遲,響應速度快,避免電池電壓和MCU進入異常狀態,更安全;

2.    測量精準,更可靠:可以根據MOS內阻及保護電流,選擇80/200/320/480mV等多個保護閾值,更可靠;

3.    無需外圍器件,減小PCB面積和BOM Cost。


優勢二:集成精準的加熱絲阻抗測量功能,形成過吸保護,讓電子煙更智能、用戶體驗更好

電子煙產品使用過程中,會遇到這樣的問題:

1.    連續吸煙時,煙油滲透速度慢,無法及時滲透到霧化器中,會導致霧化溫度過高、有焦糊味,用戶體驗差

2.    無法自動檢測煙油是否用完,只能靠人用眼觀察

為了解決這些問題,需要通過測量霧化器的阻抗來檢測工作溫度。

常規的方法是增加一個測量通路來實現(如圖):

5.png

原理:

在工作通路關斷的半周,通過測量采樣電阻上的電壓和電流來計算霧化器的阻抗,并進一步計算溫度。

缺點:

需要增加2~3個電阻和1個MOS,在寸土寸金的電子煙產品中是致命的,而且增加成本;

需要額外使用1個GPIO和2個ADC共計3個引腳,需要使用更高成本的MCU。



為了解決上述問題,CSU32M10集成了煙絲阻抗測量模塊,無需外圍器件,僅需要1個IO即可實現。

6.png

原理:

在MOS關斷的半周,輸出恒定電流,通過測量霧化器上的電壓來測量霧化器阻抗,并進一步計算溫度。

優點:

無需外圍器件,僅需1個引腳,減少BOM Cost和PCB面積。

    此外,芯海科技自主研發的高效率C編譯器,效率比國內同行提升了30%。CSU32M10支持在線調試,大大的提升了開發效率,降低開發成本。CSU-IDE是芯海完全自主研發的8Bit全系列SOC/MCU免費開發環境,集成編譯器、匯編器、鏈接器調試仿真器以及lib制作工具。支持混合信號處理器CSU系列產品的開發、C語言和ASM語言的編程。工程師們可以更輕松、更快速地開發電子煙,使產品快速占領市場、贏得先機。

   綜上所述,CSU32M10有著顯著的集成度高、性價比高、安全可靠、品質穩定等優秀特性,可以使電子煙設的開發者輕松自如,讓電子煙的消費者有著更美好的使用體驗。

var _hmt = _hmt || []; (function() { var hm = document.createElement("script"); hm.src = "https://hm.baidu.com/hm.js?44d5929b98ed1fd093ffc3d47ec712b9"; var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(hm, s); })();