MD4041003T2

MD4041003T2 - Nebulizatoare

Info

Publication number: MD4041003T2
Application number: MDE20220920T
Authority: MD
Inventors: Saleh Ghannam Almazrouei Mohammed Alshaiba; Sajid Bhatti; Jeff Machovec; Clement Lamoureux; unfilled
Original assignee: Shaheen Innovations Holding Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2024-11-30
Also published as: GB202313698D0; EP4349493A2; JP2023060881A; ZA202307056B; AU2025256176A1; ES3046664T3; ZA202306418B; IL310598A; EP4338850B1; IL305713B1; IL305715A; AU2024204936A1; JOP20250249A1; JP7851875B2; EP4344792A3; EP4344793A2; MD4344792T2; PL4338850T3; EP4585086A3; KR20230132626A

Abstract

Un dispozitiv de inhalare de ceaţă (200) pentru generarea unei ceţe care cuprinde un medicament pentru inhalare de către un utilizator. Dispozitivul cuprinde un dispozitiv generator de ceaţă (201) şi un dispozitiv de acţionare (202). Dispozitivul de acţionare (202) este configurat să conducă dispozitivul generator de ceaţă (201) la o frecvenţă optimă pentru a maximiza eficienţa generării de ceaţă de către dispozitivul generator de ceaţă (201).

Description

Domeniul

Invenţia se referă la nebulizatoare. În particular, invenţia se referă la nebulizatoare ultrasonice pentru atomizarea unui lichid care conţine un remediu terapeutic, destinat inhalării de către un utilizator.

Context

Nebulizatoarele sunt utilizate pentru generarea de ceaţă sau vapori, destinate inhalării de către un utilizator. Ceaţa poate conţine un remediu terapeutic, un produs farmaceutic sau un medicament, care este inhalat de către un utilizator şi absorbit în fluxul sangvin al acestuia.

Administrarea de aerosoli cu conţinut de remedii terapeutice reprezintă elementul de bază în tratarea astmului, a bolii pulmonare obstructive cronice (BPOC) şi a fibrozei chistice. Aerosolii cu conţinut de remedii terapeutice sunt utilizaţi şi pentru tratarea gripei, a osteoporozei, precum şi pentru administrarea vaccinurilor.

Administrarea pulmonară a remediilor terapeutice pentru tratarea bolilor sistemice non-respiratorii este atractivă, dată fiind vascularizarea ridicată la nivelul plămânilor, o barieră subţire între sânge şi aerul alveolar, o zonă cu o suprafaţă largă, evitarea enzimelor gastrice şi a efectului de prim pasaj prin metabolizarea la nivel hepatic. De asemenea, este atractivă datorită confortului crescut al pacienţilor şi acceptării de către aceştia. Sistemul pulmonar poate fi utilizat pentru administrarea de anticorpi, proteine, analgezici şi acizi nucleici. Tratamentul tulburărilor sistemului nervos central, cum ar fi dependenţa de tutun, ar putea fi îmbunătăţit semnificativ prin furnizarea eficientă de nicotină în circulaţia sistemică prin plămâni.

Eficienţa aerosolilor cu conţinut de remedii terapeutice are legătură cu cantitatea de substanţă medicală depozitată dincolo de regiunea orofaringiană. Regiunea unde are loc depozitarea este o funcţie a dimensiunii particulelor inhalate.

Dispozitivele utilizate actualmente pentru administrarea substanţelor medicale inhalate sunt împărţite în trei categorii: nebulizatoare, inhalatoare cu doză măsurată şi inhalatoare cu pulbere uscată. De obicei, nebulizatoarele sunt împărţite în două tipuri: cu jet şi ultrasonice, însă în dispozitivele convenţionale ambele tipuri au puncte slabe şi prezintă probleme. Documentul de brevet GB 2570439 prezintă o ţigaretă electronică, ce conţine o placă ce acţionează ca element de generare a vaporilor. Vibraţia plăcii este generată de un traductor ultrasonic, acţionat de un semnal de curent alternativ.

Nebulizatoarele cu jet se bazează pe principiul lui Bernoulli şi produc picături de dimensiuni relativ mari, care se depozitează în general în regiunea orofaringiană, motiv pentru care nu sunt deosebit de eficiente. Nebulizatoarele ultrasonice utilizează cristale piezoelectrice care vibrează la frecvenţe cu valori între 1 MHz şi 1.7 MHz, transmiţând astfel energia vibratorie către lichid şi convertindu-l în aerosol. Este recunoscut faptul că nebulizatoarele ultrasonice nu sunt eficiente dacă se utilizează suspensii sau soluţii vâscoase şi tind să încălzească medicaţia, distrugând astfel moleculele şi eliminând beneficiile inhalării.

Astfel, există nevoia de nebulizatoare îmbunătăţite, care să abordeze cel puţin unele dintre problemele descrise aici.

Rezumat

Prezenta invenţie asigură un nebulizator, aşa cum este revendicat în aserţiunea 1. Prezenta invenţie asigură şi aplicaţii preferate, aşa cum este revendicat în aserţiunile dependente.

Diversele exemple ale prezentării curente, care sunt descrise mai jos, au multiple beneficii şi avantaje în raport cu nebulizatoarele convenţionale. Aceste beneficii şi avantaje sunt definite în descrierea de mai jos.

De vreme ce nebulizatoarele din exemplele prezentării curente permit funcţionarea cu o eficienţă mai mare decât nebulizatoarele convenţionale, nebulizatoarele din exemplele prezentării curente asigură şi beneficii legate de mediu, datorită necesităţii mai reduse de consum de energie.

Este de notat că expresia ceaţă utilizată în prezentarea următoare înseamnă că lichidul nu este încălzit în modul în care procedează inhalatoarele tradiţionale cunoscute până acum. De fapt, inhalatoarele tradiţionale folosesc elemente de încălzire pentru a încălzi lichidul dincolo de temperatura sa de fierbere pentru a produce un abur, care este diferit de ceaţă.

De fapt, prin tratarea ultrasonică a lichidelor la intensităţi ridicate, undele sonore care se propagă în mediul lichid generează cicluri alternative de presiune ridicată (compresie) şi presiune joasă (rarefiere), la diferite rate, în funcţie de frecvenţă. În timpul ciclurilor de presiune joasă, undele ultrasonice de mare intensitate creează mici bule de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum la care nu mai pot absorbi energie, ele colapsează violent în timpul unui ciclu de presiune ridicată. Acest fenomen poartă denumirea de cavitaţie. În timpul imploziei se ating local presiuni foarte ridicate. La cavitaţie sunt generate unde capilare sparte iar picături foarte mici sparg tensiunea de suprafaţă a lichidului şi sunt eliberate rapid în aer, luând forma de ceaţă.

În cele ce urmează fenomenul de cavitaţie este explicat mai în amănunt.

Atunci când lichidul este atomizat de vibraţii ultrasonice, în lichid sunt produse micro-bule de apă.

Producerea de bule reprezintă procesul de formare a cavităţilor create de presiunea negativă generată de unde ultrasonice intense, generate prin intermediul vibraţiilor ultrasonice.

Undele sonore ultrasonice de mare intensitate duc la creşterea rapidă a cavităţilor cu o reducere relativ scăzută şi neglijabilă a dimensiunii cavităţii în timpul ciclului de presiune pozitivă.

Undele de ultrasunete, ca toate undele sonore, constau din cicluri de compresie şi expansiune. La contactul cu un lichid, ciclurile de compresie exercită o presiune pozitivă asupra lichidului, presând moleculele unele de altele. Ciclurile de expansiune exercită o presiune negativă, îndepărtând moleculele unele de altele.

Undele de ultrasunete intense creează regiuni de presiune pozitivă şi de presiune negativă. O cavitate se poate forma şi mări în timpul episoadelor de presiune negativă. Când cavitatea atinge o dimensiune critică, aceasta face implozie.

Cantitatea de presiune negativă necesară depinde de tipul şi puritatea lichidului. Pentru lichide realmente pure, rezistenţa la tracţiune este atât de mare, încât generatoarele de ultrasunete existente nu pot produce suficientă presiune negativă pentru a forma cavităţi. În apă pură, de exemplu, ar fi necesare peste 1.000 de atmosfere de presiune negativă, însă cele mai puternice generatoare de ultrasunete produc doar aproximativ 50 de atmosfere de presiune negativă. Rezistenţa la tracţiune a lichidelor este redusă de gazul capturat în fisurile dintre particulele de lichid. Efectul este analog reducerii rezistenţei, care apare din cauza crăpăturilor în materiale solide. Atunci când o fisură plină cu gaz este expusă unui ciclu de presiune negativă de la o undă sonoră, presiunea redusă determină dilatarea gazului din fisură, până când în soluţie este eliminată o mică bulă.

Însă, o bulă iradiată cu ultrasunete absoarbe în mod continuu energie din ciclurile alternative de compresie şi expansiune ale undei sonore. Acest lucru face ca bula să se mărească şi să se contracte, ajungându-se la un echilibru dinamic între vidul din interiorul bulei şi lichidul din afara ei. În unele cazuri, undele ultrasonice vor susţine o bulă a cărei dimensiune pur şi simplu oscilează. În alte cazuri, dimensiunea medie a bulei va creşte.

Creşterea cavităţii depinde de intensitatea sunetului. Ultrasunetul de mare intensitate poate extinde cavitate atât de rapid în timpul ciclului de presiune negativă, încât aceasta nu mai are şansa să se reducă în timpul ciclului de presiune pozitivă. În cadrul acestui proces cavitatea poate creşte rapid în decursul unui singur ciclu de sunet.

Pentru ultrasunet de intensitate redusă, dimensiunea cavităţii oscilează în fază cu ciclurile de expansiune şi compresie. Suprafaţa unei cavităţi produse de ultrasunet de intensitate redusă este uşor mai mare în timpul ciclurilor de expansiune decât în timpul ciclurilor de compresie. De vreme ce cantitatea de gaz dispersată în interiorul sau în afara cavităţii depinde de suprafaţă, dispersarea în interiorul cavităţii în timpul ciclurilor de expansiune va fi uşor mai mare decât dispersarea în afara cavităţii în timpul ciclurilor de compresie. Ca urmare, la fiecare ciclu de sunet cavitatea se extinde puţin mai mult decât se comprimă. De-a lungul mai multor cicluri cavitatea va creşte uşor.

S-a constatat că prin această creştere cavitatea va atinge în cele din urmă o dimensiune critică, la care absoarbe cu maximă eficienţă energia de la ultrasunet. Dimensiunea critică depinde de frecvenţa undei de ultrasunete. Odată ce o cavitate a trecut printr-o creştere foarte rapidă cauzată de ultrasunet de mare intensitate, aceasta nu mai poate absorbi la fel de eficient energia de la undele sonore. Fără acest aport de energie, cavitatea nu se mai poate autosusţine. Lichidul pătrunde rapid înăuntru iar cavitatea face implozie din cauza unui răspuns neliniar.

Energia eliberată de implozie determină fragmentarea lichidului în particule microscopice care sunt dispersate în aer sub formă de ceaţă.

Ecuaţia pentru descrierea fenomenului de răspuns non-liniar de mai sus poate fi descrisă de ecuaţia „Rayleigh-Plesset». Această ecuaţie poate fi derivată din ecuaţia „Navier-Stokes», folosită în dinamica fluidelor.

Abordarea inventatorului a constat în rescrierea ecuaţiei „Rayleigh-Plesset», în care volumul bulei, V, este utilizat ca parametru dinamic şi unde fenomenul fizic care descrie disiparea este identic cu cel folosit în forma clasică, unde raza reprezintă parametrul dinamic.

Ecuaţia utilizată este următoarea:

unde:

V este volumul bulei

V0 este volumul de echilibru al bulei

�0 este densitatea lichidului (care se presupune că este constantă) a este tensiunea de suprafaţă

�v este presiunea vaporilor

P0 este presiunea statică în lichid la exteriorul peretelui bulei

K este indicele politropic al gazului t este timpul

R(t) este raza bulei

P(t) este presiunea aplicată

c este viteza sunetului lichidului

� este potenţialul de viteză

� este lungimea de undă a câmpului de insonificare

În nebulizatorul ultrasonic lichidul are o viscozitate cinematică între 1.05 Pa.sec şi 1.412 Pa.sec.

Prin rezolvarea ecuaţiei de mai sus cu parametrii corecţi de viscozitate, densitate şi având în aer un volum vizat al bulei sub formă de pulverizare lichidă, s-a descoperit că banda de frecvenţe de 2.8MHz până la 3.2MHz pentru gama de viscozitate a lichidului de 1.05 Pa.s şi 1.412 Pa.s produce un volum al bulei de aproximativ 0.25 până la 0.5 microni.

Procesul de cavitaţie ultrasonică are un impact semnificativ asupra concentraţiei de nicotină în ceaţa produsă.

Nu sunt implicate nici un fel de elemente de încălzire, astfel încât nu rezultă elemente arse şi sunt reduse efectele secundare ale fumatului.

Elementul capilar permite o capacitate ridicată de absorbţie, un grad ridicat de absorbţie, precum şi un coeficient ridicat de reţinere a lichidului.

S-a descoperit că proprietăţile inerente ale materialului propus, utilizat pentru capilaritate, au un impact semnificativ asupra funcţionării eficiente a nebulizatorului ultrasonic.

Alte proprietăţi inerente ale materialului propus includ o bună higroscopicitate, cu menţinerea unei bune permeabilităţi. Acest lucru permite pătrunderea eficientă în elementul capilar a lichidului aspirat, în timp ce capacitatea ridicată de absorbţie constatată permite reţinerea unei cantităţi considerabile de lichid, ceea ce face ca nebulizatorul ultrasonic să reziste o perioadă mai îndelungată decât alte produse disponibile pe piaţă.

Un alt avantaj semnificativ al utilizării fibrelor de bambus este prezenţa naturală a bioagentului antimicrobian „Kun», prezent în mod inerent în fibrele de bambus, ceea ce le conferă proprietăţi antibacteriene, antifungicide şi rezistenţă la mirosuri, făcându-le adecvate pentru aplicaţii medicale.

Proprietăţile inerente au fost verificate prin analize numerice în ceea ce priveşte beneficiile fibrei de bambus pentru tratarea ultrasonică.

Următoarele formule au fost testate cu material din fibre de bambus alte materiale, cum ar fi bumbac, hârtie sau alte materiale din fibre utilizate ca element capilar, demonstrându-se că fibrele di bambus prezintă proprietăţi mult mai bune pentru utilizarea în tratarea ultrasonică:

unde:

C (cc/gm fluid/gm) este volumul per masă al lichidului absorbit, împărţit la masa uscată a elementului capilar,

A (cm2) este suprafaţa totală a elementului capilar

T (cm) este grosimea elementului capilar,

Wf (gm) este masa elementului capilar uscat,

Pf (cc/g.sec) este densitate elementului capilar uscat,

� este rata de creştere în volum a elementului capilar la udare, în raport cu volumul de lichid dispersat în elementul capilar,

Vd (cc) este cantitatea de lichid dispersat în elementul capilar,

Rata de absorbţie, Q =

Q (cc/sec) este cantitatea de lichid absorbită per unitate de timp,

r (cm) este raza porilor din elementul capilar,

�� (N/m) este tensiunea de suprafaţă a lichidului,

� (grade) este unghiul de contact al fibrei,

� (m2/sec) este viscozitatea fluidului.

Scurtă descriere a desenelor

Pentru ca prezenta invenţie să fie înţeleasă cu mai mare uşurinţă, în continuare se vor descrie aplicaţii ale acesteia, pe baza unor exemple, cu referire la desenele însoţitoare, unde:

Figura 1 reprezintă o vedere explodată a componentelor nebulizatorului ultrasonic.

Figura 2 reprezintă o vedere explodată a componentelor structurii rezervorului de lichid a unui inhalator.

Figura 3 reprezintă o vedere în secţiune transversală a componentelor structurii rezervorului de lichid a unui inhalator.

Figura 4 A reprezintă o vedere izometrică a unui element pentru flux de aer a structurii rezervorului de lichid a inhalatorului, conform figurilor 2 şi 3.

Figura 4B reprezintă o vedere în secţiune transversală elementului pentru flux de aer prezentat în figura 4A.

Figura 5 reprezintă o ilustraţie schematică a unui traductor piezoelectric, sub forma unui circuit RLC.

Figura 6 reprezintă un grafic al frecvenţei în raport cu impedanţa înregistrată a unui circuit RLC.

Figura 7 reprezintă un grafic al frecvenţei în raport cu impedanţa înregistrată, prezentând regiunile de funcţionare inductive şi capacitive ale traductorului piezoelectric.

Figura 8 reprezintă o schemă de proces, care prezintă funcţionarea unui regulator de frecvenţă.

Figura 9 reprezintă o perspectivă schematică a unui nebulizator conform prezentării curente.

Figura 10 reprezintă o perspectivă schematică a unui nebulizator conform prezentării curente.

Figura 11 reprezintă o perspectivă schematică a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 12 reprezintă o perspectivă schematică a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 13 reprezintă o vedere explodată schematică a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 14 reprezintă o perspectivă schematică a unui suport de traductor conform prezentării curente.

Figura 15 reprezintă o perspectivă schematică a unui suport de traductor conform prezentării curente.

Figura 16 reprezintă o perspectivă schematică a unui element capilar conform prezentării curente.

Figura 17 reprezintă o perspectivă schematică a unui element capilar conform prezentării curente.

Figura 18 reprezintă o perspectivă schematică a unui suport de traductor conform prezentării curente.

Figura 19 reprezintă o perspectivă schematică a unui suport de traductor conform prezentării curente.

Figura 20 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 21 reprezintă o perspectivă schematică a unui element absorbant conform prezentării curente.

Figura 22 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 23 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 24 reprezintă o perspectivă schematică a unui element absorbant conform prezentării curente.

Figura 25 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 26 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 27 reprezintă o perspectivă schematică a unei părţi a unei carcase conform prezentării curente.

Figura 28 reprezintă o perspectivă schematică a unei plăci de circuite imprimate conform prezentării curente.

Figura 29 reprezintă o perspectivă schematică a unei plăci de circuite imprimate conform prezentării curente.

Figura 30 reprezintă o vedere explodată schematică a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 31 reprezintă o vedere explodată schematică a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 32 reprezintă o vedere în secţiune transversală a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 33 reprezintă o vedere în secţiune transversală a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 34 reprezintă o vedere în secţiune transversală a unui generator de ceaţă conform prezentării curente.

Figura 35 reprezintă o vedere explodată schematică a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 36 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 37 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 38 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 39 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 40 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 41 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 42 reprezintă o perspectivă schematică parte a unei părţi a unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 43 reprezintă o ilustraţie schematică a unui sistem de circuite imprimate conform prezentării curente.

Figura 44 reprezintă o ilustraţie schematică a unui circuit integrat conform prezentării curente.

Figura 45 reprezintă o ilustraţie schematică a unui generator de semnal de modulaţie a duratei impulsurilor conform prezentării curente.

Figura 46 reprezintă o ilustraţie sincronizare a unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 47 reprezintă o ilustraţie sincronizare a unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 48 este un tabel care prezintă funcţiile porturilor unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 49 reprezintă o ilustraţie schematică a unui circuit integrat conform prezentării curente.

Figura 50 reprezintă o schemă de conexiuni a unei punţi-H a unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 51 reprezintă o schemă de conexiuni a unui sistem de detectare a curentului al unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 52 reprezintă o schemă de conexiuni a unei punţi-H a unui exemplu conform prezentării curente.

Figura 53 este un grafic care prezintă tensiunile în timpul fazelor de funcţionare ale punţii-H din figura 50.

Figura 54 este un grafic care prezintă tensiunile în timpul fazelor de funcţionare ale punţii-H din figura 50.

Figura 55 este un grafic care prezintă tensiunea şi curentul la o bornă a unui traductor ultrasonic, în timp ce traductorul ultrasonic este acţionat de puntea-H din figura 50.

Figura 56 este o ilustraţie schematică care prezintă conexiunile dintre circuitele integrate conform prezentării curente.

Figura 57 reprezintă o ilustraţie schematică a unui circuit integrat conform prezentării curente.

Figura 58 reprezintă o ilustraţie a paşilor unei metode de autentificare pentru un exemplu conform prezentării curente.

Figura 59 reprezintă o perspectivă schematică a unui capac de închidere al unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 60 reprezintă o perspectivă schematică parte a carcasei unui dispozitiv de acţionare conform prezentării curente.

Figura 61 reprezintă un grafic care prezintă rezultatul unui test CEM pentru un nebulizator conform prezentării curente.

Descriere detaliată

Aspecte ale prezentării curente sunt cel mai bine înţelese din descrierea detaliată care urmează, când aceasta este citită împreună cu figurile însoţitoare. Este de notat că, în conformitate cu practica standard din industrie, diverse caracteristici nu sunt desenate la scară. De fapt, dimensiunile a diverse caracteristici pot fi mărite sau reduse în mod arbitrar, pentru claritatea prezentării.

Prezentarea care urmează oferă mai multe aplicaţii diferite sau exemple cu privire la implementarea diverselor caracteristici ale temei supuse atenţiei. Exemple specifice de componente, concentraţii, aplicaţii şi dispuneri sunt descrise mai jos, pentru a simplifica prezentarea curentă. Acestea sunt, desigur, simple exemple, care nu se doresc a fi limitative. De exemplu, ataşarea unei prime şi a unei a doua caracteristici în descrierea care urmează poate include aplicaţii în care prima şi a doua caracteristică sunt ataşate în contact direct şi poate include, de asemenea, aplicaţii în care caracteristici suplimentare pot fi poziţionate între prima şi a doua caracteristică, astfel încât prima şi a doua caracteristică să nu fie în contact direct. În plus, prezentarea curentă poate repeta numere şi/sau litere de referinţă în diverse exemple. Această repetiţie serveşte doar asigurării simplităţii şi clarităţii şi nu indică nici un fel de relaţie între diversele aplicaţii şi/sau configuraţii discutate.

Prezentarea care urmează descrie exemple reprezentative. Fiecare exemplu poate fi considerat o aplicaţie şi orice referinţă la un „exemplu» poate fi schimbată într-o „aplicaţie» în prezentarea de faţă.

Unele părţi ale prezentării curente sunt dedicate unui inhalator electronic cu vaporizare. Exemplul specific descris mai jos implică nicotina. Sunt avute însă în vedere şi alte exemple, cum ar fi un inhalator pentru remedii terapeutice, medicamente şi suplimente din plante. În plus, dispozitivul poate fi împachetat pentru a arăta ca un dispozitiv medical, care nu seamănă cu o ţigaretă.

Nebulizatoarele ultrasonice sunt fie de unică folosinţă, fie reutilizabile. Termenul „reutilizabil» folosit aici implică faptul că dispozitivul de stocare a energiei este reîncărcabil sau înlocuibil sau că lichidul poate fi completat, fie prin reumplere sau prin înlocuirea structurii rezervorului de lichid. Alternativ, în unele exemple, dispozitivul electronic reutilizabil este reîncărcabil şi lichidul poate fi completat.

Inhalatoarele electronice cu vaporizare convenţionale tind să se bazeze pe inducerea unor temperaturi ridicate ale unei componente de încălzire metalice, configurată să încălzească lichidul din inhalator, care poate fi astfel inspirat. În mod tipic, lichidul conţine nicotină şi arome amestecate într-o soluţie de propilenglicol (PG) şi glicerină vegetală (VG) care este vaporizată prin intermediul unei componente de încălzire la temperaturi ridicate. Problemele inhalatoarelor convenţionale pot include posibilitatea arderii metalului şi, în consecinţă, a inspirării metalului împreună cu lichidul ars. În plus, unora dintre utilizatori este posibil să le displacă mirosul sau gustul de ars cauzat de lichidul încălzit.

Figura 1 până la 4 ilustrează exemplul unui inhalator ultrasonic care conţine o cameră de sonificare.

Figura 1 prezintă un nebulizator ultrasonic de unică folosinţă 100. După cum se poate vedea în figura 1, nebulizatorul ultrasonic 100 are un corp cilindric cu o lungime relativ mare în raport cu diametrul. În exemplul de unică folosinţă prima secţiune şi a doua secţiune sunt segmente ale unui dispozitiv unic dar divizibil. Marcarea unei prime secţiuni 101 şi a unei a doua secţiuni 102 este utilizată pentru a diferenţia în mod facil componentele incluse în primul rând în fiecare secţiune.

După cum se poate vedea în figura 1, nebulizatorul ultrasonic constă din o piesă bucală 1, o structură de rezervor pentru lichid 2 şi o carcasă 3. Prima secţiune 101 constă din carcasa 3 iar a doua secţiune 102 constă din piesa bucală 1 şi structura de rezervor pentru lichid 2.

Prima secţiune 101 conţine sursa de alimentare cu energie.

Un dispozitiv de stocare electric 30 alimentează nebulizatorul ultrasonic 100. Dispozitivul de stocare electric 30 poate fi o baterie, incluzând, fără a se limita la, o baterie litiu-ion, alcalină, zinc-carbon, nichel-metal-hidrură sau nichel-cadmium; un super condensator sau o combinaţie între acestea. În exemplul de unică folosinţă dispozitivul de stocare electric 30 nu este reîncărcabil, însă în exemplul reutilizabil dispozitivul de stocare electric 30 ar fi selectat pentru capacitatea sa de a fi reîncărcat. În exemplul de unică folosinţă dispozitivul de stocare electric 30 este selectat în primul rând pentru a livra o tensiune constantă de-a lungul întregii durate de viaţă a inhalatorului 100. În caz contrar, performanţa inhalatorului s-ar degrada în timp. Dispozitive de stocare electrice preferate, care sunt capabile să furnizeze o tensiune consistentă de-a lungul duratei de viaţă a dispozitivului, includ baterii litiu-ion şi baterii litiu-polimer.

Dispozitivul de stocare electric 30 are un prim capăt 30a care, în general, corespunde unei borne pozitive şi un al doilea capăt 30b care, în general, corespunde unei borne negative. Borna negativă se extinde la primul capăt 30a.

Deoarece dispozitivul de stocare electric 30 se află în prima secţiune 101, iar structura rezervorului de lichid 2 se află în a doua secţiune 102, îmbinarea trebuie să asigure circulaţia energiei electrice între aceste componente. În prezenta invenţie circulaţia energiei electrice este asigurată cu ajutorul unui electrod sau al unei sonde, care sunt comprimate atunci când prima secţiune 101 este fixată în a doua secţiune 102.

Pentru ca acest exemplu să fie reutilizabil, dispozitivul de stocare electric 30 este reîncărcabil. Carcasa 3 prezintă o mufă de încărcare 32.

Circuitul integrat 4 prezintă un capăt proximal 4a şi un capăt distal 4b. Borna pozitivă de la primul capăt 30a al dispozitivului de stocare electric 30 permite circulaţia energiei electrice către un conductor pozitiv al circuitului integrat flexibil 4. Borna negativă de la al doilea capăt 30b al dispozitivului de stocare electric 30 permite circulaţia energiei electrice către un conductor negativ al circuitului integrat 4. Capătul distal 4b al circuitului integrat 4 cuprinde un microprocesor. Microprocesorul este configurat pentru a procesa date de la un senzor, să controleze o lumină, să direcţioneze fluxul de curent către mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 din a doua secţiune 102 şi să oprească fluxul de curent după un interval de timp programat.

Senzorul detectează când nebulizatorul ultrasonic 100 este folosit (când utilizatorul inspiră din inhalator) şi activează microprocesorul. Senzorul poate fi setat să detecteze modificări ale presiunii, fluxului de aer sau a vibraţiilor. În unul dintre exemple, senzorul este un senzor de presiune. În dispozitivul digital senzorul face citiri continue care, la rândul lor, necesită ca senzorul digital să primească constant curent, însă cantitatea este redusă iar durata generală de viaţă a bateriei ar fi afectată în mod neglijabil.

În unele exemple circuitul integrat 4 conţine o punte-H, care poate fi setată de 4 MOSFET-uri să transforme curentul continuu în curent alternativ la o frecvenţă ridicată.

Referitor la figura 2 şi figura 3, sunt prezentate ilustraţii ale structurii unui rezervor de lichid 2, conform unui exemplu. Structura rezervorului de lichid 2 conţine o cameră cu lichid 21 adaptată să primească lichidul pentru atomizare şi o cameră de sonificare 22, care permite circulaţia fluidelor către camera cu lichid 21.

În exemplul prezentat, structura rezervorului de lichid 2 conţine un canal de inhalare 20, care asigură circulaţia aerului de la camera de sonificare 22 către mediul înconjurător.

Ca exemplu privind poziţia senzorului, acesta poate fi localizat în camera de sonificare 22.

Canalul de aspiraţie 20 prezintă un element de formă frustoconică 20a şi un container interior 20b.

După cum se prezintă în figurile 4A şi 4B, canalul de aspiraţie 20 dispune în continuare de un element pentru flux de aer 27 pentru asigurarea fluxului de aer din mediul înconjurător către camera de sonificare 22.

Elementul pentru flux de aer 27 dispune de o punte pentru flux de aer 27a şi un canal pentru flux de aer 27b, îmbinate într-un singur ansamblu, iar puntea pentru flux de aer 27a prezintă două orificii de aeraj 27a', ce formează o secţiune a canalului de aspiraţie 20 şi canalul pentru flux de aer 27b se extinde în camera de sonificare 22 de la puntea pentru flux de aer 27a pentru asigurarea fluxului de aer din mediul înconjurător către camera de sonificare.

Puntea pentru flux de aer 27a conlucrează cu elementul de formă frustoconică 20a la al doilea diametru 20a2.

Puntea pentru flux de aer 27a prezintă două orificii periferice opuse 27a» care asigură fluxul de aer către canalul pentru flux de aer 27b.

Conlucrarea cu puntea pentru flux de aer 27a şi elementul de formă frustoconică 20a este realizată în aşa fel, încât cele două orificii periferice opuse 27a" conlucrează cu orificiile complementare 20a" din elementul de formă frustoconică 20a.

Piesa bucală 1 şi elementul de formă frustoconică 20a sunt separate radial iar între ele este amplasată o cameră pentru flux de aer 28.

După cum se prezintă în figurile 1 şi 2, piesa bucală 1 dispune de două orificii periferice opuse 1».

Orificiile periferice 27a», 20a», 1» ale punţii pentru flux de aer 27a, elementul frustoconic 20a şi piesa bucală 1 furnizează în mod direct un flux de aer maxim către camera de sonificare 22.

Elementul frustoconic 20a include un pasaj intern, aliniat pe aceeaşi direcţie ca şi canalul de aspiraţie 20 şi care prezintă un prim diametru 20a1 mai redus decât un al doilea diametru 20a2, astfel încât diametrul pasajului intern se reduce de-a lungul elementului frustoconic 20a.

Elementul frustoconic 20a este aliniat cu mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 şi un element capilar 7, unde primul diametru 20a1 este conectat la un canal interior 11 al piesei bucale 1 iar al doilea diametru 20a2 este conectat la containerul interior 20b.

Containerul interior 20b prezintă un perete interior care delimitează camera de sonificare 22 şi camera cu lichid 21.

Structura rezervorului de lichid 2 prezintă un container exterior care delimitează peretele exterior al camerei cu lichid 21.

Containerul interior 20b şi containerul exterior 20c reprezintă peretele interior, resp. peretele exterior al camerei cu lichid 21.

Structura rezervorului de lichid 2 este amplasată între piesa bucală 1 şi carcasa 3, fiind detaşabilă de piesa bucală 1 şi carcasa 3.

Structura rezervorului de lichid 2 şi piesa bucală 1 sau carcasa 3 pot include mecanisme complementare pentru a interacţiona între ele; în continuare, astfel de dotări complementare pot include una dintre următoarele: un mecanism de tip baionetă; un mecanism de tip cuplaj filetat; un mecanism magnetic; sau un mecanism de fixare prin fricţiune; unde structura rezervorului de lichid 2 include o secţiune din mecanism iar piesa bucală 1 sau carcasa 3 include cealaltă secţiune a mecanismului.

În exemplul reutilizabil componentele sunt în mod substanţial aceleaşi. Diferenţele dintre exemplul reutilizabil faţă de exemplul de unică folosinţă constau în ajustările făcute pentru a înlocui structura rezervorului de lichid 2.

După cum se prezintă în figura 3, camera cu lichid 21 are un perete superior 23 şi un perete inferior 25 care închid containerul interior 20b şi containerul exterior 20c al camerei cu lichid 21.

Elementul capilar 7 este amplasat între prima secţiune 20b1 şi o a doua secţiune 20b2 ale containerului interior 20b.

Elementul capilar 7 prezintă o formă plată care se extinde de la camera de sonificare către camera cu lichid.

După cum se prezintă în figura 2 sau 3, elementul capilar 7 conţine o secţiune centrală 7a în formă de U şi o secţiune periferică 7b în formă de L.

Secţiunea în formă de L 7b se extinde în camera cu lichid 21 pe containerul interior 20b şi de-a lungul peretelui inferior 25.

Secţiunea în formă de U 7a este inclusă în camera de sonificare 21. Secţiunea în formă de U 7a pe containerul interior 20b şi de-a lungul peretelui inferior 25.

În nebulizatorul ultrasonic, secţiunea în formă de U 7a are o secţiune interioară 7a1 şi o secţiune exterioară 7a2, secţiunea interioară 7a1 aflându-se în contact de suprafaţă cu o suprafaţă de atomizare 50 a mijlocului de generare a vibraţiilor ultrasonice 5, iar secţiunea exterioară 7a2 neaflându-se în contact cu mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5.

Peretele inferior 25 al camerei cu lichid 21 este o placă inferioară 25 care închide camera cu lichid 21 şi camera de sonificare 22. Placa inferioară 25 este etanşată, împiedicând astfel scurgerea lichidului din camera de sonificare 22 în carcasa 3.

Placa inferioară 25 are o suprafaţă superioară 25a care prezintă o adâncitură 25b, pe care este introdus un element elastic 8. Mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 este susţinut de elementul elastic 8. Elementul elastic 8 este format dintr-un cauciuc inelar, cu formă de disc, care prezintă un orificiu interior 8', în care este realizată o canelură pentru a susţine mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5.

Peretele superior 23 al camerei cu lichid 21 este un capac 23 care închide camera cu lichid 23.

Peretele superior 23 are o suprafaţă superioară 23 care reprezintă nivelul maxim de lichid pe care îl poate conţine camera cu lichid 21 şi o suprafaţă inferioară 25 care reprezintă nivelul minim de lichid din camera cu lichid 21.

Peretele superior 23 este etanşat, împiedicând astfel scurgerea lichidului din camera cu lichid 21 în piesa bucală 1.

Peretele superior 23 şi peretele inferior 25 sunt fixaţi de structura rezervorului de lichid 2 cu elemente de fixare cum ar fi şuruburi, adeziv sau fricţiune.

După cum se prezintă în figura 3, elementul elastic se află în contact liniar cu mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 şi previne contactul dintre mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 şi pereţii inhalatorului, atenuarea vibraţiilor în structura rezervorului de lichid fiind prevenită cu mai mare eficienţă. Astfel, particulele fine ale lichidului atomizat de elementul de atomizare pot fi pulverizate mai departe.

După cum se prezintă în figura 3, containerul interior 20b are orificii 20b' între prima secţiune 20b1 şi a doua secţiune 20b2 de la care elementul capilar 7 se extinde din camera de sonificare 21. Elementul capilar 7 absoarbe lichidul din camera de lichid 21 prin deschiderile 20b'. Elementul capilar 7 este un fitil. Elementul capilar 7 transportă lichidul către camera de sonificare 22 prin acţiune capilară. În unele exemple, elementul capilar 7 este realizat din fibre de bambus. În unele exemple, elementul capilar 7 poate avea o grosime între 0.27mm şi 0.32mm şi o densitate între 38 g/m2 şi 48 g/m2.

După cum se poate vedea în figura 3, mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 este dispus direct sub elementul capilar 7.

Mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 poate fi un traductor. De exemplu, mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 poate fi un traductor piezoelectric, care poate fi conceput cu o formă circulară, de disc. Materialul traductorului piezoelectric poate fi ceramic.

De asemenea, pentru mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 pot fi utilizate o varietate de materiale de traductor.

Capătul canalului pentru flux de aer 27b1 este orientat către mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5. Mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 permite circulaţia energiei electrice către contactoarele electrice 101a, 101b. Este de notat că in capătul distal 4b al circuitului integrat 4 există un electrod interior şi un electrod exterior. Electrodul interior contactează primul contact electric 101a, care este o sondă cu contact cu resort, iar electrodul exterior contactează ale doilea contact electric 101b, care este un pin lateral. Prin intermediul circuitului integrat 4, primul contact electric 101a permite circulaţia energiei electrice către bona pozitivă a dispozitivului de stocare electric 30 prin intermediul microprocesorului, în timp ce al doilea contact electric 101b permite circulaţia energiei electrice către borna negativă a dispozitivului de stocare electric 30.

Contactele electrice 101a, 101b au traversat placa inferioară 25. Placa inferioară 25 este concepută pentru a fi primită în interiorul peretelui perimetral 26 al structurii rezervorului de lichid 2. Placa inferioară 25 se sprijină pe muchii complementare, creând astfel camera cu lichid 21 şi camera de sonificare 22.

Containerul interior 20b conţine o fantă interioară circulară 20d pe care este aplicat un resort mecanic.

Prin împingerea secţiunii centrale 7a1 către mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5, resortul mecanic 9 asigură o suprafaţă de contact intre acestea.

Structura rezervorului de lichid 2 şi placa inferioară 25 pot fi realizate prin utilizarea unei varietăţi de materiale termoplastice.

Când utilizatorul inspiră din nebulizatorul ultrasonic 100, un flux de aer este aspirat din orificiile periferice 1» şi penetrează camera pentru flux de aer 28, trece de orificiile periferice 27a» ale punţii pentru flux de aer 27a şi de elementul frustoconic 20a şi coboară în camera de sonificare 22 prin canalul pentru flux de aer 27b direct pe elementul capilar 7. În acelaşi timp, lichidul este tras din camera rezervor 21 prin intermediul capilarităţii, prin multiplele deschideri 20b' şi în elementul capilar 7. Elementul capilar 7 aduce lichidul în contact cu mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 al inhalatorului 100. De asemenea, când utilizatorul inspiră senzorul de presiune activează circuitul integrat 4, care direcţionează curent către mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5. Astfel, când utilizatorul inspiră la piesa bucală 1 a inhalatorului 100, două acţiuni au loc în acelaşi timp. În primul rând, senzorul activează circuitul integrat 4, care face ca mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 să înceapă să vibreze. În al doilea rând, actul de inspirare reduce presiunea în afara camerei rezervor 21, astfel încât începe curgerea lichidului prin deschiderile 20b', ceea ce duce la saturarea elementului capilar 7. Elementul capilar 7 transportă lichidul către mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5, ceea ce determină formarea bulelor într-un canal capilar prin intermediul mijlocului de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 şi lichidul se transformă în ceaţă. Apoi, ceaţa lichidă este inspirată de către utilizator.

În unele exemple, circuitul integrat 4 conţine un regulator de frecvenţă care este configurat să controleze frecvenţa la care operează mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5. Regulatorul de frecvenţă conţine un procesor şi o memorie, memoria stocând instrucţiunile executabile care, atunci când sunt executate de procesor, determină ca acesta să execute cel puţin una dintre funcţiile regulatorului de frecvenţă.

După cum am descris mai sus, în unele exemple, nebulizatorul ultrasonic 100 antrenează mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 cu un semnal de frecvenţă 2.8MHz până la 3.2MHz pentru a vaporiza un lichid cu viscozitatea 1.05 Pa.s până la 1.412 Pa.s, pentru a produce un volum al bulei de aproximativ 0.25 până la 0.5 microni. Însă, pentru lichide cu o viscozitate diferită sau pentru alte aplicaţii mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 poate fi antrenat la o frecvenţă diferită.

Pentru fiecare aplicaţie diferită pentru un sistem de generare a ceţii există o frecvenţă sau o bandă de frecvenţe optimă pentru antrenarea mijlocului de generare a vibraţiilor ultrasonice 5, pentru a optimiza generarea ceţii. În exemple în care mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 este un traductor piezoelectric, frecvenţa sau banda de frecvenţe optimă va depinde ce cel puţin următorii patru parametri:

1. Procesul de producţie al traductorului

În unele exemple mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5 conţine o ceramică piezoelectrică. Ceramica piezoelectrică este produsă prin amestecarea componentelor pentru a obţine o pastă ceramică şi este posibil ca acest proces de amestecare să prezinte variaţii de-a lungul producţiei. Această inconsistenţă poate genera diverse frecvenţe de rezonanţă ale ceramicii piezoelectrice finalizate.

Dacă frecvenţa de rezonanţă a ceramicii piezoelectrice nu corespunde frecvenţei necesare pentru operarea dispozitivului, în timpul operării acestuia nu este produsă ceaţă. În cazul unui nebulizator cu remediu terapeutic, chiar şi cea mai mică abatere în frecvenţa de rezonanţă a ceramicii piezoelectrice este suficientă pentru a afecta producerea ceţii, ceea ce înseamnă că dispozitivul nu îi va furniza utilizatorului niveluri de remediu terapeutic adecvate.

2. Sarcina la care este supus traductorul

În timpul funcţionării, orice modificări ale sarcinii la care este supus traductorul piezoelectric vor inhiba distribuţia generală a oscilaţiei traductorului piezoelectric. Pentru a obţine o distribuţie optimă a oscilaţiei traductorului piezoelectric, frecvenţa de antrenare trebuie ajustată pentru a permite circuitului să furnizeze energia electrică adecvată pentru distribuţie maximă.

Tipurile de sarcini care pot afecta eficienţa oscilatorului pot include cantitatea de lichid de pe traductor (umiditatea materialului fitilului) şi forţa resortului aplicată asupra materialului fitilului pentru a menţine contactul permanent cu traductorul. Mai poate include şi echipamentul de conectare electrică.

3. Temperatura

Oscilaţiile ultrasonice ale traductorului piezoelectric sunt parţial atenuate prin asamblarea lui într-un dispozitiv. Aceasta poate include plasarea traductorului într-un inel din silicon/cauciuc şi faptul că resortul exercită presiune asupra materialului fitilului care se află deasupra traductorului. Această atenuare a oscilaţiilor determină o creştere a temperaturilor locale pe şi în jurul traductorului.

O creştere a temperaturii afectează oscilaţia din cauza modificărilor în comportamentul molecular al traductorului. O creştere a temperaturii înseamnă mai multă energie către moleculele ceramicii, ceea ce îi afectează temporar structura cristalină. Chiar dacă efectul este inversat pe măsură ce temperatura se reduce, o modulaţie în frecvenţa furnizată este necesară pentru a menţine oscilaţia optimă. Această modulaţie a frecvenţei nu poate fi obţinută cu un dispozitiv cu frecvenţă fixă convenţional.

O creştere a temperaturii reduce şi viscozitatea soluţiei (e-liquid) care este vaporizată, ceea ce poate face necesară o modificare a frecvenţei de antrenare pentru a provoca cavitaţia şi a menţine constantă producerea ceţii. În cazul unui dispozitiv cu frecvenţă fixă convenţional, o reducere a viscozităţii lichidului, fără nici o modificare a frecvenţei de antrenare, va reduce sau opri complet producerea de ceaţă, făcând dispozitivul inoperabil.

4. Distanţa faţă de sursa de energie

Frecvenţa de oscilaţie a unui circuit electronic se poate modifica în funcţie de lungimea cablurilor dintre traductor şi sistemul de antrenare al oscilatorului. Frecvenţa circuitului electronic este invers proporţională cu distanţa dintre traductor şi restul circuitului.

Chiar dacă parametrul distanţă este în principiu fix într-un dispozitiv, el poate varia în timpul procesului de producţie al dispozitivului, reducând eficienţa generală a acestuia. Ca urmare, este de dorit modificarea frecvenţei de antrenare a dispozitivului pentru a compensa variaţiile şi pentru a optimiza eficienţa dispozitivului.

Un traductor piezoelectric poate fi modelat ca un circuit RLC într-un circuit electronic, după cum se arată în figura 5. Cei patru parametri descrişi mai sus pot fi modelaţi ca modificări ale inductanţei, capacitanţei şi/sau rezistenţei generale ale circuitului RLC, modificând gama frecvenţei de rezonanţă furnizată traductorului. Pe măsură ce frecvenţa circuitului creşte către aproximativ punctul de rezonanţă al traductorului, impedanţa înregistrată a circuitului general scade la un minimum şi apoi creşte la un maxim, înainte de a se stabiliza pe o plajă mediană.

Figura 6 prezintă un grafic general care explică modificarea în impedanţa generală cu creşterea frecvenţei într-un circuit RLC. Figura 7 arată cum un traductor piezoelectric acţionează ca un condensator într-o primă regiune capacitivă la frecvenţe sub o primă frecvenţă predeterminată fs şi într-o a doua regiune capacitivă la frecvenţe deasupra unei a doua frecvenţe predeterminate fp. Traductorul piezoelectric acţionează ca un inductor într-o regiune inductivă la frecvenţe între prima şi a doua frecvenţă predeterminată fs, fp. Pentru a menţine oscilaţia optimă a traductorului şi, în consecinţă, eficienţa maximă, curentul care trece prin traductor trebuie să fie menţinut la o frecvenţă situată în regiunea inductivă.

În unele exemple regulatorul de frecvenţă al dispozitivului este configurat pentru a menţine frecvenţa de oscilaţie a traductorului piezoelectric (mijlocul de generare a vibraţiilor ultrasonice 5) în regiunea inductivă, pentru a maximiza eficienţa dispozitivului.

Regulatorul de frecvenţă al dispozitivului este configurat să execute o acţiune de baleiaj în care regulatorul de frecvenţă antrenează traductorul la frecvenţe care se situează progresiv de-a lungul unei game de frecvenţe predeterminate. În timp ce regulatorul de frecvenţă execută baleiajul, regulatorul de frecvenţă monitorizează o valoare de conversie analog-la-digital (ADC) a unui convertor analog-la-digital, care este cuplat la traductor. În unele exemple, valoarea ADC este un parametru al ADC, care este proporţional cu tensiunea în traductor. În alte exemple, valoarea ADC este un parametru al ADC, care este proporţional cu curentul care trece prin traductor.

După cum se va descrie în detaliu mai jos, regulatorul de frecvenţă din unele exemple determină energia activă folosită de traductorul ultrasonic prin monitorizarea curentului care trece prin traductor.

În timpul acţiunii de baleiaj regulatorul de frecvenţă localizează regiunea inductivă a frecvenţei pentru traductor. Odată ce regulatorul de frecvenţă a identificat regiunea inductivă, acesta înregistrează valoarea ADC şi fixează frecvenţa de antrenare a traductorului la o frecvenţă situată în regiunea inductivă (adică între prima şi a doua frecvenţă predeterminată fs, fp) pentru a optimiza cavitaţia ultrasonică prin intermediul traductorului. Când frecvenţa de antrenare este fixată în regiunea inductivă, factorul de cuplare electro-mecanic al traductorului este maximizat, maximizând astfel şi eficienţa dispozitivului.

În unele exemple, regulatorul de frecvenţă este configurat să execute acţiunea de baleiaj pentru a localiza regiunea inductivă de fiecare dată când oscilaţia este iniţiată sau reiniţiată. În cadrul exemplelor, regulatorul de frecvenţă este configurat pentru a fixa frecvenţa de antrenare la o nouă frecvenţă în cadrul regiunii inductive de fiecare dată când oscilaţia este iniţiată şi astfel să compenseze orice modificare a parametrilor care afectează eficienţa de funcţionare a dispozitivului.

În unele exemple, regulatorul de frecvenţă asigură producerea optimă de ceaţă şi maximizează eficienţa cu care medicaţia este furnizată pacientului. În unele exemple, regulatorul de frecvenţă optimizează dispozitivul, îmbunătăţeşte eficienţa şi maximizează administrarea de remediu terapeutic utilizatorului.

În alte exemple, regulatorul de frecvenţă optimizează dispozitivul şi îmbunătăţeşte eficienţa unui alt dispozitiv care foloseşte ultrasunete. În unele exemple, regulatorul de frecvenţă este configurat să fie utilizat cu tehnologie cu ultrasunete pentru aplicaţii terapeutice, în scopul intensificării eliberării unui medicament dintr-un sistem de furnizare a medicamentului, sensibil la ultrasunete. O frecvenţă optimă, precisă, în timpul funcţionării asigură eficacitatea ridicată a microbulelor, nanobulelor, nanopicăturilor, lipozomilor, emulsiilor, miceliilor sau a oricăror alte sisteme de administrare.

În unele exemple, pentru a asigura generarea optimă a ceţii şi furnizarea optimă a compuşilor, conform descrierii de mai sus, regulatorul de frecvenţă este configurat să opereze în mod recursiv. Când regulatorul de frecvenţă operează în mod recursiv, el execută periodic acţiunea de baleiaj a frecvenţelor în timpul operării dispozitivului şi monitorizează valoarea ADC pentru a determina dacă aceasta se situează deasupra unei valori limită prestabilite, care indică oscilaţia optimă a traductorului.

În unele exemple, regulatorul de frecvenţă desfăşoară acţiunea de baleiaj în timp ce dispozitivul se află în procesul de aerosolizare a lichidului în cazul în care regulatorul de frecvenţă este capabil să identifice o posibilă frecvenţă mai bună pentru traductor. Dacă regulatorul de frecvenţă identifică o frecvenţă mai bună, regulatorul de frecvenţă fixează frecvenţa de antrenare la frecvenţa mai bună, nou identificată, pentru a menţine funcţionarea optimă a dispozitivului.

În unele exemple, regulatorul de frecvenţă execută acţiunea de baleiaj a frecvenţelor periodic şi pentru o durată predeterminată, în timpul funcţionării dispozitivului. În cazul dispozitivului din exemplele descrise mai sus durata predeterminată a baleierii şi perioada de timp dintre baleieri sunt selectate pentru a optimiza funcţionarea dispozitivului. La implementarea într-un nebulizator ultrasonic, acest lucru va asigura furnizarea optimă pentru un utilizator, prin inhalare.

Figura 8 prezintă o schemă de proces cu funcţionarea unui regulator de frecvenţă în unele exemple.

Prezentarea următoare oferă alte exemple de nebulizatoare, care conţin multe dintre elementele din exemplele descrise mai sus. Elemente ale exemplelor descrise mai sus pot fi interschimbate cu oricare dintre elementele din exemplele descrise în restul prezentării curente.

Pentru a asigura producerea adecvată a aerosolilor, în acest exemplu nebulizatorul conţine un traductor ultrasonic/piezoelectric cu diametrul de exact sau substanţial 16mm. Acest traductor este fabricat cu valori specifice de capacitanţă şi impedanţă pentru a controla frecvenţa şi curentul necesare pentru producţia volumului de aerosol dorit.

Cu un traductor ultrasonic cu formă de disc şi diametrul de 16 mm, plasat orizontal, ar rezulta un dispozitiv prea mare care nu ar putea fi manevrat ergonomic. Pentru a reduce această problemă, traductorul ultrasonic din acest exemplu este ţinut vertical în camera de sonificare (suprafaţa planară a traductorului ultrasonic este în general paralelă cu fluxul ceţii de aerosol către piesa bucală şi/sau în general paralelă cu lungimea longitudinală a nebulizatorului). Spus altfel, traductorul ultrasonic este în general perpendicular cu o bază a nebulizatorului.

Referitor la figurile 9 şi 10 ale desenelor însoţitoare, un nebulizator 200 din unele exemple conţine un dispozitiv de generare a ceţii 201 şi un dispozitiv de acţionare 202. Dispozitivul de acţionare 202, în acest exemplu, dispune de o adâncitură 203 care primeşte şi fixează o parte din dispozitivul de generare a ceţii 201. Ca urmare, generatorul de ceaţă 201 poate fi cuplat cu dispozitivul de acţionare 202 pentru a forma un nebulizator 200 compact şi portabil, aşa cum este prezentat în figura 9.

Referitor la figurile 11 până la 13 ale desenelor însoţitoare, generatorul de ceaţă 201 conţine o carcasă a generatorului de ceaţă 204, care este alungită şi, opţional, formată din două secţiuni de carcasă 205, 206, care sunt ataşate una de alta. Carcasa generatorului de ceaţă 204 conţine un orificiu de pătrundere a aerului 207 şi un orificiu de ieşire a ceţii 208.

În acest exemplu, carcasa generatorului de ceaţă 204 este realizată din plastic format prin injecţie, mai precis polipropilenă, care este utilizată de obicei pentru aplicaţii medicale. În acest exemplu carcasa generatorului de ceaţă 204 este realizată dintr-un copolimer heterofazic. Mai precis, un copolimer heterofazic BF970MO, care prezintă o combinaţie optimă între rigiditate foarte ridicată şi o foarte mare rezistenţă la impact. Părţile carcasei generatorului de ceaţă turnate din acest material prezintă o bună performanţă antistatică.

Un copolimer heterofazic, cum este polipropilena, este deosebit de adecvat pentru carcasa generatorului de ceaţă 204, dat fiind că materialul nu determină condensarea aerosolului în timp ce circulă din camera de sonificare 219, prin piesa bucală, către utilizator. Materialul plastic poate fi reciclat cu uşurinţă prin procese industriale de tăiere şi curăţare.

În figurile 9, 10 şi 12 orificiul de ieşire a ceţii 208 este închis de un element de închidere 209. Însă, se poate observa că atunci când nebulizatorul 200 este utilizat, elementul de închidere 209 este îndepărtat de pe orificiul de ieşire a ceţii 208, aşa cum se arată în figura 11.

Referitor la figurile 14 şi 15, generatorul de ceaţă 200 conţine un suport de traductor 210, care este fixat în interiorul carcasei generatorului de ceaţă 204. Suportul de traductor 210 conţine secţiunea corpului 211, care în acest exemplu are formă cilindrică sau în general cilindrică, cu orificiile circulare, superior şi inferior, 212, 213. Suportul de traductor 210 dispune de un canal interior 214 pentru a primi o muchie a unui traductor ultrasonic 215, după cum se arată în figura 15.

Suportul de traductor 210 încorporează o secţiune decupată 216, prin care un electrod 217 se extinde de la traductorul ultrasonic 215, astfel încât electrodul 217 poate fi conectat electric la un acţionator de curent alternativ al unui dispozitiv de acţionare, după se descrie mai în detaliu mai jos.

Referindu-ne din nou la figura 13, generatorul de ceaţă 201 conţine o cameră cu lichid 218, care este prevăzută în interiorul carcasei generatorului de ceaţă 204. Camera cu lichid 218 este destinată păstrării lichidului care trebuie atomizat, cum ar fi un remediu terapeutic lichid. În unele exemple, un lichid este conţinut în camera cu lichid 218. În alte exemple, camera cu lichid 218 este goală iniţial şi este umplută cu lichid ulterior.

Lichidul include, de preferinţă, cel puţin un remediu terapeutic, adecvat administrării de aerosoli la nivelul plămânilor prin inhalarea de către un pacient, pentru a-i administra acestuia tratamentul dorit. Unele exemple de remedii terapeutice includ, fără a se limita la, administrarea prin aerosoli către plămâni a unui agent farmacologic pentru a susţine un efect clinic sistemic sau direct, producând totodată un efect advers minim. Un remediu terapeutic poate include de exemplu, fără a se limita la, substanţe medicale naturale, derivate canabioide, cum ar fi CBD pentru ameliorarea durerilor şi alte tratamente; extracte din plante; opioide; RNA; DNA; chimioterapii, componente subcelulare incluzând de ex. ribozomi, reticuli endoplasmatici, citoschelet şi mitocondria; suplimente pentru creşterea performanţei; albuterol/salbutamol pentru pacienţii cu astm; agenţi cum ar fi beta-lactamice, polimixine şi antibiotice bactericide aminoglicozide; amfotericină B; morfină, fentanil, prostaciclină, amiloridă şi interferon-g; şi ciclosporină ca tratament imunosupresor de prevenire a respingerii la pacienţii cu transplant pulmonar şi tratament pentru astm.

Descrierea de mai jos se referă la nicotină dar, în alte exemple ale prezentării curente, nicotina este înlocuită cu un remediu terapeutic, cum ar fi, fără a se limita la, unul dintre remediile terapeutice descrise aici.

Un lichid (denumit în continuare şi e-liquid) cu compoziţia adecvată pentru utilizarea într-un dispozitiv ultrasonic, care este acţionat la o frecvenţă de 3.0 MHz (±0.2 MHz) de o baterie litiu-polimer (LiPo) de 3.7V, lichidul constând din sare de nicotină, care constă din levulinat de nicotină, unde:

Cantitatea relativă de glicerină vegetală din compoziţie este: de la 55 la 80% (w/w), sau de la 60 la 80% (w/w), sau de la 65 la 75% (w/w), sau 70% (w/w); şi/sau, Cantitatea relativă de propilenglicol din compoziţie este: de la 5 la 30% (w/w), sau de la 10 la 30% (w/w), sau de la 15 la 25% (w/w), sau 20% (w/w); şi/sau, Cantitatea relativă de apă din compoziţie este: de la 5 la 15% (w/w), sau de la 7 la 12% (w/w), sau 10% (w/w); şi/sau, Cantitatea de nicotină şi/sau sare de nicotină din compoziţie este: de la 0,1 la 80 mg/ml, sau de la 0,1 la 50 mg/ml, sau de la 1 la 25 mg/ml, sau de la 10 la 20 mg/ml, sau 17 mg/ml.

În unele exemple, generatorul de ceaţă 201 conţine un e-liquid cu o viscozitate cinematică între 1,05 Pa•s şi 1,412 Pa•s.

În alte exemple, camera cu lichid 218 cuprinde un lichid care conţine o sare din levulinat de nicotină la un raport molar de 1:1.

În unele exemple, camera cu lichid 218 conţine un lichid cu o viscozitate cinematică între 1.05 Pa•s şi 1.412 Pa•s şi cu o densitate a lichidului între 1,1 g/ml şi 1,3 g/ml.

Prin utilizarea unui e-liquid cu parametrii corecţi de viscozitate, densitate şi având în aer un volum vizat al bulei sub formă de pulverizare lichidă, s-a descoperit că banda de frecvenţe de 2,8MHz până la 3,2MHz pentru gama de viscozitate a lichidului de 1,05 Pa•s şi 1,412 Pa•s şi o densitate de aproximativ 1,1-1,3 g/mL au (game de densitate de la Hertz) produce un volum al bulei unde 90% dintre picături sunt sub 1 micron iar 50% dintre acestea sunt sub 0,5 microni.

Generatorul de ceaţă 201 conţine o cameră de sonificare 219, care este prevăzută în interiorul carcasei generatorului de ceaţă 204.

Revenind la figurile 14 şi 15, suportul de traductor 210 conţine o secţiune de divizare 220, care asigură o barieră între camera cu lichid 218 şi camera de sonificare 219. Bariera asigurată de secţiunea de divizare 220 minimizează riscul inundării camerei de sonificare 219 cu lichid din camera cu lichid 218 sau ca elementul capilar să fie suprasaturat prin intermediul traductorului ultrasonic 215, ambele situaţii ducând la suprasolicitarea şi reducerea eficienţei traductorului ultrasonic 215. Mai mult, inundarea camerei de sonificare 219 sau suprasaturarea elementului capilar ar putea cauza o experienţă neplăcută cu lichidul care este aspirat de utilizator la inhalare. Pentru reducerea riscului, secţiunea de divizare 220 a suportului de traductor 210 este amplasată ca un perete între camera de sonificare 219 şi camera cu lichid 218.

Secţiunea de divizare 220 conţine o deschidere capilară 221, care reprezintă singura modalitate prin care lichidul poate curge din camera cu lichid 218 în camera 219 de sonificare 10 prin intermediul unui element capilar. În acest exemplu, deschiderea capilară 221 este o fantă alungită cu lăţimea de 0.2mm până la 0.4mm. Dimensiunile deschiderii capilare 221 determină ca muchiile deschiderii capilare 221 să asigure o forţă de retenţie, care acţionează asupra elementului capilar care se extinde prin deschiderea capilară 221, pentru un control suplimentar al curgerii lichidului către camera de sonificare 219.

În acest exemplu, suportul de traductor 210 este realizat din cauciuc siliconic lichid (LSR). În acest exemplu cauciucul siliconic lichid are o duritate Shore A 60. Acest material LSR face ca traductorul ultrasonic 215 să vibreze fără ca suportul de traductor 210 să atenueze vibraţiile. În acest exemplu distribuţia vibratorie a traductorului ultrasonic 215 este de 2-5 nanometri iar efectul de atenuare poate reduce eficienţa traductorului ultrasonic 215. Ca urmare materialul LSR şi duritatea sunt selectate pentru performanţă optimă cu compromisuri minime.

Referitor la figurile 16 şi 17, generatorul de ceaţă 201 conţine o capilară sau un element capilar 222 pentru transferarea unui lichid (care conţine un medicament sau o altă substanţă) din camera cu lichid 218 către camera de sonificare 219. Elementul capilar 222 este plan sau în general plan în raport cu o primă secţiune 223 şi o a doua secţiune 224. În acest exemplu, prima secţiune 223 are o formă rectangulară sau în general rectangulară iar a doua secţiune 224 are o formă parţial circulară.

În acest exemplu, elementul capilar 222 conţine o a treia secţiune 225 şi o 35 a patra secţiune 226, care au o formă respectiv identică cu prima şi a doua secţiune 223, 224. Elementul capilar 222 din acest exemplu este îndoit pe o linie de îndoire 227, astfel încât prima şi a doua secţiune 223, 224 şi a treia şi a patra secţiune 225, 226 sunt suprapuse una peste alta, după cum se prezintă în figura 17.

În acest exemplu, elementul capilar o grosime de aproximativ 0.28mm. Când elementul capilar 222 este îndoit pentru a avea două straturi, aşa cum se arată în figura 17, grosimea totală a elementului capilar este de aproximativ 0.56mm. Acest strat dublu asigură existenţa întotdeauna a unei cantităţi suficiente de lichid pe traductorul ultrasonic 215, pentru producţia optimă de aerosol.

În acest exemplu, când elementul capilar 222 este îndoit, capătul inferior al primei şi celei de-a treia părţi 223, 225 defineşte un capăt inferior mărit 228 care măreşte suprafaţa elementului capilar 222 în porţiunea elementului capilar 222 care stă in lichid în interiorul camerei cu lichid 218, pentru a mări rata cu care elementul capilar 222 absoarbe lichidul.

În acest exemplu, elementul capilar 222 este 100% fibre de bambus. În alte exemple, elementul capilar este realizat din cel puţin 75% fibre de bambus. Beneficiile utilizării fibrei de bambus ca element capilar sunt cele descrise mai sus.

Referitor la figurile 18 şi 19, elementul capilar 222 este fixat de către suportul de traductor 210, astfel încât suportul de traductor 210 fixează a doua secţiune 224 a elementului capilar 222 suprapusă pe o parte a unei suprafeţe de atomizare a traductorului ultrasonic 215. În acest exemplu, a doua secţiune circulară 224 se află în adâncitura interioară 214 a suportului de traductor 210.

Prima secţiune 223 a elementului capilar 222 se extinde prin deschiderea capilară 221 în suportul de traductor 210.

Referitor la figurile 20 până la 22, a doua secţiune 206 a carcasei generatorului de ceaţă 204 conţine un perete în general circular 229, care primeşte suportul de traductor 222 şi formează o parte a peretelui camerei de sonificare 219.

Deschiderile de contact 230 şi 231 sunt prevăzute într-un perete lateral al celei de-a doua secţiuni 206 pentru a primi contactele electrice 232 şi 233, care formează conexiunile electrice cu electrozii traductorului ultrasonic 215.

În acest exemplu, un vârf absorbant sau un element absorbant 234 este prevăzut adiacent orificiului de ieşire a ceţii 208, pentru a absorbi lichid la orificiul de ieşire a ceţii 208. În acest exemplu, elementul absorbant 234 este realizat din fibre de bambus.

Referitor la figurile 23 până la 25, prima secţiune 205 a carcasei generatorului de ceaţă 204 este de formă similară cu a doua secţiune 206 şi conţine o altă secţiune de perete în general circular 235, care formează o altă secţiune a peretelui camerei de sonificare 219 şi fixează suportul de traductor 210.

În acest exemplu, un alt element absorbant 236 este prevăzut adiacent orificiului de ieşire a ceţii 208, pentru a absorbi lichid la orificiul de ieşire a ceţii 208.

În acest exemplu, prima secţiune 205 a carcasei generatorului de ceaţă 204 conţine un mecanism de susţinere cu resort 237, care susţine capătul inferior al unui resort de fixare 238, după cum se arată în figura 26.

Un capăt superior al resortului de fixare 238 este în contact cu a doua secţiune 224 a elementului capilar 222, astfel încât resortul de fixare 238 asigură o forţă de retenţie care direcţionează elementul capilar 222 către suprafaţa de atomizare a traductorului ultrasonic 215.

Referitor la figura 27, suportul de traductor 210 este prezentat pe poziţie şi fixat de a doua secţiune 206 a carcasei generatorului de ceaţă 204, înainte ca cele două secţiuni 205, 206 ale carcasei generatorului de ceaţă 204 să fie ataşate una de alta.

Referitor la figurile 28 până la 31, în acest exemplu, generatorul de ceaţă 201 conţine un sistem de identificare 239. Sistemul de identificare 239 conţine o placă de circuite imprimate 240 cu contacte electrice 241, prevăzute pe o latură şi un circuit integrat 242 şi o altă componentă opţională 243 prevăzută pe cealaltă latură.

Circuitul integrat 242 dispune de o memorie care stochează un identificator unic pentru generatorul de ceaţă 201. Contactele electrice 241 asigură o interfaţă electronică pentru comunicarea cu circuitul integrat 242.

Placa de circuite imprimate 240 este, în acest exemplu, montată într-o adâncitură 244 pe o latură a carcasei generatorului de ceaţă 204. Circuitul integrat 242 şi, opţional, alte componente electronice 243, sunt plasate în altă adâncitură 245, astfel încât placa de circuite imprimate 240 este în general coliniară cu latura carcasei generatorului de ceaţă 204.

În acest exemplu, circuitul integrat 242 este un dispozitiv programabil o singură dată (OTP), ceea ce reprezintă o funcţie anti-contrafacere şi care face ca doar generatoarele de ceaţă originale ale producătorului să poată fi utilizate cu acest dispozitiv. Funcţia anti-contrafacere este implementată în generatorul de ceaţă 201 sub forma unui circuit integrat (IC) specific, personalizat, care este ataşat (împreună cu placa de circuite imprimate 240) de generatorul de ceaţă 201. OTP sub formă de IC conţine o informaţie absolut unică, ce permite trasabilitatea completă a generatorului de ceaţă 201 (şi a conţinutului acestuia) de-a lungul duratei sale de viaţă, precum şi monitorizarea precisă a consumului de către utilizator. IC OTP permite ca generatorul de ceaţă 201 să funcţioneze pentru a genera ceaţă numai când este autorizat.

O implementare a IC OTP a unui exemplu conform prezentării curente este descrisă în detaliu mai jos.

Caracteristica OTP indică statutul de autorizat al unui anumit generator de ceaţă 201. Pentru a preveni emisiile de carbonili şi pentru a menţine aerosolul la standarde sigure, experimentele au arătat că generatorul de ceaţă 201 este considerat ca nemaiavând lichid în camera cu lichid 218 după aproximativ 1000 secunde de aerosolizare. În acest fel, un generator de ceaţă 201 care nu este original sau gol nu va putea fi activat după această durată de utilizare prestabilită.

Caracteristica OTP poate fi parte a unui întreg lanţ, în combinaţie cu punctul de vânzare digital, aplicaţia mobilă însoţitoare şi generatorul de ceaţă 201. Doar un generator de ceaţă 201 original, produs de către un fabricant de încredere şi vândut la un punct de vânzare digital poate fi utilizat în acest dispozitiv. O aplicaţie mobilă însoţitoare, care face conexiunea între contul de utilizator pe o platformă digitală a producătorului şi generatorul de ceaţă 201, asigură utilizarea în siguranţă a unui conţinut cunoscut ca fiind sigur, pentru o durată sigură de aspirare.

Aşadar, caracteristica OTP permite un grad ridicat de control al accesului şi monitorizare, necesare pentru administrarea produselor medicale în scenarii de utilizare business to business (B2B) cu instituţii medicale de încredere. IC OTP este citit de un dispozitiv de acţionare 202, care poate recunoaşte generatorul de ceaţă 201 introdus şi instrucţiunile asociate acestuia. Dispozitivul de acţionare 202 nu poate fi utilizat cu acest generator de ceaţă 201 mai mult de sau în afara intervalului de timp indicat in instrucţiuni. În plus, poate fi realizat un memento pe aplicaţia mobilă însoţitoare pentru reduce riscul ca utilizatorul să nu îşi administreze o doză.

În unele exemple, IC OTP este de unică folosinţă, în acelaşi mod ca şi generatorul de ceaţă 201. Oricând generatorul de ceaţă 201 este considerat gol, el nu va fi activat dacă este introdus într-un dispozitiv de acţionare 202. În mod similar, un generator 201 contrafăcut nu va funcţiona în dispozitivul de acţionare 202.

Figurile 32 până la 34 ilustrează modul în care aerul circulă prin generatorul de ceaţă 201 în timpul funcţionării.

Sonificarea remediului terapeutic lichid (soluţii medicale, suspensii medicale, soluţii proteice, suplimente, etc.) face ca acesta să se transforme în ceaţă (aerosolizare). Însă, ceaţa s-ar depune peste traductorul ultrasonic 215 dacă nu există suficient aer ambiental pentru a înlocui aerosolul care se ridică. În camera de sonificare 219 este necesară furnizarea continuă de aer în timp ce ceaţa (aerosol) este generată şi extrasă de către utilizator prin piesa bucală. Pentru îndeplinirea acestei cerinţe este prevăzut un canal pentru circulaţia aerului. În acest exemplu canalul pentru circulaţia aerului are o suprafaţă medie a secţiunii transversale de 11,5mm2, care este calculată şi proiectată în camera de sonificare 219 pe baza presiunii negative a aerului generată de un utilizator mediu. Astfel este controlat şi raportul ceaţă-aer în aerosolul inhalat, controlându-se astfel cantitatea de substanţă furnizată utilizatorului.

Pe baza cerinţelor de design, canalul pentru circulaţia aerului este direcţionat în aşa fel, încât el porneşte de la baza camerei de sonificare 219. Deschiderea de la baza camerei de aerosol este aliniată cu şi adiacentă deschiderii către o punte pentru flux de aer din dispozitiv. Canalul pentru circulaţia aerului merge vertical în sus, de-a lungul rezervorului şi continuă până în centrul camerei de sonificare (concentric cu traductorul ultrasonic 215). Aici se întoarce spre interior, cu un unghi de 90°. Traiectul de curgere continuă apoi până la aproximativ 1,5mm de traductorul ultrasonic 215. Acest traiect asigură maximizarea cantităţii de aer ambiental furnizat direct în direcţia suprafeţei de atomizare a traductorului ultrasonic 215. Aerul circulă prin canal către traductor, colectează ceaţa generată în timp ce iese afară prin piesa bucală şi către utilizator.

Dispozitivul de acţionare 202 va fi descris acum, iniţial cu referinţă la figurile 35 şi 36. Aerul pătrunde în generatorul de ceaţă 201 prin orificiul de pătrundere a aerului 207 care, după este descris mai jos, permite circulaţia fluidelor către o punte pentru flux de aer din dispozitivul de acţionare 202. Aerul circulă de-a lungul unui traseu de curgere care modifică direcţia fluxului de aer cu aproximativ 90°, pentru a-l direcţiona către traductorul ultrasonic 215.

In unele exemple, circulaţia aerului este configurată pentru a schimba direcţia unui flux de aer de-a lungul traiectului de curgere al acestuia, astfel încât fluxul de aer este în mod substanţial perpendicular faţă de suprafaţa de atomizare a traductorului ultrasonic în momentul în care fluxul de aer pătrunde în camera de sonificare.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine o carcasă a dispozitivului de acţionare 246, care este realizată cel puţin parţial din metal. În unele exemple carcasa dispozitivului de acţionare 246 este în întregime din aluminiu (AL6063-T6), ceea ce protejează componentele interne de mediul înconjurător (praf, pătrunderea apei pulverizate, etc.) precum şi de deteriorări cauzate de şocuri (căderi accidentale, etc.).

În unele exemple, carcasa dispozitivului de acţionare 246 este prevăzută cu orificii de ventilaţie pe părţile laterale, ceea ce permite aerului ambiental să pătrundă în dispozitiv pentru două scopuri; pe de o parte pentru a realiza ventilarea în jurul componentelor electronice şi a le menţine la temperaturile de funcţionare, pe de altă parte aceste orificii de ventilaţie permit pătrunderea aerului în dispozitiv şi apoi, prin puntea pentru flux de aer, în generatorul de ceaţă 201.

Carcasa dispozitivului de acţionare 246 este prelungită cu o cameră internă 247, care adăposteşte componentele dispozitivului de acţionare 202. Un capăt al carcasei dispozitivului de acţionare 246 este închis cu capac de închidere 248. Celălalt capăt al carcasei dispozitivului de acţionare 247 are o deschidere 249 care asigură o deschidere pentru adâncitura 203 a dispozitivului de acţionare 202.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine o baterie 250, care este conectată la o placă de circuite imprimate 251. În unele exemple, bateria 250 este o baterie Li-Po de 3.7V DC, cu capacitate de 1140 mAh şi rată de descărcare 10C. Rata de descărcare ridicată este necesară pentru amplificarea voltajului până la 15V, necesară pentru ca traductorul ultrasonic 215 să funcţioneze în mod corespunzător. Forma şi dimensiunea bateriei sunt proiectate, ţinând cont de limitările fizice, în funcţie deforma şi dimensiunea dispozitivului şi a spaţiului alocat pentru sursa de energie.

Placa de circuite imprimate 251 încorporează un procesor, o memorie şi alte componente electronice pentru implementarea funcţiilor electrice ale dispozitivului de acţionare 202. Pinii de încărcare 258 prevăzuţi la un capăt al plăcii de circuite imprimate 251 se extind prin capacul de închidere 248 pentru a asigura conexiuni de încărcare a bateriei 250.

Placa de circuite imprimate 251 este fixată în carcasa dispozitivului de acţionare 246 de un schelet 252. Scheletul 252 prezintă un canal 253, care primeşte placa de circuite imprimate 251. Scheletul 252 încorporează secţiuni laterale ridicate 254, 255, care susţin bateria 250.

În unele exemple, scheletul 252 este fabricat prin procese industriale de formare prin injecţie. Scheletul din plastic format prin injecţie asigură fixarea perfectă a tuturor componentelor în carcasă. De asemenea formează o acoperire deasupra părţii frontale a PCB (placă de circuite imprimate) care primeşte generatorul de ceaţă 201 atunci când este introdus în dispozitivul de acţionare 202.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine un senzor de flux de aer care acţionează ca un comutator pentru activarea şi furnizarea energiei către traductor pentru sonificare şi producerea aerosolului. Senzorul de flux de aer este montat pe PCB în dispozitiv şi necesită o anumită scădere a presiunii atmosferice în jurul său pentru a activa dispozitivul de acţionare 202. În acest sens, o punte pentru flux de aer 259, după cum se arată în figurile 39 până la 41, este proiectată cu canale interne 260, 261 care direcţionează aerul din mediul înconjurător prin punte 259 în camera de aerosol 262. Scheletul 252 conţine canale opuse 256, 257 pentru a primi secţiuni ale punţii pentru flux de aer 259, după cum se arată în figura 42.

Canalele interne din puntea pentru flux de aer 259 prezintă un micro-canal 263 (0,5mm diametru) care se extinde în jos către o cameră 264 care acoperă complet senzorul de flux de aer. În timp ce aerul pătrunde prin admisiile laterale şi circulă în sus către camera de aerosol 262, el creează o presiune negativă în micro-canal 263, care acţionează senzorul de flux de aer pentru a activa dispozitivul.

Dispozitivul este compact, portabil şi deosebit de avansat, el permiţând aerosolizarea precisă, sigură şi monitorizată. Acest lucru este obţinut prin încorporarea unor componente electronice de mare calitate, proiectate conform IPC clasa 3 - calitate medicală.

Echipamentele electronice ale dispozitivului de acţionare 202 se împart după cum urmează:

1. Secţiune de sonificare

Pentru a obţine cea mai eficientă aerosolizare actualmente posibilă pentru inhalarea într-un dispozitiv portabil, cu dimensiune a particulelor sub 1um, secţiunea de sonificare trebuie să asigure padurile de contact care primesc traductorul ultrasonic 215 (disc ceramic piezoelectric (PZT)) cu frecvenţă adaptivă ridicată (aproximativ 3MHz).

Această secţiune nu doar că trebuie să asigure o frecvenţă ridicată dar şi să protejezi traductorul ultrasonic 215 împotriva defecţiunilor, asigurând cavitaţie optimizată constant.

Deformarea mecanică a PZT este de legată de amplitudinea voltajului de curent alternativ care îi este aplicat şi, pentru a garanta funcţionarea şi furnizarea optimă a sistemului la fiecare sonificare, PZT trebuie să fie supus tot timpul deformării maxime.

Însă, pentru a preveni deteriorarea PZT, puterea activă transferată acestuia trebuie să fie controlată cu precizie.

Acest lucru a putut fi obţinut doar prin proiectarea unui chip cu circuit integrat de management al puterii (PMIC), care nu există pe piaţă şi care este prevăzut pe placa de circuite imprimate a dispozitivului de acţionare 202. Acest PMIC permite modularea puterii active furnizate către PZT în orice moment, fără să afecteze amplitudinea mecanică a vibraţiei PZT.

Prin modulaţia duratei impulsurilor (PWM) voltajului de curent alternativ aplicat PZT, amplitudinea mecanică a vibraţiei rămâne constantă.

Singura opţiune preexistentă disponibilă ar fi fost modificarea voltajului de curent alternativ de ieşire prin utilizarea unui convertor digital-analog (DAC). Energia transmisă către PZT s-ar reduce, însă s-ar reduce şi deformarea mecanică, ceea ce degradează complet şi împiedică aerosolizarea corespunzătoare. Voltajul RMS aplicat ar fi acelaşi cu modulaţia efectivă a factorului de umplere, ca şi cu modulaţia voltajului, însă puterea activă transferată către PZT s-ar degrada. Având în vedere formula de mai jos:

Putere activă transmisă către PZT

Unde

� este decalajul de fază între curent şi voltaj

Irms este valoarea medie pătratică a curentului

Vrms este valoarea medie pătratică a voltajului.

Având în vedere prima armonică, Irms este o funcţie a amplitudinii reale a voltajului aplicat traductorului, în timp ce modulaţia duratei impulsurilor modifică durata voltajului furnizat către traductor, controlând Irms.

Designul specific al PMIC utilizează un design ultra-modern, permiţând controlul ultra-precis al benzii de frecvenţă şi a treptelor care trebuie aplicate PZT, incluzând un set complet de bucle de feedback şi cale de monitorizare pentru secţiunea de control de utilizat.

Restul secţiunii de aerosolizare este compus din convertorul ridicător de tensiune DC/DC şi transformator, care livrează energia necesară de la o baterie de 3,7V către padurile de contact ale PZT.

Referitor la figura 43 a desenelor însoţitoare, dispozitivul de acţionare 202 conţine un microcip de acţionare a traductorului ultrasonic, denumit în continuare circuit integrat de management al puterii sau PMIC 300. PMIC 300 este un microcip pentru acţionarea unui circuit rezonant. Circuitul rezonant este un rezervor LC, o antenă sau, în acest caz, un traductor piezoelectric (traductorul ultrasonic 215).

În această prezentarea termenii cip, microcip şi circuit integrat sunt interschimbabili. Microcipul sau circuitul integrat reprezintă o unitate individuală care cuprinde multiple componente şi subsisteme încorporate şi interconectate. Microcipul constă, de exemplu, cel puţin parţial dintr-un semiconductor, cum ar fi siliconul, şi este fabricat prin utilizarea tehnicilor de producere a semiconductorilor.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine de asemenea un al doilea microcip, denumit în continuare circuit integrat punte sau punte IC 301, care este conectat electric cu PMIC 300. Puntea IC 301 este un microcip pentru acţionarea unui circuit rezonant, cum ar fi un rezervor LC, o antenă sau un traductor piezoelectric. Puntea IC 301 reprezintă o unitate individuală care cuprinde multiple componente şi subsisteme încorporate şi interconectate.

În acest exemplu PMIC 300 şi puntea IC 301 sunt montate pe aceeaşi PCB a dispozitivului de acţionare 202. În acest exemplu, dimensiunile fizice ale PMIC 300 sunt 1-3mm lăţime şi 1-3mm lungime iar dimensiunile fizice ale punţii IC 301 sunt 1-3mm lăţime şi 1-3mm lungime.

Generatorul de ceaţă 201 conţine un circuit integrat programabil sau programabil o singură dată sau IC OTP 242. Când generatorul de ceaţă 201 este cuplat la dispozitivul de acţionare 202, IC OTP este conectat electric cu PMIC 300 pentru a primi curent de la PMIC 300, astfel încât PMIC 300 poate gestiona tensiunea furnizată către IC OTP 242. IC OTP 242 este conectat şi la o magistrală de comunicare 302 din dispozitivul de acţionare 202. În acest exemplu magistrala de comunicare 302 este o magistrală I2C, însă în alte exemple magistrala de comunicare 302 este un alt tip de magistrală de comunicare serială digitală.

Traductorul ultrasonic 215 din generatorul de ceaţă 201 este conectat electric cu puntea IC 301, astfel încât traductorul ultrasonic 215 poate fi acţionat de un semnal de acţionare de curent alternativ, generat de puntea IC 301 când dispozitivul 200 este în uz.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine un procesor sub forma unui microcontroler 303, care este cuplat electric pentru comunicare cu magistrala de comunicare 302. În acest exemplu, microcontrolerul 303 este un microcontroler Bluetooth™ low energy (BLE). Microcontrolerul 303 primeşte energie de la un regulator cu pierdere redusă (LDO) 304, care este acţionat de bateria 250. LDO 304 furnizează o tensiune controlată stabilă pentru microcontrolerul 303, pentru a permite microcontrolerului 303 să funcţioneze constant chiar şi când apare o variaţie în tensiunea bateriei 250.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine un regulator de tensiune sub forma unui convertor ridicător de tensiune DC-DC 305, care este alimentat cu energie de bateria 250. Convertorul ridicător de tensiune 305 majorează tensiunea bateriei 250 la o tensiune programabilă VBOOST. Tensiunea programabilă VBOOST este setată de convertorul ridicător de tensiune 305 ca răspuns la un semnal de control al tensiunii VCTL de la PMIC 300. După se va descrie detaliat mai jos, convertorul ridicător de tensiune 305 emite tensiunea VBOOST către puntea IC 301. În alte exemple regulatorul de tensiune este un convertor coborâtor de tensiune sau un alt tip de regulator de tensiune care emite o tensiune selectabilă.

Semnalul de control al tensiunii VCTL este generat de un convertor digital-analog (DAC) care, în acest exemplu, este implementat în PMIC 300. DAC-ul nu este vizibil în figura 43 deoarece este integrat în PMIC 300. DAC-ul şi beneficiile tehnice ale integrării DAC-ului în PMIC 300 sunt descrise în detaliu mai jos.

În acest exemplu, PMIC 300 este conectat la un conector de sursă de energie sub forma unui conector de magistrală serială universală (USB) 306, astfel încât PMIC 300 poate primi o tensiune de încărcare VCHRG când conectorul USB 306 este cuplat la un încărcător USB.

Dispozitivul de acţionare 202 conţine un prim senzor de presiune 307 care, în acest exemplu, este un senzor de presiune static. Dispozitivul de acţionare 202 conţine şi un al doilea senzor de presiune 308 care, în acest exemplu, este un senzor de presiune dinamic. Însă, în alte exemple, dispozitivul de acţionare 202 conţine doar unul dintre cei doi senzori de presiune 307, 308. După cum am descris mai sus, senzorii de presiune 307, 308 detectează o schimbare a presiuni în camera de aerosol 262 pentru a detecta când un utilizator trage din nebulizatorul 200.

În acest exemplu dispozitivul de acţionare 202 conţine multiple LED-uri 308, care sunt controlate de PMIC 300.

Microcontrolerul 303 funcţionează ca un dispozitiv master în magistrala de comunicare 302, cu PMIC 300 fiind un prim dispozitiv slave, IC OTP 242 fiind un al doilea dispozitiv slave, al doilea senzor de presiune 308 fiind un al treilea dispozitiv slave, iar primul senzor de presiune 307 fiind un al patrulea dispozitiv slave. Magistrala de comunicare 302 îi permite microcontrolerului 303 să controleze următoarele funcţii din dispozitivul de acţionare 202:

1. Toate funcţiile PMIC pot fi configurate de microcontrolerul 303. 2. Curentul care trece prin traductorul ultrasonic 215 este detectat de un circuit detector şi redresor de bandă largă la o tensiune înaltă de mod comun (partea înaltă a punţii). Curentul detectat este convertit într-o tensiune proporţională curentului rms şi furnizat ca tensiune reglată la un pin de ieşire 309 pentru detectarea curentului al punţii IC 301. Această tensiune este alimentată şi eşantionată în PMIC 300 şi pusă la dispoziţie ca o reprezentare digitală prin intermediul solicitărilor I2C. Detectarea curentului care trece prin traductorul ultrasonic 215 reprezintă o parte a funcţionalităţii de urmărire a frecvenţei de rezonanţă. Conform descrierii din prezentul document, capacitatea dispozitivului de a activa această funcţionalitate în puntea IC 301 asigură beneficii tehnice semnificative. 3. DAC-ul (nu apare în figura 43) integrat în PMIC 300 permite ca tensiunea VBOOST a convertorului ridicător de tensiune DC-DC să fie programată pentru a se situa între 10V şi 20V. 4. Microcontrolerul 303 permite subsistemului de încărcare al dispozitivului 202 să gestioneze încărcarea bateriei 250, care în acest exemplu este o baterie cu o singură celulă. 5. Un modul de acţionare a diodelor luminescente (LED) (nu apare) este acţionat de PMIC 300 pentru a acţiona şi regla digital intensitatea LED-urile 308, fie în mod liniar sau în mod de corecţie gama. 6. Microcontrolerul 303 este capabil să citească valorile de senzor Presiune#1 şi Presiune#2 de la senzorii de presiune 307, 308.

Referitor la figura 44 a desenelor însoţitoare, PMIC 300 este, în acest exemplu, un cip autonom sau un circuit integrat care conţine subsisteme integrate şi multipli pini, care asigură semnale electrice de intrare şi ieşire pentru PMIC 300. Referinţele la un circuit integrat sau cip în această prezentare sunt interschimbabile, ambii termeni incluzând un dispozitiv semiconductor care poate fi, de exemplu, din silicon.

PMIC 300 conţine un nucleu analogic 310 care conţine componente analogice, inclusiv un bloc de referinţă (BG) 311, un LDO 312, un senzor de curent 313, un senzor de temperatură 314 şi un oscilator 315.

După cum se descrie mai detaliat în continuare, oscilator 315 este cuplat la o buclă cu calare pe întârziere (DLL) care emite fazele de modulaţie a duratei impulsurilor (PWM) A şi B. Oscilatorul 315 şi DLL generează o emisie PWM aliniată la centru cu două faze care acţionează o punte-H din puntea IC 301.

DLL conţine multiple linii de întârziere conectate capăt la capăt, întârzierea totală a liniilor de întârziere fiind egală cu perioada semnalului de ceas principal clk_m. În acest exemplu DLL este implementată într-un subsistem cu procesor digital, denumit în continuare nucleu digital 316, al PMIC 300 care primeşte un semnal de ceas de la oscilatorul 315 şi o tensiune de alimentare controlată de la LDO 312. DLL este implementată într-un număr ridicat (de ex. de ordinul milioanelor) de porţi de temporizare, care sunt conectate capăt la capăt în nucleul digital 316.

Implementarea oscilatorului 315 şi a DLL în acelaşi circuit integrat al PMIC 300 pentru a genera un semnal PWM aliniat la centru cu două faze este unică, dat fiind că în prezent nici o altă componentă generatoare de semnal de pe piaţa circuitelor integrate nu conţine această implementare.

Conform descrierii din prezentul document, PWM este parte a funcţionalităţii care permite dispozitivului de acţionare 202 să urmărească cu precizie frecvenţa de rezonanţă a traductorului ultrasonic 215, pentru a menţine un transfer eficient de energie electrică în energie cinetică pentru a optimiza generarea de ceaţă.

În acest exemplu PMIC 300 conţine un circuit de încărcare 317 care controlează încărcarea bateriei 250, de exemplu cu energia de la o sursă de energie USB.

PMIC 300 conţine un întrerupător integrat VSYS, care configurează PMIC 300 să alimenteze nucleul analogic 310 cu energie de la bateria 250 sau cu energie de la o sursă de energie externă da că bateria 250 este în curs de încărcare.

PMIC 300 conţine un subsistem de convertor analog-digital (ADC) 318. Implementarea ADC 318 împreună cu oscilatorul 315 în acelaşi circuit integrat este unică, dat fiind că nici un alt circuit integrat de pe piaţa circuitelor integrate nu conţine un oscilator şi un ADC implementate ca sub-blocuri în circuitul integrat. Într-un dispozitiv convenţional, un ADC este disponibil de obicei ca o componentă discretă separată de un oscilator, cu ADC-ul şi oscilatorul separate montate pe aceeaşi PCB. Problema cu acest sistem convenţional este aceea că cele două componente separate, ADC şi oscilatorul, ocupă loc în mod inutil pe PCB. O altă problemă este aceea că ADC-ul convenţional şi oscilatorul sunt de obicei conectate între ele printr-o magistrală de transmitere de date serială, cu ar fi magistrala I2C, care are o viteză de comunicare limitată, de doar până la 400 kHz. Spre deosebire de dispozitivele convenţionale, PMIC 300 conţine ADC 318 şi oscilatorul 315 integrate în acelaşi circuit integrat, ceea ce elimină orice întârzieri în comunicarea dintre ADC 318 şi oscilatorul 315, ceea ce înseamnă că ADC 318 şi oscilatorul 315 pot comunica între ele la viteză ridicată, cum ar fi la viteza oscilatorului 315 (de ex. 3 MHz până la 5 MHz).

În PMIC 300 din acest exemplu oscilatorul 315 funcţionează la 5 MHz şi generează un semnal de ceas SYS CLOCK la 5 MHz. Însă, în alte exemple, oscilatorul 315 generează un semnal de ceas la o frecvenţă mult mai înaltă, de până la 105 MHz. Circuitele integrate descrise în prezentul document sunt toate configurate să funcţioneze la frecvenţa înaltă a oscilatorului 315.

ADC 318 conţine multiple borne de intrare de feedback sau intrări analogice 319 care conţin multiple intrări GPIO (IF_GPIO1-3). Cel puţin una dintre bornele de intrare de feedback sau intrări analogice 319 primeşte un semnal de feedback de la un circuit al punţii-H din puntea IC 301, semnalul de feedback indicând un parametru al funcţionării circuitului punţii-H sau un semnal de acţionare de curent alternativ când circuitul punţii-H este un circuit rezonant, cum ar fi traductorul ultrasonic 215, cu semnalul de acţionare de curent alternativ. După cum este descris mai jos, intrările GPIO sunt utilizate pentru a primi un semnal de detectare a curentului de la puntea IC 301, care indică valoarea medie pătratică (rms) a curentului raportată de puntea IC 301. În acest exemplu una dintre intrările GPIO este o bornă de intrare de feedback care primeşte un semnal de feedback de la puntea-H din puntea IC 301.

Subsistemul ADC 318 eşantionează semnale analogice primite la multiplele borne de intrare ADC 319, la o frecvenţă de eşantionare proporţională cu frecvenţa semnalului de ceas principal. Apoi subsistemul ADC 318 generează semnale digitale ADC utilizând semnalele analogice eşantionate.

În acest exemplu ADC 318, care este încorporat în PMIC 300, eşantionează nu doar curentul RMS care circulă prin puntea-H 334 şi traductorul ultrasonic 215, ci şi tensiunile existente în sistem (de ex. VBAT, VCHRG, VBOOST), temperatura PMIC 300, temperatura bateriei 250 şi intrările GPIO (IF_GPIO1-3) care permit extensii viitoare.

Nucleul digital 316 primeşte semnale digitale generate de ADC, de la subsistemul ADC, şi procesează semnalele digitale ADC pentru a genera semnalul de control al dispozitivului de acţionare. Nucleul digital 316 comunică semnalul de control al dispozitivului de acţionare către subsistemul de generare a semnalului PWM (DLL 332) pentru a controla subsistemul de generare a semnalului PWM.

Circuitele de rectificare existente actualmente pe piaţă au o lăţime de bandă extrem de limitată (de obicei mai puţin de 1 MHz). De vreme ce oscilatorul 315 al PMIC 300 funcţionează la până la 5 MHz sau chiar până la 105 Mhz, în PMIC 300 este implementat un circuit de rectificare de bandă largă. După cum vom descrie mai jos, detectarea curentului RMS într-o punte-H a punţii IC 301 formează o parte a unei bucle de feedback, care permite dispozitivului de acţionare 202 să acţioneze traductorul ultrasonic 215 cu mare precizie. Bucla de feedback reprezintă un punct de cotitură în industria de acţionare a traductoarelor ultrasonice, de vreme ce acceptă orice variaţie de proces în producţia de traductoare piezoelectrice (variaţii ale frecvenţelor de rezonanţă) şi compensează efectele temperaturii la nivelul frecvenţei de rezonanţă. Acest lucru se obţine, în parte, realizând în mod ingenios integrarea ADC 318, a oscilatorului 315 şi a DLL în acelaşi circuit integrat al PMIC 300. Această integrare le permite acestor subsisteme să comunice între ele la viteză ridicată (de ex. la frecvenţa de ceas de 5 MHz sau până la 105 MHz). Reducerea întârzierii dintre aceste subsisteme reprezintă un punct de cotitură în industria echipamentelor ultrasonice, în special în domeniul generatoarelor de ceaţă.

ADC 318 conţine o intrare de monitorizare a tensiunii bateriei VBAT şi o intrare de monitorizare a tensiunii de intrare a încărcătorului VCHG, precum şi intrări de monitorizare a tensiunii VMON şi VRTH, precum şi o intrare de monitorizare a temperaturii TEMP.

Intrarea de monitorizare a temperaturii TEMP primeşte un semnal de temperatură de la senzorul de temperatură 314, care este încorporat în PMIC 300. Acest lucru permite PMIC 300 să detecteze cu acurateţe temperatura efectivă din PMIC 300, astfel încât PMIC 300 poate detecta orice defecţiune din PMIC 300, precum şi defecţiuni la alte componente de pe placa de circuite imprimate care afectează temperatura PMIC 300. PMIC 300 poate controla apoi puntea IC 301 pentru a împiedica excitarea traductorului ultrasonic 215 în cazul unei defecţiuni, pentru a menţine siguranţa nebulizatorului 200.

Intrarea de senzor de temperatură suplimentară VRTH primeşte un semnal de detectare a temperaturii de la un senzor de temperatură extern din dispozitivul de acţionare 202, care monitorizează temperatura bateriei 250. PMIC 300 poate reacţiona astfel pentru a opri încărcare bateriei 250 în cazul unei temperaturi ridicate a bateriei sau poate opri dispozitivul de acţionare 202 pentru a reduce riscul de deteriorare cauzat de o temperatură excesiv de ridicată a bateriei.

PMIC 300 conţine un dispozitiv de acţionare 320 a LED-urilor care, în acest exemplu, primeşte un semnal de acţionare digital de la nucleul digital 316 şi asigură semnale de ieşire pentru acţionare LED către şase LED-uri 321-326, care sunt configurate să fie cuplate la pinii de ieşire ai PMIC 300. Dispozitivul de acţionare 320 a LED-urilor poate astfel acţiona şi regla intensitatea LED-urilor 321 - 326 în până la şase canale independente.

PMIC 300 conţine un prim convertor digital-analog (DAC) 327, care converteşte semnale digitale din PMIC 300 într-un semnal analog de control al tensiunii, care este emis din PMIC 300 printr-un pin de ieşire VDAC0. Primul DAC 327 converteşte un semnal digital de control, generat de nucleul digital 316, într-un semnal analog de control al tensiunii care este emis prin pin-ul de ieşire VDAC0 pentru a controla un circuit de reglare a tensiunii, cum ar fi convertorul ridicător de tensiune 305. Semnalul de control al tensiunii controlează astfel circuitul de reglare a tensiunii pentru a genera o tensiune predeterminată pentru a fi modulată de circuitul punţii-H pentru a acţiona un circuit rezonant, cum ar fi traductorul ultrasonic 215, ca răspuns la semnale de feedback care indică funcţionarea circuitului rezonant (traductorul ultrasonic 215).

În acest exemplu PMIC 300 conţine un al doilea DAC 328, care converteşte semnale digitale din PMIC 300 într-un semnal analog, care este emis din PMIC 300 printr-un al doilea pin de ieşire analogic VDAC1.

Încorporarea DAC-urilor 327, 328 în acelaşi microcip cu celelalte subsisteme ale PMIC 300 permite DAC-urilor 327, 328 să comunice cu nucleul digital 316 şi cu alte componente din PMIC 300 la viteză ridicată, fără întârziere sau cu întârziere minimă în comunicare. DAC-urile 327, 328 oferă ieşiri analogice care controlează bucle de feedback externe. De exemplu, primul DAC 327 asigură semnalul de control VCTL pentru convertorul ridicător de tensiune 305 pentru a controla funcţionarea convertorului ridicător de tensiune 305. În alte exemple DAC-urile 327, 328 sunt configurate pentru a asigura un semnal de acţionare pentru un convertor coborâtor de tensiune DC-DC în locul sau suplimentar faţă de convertorul ridicător de tensiune 305. Integrarea a două canale DAC independente în PMIC 300 permite PMIC 300 să manipuleze bucla de feedback a oricărui regulator utilizat în dispozitivul de acţionare 202 şi permite dispozitivului de acţionare 202 să regleze puterea de sonificare a traductorului ultrasonic 215 sau să seteze praguri analogice pentru curentul maxim absolut şi setări de temperatură ale traductorului ultrasonic 215.

PMIC 300 conţine o interfaţă de comunicare serială care, în acest exemplu, este o interfaţă I2C care încorporează adresa I2C externă setată prin pini.

PMIC 300 conţine şi diverse blocuri funcţionale care includ o maşină digitală (FSM) pentru a implementa funcţionalitatea microcipului. Aceste blocuri vor fi descrise detaliat mai jos.

Referitor la figura 45 a desenelor însoţitoare, un subsistem 329 de generare a semnalului de modulaţie a duratei impulsurilor (PWM) este încorporat în PMIC 300. Sistemul 329 de generare PWM conţine oscilatorul 315 şi divizorul de frecvenţă 330, un multiplexor 331 şi o buclă cu calare pe întârziere (DLL) 332. După cum vom descrie mai jos, sistemul 329 de generare PWM este un generator PWM aliniat la centru cu două faze.

Divizorul de frecvenţă 330, multiplexorul 331 şi DLL 332 sunt implementate în componente logice digitale (de ex. tranzistori, porţi logice etc.) în nucleul digital 316.

În exemple ale acestei prezentări, gama de frecvenţe acoperită de oscilatorul 315 şi, respectiv, de sistemul 329 de generare PWM este de 50 kHz până la 5 MHz sau până la 105 MHz. Precizia frecvenţei sistemului 329 de generare PWM este ±1% iar dispersia pe temperatură este ±1%. Pe piaţa actuală a IC, nici un IC nu înglobează un oscilator şi un generator PWM aliniat la centru cu două faze care pot asigura o gamă de frecvenţe de 50 kHz până la 5 MHz sau până la 105 MHz.

Oscilatorul 315 generează un semnal de ceas principal (clk_m) cu o frecvenţă de 50 kHz până la 5 MHz sau până la 105 MHz. Ceasul principal clk_m reprezintă semnal de intrare pentru divizorul de frecvenţă 330 care împarte frecvenţa ceasului principal clk_m cu unul sau mai mulţi divizori predeterminaţi. În acest exemplu, divizorul de frecvenţă 330 împarte frecvenţa ceasului principal clk_m cu 2, 4, 8 şi 16 şi asigură ceasurile cu frecvenţă împărţită ca semnale de ieşire pentru multiplexorul 331. Multiplexorul 331 multiplexează ceasurile cu frecvenţă împărţită şi asigură un semnal de ieşire cu frecvenţă împărţită pentru DLL 332. Semnalul transmis către DLL 332 este un semnal de referinţă pentru frecvenţă, care controlează DLL 332 pentru a emite semnale la o frecvenţă dorită. În alte exemple, divizorul de frecvenţă 330 şi multiplexorul 331 sunt omise.

Oscilatorul 315 generează de asemenea două faze; un semnal de ceas de primă fază, Faza 1, şi un al doilea semnal de ceas de a doua fază, Faza 2. Fazele semnalului de ceas de primă fază şi ale semnalului de ceas de a doua fază sunt aliniate la centru. După cum se ilustrează în figura 46:

• Semnalul de ceas de primă fază, Faza 1, este ridicat pentru un interval de timp variabil din jumătatea de perioadă pozitivă a clk_m şi scăzut în timpul jumătăţii de perioadă negativă a clk_m. • Semnalul de ceas de a doua fază, Faza 2, este ridicat pentru un interval de timp variabil din jumătatea de perioadă negativă a clk_m şi scăzut în timpul jumătăţii de perioadă pozitive a clk_m.

Faza 1 şi Faza 2 sunt transmise apoi către DLL 332 care generează un semnal de ceas cu dublă frecvenţă utilizând semnalul de ceas de primă fază, Faza 1, şi semnalul de ceas de a doua fază, Faza 2. Semnalul de ceas cu dublă frecvenţă este dublul frecvenţei semnalului de ceas principal clk_m. În acest exemplu, o poartă „OR« din DLL 332 generează un semnal de ceas cu dublă frecvenţă utilizând semnalul de ceas de primă fază, Faza 1, şi semnalul de ceas de a doua fază, Faza 2. Acest ceas cu dublă frecvenţă sau frecvenţa împărţită venită de la divizorul de frecvenţă 330 sunt selectate pe baza unei frecvenţe ţintă selectate şi apoi utilizate ca referinţă pentru DLL 332.

În DLL 332 un semnal, denumit în continuare ceas, reprezintă ceasul principal clk_m înmulţit cu 2, în vreme ce un semnal, denumit în continuare „clock_del« este o replică a ceasului, temporizat cu o perioadă a frecvenţei. Ceas şi clock_del sunt trecute printr-un detector de frecvenţă a fazei. Un nod Vc este apoi încărcat sau descărcat de o pompă de încărcare, în funcţie de polaritatea erorii de fază. O tensiune de comandă este alimentată direct pentru a controla întârzierea fiecărei unităţi de temporizare în parte din DLL 332, până când temporizarea totală a DLL 332 este exact o perioadă.

DLL 332 controlează tranziţia ascendentă a semnalului de ceas de primă fază, Faza 1, şi a semnalului de ceas de a doua fază, Faza 2, pentru a fi sincronă cu tranziţia ascendentă a semnalului de ceas cu dublă frecvenţă. DLL 332 ajustează frecvenţa şi factorul de umplere al semnalului de ceas de primă fază, Faza 1, şi a semnalului de ceas de a doua fază, Faza 2, ca răspuns la un semnal de referinţă pentru frecvenţă şi un semnal de control al factorului de umplere, pentru a produce un semnal de ieşire de primă fază, Faza A, şi un semnal de ieşire de a doua fază, Faza B, pentru a acţiona o punte-H sau un invertor pentru generarea unui semnal de acţionare de curent alternativ pentru acţionarea unui traductor ultrasonic.

PMIC 300 conţine o bornă pentru semnal de ieşire de primă fază, FAZA_A, care emite semnalul de ieşire de primă fază, Faza A, către un circuit al punţii-H şi o bornă pentru semnal de ieşire de a doua fază, FAZA_B, care emite semnalul de ieşire de a doua fază, Faza B, către un circuit al punţii-H.

În acest exemplu, DLL 332 ajustează factorul de umplere al semnalului de ceas de primă fază, Faza 1, şi a semnalului de ceas de a doua fază, Faza 2, ca răspuns la semnalul de control al factorului de umplere prin varierea întârzierii fiecărei linii de întârziere din răspunsul DLL 332 la semnalul de control al factorului de umplere.

Ceasul este utilizat la dublul frecvenţei sale deoarece acest lucru garantează o precizie mai bună. După cum se arată în figura 47, în scop explicativ dacă este utilizată frecvenţa ceasului principal clk_m (ceea ce nu se întâmplă în exemplele acestei prezentări), Faza A este sincronă cu tranziţia ascendentă R a ceasului, în timp ce Faza B este sincronă cu tranziţia ascendentă F a ceasului. Linia de întârziere a DLL 332 controlează tranziţia ascendentă R şi astfel, pentru tranziţia descendentă F, sistemul 329 de generare PWM ar trebui să se bazeze pe o potrivire perfectă a unităţilor de întârziere ale DLL 332, care poate fi imperfectă. Însă, pentru eliminarea acestei erori, sistemul 329 de generare PWM utilizează ceasul cu dublă frecvenţă, astfel încât atât Faza A cât şi Faza B sunt sincrone cu tranziţia ascendentă R a ceasului cu dublă frecvenţă.

Pentru a realiza un factor de umplere de la 20% la 50% cu o mărime a pasului de 2%, linia de întârziere a DLL 332 conţine 25 de unităţi de întârziere, cu semnalul de ieşire al fiecărei unităţi de întârziere reprezentând o fază nth. În cele din urmă, faza semnalului de ieşire al unităţii de întârziere finale va corespunde cu ceasul de intrare. Având în vedere că toate întârzierile vor fi aproape identice, un anumit factor de umplere este obţinut cu semnalul de ieşire al unităţii de întârziere specifice cu logică simplă în nucleul digital 316.

Este important să se aibă grijă de DLL 332 la pornire, dat fiind că DLL 332 este posibil să nu reuşească să fixeze o perioadă de întârziere, ci două sau mai multe perioade, ducând DLL 332 într-o zonă de non-convergenţă. Pentru a evita această problemă, este implementat un circuit de pornire în sistemul 329 de generare PWM, care permite DLL 332 să pornească de la o situaţie cunoscută şi deterministă. În plus, circuitul de pornire permite DLL 332 să pornească cu o întârziere minimă.

În exemple ale acestei prezentări, gama de frecvenţe acoperite de sistemul 329 de generare PWM este extinsă, astfel încât unităţile de întârziere din DLL 332 pot asigura întârzieri de 4 ns (pentru o frecvenţă a oscilatorului de 5 MHz) până la 400 ns (pentru o frecvenţă a oscilatorului de 50 kHz). Pentru adaptarea la aceste întârzieri diferite, condensatorii Cb sunt incluşi în sistemul 329 de generare PWM, valoarea condensatorului fiind selectată pentru a asigura întârzierea necesară.

Faza A şi Faza B sunt emise de DLL 332 şi trecute printr-un IO digital către puntea IC 301, astfel încât Faza A şi Faza B pot fi utilizate pentru a controla funcţionarea punţii IC 301.

Acum va fi descrisă mai detaliat funcţia de încărcare a bateriei a dispozitivului de acţionare 202. Subsistemul de încărcare a bateriei conţine circuitul de încărcare 317, care este încorporat în PMIC 300 şi controlat de un controler de încărcare digital, aflat în PMIC 300. Circuitul de încărcare 317 este controlat de microcontrolerul 303 prin magistrala de comunicare 302. Subsistemul de încărcare a bateriei este capabil să încarce o baterie litiu-polimer (LiPo) sau litiu-ion (Li-ion) cu o singură celulă, cum ar fi bateria 250 descrisă mai sus.

În acest exemplu, subsistemul de încărcare a bateriei este capabil să încarce o baterie sau baterii cu un curent de încărcare de până la 1A de la o sursă de alimentare de 5V (de ex. o sursă de alimentare USB). Unul sau mai mulţi dintre următorii parametri pot fi programaţi prin intermediul magistralei de comunicare 302 (interfaţă I2C) pentru adaptarea parametrilor de încărcare pentru baterie:

• Tensiunea de încărcare poate fi setată între 3.9V şi 4.3V în paşi de 100mV. • Curentul de încărcare poate fi setat între 150 mA şi 1000mA în paşi de 50mA. • Curentul de pre-încărcare este 1/10 din curentul de încărcare. • Se pot seta timpi de timeout pentru pre-încărcare şi încărcare rapidă între 5 şi 85 min respectiv 20 şi 340 min. • Opţional, poate fi utilizat un termistor extern cu coeficient negativ de temperatură (NTC) pentru a monitoriza temperatura bateriei.

În unele exemple, subsistemul de încărcare a bateriei raportează unul sau mai multe dintre următoarele evenimente prin inducerea unei întreruperi către microcontrolerul gazdă 303:

• Baterie detectată • Baterie în curs de încărcare • Bateria este complet încărcată • Bateria nu este prezentă • Timp de timeout încărcare atins • Alimentarea pentru încărcare este sub limita de minimă tensiune

Principalul avantaj în a avea circuitul de încărcare 317 încorporat în PMIC 300 este faptul că permite ca toate opţiunile de programare şi indicaţiile privind evenimentele listate să fie implementate în PMIC 300, ceea ce garantează funcţionarea în siguranţă a subsistemului de încărcare a bateriei. În plus, se poate obţine o economie semnificativă de costuri de fabricaţie şi de spaţiu pe PCB, în comparaţie cu nebulizatoare convenţionale care includ componente discrete ale unui sistem de încărcare montat separat pe o PCB. Astfel, circuitul de încărcare 317 permite setarea extrem de versatilă a curentului şi tensiunii de încărcare, timpi de timeout diferiţi pentru erori şi numeroase indicatoare de eveniment pentru analiză detaliată a stării.

Acum va fi descris mai detaliat convertorul analog-digital (ADC) 318. Inventatori au avut de depăşit provocări tehnice semnificative pentru a integra ADC 318 în PMIC 300 cu oscilatorul de mare viteză 315. În plus, integrarea ADC 318 în PMIC 300 contravine abordării convenţionale, care se bazează pe utilizarea unuia dintre multiplele dispozitive ADC discrete disponibile pe piaţa IC.

În acest exemplu, ADC 318 eşantionează cel puţin un parametru din cipul de acţionare a traductorului ultrasonic (PMIC 300) la o rată de eşantionare egală cu frecvenţa semnalului de ceas principal clk_m. În acest exemplu, ADC 318 este un convertor analog-digital pe 10 biţi, capabil să degreveze microprocesorul 303 de eşantionarea digitală pentru a economisi resursele microprocesorului 303. De asemenea, integrarea ADC 318 în PMIC 300 evită nevoia de a utiliza o magistrală I2C, care ar încetini capacitatea de eşantionare a ADC (un dispozitiv convenţional se bazează pe o magistrală I2C pentru a comunica date între un ADC discret dedicat şi un microcontroler la o viteză de ceas limitată, în mod tipic, de până la 400 kHz).

În exemple ale acestei prezentări, unul sau mai mulţi dintre următorii parametri pot fi eşantionaţi succesiv de ADC 318:

i. Un semnal de curent rms care este primit la cipul de acţionare a traductorului ultrasonic (PMIC 300) de la un circuit de invertor extern care acţionează un traductor ultrasonic. În acest exemplu, acest parametru este valoarea medie pătratică (rms) a curentului raportată de puntea IC 301. Detectarea curentului rms este importantă pentru implementarea buclei de feedback utilizată pentru acţionarea traductorului ultrasonic 215. ADC 318 este capabil să detecteze curentul rms direct de la puntea IC 301 prin intermediul unui semnal fără întârziere sau cu întârziere minimă, de vreme ce ADC 318 nu se bazează pe transmiterea acestei informaţii prin intermediul unei magistrale I2C. Acest lucru asigură un beneficiu semnificativ în ceea ce priveşte viteza şi precizia faţă de dispozitivele convenţionale, care sunt constrânse de vitezele comparativ mai reduse ale unei magistrale I2C. ii. Tensiunea unei baterii conectate la PMIC 300. iii. Tensiunea unui încărcător conectat la PMIC 300. iv. Un semnal de temperatură, cum ar fi un semnal de temperatură care indică temperatura cipului PMIC 300. După cum am descris mai sus, această temperatură poate fi măsurată foarte precis datorită asamblării senzorului de temperatură 314 în acelaşi IC cu oscilatorul 315. De exemplu, dacă temperatura PMIC 300 creşte, curentul, frecvenţa şi PWM sunt reglate de PMIC 300 pentru a controla oscilaţia traductorului, care, la rândul său, controlează temperatura. v. Doi pini externi. vi. Senzor de temperatură NTC extern pentru monitorizarea temperaturii bateriei.

În unele exemple, ADC 318 eşantionează succesiv una sau mai multe dintre sursele menţionate mai sus, de ex. într-o schemă circulară. ADC 318 eşantionează sursele la viteză ridicată, cum ar fi viteza oscilatorului 315, care poate fi de până la 5 MHz sau până la 105 MHz.

În unele exemple, dispozitivul 202 este configurat astfel încât un utilizator sau producătorul dispozitivului poate specifica numărul de eşantioane care vor fi prelevate din fiecare sursă pentru obţinerea mediei. De exemplu, un utilizator poate configura sistemul pentru a preleva 512 eşantioane din curentul de intrare rms, 64 eşantioane din tensiunea bateriei, 64 din tensiunea de intrare a încărcătorului, 32 eşantioane de la pinii externi şi 8 de la pinul NTC. În plus, utilizatorul poate specifica şi dacă doreşte ignorarea uneia dintre sursele menţionate mai sus.

În unele exemple, utilizatorul poate specifica pentru fiecare sursă două praguri digitale, care împart întreaga plajă în mai multe zone, cum ar fi 3 zone. Ulterior, utilizatorul poate seta sistemul pentru a induce o întrerupere când valoarea eşantionată schimbă zonele, de ex. dintr-o zonă 2 într-o zonă 3.

Nici un IC convenţional, disponibil actualmente pe piaţă, nu poate realiza funcţiile de mai sus ale PMIC 300. Eşantionarea cu o astfel de flexibilitate şi granularitate este de primă importanţă atunci când este vorba de acţionarea unui circuit sau a unei componente rezonante, cum ar fi un traductor ultrasonic.

În acest exemplu, PMIC 300 conţine un port digital de intrare/ieşire de uz general (GPIO) de 8 biţi. Fiecare port poate fi configurat ca intrare digitală şi ca ieşire digitală. Unele porturi au o funcţie de intrare analogică, după cum se arată în tabelul din figura 48.

Porturile GPIO7-GPIO5 ale PMIC 300 pot fi utilizate pentru a seta adresa dispozitivului pe magistrala de comunicare (I2C) 302. Astfel, opt dispozitive identice pot fi utilizate pe aceeaşi magistrală I2C. Aceasta este o caracteristică unică în industria IC, permiţând utilizarea a opt dispozitive identice pe aceeaşi magistrală I2C fără conflict de adrese. Implementarea se realizează prin citirea de către fiecare dispozitiv a stării GPIO7-GPIO5 în decursul primelor 100 ps după pornirea PMIC 300 şi stocarea acelei secţiuni a adresei la nivel intern în PMIC 300. După ce PMIC 300 a pornit, toate GPIO pot fi utilizate pentru orice alt scop.

După cum am descris mai sus, PMIC 300 conţine un dispozitiv de acţionare 320 a LED-urilor cu şase canale. În acest exemplu, dispozitivul de acţionare 320 a LED-urilor conţine surse de curent cu semiconductor cu oxid de metal cu canal negativ (NMOS), care sunt tolerante la 5V. Dispozitivul de acţionare 320 a LED-urilor este configurat pentru a seta curentul pentru LED în patru niveluri discrete; 5mA, 10mA, 15mA şi 20mA. Dispozitivul de acţionare 320 a LED-urilor este configurat pentru a regla intensitatea luminoasă a fiecărui canal LED cu un semnal PWM de 12 bit, fie cu sau fără corecţie gama. Dispozitivul de acţionare 320 a LED-urilor este configurat pentru a varia frecvenţa PWM de la 300 Hz la 1,5 KHz. Aceasta este o caracteristică unică în domeniul nebulizatoarelor, dat fiind că funcţia este încorporată ca un subsistem al PMIC 300.

În acest exemplu, PMIC 300 conţine două convertoare digital-analog (DAC) independente de 6 bit, 327 şi 328, care sunt încorporate în PMIC 300. Scopul DAC-urilor 327 şi 328 este de a emite o tensiune analogică pentru a manipula calea de feedback a unui regulator extern (de ex. convertorul ridicător de tensiune DC-DC 305, un convertor coborâtor de tensiune sau un LDO). În plus, în unele exemple, DAC-urile 327, 328 pot fi utilizate şi pentru ajustarea dinamică a nivelului de oprire la supracurent a punţii IC 301, după cum se descrie mai jos.

Tensiunea de ieşire a fiecărui DAC 327, 328 este programabilă între 0V şi 1.5V sau între 0V şi V_baterie (Vbat). În acest exemplu, controlul tensiunii de ieşire a DAC-ului se realizează prin intermediul comenzilor I2C. Încorporarea a două DAC-uri în PMIC 300 este un fapt unic şi va permite controlul de monitorizare dinamic al curentului. Dacă oricare dintre DAC-urile 327, 328 ar fi un cip extern, viteza ar fi afectată de aceleaşi restricţii privind limitarea vitezei din cauza protocolului I2C. Sistemul de monitorizare a puterii active al dispozitivului 202 funcţionează cu eficienţă optimă dacă toate aceste funcţii încorporate se află în PMIC. Dacă ele ar fi componente externe, sistemul de monitorizare a puterii active ar fi complet ineficient.

Referitor la figura 43 a desenelor însoţitoare, puntea IC 301 este un microcip care conţine uni circuit de comutare a puterii încorporat 333. În acest exemplu, circuitul de comutare a puterii încorporat 333 este o punte-H 334 care apare în figura 50 şi care este descris în detaliu mai jos. Trebuie însă notat că puntea IC 301 din alte exemple poate încorpora un circuit de comutare a puterii alternativ în puntea-H 334, cu condiţia ca circuitul de comutare a puterii să execute o funcţie echivalentă pentru generarea unui semnal de acţionare de curent alternativ pentru acţionarea traductorului ultrasonic 215.

Puntea IC 301 conţine o bornă de primă fază, FAZA A, care primeşte un semnal de ieşire de primă fază, Faza A, de la subsistemul de generare a semnalului PWM al PMIC 300. Puntea IC 301 conţine şi o bornă de a doua fază, FAZA B, care primeşte un semnal de ieşire de a doua fază, Faza B, de la subsistemul de generare a semnalului PWM al PMIC 300.

Puntea 301 conţine un circuit de detectare a curentului 335, care detectează în mod direct fluxul de curent în puntea-H 334 şi asigură un semnal de ieşire de curent RMS prin intermediul pinului RMS_CURR al punţii IC 301. Circuitul de detectare a curentului 335 este configurat pentru monitorizarea supracurentului, pentru a detecta când curentul care pătrunde în puntea-H 334 depăşeşte un prag predeterminat. Integrarea circuitului de comutare a puterii 333 conţinând puntea-H 334 şi circuitul de detectare a curentului 335 în acelaşi circuit încorporat al punţii IC 301 reprezintă o combinaţie unică pe piaţa IC. Actualmente nici un alt circuit integrat de pe piaţa IC nu conţine o punte-H cu circuite încorporate pentru detectarea curentului RMS care trece prin puntea-H.

Puntea IC 301 conţine un senzor de temperatură 336, care include monitorizarea temperaturii excesive. Senzorul de temperatură 336 este configurat pentru a opri puntea IC 301 sau pentru a dezactiva ce puţin o parte a punţii IC 336 în cazul în care senzorul de temperatură 336 detectează că puntea IC 301 funcţionează la o temperatură situată peste un prag predeterminat. Astfel, senzorul de temperatură 336 oferă o funcţie de siguranţă integrată, care previne deteriorarea punţii IC 301 sau a altor componente din dispozitivul de acţionare 202 în cazul în care puntea IC 301 funcţionează la o temperatură excesiv de ridicată.

Puntea IC 301 conţine o maşină de stare digitală 337, care este conectată integral la circuitul de comutare a puterii 333. Maşina de stare digitală 337 primeşte semnalele de fază A şi fază B de la PMIC 300 şi un semnal de ACTIVARE de exemplu de la microcontrolerul 303. Maşina de stare digitală 337 generează semnale de sincronizare bazate pe semnalul de ieşire de primă fază, Faza A, şi semnalul de ieşire de a doua fază, Faza B.

Maşina de stare digitală 337 emite semnale de sincronizare care corespund fazei A şi fazei B, precum şi un semnal BRIDGE_PR şi un semnal BRIDGE_EN către circuitul de comutare a puterii 333 pentru a controla circuitul de comutare a puterii 333. Maşina de stare digitală 337 emite astfel semnalele de sincronizare către întrerupătoarele T1-T4 ale circuitului punţii-H 334 pentru a controla întrerupătoarele T1-T4 să se deschidă şi să se închidă într-o secvenţă astfel încât circuitul punţii-H să emită un semnal de acţionare de curent alternativ pentru acţionarea unui circuit rezonant, cum ar fi traductorul ultrasonic 215.

După cum se descrie detaliat mai jos, secvenţa de comutare conţine o perioadă liberă în care primul întrerupător T1 şi al doilea întrerupător T2 sunt închise iar al treilea întrerupător T3 şi al patrulea întrerupător T4 sunt deschise pentru a disipa energia stocată de circuitul rezonant (traductorul ultrasonic 215).

Puntea IC 301 conţine un controler de test 338 care permite testarea punţii IC 301 pentru a determina dacă componentele încorporate în puntea IC 301 funcţionează corect. Controlerul de test 338 este cuplat la pinii TEST_DATA, TEST_CLK şi TEST_LOAD, astfel încât puntea IC 301 poate fi conectată la un dispozitiv de control extern care alimentează date în şi din puntea IC 301 pentru a testa funcţionarea punţii IC 301. Puntea IC 301 conţine şi o MAGISTRALĂ TEST, care permite testarea magistralei de comunicare din puntea IC 301 prin intermediul unui pin TST_PAD.

Puntea IC 301 conţine un circuit de resetare la cuplarea tensiunii de alimentare (POR) 339, care controlează procesul de pornire al punţii IC 301. POR 339 face ca puntea IC 301 să pornească în mod corespunzător doar dacă tensiunea de alimentare se situează într-un domeniu predeterminat. Dacă tensiunea de alimentare se situează în afara domeniului predeterminat, de ex. dacă tensiunea de alimentare este prea ridicată, POR 339 întârzie pornirea punţii IC 301 până când tensiunea de alimentare se situează în domeniul predeterminat.

Puntea IC 301 conţine un bloc de referinţă (BG) 340 care asigură o tensiune de referinţă precisă pentru a fi utilizată de celelalte subsisteme ale punţii IC 301.

Puntea IC 301 conţine o referinţă de curent 341 care asigură un curent precis pentru circuitul de comutare a puterii 333 şi/sau alte subsisteme din puntea IC 301, cum ar fi senzorul de curent 335.

Senzorul de temperatură 336 monitorizează în mod continuu temperatura siliconului punţii IC 301. Dacă temperatura depăşeşte un prag de temperatură predeterminat, circuitul de comutare a puterii 333 este oprit automat. În plus, temperatura excesivă poate fi raportată către o gazdă externă pentru a informa gazda externă că a intervenit un eveniment care implică temperatura excesivă.

Maşina de stare digitală (FSM) 337 generează semnalele de sincronizare pentru circuitul de comutare a puterii 333 care, în acest exemplu, sunt semnale de sincronizare pentru controlul punţii-H 334.

Puntea IC 301 conţine comparatori 342,343 care compară semnale de la diverse subsisteme ale punţii IC 301 cu referinţele de tensiune şi curent 340,341 şi oferă semnale de ieşire de referinţă prin intermediul pinilor punţii IC 301.

Referindu-ne din nou la figura 50 a desenelor însoţitoare, puntea-H din acest exemplu conţine patru întrerupătoare sub formă de întrerupătoare cu tranzistoare cu efect de câmp (FET) NMOS pe ambele laturi ale punţii-H 334. Puntea-H 334 conţine patru întrerupătoare sau tranzistori T1-T4 care sunt conectate într-o configuraţie punte-H, cu fiecare tranzistor T1-T4 fiind acţionat de o intrare logică corespunzătoare A-D. Tranzistorii T1-T4 sunt configuraţi pentru a fi acţionaţi de o tensiune amplificată prin tehnica bootstrap, care este generată intern cu doi condensatori externi care sunt conectaţi după cum se ilustrează în figura 50.

Puntea-H 334 conţine diverse intrări şi ieşiri de putere, care sunt conectate la pinii corespunzători ai punţii IC 301. Puntea-H 334 primeşte tensiunea programabilă VBOOST care este emisă de convertorul ridicător de tensiune 305 prin intermediul unei prime borne de alimentare, notată VBOOST în figura 50. Puntea-H 334 conţine o a doua bornă de alimentare, notată VSS_P în figura 50.

Puntea-H 334 conţine ieşirile OIITP, OIITN care sunt configurate să se conecteze la bornele corespunzătoare ale traductorului ultrasonic 215, astfel încât semnalul de acţionare de curent alternativ emis de la puntea-H 334 să poată acţiona traductorul ultrasonic 215.

Comutarea celor patru întrerupătoare sau tranzistori T1-T4 este controlată de semnale de comutare de la maşina de stare digitală 337 prin intermediul intrării logice A-D. Trebuie notat că, în vreme ce figura 50 prezintă patru tranzistori T1-T4, în alte exemple puntea-H 334 încorporează un număr mai mare de tranzistori sau alte componente de comutare pentru a implementa funcţionalitatea punţii-H.

În acest exemplu, puntea-H 334 funcţionează la o putere de comutare de 22 W până la 50 W pentru a furniza un semnal de acţionare de curent alternativ cu suficientă putere pentru a acţiona traductorul ultrasonic 215 pentru ca acesta să genereze ceaţă în mod optim. Tensiunea care este comutată de puntea-H 334 în acest exemplu este ±15 V. În alte exemple tensiunea este ±20 V.

În acest exemplu, puntea-H 334 comută la o frecvenţă de 3 MHz până la 5 MHz sau până la 105 MHz. Aceasta este o viteză de comutare ridicată, comparat cu punţile H cu circuite integrate convenţionale, disponibile pe piaţa IC. De exemplu, o punte-H cu circuite integrate convenţională, disponibilă actualmente pe piaţa IC, este configurată să funcţioneze la o frecvenţă maximă de doar 2 MHz. În afară de puntea IC 301 descrisă în prezentul document, nici o punte-H cu circuite integrate convenţională disponibilă pe piaţa IC nu poate funcţiona la o putere de 22 V până la 50 V la o frecvenţă de până la 5 MHz, cu atât mai puţin până la 105 MHz.

Referitor la figura 51 a desenelor însoţitoare, senzorul de curent 335 conţine rezistori de detectare a curentului de sarcină pozitivă şi negativă RshuntP, RshuntN care sunt conectaţi în serie cu latura corespunzătoare de sus şi de jos a punţii-H 334, după cum se arată în figura 50. Rezistorii de detectare a curentului RshuntP, RshuntN sunt rezistori de valoare redusă care, în acest exemplu, sunt 0.1 ��. Senzorul de curent 335 conţine un prim senzor de tensiune sub forma unui prim amplificator operaţional 344, care măsoară căderea de tensiune la primul rezistor de detectare a curentului RshuntP şi un al doilea senzor de tensiune sub forma unui al doilea amplificator operaţional 345, care măsoară căderea de tensiune la al doilea rezistor de detectare a curentului RshuntN. În acest exemplu, câştigul fiecărui amplificator operaţional 344, 345 este 2V/V. Ieşirea pentru fiecare amplificator operaţional 344, 345 este, în acest exemplu, 1mA/V. Senzorul de curent 335 conţine o rezistenţă de coborâre Rcs care, în acest exemplu, este 2k �. Ieşirile amplificatoarelor operaţionale 344, 345 furnizează un semnal de ieşire CSout care trece printr-un filtru trece-jos 346 care elimină tranzienţii din semnalul CSout. O ieşire Vout a filtrului trece-jos 346 este semnalul de ieşire al senzorului de curent 335.

Astfel, senzorul de curent 335 măsoară curentul alternativ care trece prin puntea-H 334 şi, respectiv, prin traductorul ultrasonic 215. Senzorul de curent 335 converteşte curentul alternativ într-o tensiune de ieşire RMS echivalentă (Vout) în raport cu împământarea. Senzorul de curent 335 are o capabilitate de lăţime de bandă largă, dat fiind că puntea-H 334 poate funcţiona la o frecvenţă de până la 5 MHz sau, în unele exemple, până la 105 MHz. Ieşirea Vout a senzorului de curent 335 raportează o tensiune pozitivă care este echivalentă curentului alternativ rms măsurat care trece prin traductorul ultrasonic 215. Tensiunea de ieşire Vout a senzorului de curent 335 este, în acest exemplu, alimentată înapoi în circuitele de control din puntea IC 301 pentru a permite punţii IC 301 să oprească puntea-H 334 în cazul în care curentul care trece prin puntea-H 334 şi, în consecinţă, prin traductorul 215 depăşeşte un prag predeterminat. În plus, evenimentul privind pragul de supracurent este raportat către primul comparator 342 din puntea IC 301, astfel încât puntea IC 301 poate raporta evenimentul privind supracurentul prin intermediul pinului OVC_TRIGG al punţii IC 301.

Referitor la figura 52 a desenelor însoţitoare, va fi descris acum controlul punţii 334 cu referire şi la modelul piezoelectric echivalent al traductorului ultrasonic 215.

Pentru a dezvolta o tensiune pozitivă la ieşirile OllTP, OllTN ale punţii-H 334 aşa cum indică V_out în figura 52 (a se observa direcţia săgeţii) secvenţa de comutare a tranzistorilor T1-T4 prin intermediul intrărilor A-D este următoarea:

1. Tensiune de ieşire pozitivă la traductorul ultrasonic 215: A-ON, B- OFF, C-OFF, D-ON 2. Tranziţie de la tensiune de ieşire pozitivă la zero: A-OFF, B-OFF, C-OFF, D-ON. Pe parcursul acestei tranziţii, C este oprit mai întâi pentru a minimiza sau evita pierderea de putere prin minimizarea sau evitarea trecerii curentului prin A şi C în cazul unei erori de comutare sau întârzieri în A. 3. Tensiune de ieşire zero: A-OFF, B-OFF, C-ON, D-ON. Pe parcursul acestei faze de tensiune de ieşire zero, bornele ieşirilor OIITP, OIITN ale punţii-H 334 sunt legate la masă de întrerupătoarele C şi D care rămân active. Astfel este disipată energia stocată de condensatori în circuitul echivalent al traductorului ultrasonic, ceea ce minimizează supracreşterea tensiunii formei de undă de comutare care este aplicată traductorului ultrasonic. 4. Tranziţie de la zero la tensiune de ieşire negativă: A-OFF, B-OFF, C-ON, D-OFF. 5. Tensiune de ieşire negativă la traductorul ultrasonic 215: A-OFF, B- ON, C-ON, D-OFF

La frecvenţe ridicate de până la 5 MHz sau chiar până la 105 MHz, se va aprecia că timpul pentru fiecare parte a secvenţei de comutare este foarte scurt, de ordinul nanosecundelor sau al picosecundelor. De exemplu, la o frecvenţă de comutare de 6 MHz, fiecare parte a secvenţei de comutare apare la aproximativ 80 ns.

Un grafic care arată tensiunea de ieşire OIITP, OIITN a punţii-H 334 în conformitate cu secvenţa de comutare de mai sus este prezentat în figura 53 a desenelor însoţitoare. Secţiunea de tensiune de ieşire zero a secvenţei de comutare este inclusă pentru adaptarea la energia stocată de traductorul ultrasonic 215 (de ex. energia stocată de condensatori în circuitul echivalent al traductorului ultrasonic). După cum am descris mai sus, astfel se minimizează supracreşterea tensiunii formei de undă de comutare care este aplicată traductorului ultrasonic şi, în consecinţă, se minimizează disiparea inutilă a puterii şi încălzirea în traductorul ultrasonic.

Minimizarea sau eliminarea supracreşterii tensiunii reduce şi riscul de deteriorare a tranzistorilor din puntea IC 301 prin împiedicarea expunerii tranzistorilor la tensiuni care depăşesc tensiunea lor nominală. În plus, minimizarea sau eliminarea supracreşterii tensiunii îi permite punţii IC 301 să acţioneze cu precizie traductorul ultrasonic într-un mod care minimizează dereglările buclei de feedback pentru detectarea curentului descrisă aici. În consecinţă, puntea IC 301 este capabilă să acţioneze traductorul ultrasonic la o putere ridicată de 22 W până la 50 W sau chiar până la 70 W la o frecvenţă ridicată de până la 5 MHz sau chiar până la 105 MHz.

Puntea IC 301 din acest exemplu este configurată pentru a fi controlată de PMIC 300 ca să funcţioneze în două moduri diferite, denumite în continuare mod forţat şi mod cu frecvenţă nativă. Aceste două moduri de funcţionare sunt noi în raport cu punţile IC existente. În special, modul cu frecvenţă nativă este o inovaţie majoră care oferă beneficii substanţiale privind precizia şi eficienţa acţionării unui traductor ultrasonic în comparaţie cu dispozitivele convenţionale.

Mod cu frecvenţă forţată (FFM)

În modul cu frecvenţă forţată puntea-H 334 este controlată în secvenţa descrisă mai sus, însă la o frecvenţă selectabilă de utilizator. În consecinţă, tranzistorii punţii-H T1-T4 sunt controlaţi în mod forţat indiferent de frecvenţa de rezonanţă inerentă a traductorului ultrasonic 215 pentru a comuta tensiunea de ieşire la traductorul ultrasonic 215. Ca urmare, modul cu frecvenţă forţată permite punţii-H 334 să acţioneze traductorul ultrasonic 215, care are o frecvenţă de rezonanţă f1, la o frecvenţă diferită f2.

Acţionarea traductorului ultrasonic la o frecvenţă diferită de frecvenţa sa de rezonanţă poate fi convenabilă pentru a adapta funcţionarea în funcţie de diferite aplicaţii. De exemplu, poate fi convenabilă acţionarea unui traductor ultrasonic la o frecvenţă uşor diferită de frecvenţa de rezonanţă (din considerente mecanice, pentru a preveni deteriorarea mecanică a traductorului). Alternativ, poate fi convenabilă acţionarea traductorului ultrasonic la o frecvenţă joasă dar traductorul ultrasonic are, din cauza dimensiunii sale, o frecvenţă de rezonanţă nativă diferită.

Dispozitivul de acţionare 202 controlează puntea IC 301 pentru a controla traductorul ultrasonic 215 în modul cu frecvenţă forţată ca răspuns la configurarea dispozitivului de acţionare 202 pentru o anumită aplicaţie sau un anumit traductor ultrasonic. De exemplu, dispozitivul de acţionare 202 poate fi configurat pentru a funcţiona în modul cu frecvenţă forţată când nebulizatorul 200 este utilizat pentru o anumită aplicaţie, cum ar fi generarea de ceaţă dintr-un lichid cu o anumită viscozitate care conţine o substanţă medicală pentru a fi administrată unui pacient.

Mod cu frecvenţă nativă (NFM)

Următorul mod de funcţionare cu frecvenţă nativă reprezintă o evoluţie semnificativă şi oferă beneficii de îmbunătăţire a preciziei şi eficienţei în comparaţie cu dispozitivele de acţionare ultrasonice convenţionale, disponibile actualmente pe piaţa IC.

Modul de funcţionare cu frecvenţă nativă urmează aceeaşi secvenţă de comutare descrisă mai sus, dar sincronizarea secţiunii cu ieşire a secţiunii este ajustată pentru a minimiza sau evita problemele care pot apărea din cauza vârfurilor de curent din modul de funcţionare cu frecvenţă forţată. Aceste vârfuri de curent apar când tensiunea la traductorul ultrasonic 215 este comutată la polaritatea opusă. Un traductor ultrasonic care conţine un cristal piezoelectric are un circuit electric echivalent care încorporează un condensator conectat paralel (de ex. a se vedea modelul piezo din figura 52). Dacă tensiunea la traductorul ultrasonic este comutată direct de la tensiune pozitivă la tensiune negativă, din cauza dV/dt ridicat poate exista un flux mare de curent în vreme ce energia stocată în condensator se disipă.

Modul cu frecvenţă nativă evită comutarea directă a tensiunii la traductorul ultrasonic 215 de la tensiune pozitivă la tensiune negativă (şi invers). În schimb, înainte de aplicarea tensiunii inversate, traductorul ultrasonic 215 (cristal piezoelectric) este lăsat liber cu zero tensiune aplicată la bornele acestuia pe parcursul unei perioade libere. PMIC 300 setează frecvenţa de acţionare a punţii IC 301 în aşa fel încât puntea 334 setează perioada liberă astfel încât fluxul de curent din interiorul traductorului ultrasonic 215 (din cauza energie stocate în cristalul piezoelectric) inversează tensiunea la bornele traductorului ultrasonic 215 în timpul perioadei libere.

În consecinţă, cânt puntea-H 334 aplică tensiunea negativă la bornele traductorului ultrasonic 215 traductorul ultrasonic 215 (condensatorul în circuitul echivalent) a fost deja inversat şi nu apar vârfuri de curent deoarece dV/dt nu este ridicat.

Trebuie însă notat că este necesar un anumit timp pentru constituirea încărcării în interiorul traductorului ultrasonic 215 (cristal piezoelectric) când traductorul ultrasonic 215 este activat pentru prima oară. Ca urmare, situaţia ideală în care energia din traductorul ultrasonic 215 să inverseze tensiunea în timpul perioadei libere apare doar după ce oscilaţia din interiorul traductorului ultrasonic 215 a constituit încărcarea. Pentru adaptarea la această situaţie, când puntea IC 301 activează traductorul ultrasonic 215 pentru prima oară, PMIC 300 reglează puterea furnizată prin puntea 334 către traductorul ultrasonic 215 la o primă valoare care este o valoare redusă (de ex. 5 V). PMIC 300 reglează apoi puterea furnizată prin puntea 334 către traductorul ultrasonic 215 pentru a creşte de-a lungul unei perioade de timp la o a doua valoare (de ex. 15 V) care este mai mare decât prima valoare pentru a acumula energia stocată în traductorul ultrasonic 215. În timpul acestei rampe de oscilaţie mai apar vârfuri de curent până când curentul din traductorul ultrasonic 215 s-a dezvoltat suficient. Însă, prin utilizarea unei prime tensiuni reduse la pornire, aceste vârfuri de curent sunt menţinute la o valoare suficient de redusă pentru a minimiza impactul asupra funcţionării traductorului ultrasonic 215.

Pentru a implementa modul cu frecvenţă nativă, dispozitivul de acţionare 202 controlează cu mare precizie frecvenţa oscilatoriului 315 şi factorul de umplere (raportul dintre timpul de pornire şi perioada liberă) al semnalului de acţionare de curent alternativ emis de puntea-H 334. În acest exemplu, dispozitivul de acţionare 202 execută trei bucle de control pentru a regla frecvenţa oscilatorului şi factorul de umplere, astfel încât inversarea tensiunii la bornele traductorului ultrasonic 215 este cât mai precisă posibil iar vârfurile de curent sunt minimizate sau evitate cât de mult posibil. Controlul precis al oscilatorului şi al factorului de umplere cu ajutorul buclelor de control reprezintă un progres semnificativ în domeniul sistemelor de acţionare ultrasonice IC.

În timpul modului de funcţionare cu frecvenţă nativă, senzorul de curent 335 detectează curentul care trece prin traductorul ultrasonic 215 (circuit rezonant) în timpul perioadei libere. Maşina de stare digitală 337 adaptează semnalele de sincronizare pentru a conecta fie primul întrerupător Ti sau al doilea întrerupător T2 când senzorul de curent 335 detectează că curentul care trece prin traductorul ultrasonic 215 (circuit rezonant) în timpul perioadei libere este zero.

Figura 54 din desenele însoţitoare prezintă forma de undă 347 a tensiunii oscilatorului (V(osc)), o formă de undă de comutare 348 care rezultă din pornirea şi oprirea întrerupătorului de pe latura stângă de sus Ti al punţii-H 334 şi o formă de undă de comutare 349 care rezultă din pornirea şi oprirea întrerupătorului de pe latura dreaptă de sus T2 al punţii 334. Pe parcursul unei perioade libere intermediare 350, ambele întrerupătoare de pe latura de sus T1, T2 de la puntea-H 334 sunt oprite (fază liberă). Durata perioadei libere 350 este controlată de magnitudinea tensiunii de control 351 (Vphioff).

Figura 55 din desenele însoţitoare prezintă forma de undă 352 a tensiunii la o primă bornă a traductorului ultrasonic 215 (forma de undă a tensiunii este inversată la a doua bornă a traductorului ultrasonic 215) şi curentul piezo 353 care trece prin traductorul ultrasonic 215. Curentul piezo 353 reprezintă o formă de undă sinusoidală (aproape) ideală (acest lucru nu este posibil niciodată în modul cu frecvenţă forţată sau în orice punte de pe piaţa IC).

Înainte ca unda sinusoidală a curentului piezo 353 să ajungă la zero, întrerupătorul de pe latura stângă de sus T1 al punţii-H 334 este oprit (aici, întrerupătorul T1 este oprit când curentul piezo 353 este aproximativ 6 A). Restul curentului piezo 353 care circulă prin traductorul ultrasonic 215 din cauza energiei stocate în traductorul ultrasonic 215 (condensatorul circuitului echivalent piezo) este responsabil pentru inversarea tensiunii în timpul perioadei libere 350. Curentul piezo 353 scade la zero în timpul perioadei libere 350 şi în domeniul fluxului de curent negativ după aceea. Tensiunea la bornă la traductorul ultrasonic 215 scade de la tensiunea de alimentare (în acest caz 19 V) la mai puţin de 2 V iar scăderea încetează când curentul piezo 353 ajunge la zero. Acesta este momentul perfect pentru a porni întrerupătorul T3 de pe latura jos a punţii-H 334 pentru a minimiza sau evita un vârf de curent.

În comparaţie cu modul cu frecvenţă forţată descris mai sus, modul cu frecvenţă nativă are cel puţin trei avantaje:

1. Vârful de curent asociat cu comutarea directă a condensatorului pachetului este redus semnificativ sau evitat complet. 2. Pierderea de putere cauzată de comutarea directă este aproape eliminată. 3. Frecvenţa este controlată de buclele de control şi va fi menţinută aproape de rezonanţa cristalului piezo (adică frecvenţa de rezonanţă nativă a cristalului piezo).

În cazul controlului frecvenţei de către buclele de control (avantajul 3 de mai sus), PMIC 300 începe prin controlarea punţii IC 301 pentru a acţiona traductorul ultrasonic 215 la o frecvenţă peste rezonanţa cristalului piezo. PMIC 300 controlează apoi puntea IC 301 astfel încât frecvenţa semnalului de acţionare de curent alternativ scade/se reduce în timpul pornirii. Din momentul în care frecvenţa se apropie de frecvenţa de rezonanţă a cristalului piezo, curentul piezo se dezvoltă/creşte rapid. Odată ce curentul piezo este suficient de ridicat pentru a provoca inversarea de tensiune dorită, scăderea/reducerea frecvenţei este oprită de PMIC 300. Buclele de control ale PMIC 300 preiau apoi controlul frecvenţei şi factorului de umplere ale semnalului de acţionare de curent alternativ.

În modul cu frecvenţă forţată, puterea furnizată către traductorul ultrasonic 215 este controlată prin factorul de umplere şi/sau schimbarea de frecvenţă şi/sau prin varierea tensiunii de alimentare. Însă, în acest exemplu în modul cu frecvenţă nativă puterea furnizată către traductorul ultrasonic 215 este controlată doar prin tensiunea de alimentare.

În acest exemplu, într-o fază de configurare a dispozitivului de acţionare, puntea IC 301 este configurată să măsoare timpul de care are nevoie curentul care circulă prin traductorul ultrasonic 215 (circuit rezonant) ca să scadă la zero când primul întrerupător T1 şi al doilea întrerupător T2 sunt oprite iar al treilea întrerupător T3 şi al patrulea întrerupător T4 sunt pornite. Puntea IC 301 setează apoi durata perioadei libere să fie egală cu durata de timp măsurată.

Referitor la figura 56 a desenelor însoţitoare, PMIC 300 şi puntea IC 301 din acest exemplu sunt concepute să funcţioneze împreună ca un set de cipuri asociate. PMIC 300 şi puntea IC 301 sunt conectate între ele electric, pentru a comunica una cu alta. În acest exemplu, există interconectări între PMIC 300 şi puntea IC 301 care permit următoarele două categorii de comunicări:

1. semnale de comandă 2. semnale de feedback

Conexiunile dintre pinii FAZA_A şi FAZA_B ai PMIC 300 şi ai punţii IC 301 transmit semnalele de comandă modulate PWM care acţionează puntea-H 334. Conexiunea dintre pinii EN_BR ai PMIC 300 şi puntea IC 301 transmite semnalul de comandă EN_BR care declanşează pornirea punţii-H 334. Sincronizarea dintre FAZA_A, FAZA_B şi semnalele de comandă EN_BR este importantă şi este asigurată de elementul de control al punţii digitale de la PMIC 300.

Conexiunile dintre pinii CS, OC şi OT ai PMIC 300 şi puntea IC 301 transmit semnale de feedback CS (detectare curent), OC (supracurent) şi OT (supratemperatură) de la puntea IC 301 înapoi la PMIC 300. Cel mai important, semnalul de feedback CS (detectare curent) conţine echivalentul în tensiune al curentului rms care circulă prin traductorul ultrasonic 215 care este măsurat de senzorul de curent 335 al punţii IC 301.

Semnalele de feedback OC (supracurent) şi OT (supratemperatură) sunt semnale digitale care indică detectarea de către puntea IC 301 unui eveniment legat fie de supracurent sau de supratensiune. În acest exemplu, pragurile pentru supracurent şi supratemperatură sunt setate cu un rezistor extern. Alternativ, pragurile pot fi setate şi dinamic ca răspuns la semnalele transmise către pinul OC_REF al punţii IC 301 de la unul dintre cele două canale DAC VDAC0, VDAC1 de la PMIC 300.

În acest exemplu, designul PMIC 300 şi al punţii IC 301 permit ca pinii acestor două circuite integrate să fie conectaţi direct unii cu alţii (de ex. prin trasee de cupru pe o PCB), astfel încât nu există întârziere sau o întârziere minimă în comunicarea semnalelor între PMIC 300 şi puntea IC 301. Acest lucru asigură un avantaj semnificativ privind viteza în comparaţie cu punţile convenţionale de pe piaţa IC, care sunt controlate de obicei de semnale prin intermediul unei magistrale de comunicare digitale. De exemplu, o magistrală I2C standard este limitată la doar 400 kHz, ceea ce este prea puţin pentru a comunica date eşantionate la viteze de ceas ridicate, de până la 5 MHz din exemplele acestei prezentări.

În vreme ce exemple ale aceste prezentări au fost descrise mai sus în raport cu hardware-ul microcipului, trebuie notat că alte exemple ale acestei prezentări conţin o metodă de operare a componentelor şi subsistemelor fiecărui microcip pentru a executa funcţiile descrise aici. De exemplu, metodele de operare ale PMIC 300 şi ale punţii IC 301 în modul cu frecvenţă forţată sau în modul cu frecvenţă nativă.

Referitor la figura 57 a desenelor însoţitoare, IC OTP 242 conţine un circuit de resetare la cuplarea tensiunii de alimentare (POR) 354, o referinţă tip bandă interzisă (BG) 355, un regulator cu pierdere redusă fără condensator (LDO) 356, o interfaţă 357 de comunicare (de ex. I2C), o memorie programabilă o singură dată (eFuse) 358, un oscilator 359 şi o interfaţă de intrare/ieşire de uz general 360. IC OTP 242 mai conţine şi un nucleu digital 361 care include un autentificator criptografic. În acest exemplu, autentificator criptografic utilizează algoritmul de semnătură cu curbă eliptică (ECDSA) pentru criptarea/decriptarea datelor stocate în IC OTP 242, precum şi a datelor transmise către şi de la IC OTP 242.

POR 354 face ca IC OTP 242 să pornească în mod corespunzător doar dacă tensiunea de alimentare se situează într-un domeniu predeterminat. Dacă tensiunea de alimentare se situează în afara domeniului predeterminat, POR 354 resetează OTP IC 242 şi aşteaptă până când tensiunea de alimentare se situează în domeniul predeterminat.

BG 355 oferă valori de referinţă precise ale tensiunii şi curentului pentru LDO 356 şi oscilatorul 359. LDO 356 alimentează nucleul digital 361, interfaţa de comunicare 357 şi memoria eFuse 358.

OTP IC 242 este configurat să funcţioneze cel puţin în următoarele moduri:

• Programare siguranţă (arderea fuzibilului siguranţei): În timpul programării siguranţei electronice (programarea memoriei programabilă o singură dată) este necesar un curent de mare intensitate pentru arderea siguranţelor relevante din memoria eFuse 358. În acest mod, sunt furnizaţi curenţi de polarizare mai ridicaţi pentru a menţine câştigul şi lăţimea de bandă a buclei de reglare. • Citire siguranţă: În acest mod, este necesar un curent de nivel mediu pentru a menţine citirea siguranţei electronice din memoria eFuse 358. Acest mod este executat în timpul pornirii IC OTP 242 pentru transferarea conţinutului siguranţelor către regiştrii ascunşi. În acest mod, câştigul şi lăţimea de bandă a buclei de reglare sunt setate la o valoare mai mică decât în modul de ardere a fuzibilului siguranţei. • Funcţionare normală: În acest mod, LDO 356 este acţionat cu un curent de polarizare foarte redus pentru a acţiona IC OTP 242 cu putere redusă, astfel încât IC OTP 242 să consume cât mai puţină putere posibil.

Oscilatorul 359 furnizează ceasul necesar pentru nucleul digital/motorul 361 în timpul testării (test SCAN), în timpul arderii fuzibilului siguranţei şi în timpul funcţionării normale. Oscilatorul 359 este ajustat pentru a face faţă cerinţelor stricte privind sincronizarea în timpul modului de ardere a fuzibilului siguranţei.

În acest exemplu, interfaţa de comunicare 357 este compatibilă cu specificaţiile FM+ ale standardului I2C, însă este compatibilă şi cu modul lent şi cel rapid. IC OTP 242 utilizează interfaţa de comunicare 357 pentru a comunica cu dispozitivul de acţionare 202 (Gazda) pentru schimb de date şi chei.

Nucleul digital 361 implementează funcţia de control şi comunicare a IC OTP 242. Autentificatorul criptografic al nucleului digital 361 îi permite IC OTP 242 să se autentifice (de ex. utilizând mesaje criptate ECDSA) la dispozitivul de acţionare 202 (de ex. pentru o anumită aplicaţie) pentru a asigura autenticitatea IC OTP 242 şi faptul că IC OTP 242 este autorizat să se conecteze la dispozitivul de acţionare 202 (sau un alt produs).

Cu referinţă la figura 58 a desenelor însoţitoare, IC OTP 242 execută următoarea procedură PKI în scopul autentificării IC OTP 242 pentru a fi utilizat cu o gazda (de ex. dispozitivul de acţionare 202):

1. Verificare cheie publică semnatar: Gazda solicită cheia publică de producţie şi certificatul. Gazda verifică certificatul cu cheia publică a autorităţii de certificare. 2. Verificare cheie publică dispozitiv: Dacă verificare are succes, gazda solicită cheia publică a dispozitivului şi certificatul. Gazda verifică certificatul cu cheia publică de producţie. 3. Test - răspuns: Dacă verificarea are succes, gazda creează un număr de test aleatoriu şi îl transmite dispozitivului. Produsul final semnează numărul de test aleatoriu cu cheia privată a dispozitivului. 4. Semnătura este transmisă înapoi către gazdă pentru a fi verificată cu cheia publică a dispozitivului.

Dacă toţi paşii procedurii de autentificare sunt completaţi cu succes, lanţul de încredere a fost verificat până la rădăcina de încredere iar IC OTP 242 s-a autentificat cu succes pentru a fi utilizat cu gazda. Însă, dacă oricare dintre paşii procedurii de autentificare eşuează, IC OTP 242 nu este autentificat pentru a fi utilizat cu gazda iar utilizarea dispozitivului care încorporează IC OTP 242 este limitată sau împiedicată.

Dispozitivul de acţionare conţine un acţionator de curent alternativ pentru conversia voltajului de la baterie într-un semnal de acţionare de curent alternativ, la o frecvenţă predeterminată, pentru acţionarea traductorului ultrasonic.

Dispozitivul de acţionare conţine un sistem de monitorizare a puterii active pentru monitorizare puterii active utilizate de traductorul ultrasonic (după cum am descris mai sus) atunci când traductorul ultrasonic este acţionat de semnalul de acţionare de curent alternativ. Sistemul de monitorizare a puterii active asigură un semnal de monitorizare care indică puterea activă utilizată de traductorul ultrasonic.

Procesorul din dispozitivul de acţionare controlează acţionatorul de curent alternativ şi primeşte semnalul de monitorizare de la sistemul de monitorizare a puterii active.

Memoria dispozitivului de acţionare stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate, fac ca procesorul să:

A. controleze acţionatorul de curent alternativ să emită un semnal de acţionare de curent alternativ către traductorul ultrasonic, la o frecvenţă de baleiaj predeterminată; B. calculeze puterea activă utilizată de traductorul ultrasonic pe baza semnalului de monitorizare; C. controleze acţionatorul de curent alternativ să moduleze semnalul de acţionare de curent alternativ pentru a maximiza puterea activă utilizată de traductorul ultrasonic; D. stocheze în memorie o înregistrare cu puterea activă maximă utilizată de traductorul ultrasonic şi frecvenţa de baleiaj a semnalului de acţionare de curent alternativ; E. repete paşii A-D de un număr predeterminat de ori, cu frecvenţa de baleiaj crescând sau scăzând la fiecare repetiţie, astfel încât, după ce s-a ajuns la numărul de repetiţii predeterminat, frecvenţa de baleiaj a crescut sau scăzut de la o frecvenţă de baleiaj iniţială la o frecvenţă de baleiaj finală; F. identifice din înregistrările stocate în memorie frecvenţa optimă a semnalului de acţionare de curent alternativ care este frecvenţa de baleiaj a semnalului de acţionare de curent alternativ la care traductorul ultrasonic utilizează maximul de putere activă; şi G. controleze acţionatorul de curent alternativ să emită un semnal de acţionare de curent alternativ către traductorul ultrasonic, la frecvenţa optimă pentru a face traductorul ultrasonic să atomizeze un lichid.

În unele exemple, sistemul de monitorizare a puterii active conţine un sistem de detectare a curentului, pentru detectarea unui curent de acţionare al semnalului de acţionare de curent alternativ care acţionează traductorul ultrasonic, unde sistemul de monitorizare a puterii active asigură un semnal de monitorizare care indică curentul de acţionare detectat.

În unele exemple, sistemul de detectare a curentului conţine un convertor analog-digital, care converteşte curentul de acţionare detectat într-un semnal digital pentru a fi procesat de procesor.

În unele exemple memoria stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să: repete paşii A-D de mai sus, cu frecvenţa de baleiaj crescând incremental de la o frecvenţă de baleiaj iniţială de 2900kHz la o frecvenţă de baleiaj finală de 2960kHz.

În unele exemple, memoria stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să: repete paşii A-D de mai sus, cu frecvenţa de baleiaj crescând incremental de la o frecvenţă de baleiaj iniţială de 2900kHz la o frecvenţă de baleiaj finală de 3100kHz.

În unele exemple, memoria stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate de procesor, fac ca procesorul: în pasul G să controleze acţionatorul de curent alternativ să emită un semnal de acţionare de curent alternativ către traductorul ultrasonic, la o frecvenţă care este deviată cu o valoare predeterminată de la frecvenţa optimă.

În unele exemple valoarea de deviere predeterminată se situează între 1-10% din frecvenţa optimă.

2. Secţiunea de control şi informaţii (CI)

Secţiunea de control şi informaţii conţine un EEPROM extern pentru stocarea de date, LED-uri pentru informarea utilizatorului, un senzor de presiune pentru detectarea fluxului de aer şi un microcontroler cu capacităţi Bluetooth Low Energy (BLE) pentru monitorizarea constantă şi administrarea secţiunii de aerosolizare.

Senzorul de presiune utilizat în dispozitiv are două scopuri. Primul scop este de a preveni pornirea nedorită şi accidentală a motorului sonic (acţionarea traductorului ultrasonic). Această funcţionalitate este implementată în sistemul de procesare al dispozitivului, optimizată pentru putere redusă, pentru măsurarea constantă a parametrilor mediului înconjurător, cum ar fi temperatura şi presiunea ambiantă, cu compensare internă şi setare de referinţă, pentru detectarea precisă şi clasificarea a ceea ce poartă numele de inhalare reală.

Spre deosebire de toate celelalte nebulizatoare de pe piaţă, această soluţie foloseşte forţa unui micro-controler pentru a permite utilizarea unui singur senzor.

Al doilea scop al senzorului de presiune este nu numai de a fi capabil să monitorizeze durata exactă a inhalărilor efectuate de utilizator, pentru o măsurare precisă a volumului inhalat, ci şi de a determina forţa inhalării efectuate de utilizator, ceea ce reprezintă o informaţie esenţială în cazul aplicaţiilor medicale, atât pentru prescrierea unei reţete adecvate, cât şi pentru monitorizarea sănătăţii. Per total, suntem capabili să realizăm totalmente profilul presiunii pentru fiecare inhalare şi să anticipăm finalul inhalării, atât cu scopul optimizării aerosolizării, cât şi pentru înţelegerea comportamentală în ceea ce priveşte datele medicale.

Acest lucru a fost posibil prin utilizarea unui microcontroler Bluetooth™ Low Energy (BLE). Acesta îi permite sistemului să asigure intervale de inhalare deosebit de precise, aerosolizare optimizată, monitorizarea a numeroşi parametri pentru garantarea nebulizării în siguranţă şi prevenirea utilizării unui e-liquid sau a unor camere de aerosol neoriginale şi pentru a proteja atât dispozitivul de riscul supraîncălzirii, cât şi utilizatorul împotriva nebulizării excesive într-o singură inhalare, spre deosebire de orice alt produs existent pe piaţă.

Utilizarea microcontrolerului BLE permite ca actualizarea wireless să le ofere constant utilizatorilor un software îmbunătăţit, pe baza colectării anonimizate a datelor şi unui modul de inteligenţă artificială pentru modelarea PZT.

3. Secţiunea de management al puterii (PM)

Secţiunea de management al puterii se constituie din traiectul bateriei LiPo de 3,7V către un regulator cu pierdere redusă (regulator LDO), care alimentează secţiunea de control şi informaţii, şi un sistem de management baterie (BMS), care asigură încărcarea şi un nivel înalt de protecţie al bateriei LiPo interne.

Componentele din această secţiune au fost alese cu atenţie şi în detaliu, pentru a putea realiza un dispozitiv atât de integrat şi compact, care să furnizeze un nivel ridicat de putere secţiunii de sonificare şi să asigure alimentarea constantă a secţiunii de control şi informaţii.

La furnizarea unei puteri ridicate pentru secţiunea de aerosolizare dintr-o baterie LiPo de 3.7V, tensiunea de alimentare variază masiv în timpul funcţionării. În lipsa unui regulator cu pierdere redusă, pentru secţiunea de control şi informaţii nu ar putea fi asigurată alimentarea constantă obligatorie atunci când tensiunea bateriei scade până la 0,3V peste valorile minime ale componentelor din această secţiune, motiv pentru care LDO are un rol absolut esenţial. O pierdere la nivelul secţiunii CI ar perturba sau chiar opri funcţionarea întregului dispozitiv.

Din acest motiv, selectarea atentă a componentelor nu doar că asigură un grad ridicat de fiabilitate al dispozitivului, ci îi şi permite să lucreze în condiţii dificile şi pentru perioade consecutive mai lungi între reîncărcări.

Aerosolizare controlată

Dispozitivul reprezintă o soluţie de aerosolizare precisă, de încredere şi sigură pentru prescripţii medicale şi utilizare zilnică, astfel încât trebuie să asigure o aerosolizare controlată şi sigură.

Acest lucru este obţinut printr-o metodă internă, care poate fi împărţită în mai multe secţiuni, după cum urmează:

1. Sonificare

Pentru a asigura aerosolizarea optimă, traductorul ultrasonic (PZT) trebuie să vibreze în cel mai eficient mod.

Frecvenţă

Proprietăţile electromecanice ale ceramicii piezoelectrice indică faptul că această componentă are cea mai mare eficienţă la frecvenţa de rezonanţă. Dar, de asemenea, vibrarea PZT la rezonanţă pentru o perioadă lungă de timp va duce inevitabil la defecţiune şi defectarea componentei, ceea ce face camera de aerosol inutilizabilă.

Un lucru important de avut în vedere la utilizarea materialelor piezoelectrice este variaţia inerentă în timpul fabricaţiei şi variabilitatea acesteia în funcţie de temperatură şi vechime.

Rezonarea PZT la 3MHz pentru a crea picături de dimensiune <1um, necesită o metodă adaptivă pentru a localiza şi atinge 'punctul optim' al PZT individual în interiorul fiecărei camere de aerosol utilizate cu dispozitivul pentru fiecare inhalare în parte.

Baleiere

Dat fiind că dispozitivul trebuie să localizeze 'punctul optim' pentru fiecare inhalare în parte şi din cauza utilizării excesive, temperatura PZT variază in timp ce dispozitivul utilizează o metodă de dublă baleiere, dezvoltată la nivel intern.

Prima baleiere este utilizată când dispozitivul nu a fost folosit cu o anumită cameră de aerosol o perioadă de timp considerată suficientă ca disiparea termică să intervină în totalitate şi pentru ca PZT să se răcească la 'temperatura standard'. Această procedură este numită şi pornire la rece. În timpul acestei proceduri PZT are nevoie de un impuls pentru a produce aerosolul necesar. Acesta se obţine prin parcurgerea doar a unui mic subset de frecvenţe între 2900kHz până la 2960kHz care, conform studiilor şi experimentelor extinse, acoperă punctul de rezonanţă.

Pentru fiecare frecvenţă din această gamă, motorul sonic este activat iar curentul care trece prin PZT este monitorizat în mod activ şi stocat de microcontroler prin intermediul convertorului analog-digital (DAC) şi convertit înapoi în curent, pentru a putea deduce cu precizie puterea utilizată de PZT.

Astfel rezultă profilul rece al acestui PZT în ceea ce priveşte frecvenţa iar frecvenţa utilizată pe parcursul inhalării este cea care utilizează cel mai mult curent, adică frecvenţa cu cea mai scăzută impedanţă.

A doua baleiere este realizată în timpul oricărei inhalări ulterioare şi acoperă întreaga gamă de frecvenţe între 2900kHz până la 3100kHz datorită modificării profilului PZT în ceea ce priveşte temperatura şi deformarea. Acest profil cald este utilizat pentru a determina devierea care trebuie aplicată.

Deviere

Dat fiind că aerosolizarea trebuie să fie optimă, devierea nu este utilizată în timpul unei inhalări la rece şi ca urmare PZT va vibra la frecvenţa de rezonanţă. Acest lucru se poate întâmpla doar pentru o perioadă scurtă şi fără repetiţie, în caz contrar PZT s-a defecta în mod inevitabil.

Devierea însă este utilizată în timpul majorităţii inhalărilor ca o modalitate pentru a atinge o frecvenţă cu impedanţă scăzută, rezultând astfel o operare aproximativ optimă a PZT, dublată de protejarea lui împotriva defecţiunilor.

Dat fiind că profilele cald şi rece sunt stocate în timpul inhalării, microcontrolerul poate selecta apoi frecvenţa deviată adecvată în concordanţă cu valorile măsurate ale curentului prin PZT în timpul baleierii şi să asigure funcţionarea mecanică lipsită de riscuri.

Selectarea direcţiei devierii este crucială, deoarece componenta piezoelectrică se comportă într-un mod diferit în afara dubletului frecvenţă de rezonanţă/anti-rezonanţă sau în cadrul acestei game. Devierea selectată ar trebui să se situeze întotdeauna în cadrul acestei game, definite de frecvenţe de rezonanţă până la frecvenţe anti-rezonante, dat fiind că PZT este inductiv şi nu capacitiv.

În sfârşit, procentajul devierii este menţinut sub 10% pentru a rămâne în continuare aproape de cea mai redusă impedanţă dar suficient de departe de rezonanţă.

Ajustare

Dată fiind natura intrinsecă a PZT, fiecare inhalare este diferită. Numeroşi parametri în afară de elementul piezoelectric influenţează rezultatul inhalării, cum ar fi cantitatea de e-liquid rămasă în interiorul camerei de aerosol, gradul de îmbibare al tifonului sau nivelul bateriei dispozitivului.

Dispozitivul monitorizează în permanenţă curentul utilizat de PZT în interiorul camerei de aerosol iar microcontrolerul ajustează constant parametrii, cum ar fi frecvenţa şi factorul de umplere, pentru a furniza camerei de aerosol cea mai stabilă alimentare cu energie posibilă în cadrul unei plaje predefinite, în concordanţă cu rezultatele studiilor şi experimentelor privind aerosolizarea optimă în condiţii de siguranţă.

Monitorizarea bateriei

Pentru a furniza o tensiune de curent alternativ de 15V şi a menţine în interiorul PZT o intensitate a curentului în jurul a 2,5A, curentul extras din baterie atinge aproximativ 7 până la 8 amperi, ceea ce creează o scădere a tensiunii bateriei. Orice baterie LiPo obişnuită nu ar face faţă acestei cereri ridicate de resurse pe durata unei inhalări, care poate ajunge la 6s.

Din acest motiv este dezvoltată o baterie LiPo specială, care poate gestiona aproximativ 11 amperi, ceea ce înseamnă cu 50% mai mult decât maximul permis în PZT în orice moment, şi care rămâne uşor de utilizat într-un dispozitiv portabil, compact şi integrat.

Dat fiind că tensiunea bateriei scade şi variază foarte mult la activarea secţiunii de sonificare, microcontrolerul monitorizează constant energia utilizată de PZT în interiorul camerei de aerosol, pentru a asigura aerosolizarea corespunzătoare, în condiţii de siguranţă.

Şi, dat fiind că cheia aerosolizării este controlul, dispozitivul se asigură în primul rând că secţiunea de control şi informaţii a dispozitivului funcţionează întotdeauna şi că nu se opreşte în detrimentul secţiunii de sonificare.

Acesta este motivul pentru care metoda de ajustare ţine foarte mult seama şi de nivelul bateriei în timp real şi, dacă este necesar, modifică parametri, cum ar fi factorul de umplere, pentru a menţine bateria la un nivel sigur, iar în cazul în care bateria este la un nivel prea scăzut înainte de pornirea motorului sonic, secţiunea de control şi informaţii va împiedica activarea.

Controlul puterii

După cum s-a spus, cheia aerosolizării este controlul iar metoda utilizată în acest dispozitiv este o funcţie multi-dimensională în timp real, care ţine cont de profilul PZT, de curentul din interiorul PZT şi de nivelul bateriei dispozitivului în orice moment.

Toate acestea sunt posibile doar prin utilizarea unui microcontroler care poate monitoriza şi controla fiecare element al dispozitivului, pentru a produce o inhalare optimă.

1. Controlul inhalării

Dispozitivul este unul sigur, fapt confirmat şi de raportul BNS (Broughton Nicotine Services), însă pentru a garanta siguranţa nebulizării şi integritatea atât a camerei de aerosol, cât şi a dispozitivului, fiecare inhalare trebuie să fie controlată.

Durata inhalării

Pentru a reduce expunerea la carbonili şi la alte componente toxice care ar putea rezulta din încălzirea unui e-liquid, durata maximă a unei inhalări este setată la 6 secunde, ceea ce asigură în totalitate lipsa expunerii la aceste componente.

Interval

Deoarece dispozitivul se bazează pe o componentă piezoelectrică, dispozitivul împiedică activarea secţiunii de sonificare dacă o inhalare se opreşte. Temporizarea de siguranţă dintre două inhalări este adaptivă, depinzând de durata inhalării anterioare. Acest lucru permite îmbibarea corespunzătoare a tifonului înainte de următoarea activare.

În acest mod dispozitivul poate funcţiona în siguranţă iar aerosolizarea se realizează în mod optim, fără riscul de spargere a elementului PZT sau de a expune utilizatorul la componente toxice.

Conectivitate (BLE)

Secţiunea de control şi informaţii a dispozitivului este compusă dintr-un sistem de comunicaţii wireless, sub forma unui microcontroler cu capacităţi Bluetooth Low Energy. Sistemul de comunicaţii wireless comunică cu procesorul dispozitivului şi este configurat pentru transmiterea şi primirea de date între dispozitivul de acţionare şi un dispozitiv de calcul, cum ar fi un smartphone.

Conectivitatea via Bluetooth Low Energy cu o aplicaţie mobilă însoţitoare face ca această comunicare să necesite foarte puţină energie, permiţând astfel dispozitivului ca atunci când nu este utilizat deloc să rămână în funcţiune pentru o perioadă mai mare de timp, comparativ cu soluţiile de conectivitate wireless tradiţionale, cum ar fi Wi-Fi, Bluetooth clasic, GSM sau chiar LTE-M şi NB-IOT.

Cel mai important, această conectivitate face posibile caracteristica OTP şi controlul complet şi siguranţa inhalărilor. Toate datele, de la frecvenţa de rezonanţă a unei inhalări la cea utilizată sau presiunea negativă creată de utilizator şi durata, sunt stocate şi transferate via BLE pentru analize ulterioare şi îmbunătăţirea software-ului încorporat.

Mai mult, aceste informaţii sunt cruciale atunci când dispozitivul este utilizat în programe medicale, deoarece ele oferă medicilor şi utilizatorilor toate informaţiile privind procesul de inhalare, precum şi posibilitatea de a urmări în timp real prescripţiile şi utilizarea.

În sfârşit, această conectivitate permite actualizarea firmware-ului încorporat în interiorul dispozitivului şi wireless (OTA), ceea ce garantează că ultimele versiuni pot fi implementate întotdeauna cu rapiditate. Acest lucru oferă un grad ridicat de scalabilitate dispozitivului şi siguranţa că se intenţionează actualizarea acestuia.

Colectarea datelor în scop clinic

Dispozitivul poate colecta datele utilizatorului, cum ar fi numărul de aspirări şi durata aspirării pentru a determina cantitatea totală de remediu terapeutic consumată de utilizator într-o sesiune.

Aceste date pot fi interpretate de un algoritm care setează limitele de consum per perioadă de timp, pe baza recomandărilor unui medic.

Acest lucru permite o doză terapeutică controlată din substanţa care trebuie administrată utilizatorului, care este controlată de către un medic sau farmacist şi de care utilizatorul final nu poate abuza.

Medicul are posibilitatea să scadă gradual dozajul, în timp şi de o manieră controlată, care este sigură pentru utilizator.

Limitări ale aspirării

O limitare a dispozitivului la o durată a aspirării <7 va limita expunerea utilizatorului la carbonilii produşi în mod obişnuit de sistemele electronice de furnizare a nicotinei.

Pe baza rezultatelor experimentelor Broughton Nicotine Services, după ce un utilizator efectuează 10 aspirări consecutive <7 secunde, cantitatea totală de carbonili este <2,67��g/10 aspirări (medie: 1,43�g/10 aspirări) pentru formaldehidă, <0,87�g/ 10 aspirări (medie: 0,50�g/10 aspirări) pentru acetaldehidă, <0,40�g/10 aspirări (medie: 0,28�g/10 aspirări) pentru propionaldehidă, <0,16�g/10 aspirări (medie: 0,16�g/10 aspirări) pentru crotonaldehidă, <0,19�g/10 aspirări (medie: 0,17�g/10 aspirări) pentru butiraldehidă, <0,42�g/10 aspirări (medie: 0,25�g/10 aspirări) pentru diacetil, iar acetilpropionil nu a fost detectat deloc în emisii după 10 aspirări consecutive <7 secunde.

Deoarece aerosolizarea unui e-liquid este realizată prin acţiunea mecanică a discului piezoelectric şi nu prin încălzirea directă a lichidului, componentele individuale ale e-liquid (propilenglicol, glicerină vegetală, componente aromatice, etc.) rămân în mare parte intacte şi nu sunt descompuse în componente toxice mai mici, cum ar fi acroleină, acetaldehidă, formaldehidă, etc. într-o măsură atât de mare ca în cazul ENDS tradiţionale.

Pentru a limita expunerea utilizatorului la carbonili în timpul utilizării dispozitivului ultrasonic, durata aspirării este limitată la maximum 6 secunde, astfel încât rezultatele de mai sus ar reprezenta scenariul cel mai nefavorabil în ceea ce priveşte expunerea.

Referitor la figurile 59 şi 60, când capacul de închidere 248 este montat pe carcasa dispozitivului de acţionare 246, carcasa dispozitivului de acţionare 246, fiind din aluminiu, acţionează ca o cuşcă Faraday, împiedicând dispozitivul să emită orice fel de unde electromagnetice. Dispozitivul cu carcasa dispozitivului de acţionare 246 a fost testat în ceea ce priveşte compatibilitatea electromagnetică (CEM) iar testele au arătat că emisiile sunt de mai puţin de jumătate din limita admisă pentru dispozitive. Rezultatele testelor CEM sunt prezentate în graficul din figura 61.

Un nebulizator din alte exemple ale acestei prezentări conţine majoritatea sau, preferabil, toate elementele generatorului de ceaţă 200 descris mai sus, însă memoria dispozitivului de acţionare 202 stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate de procesor, asigură funcţionalităţi suplimentare nebulizatorului.

În unul dintre exemple, nebulizatorul 200 conţine un ansamblu de monitorizare a puterii active care încorporează un senzor de curent, cum ar fi senzorul de curent 335 descris mai sus, pentru detectarea unui curent de acţionare rms al semnalului de acţionare de curent alternativ care acţionează traductorul ultrasonic 215. Ansamblul de monitorizare a puterii active furnizează un semnal de monitorizare care indică curentul de acţionare detectat, conform descrierii de mai sus.

Funcţionalitatea suplimentară din acest exemplu permite nebulizatorului 200 să monitorizeze funcţionarea traductorului ultrasonic în timp ce traductorul ultrasonic este activat. Nebulizatorul 200 calculează o valoare a eficienţei sau un indice de calitate, care indică cât de eficient funcţionează traductorul ultrasonic pentru atomizarea unui lichid din dispozitiv. Dispozitivul utilizează valoarea eficienţei pentru a calcula cantitatea efectivă de ceaţă care a fost generată pe durata activării traductorului ultrasonic.

Odată ce cantitatea efectivă de ceaţă a fost calculată, dispozitivul este configurat să calculeze cantitatea efectivă de remediu terapeutic care a fost prezentă în ceaţă şi, astfel, cantitatea efectivă dintr-un remediu terapeutic care a fost inhalată de un utilizator pe baza concentraţiei remediului terapeutic în lichid. Cunoaşterea cantităţii exacte de remediu terapeutic care este administrată unui pacient este extrem de importantă atunci când nebulizatorul este utilizat ca parte a unui program de tratament terapeutic. Cunoaşterea exactă a cantităţii de remediu terapeutic administrată unui utilizator în timpul fiecărei inhalări sau aspirări conferă o mai mare acurateţe şi eficienţă programului de tratament terapeutic în comparaţie cu utilizarea unui dispozitiv convenţional, care doar cuantifică numărul de inhalări sau aspirări presupunând că prin fiecare inhalare sau aspirare se administrează utilizatorului aceeaşi cantitate de remediu terapeutic.

În practică, după cum s-a descris mai sus, există mulţi factori diferiţi care afectează funcţionarea traductorului ultrasonic şi care au un impact asupra cantităţii de ceaţă generată de traductorul ultrasonic şi, în consecinţă asupra cantităţii efective de remediu terapeutic care este administrată unui utilizator.

De exemplu, dacă un traductor ultrasonic dintr-un nebulizator nu funcţionează în mod optim din cauza nivelului scăzut de încărcare al bateriei care reduce curentul care circulă prin traductorul ultrasonic, va fi generată o cantitate mai redusă de ceaţă iar utilizatorului i se va administra o cantitate mai mică de remediu terapeutic comparativ cu situaţia în care dispozitivul funcţionează în mod optim. Astfel, dispozitivul va permite un număr mai mare de aspirări pentru ca utilizatorului să îi fie administrată o cantitate setată de remediu terapeutic de-a lungul unei perioade de timp, comparativ cu numărul de aspirări care ar fi admis dacă traductorul ultrasonic ar funcţiona în mod optim. Acest lucru conferă o mai mare acurateţe şi eficienţă programului de tratament terapeutic în comparaţie cu un program convenţional care se bazează pe utilizarea unui dispozitiv care doar cuantifică şi limitează numărul de aspirări efectuate de un utilizator.

În continuare vor fi descrise mai detaliat configuraţia nebulizatorului şi o metodă de generare a ceţii utilizând un nebulizator din mai multe exemple.

În acest exemplu, nebulizatorul încorporează componentele nebulizatorului 200 descris mai sus, însă memoria dispozitivului de acţionare 202 stochează şi instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să activeze generatorul de ceaţă 200 pentru o primă perioadă de timp predeterminată. După cum am descris mai sus, generatorul de ceaţă este activat prin acţionarea traductorului ultrasonic 215 din generatorul de ceaţă 200 cu semnalul de acţionare de curent alternativ, astfel încât traductorul ultrasonic 215 atomizează lichidul transportat de elementul capilar 222.

Instrucţiunile executate fac ca procesorul, cu ajutorul unui senzor de curent, să detecteze periodic pe parcursul primei perioade de timp predeterminate curentul semnalului de acţionare de curent alternativ care circulă prin traductorul ultrasonic 215, stocând în memorie valorile curentului măsurate periodic.

Instrucţiunile executate fac ca procesorul să calculeze o valoare a eficienţei, utilizând valorile curentului stocate în memorie. Valoarea eficienţei indică eficienţa funcţionării traductorului ultrasonic pentru atomizarea lichidului.

În unul dintre exemple, instrucţiunile executate fac ca procesorul să calculeze valoarea eficienţei utilizând această ecuaţie:

unde:

QI este valoarea eficienţei,

QF este o valoare a sub-eficienţei frecvenţei, care este bazată valoarea monitorizată a frecvenţei (frecvenţa la care traductorul ultrasonic 215 este acţionat),

QA este o valoare a sub-eficienţei convertorului analog-digital, care se bazează pe valoarea măsurată a frecvenţei (curentul rms care circulă prin traductorul ultrasonic 215),

t=0 este startul primei perioade de timp predeterminate,

t=D este finalul primei perioade de timp predeterminate,

N este numărul de măsurători periodice (eşantioane) pe parcursul primei perioade de timp predeterminate, şi

este un factor de normalizare.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să măsoare periodic pe parcursul primei perioade de timp predeterminate factorul de umplere al semnalului de acţionare de curent alternativ care acţionează traductorul ultrasonic şi să stocheze în memorie valorile măsurate periodic ale factorului de umplere. Nebulizatorul modifică apoi valoarea sub-eficienţei convertorului analog-digital QA pe baza valorilor curentului stocate în memorie. În consecinţă, nebulizatorul din acest exemplu ia în considerare variaţiile factorului de umplere care pot apărea în timpul activării traductorului ultrasonic 215 când dispozitivul calculează valoarea eficienţei. Ca urmare, nebulizatorul poate calcula cu precizie cantitatea efectivă de ceaţă care este generată luând în considerare variaţiile factorului de umplere al semnalului de acţionare de curent alternativ care pot apărea când traductorul ultrasonic este activat.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să măsoare periodic pe parcursul primei perioade de timp predeterminate o tensiune a unei baterii care alimentează generatorul de ceaţă şi să stocheze în memorie valorile măsurate periodic ale factorului de umplere. Nebulizatorul modifică apoi valoarea sub-eficienţei convertorului analog-digital QA pe baza valorilor tensiunii bateriei stocate în memorie. În consecinţă, nebulizatorul din acest exemplu ia în considerare variaţiile tensiunii bateriei care pot apărea în timpul activării traductorului ultrasonic 215 când dispozitivul calculează valoarea eficienţei. Ca urmare, nebulizatorul poate calcula cu precizie cantitatea efectivă de ceaţă care este generată luând în considerare variaţiile tensiunii bateriei care pot apărea când traductorul ultrasonic este activat.

Valoarea eficienţei este utilizată de nebulizator ca o ponderare pentru a calcula cantitatea efectivă de ceaţă generată de nebulizator prin reducerea proporţională a valorii unei cantităţi maxime de ceaţă care ar fi generată dacă dispozitivul ar funcţiona în mod optim.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să măsoare periodic pe parcursul primei perioade de timp predeterminate frecvenţa semnalului de acţionare de curent alternativ care acţionează traductorul ultrasonic 215 şi să stocheze în memorie valorile măsurate periodic ale frecvenţei. Dispozitivul calculează apoi valoarea eficienţei utilizând valorile frecvenţei stocate în memorie, suplimentar faţă de valorile curentului aşa cum s-a descris mai sus.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să calculeze o valoare maximă a cantităţii de ceaţă care ar fi generată dacă traductorul ultrasonic 215 ar funcţiona în mod optim pe parcursul primei perioade de timp predeterminate. În unul dintre exemple, valoare maximă a cantităţii de ceaţă este calculată pe baza modelării care determină cantitatea maximă de ceaţă care ar fi generată când traductorul ultrasonic funcţionează în mod optim.

Odată ce valoarea maximă a cantităţii de ceaţă a fost calculată, nebulizatorul poate calcula valoare efectivă a cantităţii de ceaţă prin reducerea proporţională a valorii maxime a cantităţii de ceaţă pe baza valorii eficienţei pentru a determina cantitatea efectivă de ceaţă care a fost generată pe parcursul primei perioade de timp predeterminate.

Odată ce cantitatea efectivă de ceaţă a fost calculată, nebulizatorul poate calcula o valoare a cantităţii de remediu terapeutic care indică cantitatea de remediu terapeutic din cantitatea efectivă de ceaţă care a fost generată pe parcursul primei perioade de timp predeterminate. Nebulizatorul stochează apoi în memorie o înregistrare a valorii cantităţii de remediu terapeutic. În acest mod, nebulizatorul poate înregistrare cu precizie cantitatea efectivă de remediu terapeutic care a fost administrată unui utilizator în fiecare inhalare sau aspirare.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să selecteze o a doua perioadă de timp predeterminată ca răspuns la valoarea eficienţei. În acest caz, a doua perioadă de timp predeterminată este o perioadă de timp de-a lungul căreia traductorul ultrasonic 215 este activat în timpul unei a doua inhalări sau aspirări efectuată de un utilizator. În unul dintre exemple, a doua perioadă de timp predeterminată este egală cu prima perioadă de timp predeterminată dar cu timpul redus sau mărit în mod proporţional în conformitate cu valoarea eficienţei. De exemplu, dacă valoarea eficienţei indică faptul că traductorul ultrasonic 215 nu funcţionează eficient, a doua perioadă de timp predeterminată este prelungită de valoarea eficienţei, astfel încât o cantitate dorită de ceaţă este generată pe parcursul celei de-a doua perioade de timp predeterminate.

Când se ajunge la a doua inhalare, nebulizatorul activează generatorul de ceaţă pentru a doua perioadă de timp predeterminată, astfel încât generatorul de ceaţă generează o cantitate predeterminată de ceaţă pe parcursul celei de-a doua perioade de timp predeterminate. Nebulizatorul controlează astfel cu precizie cantitatea de ceaţă generată pe parcursul celei de-a doua perioade de timp predeterminate, ţinând cont de diverşii parametri care sunt reflectaţi de valoarea eficienţei care afectează funcţionarea nebulizatorului.

În unul dintre exemple, memoria stochează instrucţiuni care, când sunt executate de procesor, fac ca procesorul să activeze generatorul de ceaţă pentru multiple perioade de timp predeterminate. De exemplu, generatorul de ceaţă este activat în timpul mai multor inhalări sau aspirări succesive efectuate de un utilizator.

Nebulizatorul stochează în memorie multiple valori ale cantităţii de remediu terapeutic, fiecare valoare a cantităţii de remediu terapeutic indicând cantitatea de remediu terapeutic din ceaţă care a fost generată pe parcursul uneia dintre perioadele de timp predeterminate. În unul dintre exemple, nebulizatorul împiedică activarea în continuare a generatorului de ceaţă pentru o durată predeterminată în cazul în care cantitatea de remediu terapeutic din ceaţa care a fost generată pe parcursul perioadelor de timp predeterminate este egală sau mai mare decât un prag predeterminat. În unul dintre exemple, durata predeterminată este o durată între 1 şi 24 ore. În alte exemple, durata predeterminată este de 24 ore sau de 12 ore.

Nebulizatorul din unele exemple ale acestei prezentări este configurat pentru a transmite date care indică valorile cantităţii de remediu terapeutic de la generatorul de ceaţă către un dispozitiv de calcul (comunicare prin tehnologia Bluetooth™ Low Energy) pentru stocarea în memoria dispozitivului de calcul (de ex. un smartphone). O aplicaţie executabilă care rulează pe dispozitivul de calcul poate astfel înregistra cantitatea de remediu terapeutic care a fost administrată unui utilizator. Aplicaţia executabilă poate să şi controleze funcţionarea nebulizatorului pentru a limita activarea nebulizatorului în scopul limitării cantităţii de remediu terapeutic administrată unui utilizator pe parcursul unei perioade de timp.

Astfel, nebulizatorul din unele exemple ale acestei prezentări este configurat pentru a împiedica continuarea utilizării odată ce a utilizatorul a consumat o cantitate stabilită de remediu terapeutic pe parcursul unui interval de timp stabilit, cum ar fi cantitatea de remediu terapeutic consumată pe parcursul unei zile.

Toate aplicaţiile de mai sus, care implică tehnologia ultrasonică, pot beneficia de optimizarea obţinută prin intermediul regulatorului de frecvenţă, care optimizează frecvenţa de sonificare pentru performanţe optime.

Trebuie notat că cele prezentate în documentul de faţă nu sunt limitate doar pentru utilizarea în scopul de furnizare a nicotinei. Într-adevăr, în unele exemple, nebulizatorul conţine un lichid cu un remediu terapeutic care nu conţine nicotină. Unele exemple sunt configurate pentru utilizarea în diverse scopuri medicale (de ex. furnizarea de CBD pentru calmarea durerilor, suplimente pentru creşterea performanţei, albuterol/salbutamol pentru pacienţi care suferă de astm, etc.)

Dispozitivele prezentate în documentul de faţă sunt destinate utilizării cu orice remedii terapeutice, substanţe medicale sau alţi compuşi, iar substanţa medicală sau compusul este furnizat într-un lichid în camera cu lichid a dispozitivului, pentru a fi aerosolizat de dispozitiv. În unele exemple, dispozitivele prezentate în documentul curent sunt destinate utilizării cu remedii terapeutice, substanţe medicale şi compuşi care includ, dar nu se limitează la, următoarele:

Respirator

Bronhodilatatoare

Olodaterol

Levalbuterol

Berodual (bromură de ipratropium / fenoterol)

Combivent (bromură de ipratropium / salbutamol)

Anti-inflamator

Betametazonă

Dexametazonă

Methylprednisolonă

Hidrocortizon

Mucolitice

N-acetilcisteină

Hipertensiune pulmonară

Sildenafil

Tadalafil

Epoprostenol

Treprostenil iloprost

Boli infecţioase

Antimicrobiene

Aminoglicozide (gentamicină, tobramicină, amikacină, colomicină, neomicină, amikacină lipozomală,)

Chinolone (ciprofloxacină, levofloxacină, moxifloxacin, ofloxacină) Macrolide (azitromicină) Minociclină

Betalactamine (Piperacilină-tazobactam, ceftazidim ticarcilină), Cefalosporine (cefotaximă, cefepimă, ceftriaxonă, cefotaximă) Glicopeptide (vancomicină)

Meropenem

Polimixină (colistin, polimixină B)

Antifungice

Amfotericină

Fluconazol

Caspofungin

Antivirale

Valganciclovir

Favipiravir

Remdesivir

Aciclovir

Antituberculoase

Izoniazidă

Pirazinamidă

Rifampicină

Etambutol

Oncologie

Biologice

Gilotrif

Afatinib

Caplacizumab

Dupilumab

Sarilumab

Alirocumab

Volasertib

Nintedanib

Imatinib

Sirolimus

Chimioterapie

Azacitidină

Decitabină

Docetaxel

Gemcitabină

Cisplatină

SNC & PSIH

Valproat de sodiu

Teriflunomidă

Zolmitriptan

METABOLIC/HORMONAL

Insulină

Estrogen

IMUNOLOGIE

Vaccin

Anticorpi monoclonali

Celule stem

Vitamine

Zinc

Acid ascorbic

Diverse

Niclosamid

Hidroxiclorochină

Ivermectină

Nebulizatorul ultrasonic 100 din unele exemple este o versiune mai puternică a nebulizatoarelor medicale portabile curente.

Pot fi avute în vedere cu uşurinţă şi alte exemple de nebulizatoare ultrasonice, inclusiv dispozitive medicale de administrare, care nu au aspectul unei ţigarete.

Cele de mai sus prezintă caracteristici ale mai multor exemple sau aplicaţii, astfel încât persoanele cu competenţă normală în domeniu să poată înţelege mai bine diversele aspecte ale prezentării curente. Trebuie notat şi înţeles că se pot face îmbunătăţiri şi modificări ale aplicaţiilor descrise mai sus, în conformitate cu domeniul aserţiunilor anexate.

Chiar dacă subiectul a fost descris într-un limbaj specific caracteristicilor structurale şi acţiunilor metodologice, trebuie înţeles că subiectul 20 aserţiunilor anexate nu este în mod necesar limitat la caracteristicile sau acţiunile specifice descrise mai sus. Mai degrabă, caracteristicile şi acţiunile specifice descrise mai sus sunt prezentate ca forme exemplificative de implementare a cel puţin unora dintre revendicări. Domeniul invenţiei este definit de aserţiunile anexate.

Sunt prezentate diverse operaţii cu exemple sau aplicaţii. Ordinea în care sunt descrise unele sau toate aceste operaţiuni nu trebuie să inducă ideea că aceste operaţiuni depind neapărat de ordinea de execuţie. Se poate aprecia că o ordine alternativă va oferi beneficiile descrise în prezentul document.

Mai mult, termenul „exemplificativ» este utilizat în documentul de faţă cu sensul de a servi drept exemplu, exemplificare, ilustrare, etc. şi nu neapărat avantajos. Aşa cum este utilizat în 35 prezenta cerere, termenul „sau» semnifică un „sau» cu sens inclusiv şi nu un „sau» cu sens exclusiv. În plus „o» şi „un», aşa cum sunt utilizate în prezenta cerere şi aserţiunile anexate trebuie înţelese în general ca însemnând unul sau mai multe, cu excepţia cazurilor când se specifică altfel sau este clar din context că forma este la singular. De asemenea, cel puţin unul dintre A şi B şi/sau similar înseamnă în general A sau B sau şi A şi B. În plus, în măsura în care sunt folosiţi termenii „include», „având», „are», „cu» sau variante ale acestora, se doreşte ca sensul acestor termeni să fie inclusiv, de o manieră similară termenului „conţinând». De asemenea, dacă nu se specifică altfel, termenii „primul», „al doilea» şi similar nu sugerează un aspect temporal, spaţial, o ordine etc. Ci aceşti termeni sunt folosiţi mai degrabă ca identificatori, nume, etc. pentru caracteristici, elemente, articole, etc. De exemplu, un prim element şi un al doilea element corespund în general elementului A şi elementului B sau două elemente diferite sau identice sau acelaşi element.

De asemenea, cu toate că prezentarea a fost realizată şi descrisă cu privire la una sau mai multe implementări, schimbări şi modificări echivalente vor fi posibile pentru persoanele cu competenţă normală în domeniu, în baza citirii şi înţelegerii prezentelor specificaţii şi a desenelor anexate. Prezentarea cuprinde toate aceste modificări şi este limitată doar de scopul următoarelor aserţiuni. În special în ceea ce priveşte diferitele funcţii îndeplinite de caracteristicile descrise mai sus (de exemplu, elemente, resurse etc.), termenii folosiţi pentru a descrie astfel de caracteristici au intenţia de a corespunde, dacă nu se indică altfel, oricăror caracteristici care îndeplinesc funcţia specificată a caracteristicile descrise (de exemplu, care este echivalent din punct de vedere funcţional), chiar dacă acestea nu sunt echivalente cu structura prezentată. În plus, în vreme ce o anumită caracteristică din prezentare se poate să fi fost prezentată cu privire la doar una din mai multe implementări, o astfel de caracteristică poate fi combinată cu una sau mai multe caracteristici ale celorlalte implementări, după cum se doreşte şi se dovedeşte avantajos pentru orice aplicaţie dată sau specifică. Domeniul invenţiei este definit de aserţiunile anexate.

Exemple sau aplicaţii ale subiectului şi operaţiile funcţionale descrise în prezentul document pot fi implementate în circuite electronice digitale sau în software, firmware sau hardware de computer, inclusiv structurile prezentate în aceste specificaţii şi echivalentele lor structurale, sau în combinaţii dintre una sau mai multe dintre ele.

Unele exemple sau aplicaţii sunt implementate cu folosirea unuia sau mai multor module de instrucţiuni de programe informatice, codate pe un mediu care poate fi citit de un computer, pentru a fi executate de sau pentru a controla funcţionarea unui aparat de procesare a datelor. Mediul care poate fi citit de un computer poate fi un produs fabricat, cum ar fi hard disc-ul dintr-un sistem informatic sau un sistem încorporat. Mediul care poate fi citit de un computer poate fi procurat separat şi codificat ulterior cu unul sau mai multe module de instrucţiuni de programe informatice, de exemplu prin transmiterea unuia sau a mai multe module de instrucţiuni de programe informatice printr-o reţea cu fir sau fără fir. Mediul care poate fi citit de un computer poate fi un dispozitiv de stocare citibil electronic, un substrat de stocare citibil electronic, un dispozitiv de stocare sau o combinaţie de una sau mai multe dintre ele.

Termenii „dispozitiv de calcul» şi „aparat de procesare a datelor» includ toate aparatele, dispozitivele şi maşinile pentru procesarea datelor, inclusiv, ca exemplu, un procesor programabil, un computer sau multiple procesoare sau computere. Aparatul poate include, pe lângă hardware, un cod care creează un mediu pentru executarea programului informatic în discuţie, de ex. cod care constituie firmware-ul procesorului, un set de protocoale, un sistem de management al bazelor de date, un sistem de operare, un mediu de execuţie sau o combinaţie de una sau mai multe dintre acestea. În plus, aparatul poate face uz de diferite infrastructuri de modele de calcul, cum ar fi servicii web, sisteme de calcul distribuit şi infrastructuri de grid computing.

Procesele şi fluxurile logice descrise în aceste specificaţii pot fi realizate de unul sau mai multe procesoare programabile care execută unul sau mai multe programe informatice pentru a îndeplini funcţii prin procesarea datelor de intrare şi generarea datelor de ieşire.

Procesoare adecvate pentru executarea unu program informatic includ, ca exemplu, microprocesoare de uz general şi special şi oricare sau mai multe procesoare de orice tip ale calculatoarelor digitale. În general, un procesor va primi instrucţiuni şi date de la o memorie de tip read-only sau o memorie cu acces aleatoriu sau de la ambele. Elementele esenţiale ale unui computer sunt procesorul pentru executarea instrucţiunilor şi unul sau mai multe dispozitive de stocare pentru stocarea instrucţiunilor şi a datelor. În general, un computer va include sau poate fi cuplat operativ pentru a primi date de la sau transfera date către, sau ambele, unul sau mai multe dispozitive de stocare de mare capacitate pentru stocarea datelor, de ex. discuri magnetice, discuri magneto-optice sau discuri optice. Cu toate acestea, nu este nevoie ca un computer să aibă astfel de dispozitive. Dispozitivele adecvate pentru stocarea instrucţiunilor de programe informatice şi a datelor includ toate formele de memorie non-volatilă, medii şi dispozitive de stocare.

În prezentele specificaţii „conţine» înseamnă „include sau constă din» iar „conţinând» înseamnă „incluzând sau constând din».

Claims

1. Un nebulizator pentru generarea unei ceţi, care conţine un remediu terapeutic, pentru a fi inhalată de către un utilizator, dispozitivul conţinând: un generator de ceaţă (201) care încorporează: o carcasă a generatorului de ceaţă (204) care este alungită şi conţine un orificiu de pătrundere a aerului (207) şi un orificiu de ieşire a ceţii (208); o cameră cu lichid (218) prevăzută în interiorul carcasei generatorului de ceaţă (204), cameră cu lichid (218) care conţine un lichid destinat atomizării, lichidul conţinând un remediu terapeutic; o cameră de sonificare (219) prevăzută în interiorul carcasei generatorului de ceaţă (204); un element capilar (222) care se extinde între camera cu lichid (218) şi camera de sonificare (219), astfel încât o primă secţiune (223) a elementului capilar (222) se află în interiorul camerei cu lichid (218) iar o a doua secţiune (224) a elementului capilar (222) se află în interiorul camerei de sonificare (219); un traductor ultrasonic (215) care are o suprafaţă de atomizare, unde o parte a celei de-a doua secţiuni (224) a elementului capilar (222) este suprapusă pe o parte a suprafeţe de atomizare, şi unde când traductorul ultrasonic (215) este acţionat de un semnal de acţionare de curent alternativ suprafaţa de atomizare vibrează pentru a atomiza lichidul transportat de a doua secţiune (224) a elementului capilar (222) pentru a genera o ceaţă conţinând lichidul atomizat şi aer în interiorul camerei de sonificare (219); şi un sistem de circulaţie a aerului care oferă un traseu de circulaţie a aerului între orificiul de pătrundere a aerului (207), camera de sonificare (219) şi orificiul de ieşire a aerului, astfel încât un utilizator care inspiră pe la orificiul de ieşire a ceţii (208) determină aspirarea aerului prin orificiul de pătrundere a aerului (207), prin camera de sonificare (219) şi ieşirea lui prin orificiul de ieşire a ceţii (208), iar ceaţa generată în camera de sonificare (219) este scoasă de fluxul de aer prin orificiul de ieşire a ceţii (208) pentru a fi inhalată de utilizator, unde dispozitivul mai conţine: un dispozitiv de acţionare (202) care încorporează: o baterie (250); caracterizat prin aceea că dispozitivul de acţionare (202) mai conţine: un circuit punte-H (334) care este conectat la traductorul ultrasonic (215), unde circuitul punte-H (334) este configurat să genereze un semnal de acţionare de curent alternativ pentru a acţionarea traductorului ultrasonic (215); un microcip (300) conectat la circuitul punte-H (334) pentru a controla circuitul punte-H (334) ca să genereze semnalul de acţionare de curent alternativ, unde microcipul (300) este o unitate individuală care cuprinde multiple componente şi subsisteme încorporate şi interconectate conţinând: un oscilator (315) care este configurat să genereze: un semnal de ceas principal, un semnal de ceas de primă fază, care într-un prim moment este ridicat în timpul jumătăţii de perioadă pozitivă a semnalului de ceas principal şi scăzut în timpul jumătăţii de perioadă negativă a semnalului de ceas principal, şi un semnal de ceas de a doua fază, care într-un al doilea moment este ridicat în timpul jumătăţii de perioadă negativă a semnalului de ceas principal şi scăzut în timpul jumătăţii de perioadă pozitivă a semnalului de ceas principal, unde fazele semnalului de ceas de primă fază şi ale semnalului de ceas de a doua fază sunt aliniate la centru; un subsistem (329) de generare a semnalului de modulaţie a duratei impulsurilor „PWM”, care conţine: o buclă cu calare pe întârziere (332) care este configurată pentru a genera un semnal de ceas cu dublă frecvenţă utilizând semnalul de ceas de primă fază şi semnalul de ceas de a doua fază, semnalul de ceas cu dublă frecvenţă fiind dublul frecvenţei semnalului de ceas principal, unde bucla cu calare pe întârziere este configurată să controleze tranziţia ascendentă a semnalului de ceas de primă fază iar semnalul de ceas de a doua fază să fie sincron cu tranziţia ascendentă a semnalului de ceas cu dublă frecvenţă, şi unde bucla cu calare pe întârziere este configurată pentru a ajusta frecvenţa şi factorul de umplere al semnalului de ceas de primă fază şi semnalul de ceas de a doua fază ca răspuns la un semnal de control al dispozitivului de acţionare pentru a produce un semnal de ieşire de primă fază şi un semnal de ieşire de a doua fază, unde semnalul de ieşire de primă fază şi semnalul de ieşire de a doua fază sunt configurate să acţioneze circuitul punte-H (334) ca să genereze un semnal de acţionare de curent alternativ pentru a acţiona traductorul ultrasonic (215); o bornă pentru semnal de ieşire de primă fază, care este configurată să emită semnalul de ieşire de primă fază către circuitul punte-H (334); o bornă pentru semnal de ieşire de a doua fază, care este configurată să emită semnalul de ieşire de a doua fază către circuitul punte-H (334); o bornă de intrare de feedback care este configurată să primească un semnal de feedback de la circuitul punte-H (334), semnalul de feedback indicând un parametru al funcţionării circuitului punte-H (334) sau un semnal de acţionare de curent alternativ când circuitul punte-H (334) acţionează traductorul ultrasonic (215) cu semnalul de acţionare de curent alternativ pentru a atomiza lichidul; un subsistem de convertor analog-digital „ADC“ (318), care conţine: multiple borne de intrare ADC (319) care sunt configurate pentru a primi multiple semnale analogice, unde o bornă de intrare ADC dintre multiplele borne de intrare ADC (319) este conectată la borna de intrare de feedback astfel încât subsistemul ADC (318) primeşte semnalul de feedback de la circuitul punte-H (334) şi unde subsistemul ADC (318) este configurat să eşantioneze semnale analogice primite la multiplele borne de intrare ADC (319) la o frecvenţă de eşantionare proporţională cu frecvenţa semnalului de ceas principal iar subsistemul ADC este configurat să genereze semnale digitale ADC utilizând semnalele analogice eşantionate; subsistem cu procesor digital (316) care este configurat să primească semnalele digitale ADC de la subsistemul ADC (318) şi să proceseze semnalele digitale ADC pentru a genera semnalul de control al dispozitivului de acţionare, unde subsistemul cu procesor digital (316) este configurat să comunice semnalul de control al dispozitivului de acţionare către subsistemul (329) de generare a semnalului PWM pentru a controla subsistemul (329) de generare a semnalului PWM; şi un subsistem de convertor digital-analog „DAC“ care conţine: un convertor digital-analog „DAC“ (327) care este configurat să convertească un semnal de control digital generat de subsistemul cu procesor digital (316) într-un semnal analog de control al tensiunii pentru a controla un circuit de reglare a tensiunii care generează o tensiune pentru a fi modulată de circuitul punte-H (334); şi o bornă de ieşire DAC care este configurată pentru a emite semnalul analog de control al tensiunii pentru a controla circuitul de reglare a tensiunii pentru a genera o tensiune predeterminată pentru a fi modulată de circuitul punte-H (334) pentru a acţiona traductorul ultrasonic (215) ca răspuns la semnale de feedback care indică funcţionarea traductorului ultrasonic (215).

2. Dispozitivul din aserţiunea 1, unde microcipul mai conţine: un divizor de frecvenţă (330) care este conectat la oscilatorul (315) pentru a primi semnalul de ceas principal de la oscilatorul (315), divizorul de frecvenţă (330) fiind configurat să împartă semnalul de ceas principal cu un divizor predeterminat şi să emită semnalul de referinţă pentru frecvenţă către bucla cu calare pe întârziere (332).

3. Dispozitivul din aserţiunea 1 sau aserţiunea 2, în care bucla cu calare pe întârziere (332) conţine multiple linii de întârziere conectate capăt la capăt, unde întârzierea totală a liniilor de întârziere este egală cu perioada semnalului de ceas principal; şi, opţional unde bucla cu calare pe întârziere (332) este configurată pentru a ajusta factorul de umplere al semnalului de ceas de primă fază şi al semnalului de ceas de a doua fază ca răspuns la semnalul de control al dispozitivului de acţionare prin varierea întârzierii fiecărei linii de întârziere din bucla cu calare pe întârziere (332).

4. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile precedente, unde borna de intrare de feedback este configurată să primească un semnal de feedback de la circuitul punte-H (334) sub forma unei tensiuni care indică un curent rms al unui semnal de acţionare de curent alternativ care acţionează traductorul ultrasonic.

5. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile precedente, unde subsistemul ADC (318) conţine multiple alte borne de intrare ADC care sunt configurate pentru a primi semnale de feedback care indică cel puţin o tensiune a bateriei (250) sau tensiunea unui încărcător de baterie conectat la dispozitiv.

6. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile anterioare, unde microcipul (300) mai conţine: un senzor de temperatură (314) care este încorporat în microcip (300), unde senzorul de temperatură (314) este configurat să genereze un semnal de temperatură care indică temperatura microcipului (300) şi unde semnalul de temperatură este primit de o altă bornă de intrare ADC a subsistemului ADC (318) iar semnalul de temperatură este eşantionat de ADC.

7. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile precedente, unde subsistemul ADC (318) este configurat să eşantioneze succesiv semnale primite la multiplele borne de intrare ADC (319), cu fiecare semnal fiind eşantionat de subsistemul ADC (318) de un număr predeterminat de ori.

8. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile anterioare, unde microcipul (300) mai conţine: un subsistem de încărcare baterie care este configurat să controleze încărcarea bateriei (250).

9. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile anterioare, unde subsistemul DAC conţine: încă un convertor digital-analog „DAC“ (327) care este configurat să convertească încă un semnal de control digital generat de subsistemul cu procesor digital (316) în încă un semnal analog de control al tensiunii pentru a controla circuitul de reglare a tensiunii.

10. Dispozitivul din oricare dintre revendicările anterioare, unde dispozitivul mai conţine: încă un alt microcip (301), unde acest alt microcip (301) reprezintă o unitate individuală care cuprinde multiple componente şi subsisteme încorporate şi interconectate, conţinând: o primă bornă de alimentare; o a doua bornă de alimentare; circuitul punte H (334) care încorporează un prim întrerupător, un al doilea întrerupător, un al treilea întrerupător şi un al patrulea întrerupător, unde: primul întrerupător şi al treilea întrerupător sunt conectate în serie între prima bornă de alimentare şi a doua bornă de alimentare; o primă bornă de ieşire este conectată electric între primul întrerupător şi al treilea întrerupător, unde prima bornă de ieşire este conectată la o primă bornă a traductorului ultrasonic (215), al doilea întrerupător şi al patrulea întrerupător sunt conectate în serie între prima bornă de alimentare şi a doua bornă de alimentare, şi o a doua bornă de ieşire este conectată electric între al doilea întrerupător şi al patrulea întrerupător, unde a doua bornă de ieşire este conectată la o a doua bornă a traductorului ultrasonic (215); o bornă de primă fază care este configurată să primească semnalul de ieşire de primă fază de la subsistemul (329) de generare a semnalului de modulaţie a duratei impulsurilor „PWM”; o bornă de a doua fază, care este configurată să primească un semnal de ieşire de a doua fază de la subsistemul (329) de generare a semnalului PWM; o maşină de stare digitală (337) care este configurată să genereze semnale de sincronizare bazate pe semnalul de ieşire de prima fază şi semnalul de ieşire de a doua fază şi să emită semnalele de sincronizare către întrerupătoarele circuitului punte-H (334) pentru a controla întrerupătoarele ca acestea să pornească şi oprească într-o secvenţă astfel încât circuitul punte-H (334) să emită un semnal de acţionare de curent alternativ pentru acţionarea traductorului ultrasonic (215), unde secvenţa conţine o perioadă liberă în care primul întrerupător şi al doilea întrerupător sunt oprite iar al treilea întrerupător şi al patrulea întrerupător sunt pornite pentru a disipa energia stocate de traductorul ultrasonic (215); un senzor de curent (335) care încorporează: un prim rezistor de detectare a curentului care este conectat în serie între primul întrerupător şi prima bornă de alimentare; un prim senzor de tensiune (344) care este configurat să măsoare căderea de tensiune la primul rezistor de detectare a curentului şi să furnizeze o primă ieşire pentru semnal de tensiune care indică curentul care trece prin primul rezistor de detectare a curentului; un al doilea rezistor de detectare a curentului care este conectat în serie între al doilea întrerupător şi prima bornă de alimentare; un al doilea senzor de tensiune (345) care este configurat să măsoare căderea de tensiune la al doilea rezistor de detectare a curentului şi să furnizeze o a doua ieşire pentru semnal de tensiune care indică curentul care trece prin al doilea rezistor de detectare a curentului; şi o bornă de ieşire a senzorului de curent (335) care este configurată să furnizeze o tensiune de ieşire rms în raport cu împământarea care este echivalentă cu prima ieşire pentru semnal de tensiune şi a doua ieşire pentru semnal de tensiune, unde tensiunea de ieşire rms indică un curent rms care circulă prin primul întrerupător sau al doilea întrerupător şi curentul care circulă prin traductorul ultrasonic (215) care este conectat între prima bornă de ieşire şi a doua bornă de ieşire.

11. Dispozitivul din aserţiunea 10, unde circuitul punte-H (334) este configură să emită o putere de 22 W până la 50 W către traductorul ultrasonic (215) care este conectat la prima bornă de ieşire şi a doua bornă de ieşire; şi opţional unde microcipul suplimentar (301) conţine: un senzor de temperatură (336) care este încorporat în microcipul suplimentar (301), unde senzorul de temperatură (336) este configurat să 107 măsoare temperatura microcipului suplimentar (301) şi să dezactiveze ce puţin o parte a microcipului suplimentar (301) în cazul în care senzorul de temperatură (336) detectează că microcipul suplimentar (301) este la o temperatură care depăşeşte un prag predeterminat; şi opţional unde dispozitivul mai conţine: un circuit convertor ridicător de tensiune (305) care este configurat să majoreze tensiunea unei baterii (250) la o tensiune intensificată ca răspuns la semnalul analog de ieşire tensiune de la borna de ieşire DAC, unde circuitul convertor ridicător de tensiune (305) este configurat să furnizeze tensiunea intensificată la prima bornă de alimentare astfel încât tensiunea intensificată este modulată prin comutarea întrerupătoarelor din circuitul punte-H (334).

12. Dispozitivul din aserţiunile 10 sau 11, unde senzorul de curent (335) este configurat să detecteze curentul care trece prin traductorul ultrasonic circuit rezonant în timpul perioadei libere iar maşina de stare digitală (337) este configurată să adapteze semnalele de sincronizare pentru a conecta fie primul întrerupător sau al doilea întrerupător când senzorul de curent (335) detectează că curentul care trece prin traductorul ultrasonic în timpul perioadei libere este zero.

13. Dispozitivul din oricare dintre aserţiunile 10 până la 12, unde într-o fază de configurare a dispozitivului microcipul suplimentar (301) este configurat să: măsoare timpul de care are nevoie curentul care circulă prin traductorul ultrasonic ca să scadă la zero când primul întrerupător şi al doilea întrerupător sunt oprite iar al treilea întrerupător şi al patrulea întrerupător sunt pornite; şi seteze durata perioadei libere să fie egală cu durata de timp măsurată. 14. Dispozitivul din oricare dintre revendicările anterioare, unde dispozitivul mai conţine: un procesor pentru controlul dispozitivului de acţionare (202); şi o memorie care stochează instrucţiuni care, atunci când sunt executate de procesor, fac ca dispozitivul de acţionare (202) să:

A. controleze dispozitivul de acţionare (202) să emită un semnal de acţionare de curent alternativ către traductorul ultrasonic (215) la o frecvenţă de baleiaj; B. calculeze puterea activă utilizată de traductorul ultrasonic (215) pe baza semnalului de feedback; C. controleze dispozitivul de acţionare (202) să moduleze semnalul de acţionare de curent alternativ pentru a maximiza puterea activă utilizată de traductorul ultrasonic (215); D. stocheze în memorie o înregistrare cu puterea activă maximă utilizată de traductorul ultrasonic (215) şi frecvenţa de baleiaj a semnalului de acţionare de curent alternativ; E. repete paşii A-D de un număr predeterminat de ori, cu frecvenţa de baleiaj crescând sau scăzând la fiecare repetiţie, astfel încât, după ce s-a ajuns la numărul de repetiţii predeterminat, frecvenţa de baleiaj a crescut sau scăzut de la o frecvenţă de baleiaj iniţială la o frecvenţă de baleiaj finală; F. identifice din înregistrările stocate în memorie frecvenţa optimă a semnalului de acţionare de curent alternativ care este frecvenţa de baleiaj a semnalului de acţionare de curent alternativ la care traductorul ultrasonic utilizează maximul de putere activă (215); şi G. controleze dispozitivul de acţionare să emită un semnal de acţionare de curent alternativ către traductorul ultrasonic (215) la frecvenţa optimă pentru a acţiona traductorul ultrasonic (215) ca să atomizeze un lichid.

15. Dispozitivul din aserţiunea 14, unde frecvenţa de baleiaj iniţială este de 2900kHz iar frecvenţa de baleiaj finală este de 3100kHz.