只用一颗MCU，搞定电子烟安全设计

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”，选择心脏至关重要。

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。

芯海CSU32M10电子烟电路结构框图

实现硬件短路保护

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。

集成加热丝阻抗测量功能

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。

CSU32M10支持在线调试，拥有自主研发的高效率C编译器，效率提升30%，可降低开发成本。芯海CSU-IDE是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。