一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法与流程

本发明涉及烟草制品加工，具体涉及一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法。

背景技术：

1、电磁感应加热凭借热转化效率高、升温速度快、热损耗低等优势，逐步被引入低温卷烟气溶胶生成烟具领域。现阶段主流电磁感应加热烟具的工作机理为：于烟支内部预置感受体（铁磁发热介质），烟具内部激励线圈通入高频交变电流以形成交变磁场，依托涡流效应驱动铁磁发热介质产热，进而烘烤烟支产生气溶胶。

2、当前市面同类型低温卷烟加热烟具大多采用单频统一电路架构，依靠同一组电路、同一工作频率同步完成烟支在位检测识别与电磁感应加热驱动，该一体化同频控制架构在实际应用中存在诸多固有技术缺陷，具体可归纳为如下四点：

3、（1）识别检测与加热激励同频电磁干扰严重现有方案复用单一线圈与单一高频信号同步实现烟支识别与加热输出，加热烟具待机检测阶段仍持续输出高频交变磁场，一方面易触发非工作状态下的误加热现象，另一方面加热烟具静态微功耗指标居高不下，且长期高频交变磁场持续作用会加速烟支内置铁磁发热介质疲劳老化，降低耗材使用寿命。

4、（2）烟支识别检测灵敏度不足，识别误判、漏检概率高加热工况采用的高频交变磁场对薄规格片状铁磁发热体磁场穿透性能较差，烟支置入前后回路电学特征参数变化幅值微弱，检测采样信号区分度低，极易产生无烟支误识别、有效烟支漏检等判定偏差，烟支在位识别整体可靠性较差。

5、（3）工况切换电气冲击剧烈，整机与功率器件使用寿命短加热烟具需在待机识别、大功率加热工况间频繁切换，高频大功率驱动电路反复启停会对功率mos管、电磁激励线圈等核心元器件产生瞬时大电流、高压电气冲击，引发器件温升超标、绝缘老化、器件击穿损毁等故障，大幅缩短烟具整机工作寿命。

6、（4）加热闭环温控控制精度不足识别检测信号与大功率加热激励信号共用同一频率频谱，两类信号存在严重同频耦合干扰；采样电路采集的电学特征参数受加热主回路噪声叠加影响，无法有效解耦区分“烟支置入待机”与“正常加热烘烤”两种工作状态，难以构建高精度恒温闭环控制逻辑，烟具恒温控温效果差。

7、综上所述，现有同频一体化电磁感应加热控制方案无法兼顾烟支识别可靠性、器件使用寿命与高精度恒温加热需求，本领域亟需一种能够实现低频小信号独立精准识别、高频大功率独立高效加热，两类信号电气与频谱完全隔离、相互无耦合干扰的烟具电磁加热控制方案。

技术实现思路

1、针对解决了传统烟支电磁加热同频工作方案存在的待机微热、功耗高、识别灵敏度差、高低频切换冲击大等问题，本发明提供一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法。

2、本发明提供了一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，包括：

3、步骤s1、低频识别阶段：在烟具待机状态下，向烟具的电磁线圈输出低频激励信号，实时采集电磁线圈的电气参数，当电气参数发生预设幅度偏移，则判定为带有感受体的有效烟支被插入烟具；

4、步骤s2、确定工作频率：当识别到有效烟支被插入后，向电磁线圈输出高频激励信号，启动高频段谐振扫频，搜索lc谐振回路的固有谐振点并锁定基准工作频率；

5、步骤s3、高频加热阶段：根据加热时序采用分段变频策略完成至少以下加热阶段：

6、步骤s31、预热段：基于基准工作频率确定的预热工作频率进行加热；

7、步骤s32、过渡段：基于基准工作频率确定的过渡工作频率进行加热；

8、步骤s33、恒温段：基于基准工作频率确定的恒温工作频率进行加热；

9、其中预热工作频率、过渡工作频率、恒温工作频率依次降低。

10、进一步地，步骤s2中分段变频加热策略具体包括：

11、预热段：时间0～t1，t1小于10s，电磁线圈工作频率5～30mhz，将感受体升温至t1，缩短等待时间；

12、过渡段：时间t1～t2：t2小于50s，降低电磁线圈工作频率至1～5mhz，避免感受体局部过热，使感受体温度平稳上升至t2，t1＜t2；

13、恒温段：时间t2之后，电磁线圈工作频率以基准频率为中心进行±100khz微频抖动，配合温度闭环与电流闭环，将温度稳定在t3，t2＜t3，使感受体温度波动控制在±5℃以内，保证烟气口感均匀。

14、进一步地，预热段中t1为250℃-300℃，过渡段中t2为300℃-330℃，恒温段中t3为330℃～380℃。

15、进一步地，步骤s1中低频激励信号的工作频率为10khz～30khz、30hz~70hz或70~200khz；步骤s3中，高频激励信号的工作频率为1mhz～30mhz。

16、进一步地，步骤s2中，高频激励信号的工作频率为5mhz～15mhz。

17、进一步地，低频识别阶段的激励电压为3v～8v。

18、进一步地，高频加热阶段的工作供电电压为5v～24v。

19、进一步地，步骤s2中高频段谐振扫频具体为：

20、在预设高频区间内连续微调开关频率，以回路电流峰值作为判定依据，锁定lc谐振回路谐振点，实现zvs零电压软开关工作模式。

21、进一步地，步骤s1中的电磁线圈电气参数包括电磁线圈的电感值、回路电流、等效阻抗或电压电流相位差参数。

22、进一步地，还包括步骤s4，

23、状态回退阶段：在采用分段变频策略对烟支进行加热过程中采集烟支在位状态，在烟支在位状态异常、电磁线圈的电气参数异常或者预设加热时长结束时，切换低频识别阶段。

24、本发明具有以下有益效果：

25、1、本发明提供的一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，识别工况与加热工况完全隔离，无信号耦合干扰克服现有技术识别、加热共用同一频率、同一功率回路带来的信号互相串扰缺陷，本技术采用分时、异频、分功率独立运行模式，低频识别采样信号与高频大功率加热信号相互隔离，不存在频谱耦合干扰，电气采样数据真实稳定，为精准识别与高精度控温提供可靠硬件基础，整机工作可靠性显著提升。

26、2、本发明提供的一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，全域分段变频双闭环控温，温度控制精度高，抽吸口感一致性好解决现有技术同频信号干扰导致温控采样失真、恒温波动大、烟气口感不均的问题，本技术划分预热、过渡、恒温三段变频加热时序，搭配温度、电流双闭环协同调控；预热阶段快速升温缩短等待时长，过渡阶段抑制局部过热，恒温段通过小幅频率动态微调稳定发热体温度，恒温区间温度波动控制在±5℃以内，全程烟支受热均匀，抽吸烟气浓度、温度稳定统一。

27、3、本发明提供的一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，消除待机误加热，整机待机功耗显著降低，针对现有技术同频高频待机易产生微热、静态功耗高、发热体提前老化的缺陷，本技术采用低频小信号完成烟支识别，激励输出能量极低，无法驱动烟支内部铁磁发热体产生有效温升，从根源上杜绝待机误加热现象；同时可将整机静态功耗控制在10mw以内，大幅降低加热烟具待机能耗，延长烟具单次充电续航时长，延缓发热体老化速率。

28、4、本发明提供的一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，烟支识别灵敏度高，抗干扰强，漏检误判概率大幅下降针对传统高频磁场穿透能力弱、电气参数变化微弱、识别可靠性差的问题，低频交变磁场对薄型铁磁发热片具备更优穿透性能，烟支插拔前后线圈电感、电流、阻抗、相位等电气特征偏移量显著，可精准区分配套目标烟支、无发热体异物、非标含铁磁制品，有效解决烟支漏检、非目标烟支误判等识别失效问题。

29、5、本发明提供的一种基于频率切换的烟支电磁加热控制方法，多维度硬件安全防护，加热烟具运行安全性与稳定性全面增强针对现有技术缺少分级故障保护、异常工况易造成器件烧毁的缺陷，本技术集成烟支在位实时检测、回路过流、母线过压、功率器件超温、回路短路多重监测保护逻辑；一旦检测到掉烟或各类电气、温度异常，主控毫秒级切断高频大功率输出并切回低频待机模式，从硬件层面规避过热、短路安全隐患，大幅提升加热烟具长期运行稳定性与使用安全性。