引言
电子烟区别于传统燃吸方式的卷烟,具备无需燃烧、提供尼古丁但基本无焦油的特点。其并不能帮助戒烟,只是传统香烟的一种替代品。根据出烟方式划分,电子烟可以划分为蒸汽式电子烟和加热不燃烧电子烟,其中,蒸汽式电子烟主要通过雾化手段将尼古丁变为蒸汽让用户吸食,加热不燃烧电子烟则通过对烟丝进行加热的手段,挥发出烟气以满足吸烟者需求。从使用次数上,电子烟有一次性不可充电的,其续航是一次性电池。也有更换烟弹,每个烟弹内有少部分烟油,抽完就更换烟弹的,烟弹有不同的口味,其续航一般是200-600mah的可充电锂电池。也有只更换烟油,一般都在大烟上以这种方式,大烟的功率大,吐烟量也较大,所以使用烟油量较大,故只更换烟油较为合理,其功率较大,所以配备的是上千毫安时的可充电锂电池组。
市场需求
目前不同国家对于电子烟行业的管制力度不尽相同。美国对于电子烟的管控力度较为温和,尽管美国已有七个州禁售电子烟,但总体而言管控领域主要局限在青少年的电子烟消费,相比于其他国家而言限制较少,因此前期较宽松的监管力度是电子烟能够在美国拥有更庞大消费群体的一个原因。从2019年短暂繁荣到2020年初的市场有所下滑,政策导向的转变必然加速对小品牌的淘汰清退,将促使电子烟行业向龙头企业汇拢,加强品质管控以响应相关政策的变动。加上电子烟作为新型烟草对于财政税收而言意义重大,电子烟整体市场需求,空间依然巨大。
典型应用
电子烟在加热雾化器时输出功率非常大,为了保证续航,需要较大容量的电池作为系统电压,在电池没电的情况下,为了更快的将电池充满,则需要较大功率的充电芯片,所以则需要开关型快充芯片,其具有较高的充电效率。最为常见的是双节锂电池串联电池组,充电口为了兼容5V USB接口,单节锂电池的满电电压是4.2V左右,两节串联则是8.4V,则需要用到升压快充芯片。功率相对小一些的也有单节锂电池,或两节锂电池并联,USB口5V输入,则需要降压式开关充电芯片。比较早期的产品,也有少部分3.5mm直径口的充电接口,适配器基本为9V或者12V,则需要用到高压降压式快充芯片。
如下图,这些各种快充芯片,都需要用到大电流功率绕线电感,为其在开关模式下进行储能作用,尤其像升压式快充芯片,其电感在升压电路的输入端,P/U=I,输入端的电流非常大,为了兼顾体积,相对不用那么追求纹波,所以输入端的纹波电流也较大,需要选择支持较大饱和电流的功率电感,SCCB系列的一体成型功率电感是最为适合的选择,其具有极高的功率密度,同样体积可以支持更大的饱和电流Isat,等效阻抗小,提升整体电路的充电效率,降低充电状态时的发热量。SCCB系列感值从0.1uh到100uh,尺寸从3*3mm到17*17mm都有,系列齐全,方便选择。
说到双节锂电池,需要双节锂电池的地方很多,如POS机,智能音箱,航模等等,但电子烟中的双节锂电池,有特殊的应用,需要对其加入锂电池充电均衡管理,使得两颗锂电池同步进行充电,因为两颗串联状态,充电电流一致,但充电电压无法获取,则无法保证某一颗(相对内阻较小的那颗)是否会过充,在均衡电路需要功率电感来对其进行续流储能,同样是充电功率回路,推荐SCCB系列,电路结构如下所示。
蒸汽式中型大型电子烟,大多都配有显示屏,可显示一些信息给到用户,比如电量状态,温度状态,瓦数等,而这个屏显单位需要较高的电感供电,大多OLED屏为恒压供电,同时此路电源亦可给MOS Driver内部Vgate端供电,使MOS管达到深度导通状态,使其工作状态达到最佳(具体MOS Driver电路会在以下进行简述)。升压驱动负载电流相对不算太大,由此,可以考虑相对性价比较高的SWAI系列,SWAI系列是大电流磁胶功率绕线电感,工艺成熟,生产效率高,相对功率密度差于SCCB系列,但此处电流需要相对较小,可以考虑这样的选择,电路结构如下所示。
接下来说到重点了,即电子烟电路当中的核心中的核心,输出超大功率的雾化器驱动电路,就是因为功率太大,所以MOS管也要外置,MOS的门极由专门的MOS Driver驱动,组合成开关式电源转换电路,由于输出电流极大,为兼顾大电流,也要考虑体积限制,而且电子烟现在的外观也是越来越漂亮,个别薄型外观则对整机元器件的高度有很高的要求,这个位置的功率电感选型,则是我们全家福中的老大哥SCCB系列担当。个别结构特殊的产品,还可以选择立式贴片系列,SCPB系列。我们来看一下具体电路。
最后我们也来聊聊在电子烟市场,有没有一些差异化的功能,现在氛围灯的应用是越来越多,比较典型的如车内氛围灯,智能家居氛围灯,蓝牙音箱氛围灯,那么在电子烟上,同样可以引入这个概念,随着功率变化,氛围灯可以实现呼吸效果,或者变色效果等,LED驱动与MCU进行PWM或其他控制方式来实现亮度变化,这是一个非常炫酷的功能。如果只是呼吸变化,相对电流较小,如果是实现呼吸加变色,需要选配RGB灯,则相对电流较大,其电源转换电路,前端的储能功率电感,可以选用SWAI系列,相对性价比较高,如果电流大到一定程度,又需要考虑体积小,则需要选用SCCB系列。
功率电感全家福
就电子烟市场,主要应用到的是SCCB系列,SCPB系列和SWAI系列,三体整个功率电感系列的成员还有SWFI系列,SWSI系列,SZFC系列,SHIP系列等,每个角色都有自己的长处,也各自在不同的领域各显神通,我们来一张三体功率电感全家福的合照吧:)
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