加熱不燃燒、大煙、小煙,你想要的電子菸方案都在這裡

撰文：Jack，編輯&排版：Juice

微信公眾號：芯世相（ID：xinpianlaosiji）

大家好，我是曹工。9月19日，晶片超人舉辦了「首屆電子菸供應鏈產融結合高峰論壇」，我也在會上分享了我的電子菸控制板方案，感謝大家的支持。接下來，我將會上分享的內容整理成文字再次分享給各位。

「電子菸方案PCBA板分析」曹工現場視頻

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電子菸和傳統香菸的區別

電子菸是一種非燃燒的香菸替代品。其主要原理是通過電池給控制板及霧化器提供電源，將煙油霧化產生蒸汽煙霧供消費者使用。那麼，電子菸和傳統香菸有哪些區別呢？

第一，電子菸不經過燃燒，沒有焦油，重金屬等物質。香菸經過燃燒會產生多種化學物質，吸入後容易在肺部殘留，產生致癌物。比如：慢性支氣管炎，肺氣腫等疾病。在普通香菸盒上也能明顯看到吸菸有害身體健康的字樣。

第二，電子菸不會有明顯的煙味。不吸菸的朋友能明顯感覺到周圍吸菸的夥伴，在吸菸或吸菸過後會明顯有煙味，有時候我們稱呼這為二手菸，電子菸則沒有。

第三，電子菸在很多公共場合是可以吸食的。現在很多一線城市發布控煙令，嚴禁在公共場合吸菸。但室內是可抽電子菸的，在很多場合下可以一解我們的菸癮。

以上等等，也有說法把電子菸叫作健康煙。

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電子菸的結構組成

早在1963年，吉爾伯特研發了一種無煙非香菸的裝置，這種設備的工作原理，即通過加熱尼古丁溶液，並產生蒸汽氣體。但是一直沒有真正投放市場。到2004年中國著名藥劑師韓力先生發明了第一個基於尼古丁電子菸產品，並將其投入生產及銷售，並將公司更名為如煙科技，至此，電子菸的發展進入了快車道。

電子菸主要由霧化器，電池，控制板，菸嘴及外殼結構件等部件組成。

1.霧化器

霧化器是電子菸重要的部件，煙霧就是通過加熱霧化器內的發熱絲使內部導油棉上的煙油蒸發而獲得的。

2.電池

電子菸電池有大煙18650，18500，18350 和20700等，扁煙小煙常用的有451645，551245，容量為350mA左右。特別注意電子菸電池為高倍率電池（以18650電池為例，18代表電芯直徑為18mm，65代表長度，其放電電流能達到20A）。

3.顯示屏

部分電子菸為了給消費者更好的使用體驗，會加顯示屏。電子菸顯示屏分為2種，OLED及TFT屏，主要顯示內容為：

機器的功率：比如30W、60W、100W等，用戶可以根據自己的喜好選擇。

電池的電量：這樣我們的消費者就知道機器還有多少電，還能抽多久，什麼時候要充電了等等信息。電池電量顯示可以用格數和百分比等方式。

顯示部分還可以做吸菸次數統計，電壓，電流等，控制板方案開發時可以根據產品需求來進行定義。

4.發熱絲（片）

這張圖是我們加熱不燃燒設備裡面使用的發熱片：

 

發熱絲是電子菸直接接觸煙油的部分，也是最核心的部分。發熱絲通過電池供電加熱，再將煙油霧化，產生蒸汽。發熱絲也叫「電阻絲」 ，電流經過發熱絲製作的線圈就會產生熱量。其阻抗並不是永遠固定不變的，會隨著溫度的變化而改變。目前電子菸的溫控技術就是依據金屬的這個特性來實現溫控功能。 

舉個例子：發熱絲在室溫下的阻值為0.1Ω，通電後隨著溫度上升假如到達了100℃，電阻變化為0.13Ω，在200℃的時候又變成了0.15Ω，在300℃的時候變為0.19Ω，根據這樣的阻值變化規律，晶片就會計算出發熱線圈的溫度，而這個阻值變化規律就是「TCR」 溫度電阻變化係數。

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電子菸控制板方案

下面我們看一款市場上常見的大煙：

機器的拆機圖

機器的控制板

這款電子菸具備30W/60W功率切換，第一張是機器的拆機圖，可以看到這款機器的組成部分。第二、三張是機器的控制板。控制板帶3個按鍵，左邊是開關機按鍵，右邊2個是功率加減等作用，顯示屏顯示機器的工作狀態。這款電子菸控制板採用8位的MCU做主控制晶片，另外採用了TP4056為電池充電管理。

根據功能需求，我們推薦電子菸控制板方案為如下框圖示意：

上面是電池及充電管理部分，電池通過LDO給主控晶片供電。如圖所示框中為MCU，外接開關機、功率調整等按鍵，MCU可以根據客戶的需求，選擇匹配OLED屏或者TFT屏，屏顯內容可自定義。MCU輸出PWM控制升壓部分，後面負載為發熱絲。

這個控制板方案具有功耗低，功率30-100W可調等特點。

現在很多廠商注重消費者體驗，推出藍牙電子菸方案，藍牙電子菸是在電子菸原有功能基礎上增加藍牙功能，實現與手機進行藍牙對接，通過手機APP對電子菸進行控制，這類的電子菸會有如下特色功能：

消費者可以自定義抽菸時間和次數，（一段時間內吸菸超過設定的次數，電子菸就無法點菸。）來達到戒菸或少吸菸的目的。

電子菸屏幕顯示內容管理，還可以自定義圖形LOGO等。

煙霧量的控制，根據個人的喜好，隨心設定煙霧量大小，煙油的劑量。

雲端健康管理，用戶可以將個人的抽菸記錄上傳至伺服器，獲取健康管理的建議。

有助於廠家或商家收集用戶信息，根據收集回來的信息進行用戶畫像，根據用戶的使用需求習慣，更好的改善產品。

對於有藍牙電子菸方案需求的客戶我們可以推薦：TI的CC2540這顆藍牙晶片來進行開發。

 

近一年來，大煙淡了，小煙火了，之前很多做大煙的廠家也轉做小煙了。我個人的理解，電子菸的起源是小煙，經歷霧化器，大功率電子菸後，現在重新回歸。大煙針對發燒友，專業玩家。小煙更貼近於我們廣大的菸民，具有便攜性。很多商家預測，未來將會是小煙主導市場。

下面是一款目前市場熱度較高的產品：

它的工作原理與其它電子菸相同，當吸氣打開氣壓感應開關後，線圈加熱把纏繞在周圍棉花上的煙油霧化，從而被吸入口中。整個電子菸體積較小，便於攜帶，電池容量僅為350mAH。相比我們的18650這類的電池容量低很多。

這類的電子菸外觀尺寸小，要求控制板PCBA尺寸小，對於這樣的需求我們推薦採用單SOC方案。SOC集成電池充電管理模塊，電量指示，功能控制，電池過充，過放保護，電子菸頭開路，短路等功能。

SOC外圍只是極少的元器件，PCBA尺寸可以做小。控制板方案支持：

恆壓輸出 

功率約8W

負載識別

短路保護

過充過放保護

吸菸超時保護等根據客戶需求進行定製開發

隨著發展，現在電子菸已經成為快消品，目前電子菸消費群體很多由傳統菸民演變而來。與前面我們介紹的蒸汽電子菸不同的是，加熱不燃燒菸草製品因為其更接近於真煙的口感，被認為是未來的流行趨勢。

早在1988年，全球首款加熱不燃燒菸草產品誕生，由美國雷諾菸草公司研發。十年之後的1998年，菲莫國際推出了加熱不燃燒吸菸裝置，採用電加熱模式。到2014年加熱不燃燒電子菸IQOS在日本首發引發搶購，也有稱呼其為電子菸中的蘋果。

加熱不燃燒菸草，它是一種加熱裝置（煙彈）加上經過處理的菸草製品的組合，利用外部電源加熱裝置（煙彈）將經過處理的真煙剛好加熱到足以散發出味道的程度，而不會點燃菸葉。

目前國內四川中煙推出寬窄功夫，雲南中煙推出了MC加熱不燃燒產品，以及廣東中煙也推出了自己的產品。這類的加熱不燃燒產品包含：按鍵、電池、控制板、發熱片組件等構成。

我們一起看一下加熱不燃燒的代表產品IQOS。IQOS產品包含電池充電盒、煙杆、充電器及其還銷售棄彈煙缸等產品。

這款電子菸工作原理是將煙彈插入加熱杆，通過大約300度烘烤菸絲，蒸發出尼古丁以及香料。以得到與抽真煙類似的口感。我們可以看到IQOS產品拆解後的示意圖，包含電池盒的低殼，上蓋，煙杆的外殼，按鍵，及充電盒的PCBA等，IQOS充電盒內置一顆2900mA電池給煙杆進行充電，煙杆每抽一根煙彈需要進行充電，每一根煙彈大概吸食12~14口。

據傳IQOS的外殼組件是盈趣科技提供，PCBA加工部分由偉創力代工，充電盒部分PCBA上應用了兩顆TI的：BQ25895及BQ24192作為充電管理晶片。MCU應用的是ST的STM32L072CZ6這顆超低功耗晶片。

煙杆部分採用的TI超低功耗的MCU，MSP430，據說這顆晶片在醫療器械，心臟起搏器中應用廣泛，原因就是其超低功耗，心臟起搏器安裝至病人身體內，可以工作10年以上，無需更換電池。

我們再看看加熱不燃燒的煙彈，根據網上的資料IQOS的煙彈失重分為4個階段：

32-87℃失重 6.9%，第一階段溫度較低，失重較少。

108- 223 ℃失重25.41%這兩個階段失重較為緩和。

232-347 ℃失重29.42%。

396- 487℃失重19.51%。呈現劇烈尖銳的放熱峰，失重比較劇烈。

因此我們的加熱不燃燒控制方案需要根據不同的煙彈調整加熱曲線，以達到合適的口感。

我們加熱不燃燒的控制板可以根據客戶需求定製開發，目前常見有如下功能：

預熱功能15S~20S。

根據客戶選擇是否需要做調溫功能。

值得說明一下目前IQOS已經申請了多項電子菸專利，各廠家需要規避這部分，比如電池及充電方式，我們可以選擇給加熱杆直充，不再通過充電盒。

是否需要加清洗功能？以及顯示屏顯示等。這些可以具體項目具體討論。

關於IQOS這類的煙杆我們還提供座充方案，可以應用在家居，車載等不同場景。

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未來電子菸的發展

前面我們一直在談電子菸，電子菸經過那麼多年的發展，作為健康理念提出給菸民的更好選擇。我有一個想法，我們電子菸是加熱，霧化煙油。我們在座的有孩子的朋友應該都知道，寶寶很小時容易生病，生病後也麻煩，現在帶孩子去看病都是排隊2小時，看病2分鐘。醫生也沒有耐心聽家長或孩子的表達，原來國家沒有管控抗生素時，經常打針了事。

這幾年打針明顯少了，但是又發生了一個新的事件，寶寶稍微感冒，咳嗽，呼吸道感染。家長就會擔心寶寶得肺炎，就做霧化。因為孩子們好動，霧化時由於帶個面具，經常因為做霧化搞而滿臉通紅。

我們可以看看，這照片上就是一款很普通的醫用霧化器，醫用霧化器是將藥液通過超聲波霧化給患者呼吸。這類的霧化器通常工作在113KHZ的頻率，霧化的顆粒大小由霧化片的規格決定。

我們可以假設一下，有沒有可能將電子菸的原理應用到醫療霧化器上面去？以後演變成一款真正意義的健康產品呢？

歡迎對電子菸方案有不同想法的朋友們

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