只用一颗mcu，搞定电子烟安全设计芯海科技-ag真人手机版

刚刚落幕的iecie电子烟展会无疑成为了2019年上半年人气最火爆的行业盛会，超过1500 品牌商填满了40000平方米的展示空间。来自世界各地的展商和观众都浸润在这场蒸汽文化盛宴中。大雨也浇不灭的热情源自于不断增加的电子烟受众，为了增加市场竞争力，电子烟制造商对控制板的要求也在不断提高。众所周知，电子烟的控制系统主要由主控芯片、电池、按键、led呼吸灯和雾化器组成。 如果说烟油是电子烟的“灵魂”，那么mcu就是电子烟 “心脏”，想成为这一行业的领跑者，mcu的选择至关重要。 

    由于电子烟形状与真烟大致相同，体积小，组成器件却比较多。同时一般采用小型电池供电，电池使用寿命要尽量长，最后，在电子烟的雾化器温度控制上，要精准，这就要求主芯片adc精度要高。因此，电子烟的这些特征，给开发者带来了诸多的挑战。

    芯海科技作为推出电子烟专用mcu的芯片原厂，早在2012年就开发了拥有自主知识产权的8位risc架构mcu内核，成立了mcu实验室，并开始专注于安全可靠的电子烟mcu芯片研发，已经被电子烟的大中型板卡厂和品牌批量使用。芯海科技最新推出了安全性电子烟mcu——csu32m10，具有体积小、集成度高、安全可靠的特点。

csu32m10电子烟电路结构框图

 

优势一：集成硬件短路保护，省外围、响应速度快、安全可靠

电子烟是随身携带、贴身使用的产品，安全是第一位的。在电子烟使用过程中，可能会遇到雾化器损坏、误触等意外情况导致的短路，如果不及时保护，可能会引发电池爆炸、火灾等安全事故。

 

    产品设计中，经常有以下几种方法来实现短路保护：

1.    通过芯片自身的lvr（低电压复位）功能：

原理：发生短路时，会把电池电压vbat拉到低于lvr电压，mcu复位，停止工作。

缺点：不可靠。遇到mos内阻大、电池带载能力强时，无法把vbat拉低到lvr电压，导致保护失效。

2.    通过adc检测mos输出电压实现短路保护

原理：使用adc检测mos的输出电压，根据电压判断。

缺点：响应速度慢。短路保护功能需要软件来实现，响应速度无法保证，往往需要在电池端增加保护ic来提高短路保护的可靠性。而且在寸土寸金的电子烟中，增加保护ic和分压电阻，会增大pcb的面积。

3.    通过io中断实现短路保护

原理：在mos导通时，如果发生短路，gpio的电压被拉低，产生中断，由软件来进行保护。

缺点：①需要增加一个电阻和一个二极管，增加pcb面积和成本。②软件复杂。

   csu32m10突破常规，集成了硬件短路保护功能，无需外围即可实现安全可靠的短路保护功能，解决了上述方案的缺点。

原理：ic内部集成短路保护模块，检测mosfet工作时两端的压差，压差超过设定阈值时，关闭mosfet，停止工作。

优点：

1.    响应快，更安全：硬件实现，无软件延迟，响应速度快，避免电池电压和mcu进入异常状态，更安全；

2.    测量精准，更可靠：可以根据mos内阻及保护电流，选择80/200/320/480mv等多个保护阈值，更可靠；

3.    无需外围器件，减小pcb面积和bom cost。

 

优势二：集成精准的加热丝阻抗测量功能，形成过吸保护，让电子烟更智能、用户体验更好

电子烟产品使用过程中，会遇到这样的问题：

1.    连续吸烟时，烟油渗透速度慢，无法及时渗透到雾化器中，会导致雾化温度过高、有焦糊味，用户体验差

2.    无法自动检测烟油是否用完，只能靠人用眼观察

为了解决这些问题，需要通过测量雾化器的阻抗来检测工作温度。

常规的方法是增加一个测量通路来实现（如图）：

原理：

在工作通路关断的半周，通过测量采样电阻上的电压和电流来计算雾化器的阻抗，并进一步计算温度。

缺点：

① 需要增加2~3个电阻和1个mos，在寸土寸金的电子烟产品中是致命的，而且增加成本；

② 需要额外使用1个gpio和2个adc共计3个引脚，需要使用更高成本的mcu。

 

 

为了解决上述问题，csu32m10集成了烟丝阻抗测量模块，无需外围器件，仅需要1个io即可实现。

原理：

在mos关断的半周，输出恒定电流，通过测量雾化器上的电压来测量雾化器阻抗，并进一步计算温度。

优点：

无需外围器件，仅需1个引脚，减少bom cost和pcb面积。

    此外，芯海科技自主研发的高效率c编译器，效率比国内同行提升了30%。csu32m10支持在线调试，大大的提升了开发效率，降低开发成本。csu-ide是芯海完全自主研发的8bit全系列soc/mcu免费开发环境，集成编译器、汇编器、链接器调试仿真器以及lib制作工具。支持混合信号处理器csu系列产品的开发、c语言和asm语言的编程。工程师们可以更轻松、更快速地开发电子烟，使产品快速占领市场、赢得先机。

   综上所述，csu32m10有着显著的集成度高、性价比高、安全可靠、品质稳定等特性，可以使电子烟设的开发者轻松自如，让电子烟的消费者有着更美好的使用体验。