本篇博客給出了一種電子煙的供電解決方案，主要包括一節鋰電池，一個升壓電路（TPS61022）和一個煙嘴電阻（2 Ω）。這個解決方案支持最高12.5W（5V/2.5A）輸出，并且功率連續可調。通過在電子煙里加入一個升壓電路，可以使得電子煙獲得更高和更穩定的輸出電壓，這可以提高電子煙的使用口感。同時，這個方案帶有輸出功率連續可調的功能，使得電子煙的設計更加靈活。

1、電子煙的介紹

電子煙的主要功能是通過加熱煙草或煙油的方式，取代原有煙草燃燒的方式，給用戶帶來與傳統煙草相同的體驗。因為電子煙是不燃燒的方式，幾乎沒有煙，沒有二手煙的污染，所以電子煙跟傳統香煙相比對健康的危害更小，同時可以幫助用戶戒煙[1,2]。

電子煙的基本結構如圖1所示，主要包括鋰電池，相關充電電路和接口；煙嘴（內部有煙油），加熱電阻絲；中央控制器（MCU）和氣流檢測的傳感器等。電子煙采用加熱煙嘴電阻絲和煙油，來模擬和真煙相同的口感。一般情況下煙嘴電阻絲的阻值一般在0.4 Ω~2.8 Ω左右。傳統的方法是利用電池直接給煙嘴電阻加熱的方式，也可以在電池和煙嘴電阻之間串聯一個開關管調節輸出功率。但是，這種方法最大的輸出功率會受到電池電壓限制的，同時因為電池電壓不穩定，造成輸出功率的不穩定，影響到吸煙的口感。

圖1電子煙的基本結構

2 、TPS61022 介紹

TPS61022 是一個支持從鋰電池輸入，輸出15W（5V/3A）的一顆升壓芯片。它在全溫度范圍內開關電流的谷值最小值6.5A。TPS61022有較小的導通電阻，下開關管的導通電阻是12mΩ，上開關管的導通電阻是18mΩ。所以它有比較高的效率，比如在Vin=3.6V， Vout=5V，Iout=2.5A的情況下整機效率大概95%。同時，TPS61022的典型啟動帶載能力為1Ω，所以它可以支持大部分電子煙的煙嘴電阻阻值啟動。TPS61022 的工作開關頻率是1MHz，封裝是2mm*2mm VQFN，可以幫助客戶獲得較小的設計面積。

3 、系統介紹

電子煙的供電電路如圖2所示。可以通過PWM調制EN引腳實現輸出功率的動態調節。通過把MODE引腳連接到GND（一個低電平）使得TPS61022工作在輕載高效的模式下，可以在輕載下獲得更高的效率。根據TPS61022的應用手冊[3]，選擇1μH的電感，輸出采用3顆22μF的陶瓷電容。可以將MCU的GPIO口于EN引腳連接，通過調整輸出PWM的占空比來調節輸出的功率。整個系統的好處是輸出功率穩定，不受輸入電壓變化的影響。

圖2 通過TPS61022實現的電子煙的供電電路圖

4、 測試結果

圖3是工作在Vin=3.6V，占空比50%下的穩態波形圖。TPS61022可以通過調制EN引腳實現調節輸出功率的目的。當EN引腳為高電平，TPS61022首先會軟啟動，開始工作；當EN引腳為低電平，TPS61022會關機。通過TPS61022不斷的開啟關閉，實現控制平均輸出功率的目的。建議使用PWM的頻率為100Hz。

圖4的表示了輸出功率隨著PWM占空比的變化曲線。從曲線中可以看出，輸出功率和占空比的關系并不是線性的。因為TPS61022存在軟起動的過程。在占空比是100%，輸出功率為12.5W，滿負載工作。當占空比為50%時，輸出功率僅為3W。用戶可以通過調節PWM的占空比來調節輸出功率，進而調節電子煙的口感。

圖5表示了效率和PWM的占空比的變化曲線。測試的輸入電壓為3.6V。從曲線中可以看出，系統的整機效率為95%在滿載輸出功率下（12.5W）。

圖6和圖7顯示了不同占空比下的熱成像圖。圖6顯示芯片的溫升是19.6℃在Vin=3.6V，輸出功率12.5W（滿載功率）。圖7顯示芯片的溫升是13.6℃在Vin=3.6V，輸出功率3W（50%PWM占空比）。溫升均在可以接受的范圍內。