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ES3035841T3 - Mist inhaler devices - Google Patents

Mist inhaler devices

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Publication number
ES3035841T3
ES3035841T3 ES24155064T ES24155064T ES3035841T3 ES 3035841 T3 ES3035841 T3 ES 3035841T3 ES 24155064 T ES24155064 T ES 24155064T ES 24155064 T ES24155064 T ES 24155064T ES 3035841 T3 ES3035841 T3 ES 3035841T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
signal
ultrasonic transducer
frequency
voltage
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES24155064T
Other languages
English (en)
Inventor
Saleh Ghannam Almazrouei Mohammed Alshaiba
Jeff Machovec
Clement Lamoureux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaheen Innovations Holding Ltd
Original Assignee
Shaheen Innovations Holding Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/122,025 external-priority patent/US11672928B2/en
Priority claimed from US17/220,189 external-priority patent/US20210307376A1/en
Application filed by Shaheen Innovations Holding Ltd filed Critical Shaheen Innovations Holding Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3035841T3 publication Critical patent/ES3035841T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Abstract

Un inhalador de niebla (200) para generar niebla con un agente terapéutico para inhalación por parte del usuario. El dispositivo comprende un generador de niebla (201) y un controlador (202). El controlador (202) está configurado para accionar el generador de niebla (201) a una frecuencia óptima para maximizar la eficiencia de la generación de niebla. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

ESCRIPCIÓN
Dispositivos inhaladores de nebulización
Campo
[0001] La presente invención se refiere a dispositivos inhaladores de nebulización. La presente invención se refiere más particularmente a dispositivos inhaladores de nebulización ultrasónicos para atomizar un líquido que comprenden un agente terapéutico para la inhalación por parte de un usuario.
Antecedentes
[0002] Los dispositivos inhaladores de nebulización se utilizan para generar una nebulización o vapor para su inhalación por parte de un usuario. La nebulización puede contener un agente terapéutico, un fármaco o un medicamento que un usuario inhala y se absorbe en el torrente sanguíneo del usuario.
[0003] La administración terapéutica en aerosol es la base del tratamiento del asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y la fibrosis quística. El aerosol terapéutico también tiene aplicaciones para el tratamiento de la gripe y la osteoporosis, así como para la administración de vacunas.
[0004] La administración pulmonar de agentes terapéuticos para el tratamiento de enfermedades sistémicas no respiratorias es atractiva debido a la alta vascularización pulmonar, delgada barrera hematoalveolar, gran área de superficie, evitación de las enzimas gástricas y metabolismo hepático de primer paso. También es atractivo porque mejora la comodidad y el cumplimiento terapéutico del paciente. El aparato respiratorio se puede aprovechar para administrar anticuerpos, proteínas, analgésicos y ácidos nucleicos. El tratamiento de los trastornos del sistema nervioso central, tal como la dependencia del tabaco, podría mejorarse significativamente mediante el suministro eficiente de nicotina a la circulación general a través de los pulmones.
[0005] La eficacia del aerosol terapéutico se refiere a la cantidad de fármaco depositada más allá de la región orofaríngea. La región donde se produce el depósito es una función del tamaño de las partículas inhaladas.
[0006] Los dispositivos que se utilizan actualmente para la administración de fármacos inhalados se dividen en tres categorías: nebulizadores, inhaladores de dosis medidas e inhaladores de polvo seco. Los nebulizadores se dividen típicamente en dos tipos: de chorro y ultrasónicos, pero en los dispositivos convencionales ambos tipos tienen debilidades y presentan problemas.
[0007] Los nebulizadores de chorro se basan en el principio de Bernoulli y producen gotículas relativamente grandes que generalmente se depositan en la región orofaríngea y, por lo tanto, no son particularmente eficaces. Los nebulizadores ultrasónicos utilizan cristales piezoeléctricos que vibran a frecuencias que oscilan entre 1 MHz y 1,7 MHz, transmitiendo la energía vibratoria al líquido y convirtiéndolo en aerosol. Se reconoce que los nebulizadores ultrasónicos no son eficaces si se utilizan suspensiones o soluciones viscosas y tienden a calentar el medicamento, destruyendo así las moléculas y eliminando los beneficios de la inhalación.
[0008] Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de dispositivos inhaladores de nebulización mejorados que busquen abordar al menos algunos de los problemas descritos en la presente memoria.
[0009] La patente GB2570439A expone un método y un aparato para analizar la interacción del usuario con un dispositivo de inhalación.
Resumen
[0010] La presente invención proporciona un dispositivo inhalador de nebulización según se reivindica en la reivindicación 1. La presente invención también proporciona realizaciones preferidas tal como se reivindica en las reivindicaciones dependientes.
[0011] Los diversos ejemplos de esta exposición que se describen a continuación tienen múltiples beneficios y ventajas sobre los dispositivos inhaladores de nebulización convencionales. Estos beneficios y ventajas se exponen en la descripción que sigue.
[0012] Dado que el dispositivo inhalador de nebulización de los ejemplos de esta exposición permite un funcionamiento más eficiente que los dispositivos inhaladores de nebulización convencionales, los dispositivos inhaladores de nebulización de los ejemplos de esta exposición tienen un beneficio medioambiental debido a la reducción del requisito de potencia.
[0013] Cabe señalar que la expresión “ nebulización” utilizada en la siguiente exposición significa que el líquido no se calienta como normalmente en los inhaladores tradicionales conocidos del estado de la técnica. De hecho, los inhaladores tradicionales utilizan elementos calefactores para calentar el líquido por encima de su temperatura de ebullición y producir un vapor, que es diferente de una nebulización.
[0014]De hecho, al sonicar líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras que se propagan al medio líquido resultan en ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción), a diferentes tasas dependiendo de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o huecos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión, se alcanzan presiones locales muy altas. En la cavitación, se generan ondas capilares rotas, y pequeñas gotículas rompen la tensión superficial del líquido y se liberan rápidamente al aire, tomando forma de nebulización.
[0015]A continuación, se explicará con mayor precisión el fenómeno de cavitación.
[0016]Cuando el líquido se atomiza mediante vibraciones ultrasónicas, se producen microburbujas de agua en el líquido.
[0017]La producción de burbujas es un proceso de formación de cavidades creadas por la presión negativa generada por intensas ondas ultrasónicas generadas por medio de vibraciones ultrasónicas.
[0018]Las ondas sonoras ultrasónicas de alta intensidad conducen al rápido crecimiento de las cavidades con una reducción relativamente baja e insignificante del tamaño de la cavidad durante el ciclo de presión positiva.
[0019]Las ondas de ultrasonido, como todas las ondas sonoras, consisten en ciclos de compresión y expansión. Cuando entran en contacto con un líquido, los ciclos de compresión ejercen una presión positiva sobre el líquido, uniendo las moléculas. Los ciclos de expansión ejercen una presión negativa, separando las moléculas de otras.
[0020]Las ondas ultrasónicas intensas crean regiones de presión positiva y presión negativa. Durante los episodios de presión negativa se puede formar y crecer una cavidad. Cuando la cavidad alcanza un tamaño crítico, la cavidad implosiona.
[0021]La cantidad de presión negativa necesaria depende del tipo y la pureza del líquido. En el caso de líquidos verdaderamente puros, las resistencias a la tracción son tan altas que los generadores de ultrasonidos disponibles no pueden producir suficiente presión negativa como para formar cavidades. En el agua pura, por ejemplo, se necesitarían más de 1000 atmósferas de presión negativa, pero los generadores de ultrasonidos más potentes producen solo aproximadamente 50 atmósferas de presión negativa. La resistencia a la tracción de los líquidos se reduce por el gas atrapado dentro de las grietas de las partículas de líquido. El efecto es análogo a la reducción de la resistencia que se produce por las grietas en los materiales sólidos. Cuando una grieta llena de gas se expone a un ciclo de presión negativa debido a una onda de sonido, la presión reducida hace que el gas de la grieta se expanda hasta que se libere una pequeña burbuja en solución.
[0022]Sin embargo, una burbuja irradiada con ultrasonidos absorbe continuamente la energía de los ciclos alternos de compresión y expansión de la onda de sonido. Esto hace que las burbujas crezcan y se contraigan, logrando un equilibrio dinámico entre el vacío del interior de la burbuja y el líquido del exterior. En algunos casos, las ondas ultrasónicas sostendrán una burbuja que simplemente oscila en tamaño. En otros casos, el tamaño medio de la burbuja aumentará.
[0023]El crecimiento de la cavidad depende de la intensidad del sonido. El ultrasonido de alta intensidad puede expandir la cavidad tan rápidamente durante el ciclo de presión negativa que la cavidad nunca tiene la oportunidad de encogerse durante el ciclo de presión positiva. En este proceso, las cavidades pueden crecer rápidamente en el transcurso de un solo ciclo de sonido.
[0024]En los ultrasonidos de baja intensidad, el tamaño de la cavidad oscila en fase con los ciclos de expansión y compresión. La superficie de una cavidad producida por ultrasonidos de baja intensidad es ligeramente mayor durante los ciclos de expansión que durante los ciclos de compresión. Dado que la cantidad de gas que se difunde dentro o fuera de la cavidad depende del área de la superficie, la difusión hacia la cavidad durante los ciclos de expansión será ligeramente mayor que la difusión hacia fuera durante los ciclos de compresión. Por lo tanto, para cada ciclo de sonido, la cavidad se expande un poco más de lo que se encoge. Durante muchos ciclos, las cavidades crecerán lentamente.
[0025]Se ha observado que la cavidad en crecimiento puede alcanzar eventualmente un tamaño crítico en el que absorberá la energía del ultrasonido de la manera más eficiente. El tamaño crítico depende de la frecuencia de la onda de ultrasonido. Una vez que una cavidad ha experimentado un crecimiento muy rápido provocado por el ultrasonido de alta intensidad, ya no puede absorber la energía de las ondas sonoras con la misma eficiencia. Sin este aporte de energía, la cavidad ya no puede sostenerse por sí misma. El líquido entra precipitadamente y la cavidad implosiona debido a una respuesta no lineal.
[0026] La energía liberada por la implosión hace que el líquido se fragmente en partículas microscópicas que se dispersan en el aire en forma de nebulización.
[0027] La ecuación para la descripción del fenómeno de respuesta no lineal anterior puede describirse mediante la ecuación de “ Rayleigh-Plesset” . Esta ecuación se puede derivar de la ecuación “ Navier-Stokes” utilizada en dinámica de fluidos.
[0028] El planteamiento de los inventores consistía en reescribir la ecuación de “ Rayleigh-Plesset” , en la que el volumen de la burbuja, V, se utiliza como parámetro dinámico y donde la física que describe la disipación es idéntica a la utilizada en la forma más clásica, donde el radio es el parámetro dinámico.
[0029] La ecuación utilizada derivó de la siguiente manera:
en donde:
Ves el volumen de la burbuja
Vqes el volumen de la burbuja de equilibrio
P0 es la densidad del líquido (se supone que es constante)
aes la tensión superficial
pves la presión de vapor
po es la presión estática en el líquido justo fuera de la pared de la burbuja
kes el índice politrópico del gas
tes el tiempo
R(t)es el radio de la burbuja
P(t) es la presión aplicada
ces la velocidad del sonido del líquido
0 es el potencial de velocidad
A es la longitud de onda del campo insonificante
[0030] En el inhalador de nebulización ultrasónico, el líquido tiene una viscosidad cinemática de entre 1,05 Pa.s y 1,412 Pa.s.
[0031] Al resolver la ecuación anterior con los parámetros correctos de viscosidad, densidad y tener un volumen objetivo deseado de burbujas de líquido pulverizado en el aire, se ha descubierto que el intervalo de frecuencias de 2,8 MHz a 3,2 MHz para un intervalo de viscosidad de líquido de 1,05 Pa.s y 1,412 Pa.s produce un volumen de burbujas de aproximadamente 0,25 a 0,5 micras.
[0032] El proceso de cavitación ultrasónica tiene un impacto significativo en la concentración de nicotina en la nebulización producida.
[0033] No intervienen elementos calefactores, por lo que no hay elementos quemados y se reducen los efectos del humo pasivo.
[0034] En algunos ejemplos, dicho líquido comprende un 57-70%(p/p) de glicerina vegetal y un 30-43%(p/p) de propilenglicol, incluyendo dicho propilenglicol nicotina y, opcionalmente, aromatizantes.
[0035] En el inhalador de nebulización ultrasónico, un elemento capilar puede extenderse entre la cámara de sonicación y la cámara de líquido.
[0036] En el inhalador de nebulización ultrasónico, el elemento capilar es un material, al menos parcialmente, de fibras de bambú.
[0037] El elemento capilar permite una alta capacidad de absorción, una alta tasa de absorción y una alta relación de retención de fluido.
[0038] Se descubrió que las propiedades inherentes del material propuesto utilizado para la capilaridad tienen un impacto significativo en el funcionamiento eficiente del inhalador de nebulización ultrasónico.
[0039] Además, las propiedades inherentes del material propuesto incluyen una buena higroscopicidad mientras se mantiene una buena permeabilidad. Esto permite que el líquido extraído penetre de manera eficiente en el capilar, mientras que la alta capacidad de absorción observada permite la retención de una cantidad considerable de líquido, lo que permite que el inhalador de nebulización ultrasónico dure más tiempo en comparación con los otros productos disponibles en el mercado.
[0040] Otra ventaja importante del uso de las fibras de bambú es el bioagente antimicrobiano natural, el “ Kun” , presente de forma inherente en la fibra de bambú, lo que la hace antibacteriana, antifúngica y resistente a los olores, lo que la hace adecuada para aplicaciones médicas.
[0041] Las propiedades inherentes se han verificado mediante análisis numéricos con respecto a los beneficios de la fibra de bambú para la sonicación.
[0042] Las siguientes fórmulas se han ensayado con material de fibra de bambú y otros materiales tal como algodón, papel u otras hebras de fibra para su uso como elemento capilar y demuestran que las fibra de bambú tienen propiedades mucho mejores para su uso en la sonicación:
en donde:
C (cc/gm de fluido/gm)es el volumen por masa del líquido absorbido dividido entre la masa seca del elemento capilar,
A (cm2)es el área de superficie total del elemento capilar,
T (cm)es el grosor del elemento capilar,
Wf (gm)es la masa del elemento capilar seco,
Pf (cc/g.s)es la densidad del elemento capilar seco,
aes la relación entre el aumento del volumen del elemento capilar al humedecerse y el volumen de líquido difundido en el elemento capilar,
Vd(cc) es la cantidad de líquido difundido en el elemento capilar,
Q (cc/s)es la cantidad de líquido absorbido por unidad de tiempo,
r (cm)es el radio de los poros dentro del elemento capilar,
Y (N/m)es la tensión superficial del líquido,
9 (grados)es el ángulo de contacto de la fibra,
[0043]n(m2/s)es la viscosidad del fluido.
Breve descripción de los dibujos
[0044]Para que la presente invención pueda entenderse más fácilmente, se describirán ahora las realizaciones de la presente invención, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en las que:
la figura 1 es una vista en despiece de los componentes de un inhalador de nebulización ultrasónico.
La figura 2 es una vista en despiece de los componentes de una estructura de depósito de líquido inhalador.
La figura 3 es una vista en sección transversal de los componentes de una estructura de depósito de líquido para inhalador.
La figura 4A es una vista isométrica de un miembro de flujo de aire de la estructura de depósito de líquido del inhalador según las figuras 2 y 3.
La figura 4B es una vista en sección transversal del miembro de flujo de aire que se muestra en la figura 4A.
La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un transductor piezoeléctrico modelado como un circuito RLC. La figura 6 es un gráfico de la frecuencia frente a la impedancia logarítmica de un circuito RLC.
La figura 7 es un gráfico de la frecuencia frente a la impedancia logarítmica que muestra las regiones de funcionamiento inductivo y capacitivo de un transductor piezoeléctrico.
La figura 8 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento de un controlador de frecuencia.
La figura 9 es una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo inhalador de nebulización de esta exposición. La figura 10 es una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo inhalador de nebulización de esta exposición. La figura 11 es una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 12 es una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 13 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 14 es una vista en perspectiva esquemática de un soporte de transductor de esta exposición.
La figura 15 es una vista en perspectiva esquemática de un soporte de transductor de esta exposición.
La figura 16 es una vista en perspectiva esquemática de un elemento capilar de esta exposición.
La figura 17 es una vista en perspectiva esquemática de un elemento capilar de esta exposición.
La figura 18 es una vista en perspectiva esquemática de un soporte de transductor de esta exposición.
La figura 19 es una vista en perspectiva esquemática de un soporte de transductor de esta exposición.
La figura 20 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 21 es una vista en perspectiva esquemática de un elemento absorbente de esta exposición.
La figura 22 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 23 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 24 es una vista en perspectiva esquemática de un elemento absorbente de esta exposición.
La figura 25 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 26 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 27 es una vista en perspectiva esquemática de una parte de una carcasa de esta exposición.
La figura 28 es una vista en perspectiva esquemática de una placa de circuito de esta exposición.
La figura 29 es una vista en perspectiva esquemática de una placa de circuito de esta exposición.
La figura 30 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 31 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 32 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición.
La figura 33 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición. La figura 34 es una vista en sección transversal de un dispositivo generador de nebulización de esta exposición. La figura 35 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un dispositivo impulsor de esta exposición. La figura 36 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 37 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 38 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 39 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 40 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 41 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 42 es una vista en perspectiva esquemática de parte de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 43 es un diagrama esquemático de una disposición de circuito integrado de esta exposición.
La figura 44 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta exposición.
La figura 45 es un diagrama esquemático de un generador de modulación de anchura de pulso de esta exposición. La figura 46 es un diagrama de tiempos de un ejemplo de esta exposición.
La figura 47 es un diagrama de tiempos de un ejemplo de esta exposición.
La figura 48 es una tabla que muestra las funciones de puerto de un ejemplo de esta exposición.
La figura 49 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta exposición.
La figura 50 es un diagrama de circuito de un puente en H de un ejemplo de esta exposición.
La figura 51 es un diagrama de circuito de una disposición de detección de corriente de un ejemplo de esta exposición.
La figura 52 es un diagrama de circuito de un puente en H de un ejemplo de esta exposición.
La figura 53 es un gráfico que muestra las tensiones durante las fases de funcionamiento del puente en H de la figura 50.
La figura 54 es un gráfico que muestra las tensiones durante las fases de funcionamiento del puente en H de la figura 50.
La figura 55 es un gráfico que muestra la tensión y la corriente en un terminal de un transductor ultrasónico mientras el transductor ultrasónico está siendo accionado por el puente en H de la figura 50.
La figura 56 es un diagrama esquemático que muestra las conexiones entre los circuitos integrados de esta exposición.
La figura 57 es un diagrama esquemático de un circuito integrado de esta exposición.
La figura 58 es un diagrama que ilustra las etapas de un método de autenticación de un ejemplo de esta exposición. La figura 59 es una vista en perspectiva esquemática de una tapa terminal de un dispositivo impulsor de esta exposición.
La figura 60 es una vista en perspectiva esquemática de la carcasa de un dispositivo impulsor de esta exposición. La figura 61 es un gráfico que muestra el resultado de un ensayo de CEM para un dispositivo inhalador de nebulización de esta exposición.
Descripción detallada
[0045]Los aspectos de la presente exposición se entienden mejor a partir de la siguiente descripción detallada cuando se lee con las figuras adjuntas. Se observa que, según la práctica habitual en la industria, diversas características no están dibujadas a escala. De hecho, las dimensiones de las diversas características pueden aumentarse o reducirse arbitrariamente para mayor claridad de la discusión.
[0046]La siguiente exposición proporciona muchas realizaciones o ejemplos diferentes para implementar diferentes características del objeto proporcionado. A continuación, se describen ejemplos específicos de componentes, concentraciones, aplicaciones y disposiciones para simplificar la presente exposición. Estos son, por supuesto, meros ejemplos y no pretenden ser limitativos. Por ejemplo, la unión de una primera característica y una segunda característica en la descripción que sigue puede incluir realizaciones en las que la primera característica y la segunda característica se unen en contacto directo, y también puede incluir realizaciones en las que se pueden colocar características adicionales entre la primera característica y la segunda característica, tal que la primera característica y la segunda característica no estén en contacto directo. Por añadidura, la presente exposición puede repetir números y/o letras de referencia en los diversos ejemplos. Esta repetición es por motivos de simplicidad y claridad y no dicta en sí misma una relación entre las diversas realizaciones y/o configuraciones analizadas.
[0047]La siguiente exposición describe ejemplos representativos. Cada ejemplo puede considerarse una realización y cualquier referencia a un “ejemplo” puede cambiarse por “ realización” en la presente exposición.
[0048]Algunas partes de la presente exposición se refieren a un inhalador de vaporización electrónico. Según la invención, el líquido a atomizar comprende un cannabinoide. El ejemplo específico descrito a continuación que implica nicotina no está incluido en la redacción de las reivindicaciones. Sin embargo, se prevén otros ejemplos que no están incluidos en la redacción de las reivindicaciones, tales como un inhalador para agentes terapéuticos, medicamentos y suplementos herbales. De forma adicional, el dispositivo puede estar empaquetado para que parezca un producto sanitario que no se parezca a un cigarrillo.
[0049]Los inhaladores de nebulización ultrasónicos son desechables o reutilizables. El término “ reutilizable” , como se utiliza en la presente memoria, implica que el dispositivo de almacenamiento de energía es recargable o reemplazable, o que el líquido se puede reponer, ya sea mediante recarga o mediante reemplazo de la estructura de depósito de líquido. Alternativamente, en algunos ejemplos, el dispositivo electrónico reutilizable es recargable y el líquido se puede reponer.
[0050]Un inhalador de vaporización electrónico convencional tiende a basarse en la inducción de altas temperaturas de un componente metálico configurado para calentar un líquido en el inhalador, vaporizando de este modo el líquido que se puede inhalar. Típicamente, el líquido contiene nicotina y aromas mezclados en una solución de propilenglicol (PG) y glicerina vegetal (VG), que se vaporiza mediante un componente calefactor a altas temperaturas. Los problemas con el inhalador convencional pueden incluir la posibilidad de quemar metal y, posteriormente, inhalar el metal junto con el líquido quemado. Además, es posible que algunos no prefieran el olor o el sabor a quemado provocado por el líquido calentado.
[0051]Las figuras de la figura 1 a la figura 4 ilustran un ejemplo de un inhalador ultrasónico que comprende una cámara de sonicación.
[0052]La figura 1 representa un inhalador de nebulización ultrasónico desechable 100. Tal como puede verse en la figura 1, el inhalador de nebulización ultrasónico 100 tiene un cuerpo cilíndrico con una longitud relativamente larga en comparación con el diámetro. En el ejemplo desechable, la primera porción y la segunda porción son regiones de un dispositivo único, pero separable. La designación de una porción primera 101 y una porción segunda 102 se utiliza para diferenciar convenientemente los componentes que están contenidos principalmente en cada porción.
[0053]Tal como puede verse en la figura 1, el inhalador de nebulización ultrasónico comprende una boquilla 1, una estructura de depósito de líquido 2 y una carcasa 3. La porción primera 101 comprende la carcasa 3 y la porción segunda 102 comprende la boquilla 1 y la estructura 2 del depósito.
[0054]La porción primera 101 contiene la energía del suministro de energía.
[0055]Un dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 alimenta el inhalador 100 de nebulización ultrasónico. El dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 puede ser una batería, que incluye, aunque no de forma limitativa, una batería de iones de litio, alcalina, de zinc-carbono, de níquel-hidruro metálico o de níquel-cadmio; un supercondensador; o una combinación de los mismos. En el ejemplo desechable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 no es recargable, pero, en el ejemplo reutilizable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 se seleccionaría por su capacidad de recarga. En el ejemplo desechable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 se selecciona principalmente para suministrar una tensión constante durante la vida útil del inhalador 100. De cualquier otra manera, el rendimiento del inhalador se degradaría a lo largo del tiempo. Los dispositivos de almacenamiento eléctrico preferidos que pueden proporcionar una salida de tensión constante durante la vida útil del dispositivo incluyen baterías de iones de litio y de polímero de litio.
[0056]El dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 tiene un extremo primero 30a que generalmente corresponde a un terminal positivo y un extremo segundo 30b que generalmente corresponde a un terminal negativo. El terminal negativo se extiende hasta el primer extremo 30a.
[0057]Debido a que el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está ubicado en la porción primera 101 y la estructura 2 de depósito de líquido está ubicada en la porción segunda 102, la unión necesita proporcionar comunicación eléctrica entre esos componentes. En la presente invención, la comunicación eléctrica se establece utilizando al menos un electrodo o sonda que se comprime entre sí cuando la porción primera 101 se aprieta en la porción segunda 102.
[0058]Para que este ejemplo sea reutilizable, el dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 es recargable. La carcasa 3 contiene un puerto 32 de carga.
[0059]El circuito integrado 4 tiene un extremo proximal 4a y un extremo distal 4b. El terminal positivo en el primer extremo 30a del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está en comunicación eléctrica con un cable positivo del circuito integrado flexible 4. El terminal negativo en el extremo segundo 30b del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 está en comunicación eléctrica con un cable negativo del circuito integrado 4. El extremo distal 4b del circuito integrado 4 comprende un microprocesador. El microprocesador está configurado para procesar datos de un sensor, controlar una luz, dirigir el flujo de corriente a través de las vibraciones ultrasónicas 5 en la segunda porción 102 y terminar el flujo de corriente después de un periodo de tiempo preprogramado.
[0060]El sensor detecta cuándo se está utilizando el inhalador 100 de nebulización ultrasónico (cuando el usuario aspira el inhalador) y activa el microprocesador. El sensor se puede seleccionar para detectar cambios en la presión, el flujo de aire o la vibración. En un ejemplo, el sensor es un sensor de presión. En el dispositivo digital, el sensor toma lecturas continuas, lo que a su vez requiere que el sensor digital consuma corriente de forma continua, pero la cantidad es pequeña y la duración total de la batería se vería afectada de manera insignificante.
[0061]En algunos ejemplos, el circuito integrado 4 comprende un puente en H, que puede estar formado por 4 MOSFET para convertir una corriente continua en una corriente alterna a alta frecuencia.
[0062]Haciendo referencia a la figura 2 y la figura 3, se muestran ilustraciones de una estructura 2 de depósito de líquido según un ejemplo. La estructura 2 de depósito de líquido comprende una cámara 21 de líquido adaptada para recibir el líquido a atomizar y una cámara 22 de sonicación en comunicación fluida con la cámara 21 de líquido.
[0063]En el ejemplo mostrado, la estructura 2 de depósito de líquido comprende un canal de inhalación 20 que proporciona un paso de aire desde la cámara 22 de sonicación hacia los alrededores.
[0064]Como ejemplo de la posición del sensor, el sensor puede estar ubicado en la cámara 22 de sonicación.
[0065]El canal de inhalación 20 tiene un elemento troncocónico 20a y un recipiente interior 20b.
[0066]Tal como se representa en las figuras 4A y 4B, además el canal de inhalación 20 tiene un miembro de flujo de aire 27 para proporcionar un flujo de aire desde los alrededores a la cámara 22 de sonicación.
[0067]El miembro 27 de flujo de aire tiene un puente 27a de flujo de aire y un conducto 27b de flujo de aire fabricados de una sola pieza, teniendo el puente 27a de flujo de aire dos aberturas 27a' para las vías respiratorias que forman una porción del canal de inhalación 20 y extendiéndose el conducto 27b de flujo de aire en la cámara 22 de sonicación desde el puente 27a de flujo de aire para proporcionar el flujo de aire desde los alrededores hasta la cámara de sonicación.
[0068]El puente 27a de flujo de aire coopera con el elemento troncocónico 20a en el segundo diámetro 20a2.
[0069]El puente 27a de flujo de aire tiene dos aberturas periféricas 27a”opuestas que proporcionan flujo de aire al conducto 27b de flujo de aire.
[0070]La cooperación con el puente 27a de flujo de aire y el elemento troncocónico 20a está dispuesta de forma que las dos aberturas periféricas 27a”opuestas cooperen con las aberturas complementarias 20a”en el elemento troncocónico 20a.
[0071]La boquilla 1 y el elemento troncocónico 20a están separados radialmente y una cámara 28 de flujo de aire está dispuesta entre ellos.
[0072]Tal como se representa en las figuras 1 y 2, la boquilla 1 tiene dos aberturas periféricas opuestas 1”.
[0073]Las aberturas periféricas 27a”, 20a”, 1”del puente 27a de flujo de aire, el elemento troncocónico 20a y la boquilla 1 suministran directamente el máximo flujo de aire a la cámara 22 de sonicación.
[0074]El elemento troncocónico 20a incluye un conducto interno, alineado en una dirección similar a la del canal de inhalación 20, que tiene un primer diámetro 20a1 menor que el de un segundo diámetro 20a2, tal que el conducto interno reduce su diámetro sobre el elemento troncocónico 20a.
[0075]El elemento troncocónico 20a se coloca alineado con los medios 5 de vibraciones ultrasónicas y un elemento capilar 7, en donde el primer diámetro 20a1 está unido a un conducto interior 11 de la boquilla 1 y el segundo diámetro 20a2 está unido al recipiente interior 20b.
[0076]El recipiente interior 20b tiene una pared interior que delimita la cámara 22 de sonicación y la cámara 21 de líquido.
[0077]La estructura 2 de depósito de líquido tiene un recipiente exterior 20c que delimita la pared exterior de la cámara 21 de líquido.
[0078]El recipiente interior 20b y el recipiente exterior 20c son, respectivamente, la pared interior y la pared exterior de la cámara 21 de líquido.
[0079]La estructura 2 de depósito de líquido está dispuesta entre la boquilla 1 y la carcasa 3 y es desmontable de la boquilla 1 y la carcasa 3.
[0080]La estructura 2 de depósito de líquido y la boquilla 1 o la carcasa 3 pueden incluir disposiciones complementarias para encajar entre sí; además, tales disposiciones complementarias pueden incluir una de las siguientes: una disposición tipo bayoneta; una disposición de tipo enganchado roscado; una disposición magnética; o una disposición de ajuste por fricción; en donde la estructura 2 de depósito de líquido incluye una porción de la disposición y la boquilla 1 o la carcasa 3 incluyen la porción complementaria de la disposición.
[0081]En el ejemplo reutilizable, los componentes son sustancialmente los mismos. Las diferencias en el ejemplo reutilizable con respecto al ejemplo desechable son las adaptaciones realizadas para reemplazar la estructura 2 de depósito de líquido.
[0082]Según muestra la figura 3, la cámara 21 de líquido tiene una pared superior 23 y una pared inferior 25 que cierran el recipiente interior 20b y el recipiente exterior 20c de la cámara 21 de líquido.
[0083]El elemento capilar 7 está dispuesto entre una primera sección 20b1 y una segunda sección 20b2 del recipiente interior 20b.
[0084]El elemento capilar 7 tiene una forma plana que se extiende desde la cámara de sonicación hasta la cámara de líquido.
[0085]Tal como se representa en la figura 2 o 3, el elemento capilar 7 comprende una porción central 7a en forma de U y una porción periférica 7b en forma de L.
[0086]La porción 7b en forma de L se extiende hacia la cámara 21 de líquido en el recipiente interior 20b y a lo largo de la pared inferior 25.
[0087]La porción 7a en forma de U está contenida en la cámara 21 de sonicación. La porción 7a en forma de U en el recipiente interior 20b y a lo largo de la pared inferior 25.
[0088]En el inhalador de nebulización ultrasónico, la porción 7a en forma de U tiene una porción interior 7a1 y una porción exterior 7a2, estando la porción interior 7a1 en contacto superficial con una superficie 50 de atomización de los medios 5 de vibraciones ultrasónicas y no estando la porción exterior 7a2 en contacto superficial con los medios 5 de vibraciones ultrasónicas.
[0089]La pared inferior 25 de la cámara 21 de líquido es una placa inferior 25 que cierra la cámara 21 de líquido y la cámara 22 de sonicación. La placa inferior 25 está sellada, evitando de este modo la fuga de líquido desde la cámara 22 de sonicación a la carcasa 3.
[0090]La placa inferior 25 tiene una superficie superior 25a que tiene una cavidad 25b en la que se introduce un miembro elástico 8. Los medios 5 de vibraciones ultrasónicas están soportados por el miembro elástico 8. El miembro elástico 8 está formado por un caucho con forma de placa anular que tiene un orificio interior 8' en donde se ha diseñado una ranura para mantener los medios 5 de vibraciones ultrasónicas.
[0091]La pared superior 23 de la cámara 21 de líquido es una tapa 23 que cierra la cámara 23 de líquido.
[0092]La pared superior 23 tiene una superficie superior 23 que representa el nivel máximo del líquido que puede contener la cámara 21 de líquido y la superficie inferior 25 que representa el nivel mínimo del líquido en la cámara 21 de líquido.
[0093]La pared superior 23 está sellada, evitando de este modo la fuga de líquido desde la cámara 21 de líquido a la boquilla 1.
[0094]La pared superior 23 y la pared inferior 25 están fijadas a la estructura 2 de depósito de líquido por medio de fijaciones tales como tornillos, pegamento o fricción.
[0095]Tal como se representa en la figura 3, el miembro elástico está en contacto lineal con los medios de vibraciones ultrasónicas 5 e impide el contacto entre los medios de vibraciones ultrasónicas 5 y las paredes del inhalador, evitando más eficazmente la supresión de las vibraciones de la estructura de depósito de líquido. Por lo tanto, las partículas finas del líquido atomizado por el miembro atomizador se pueden rociar más lejos.
[0096]Tal como se representa en la figura 3, el recipiente interior 20b tiene aberturas 20b' entre la primera sección 20b1 y la segunda sección 20b2 desde las que el elemento capilar 7 se extiende desde la cámara 21 de sonicación. El elemento capilar 7 absorbe líquido de la cámara 21 de líquido a través de las aberturas 20b'. El elemento capilar 7 es una mecha. El elemento capilar 7 transporta líquido a la cámara 22 de sonicación mediante acción capilar. En algunos ejemplos, el elemento capilar 7 se elabora de fibras de bambú. En algunos ejemplos, el elemento capilar 7 puede tener un grosor entre 0,27 mm y 0,32 mm y tener una densidad entre 38 g/m2 y 48 g/m2.
[0097]Tal como puede verse en la figura 3, los medios de vibración ultrasónica 5 están dispuestos directamente debajo del elemento capilar 7.
[0098]Los medios 5 de vibraciones ultrasónicas pueden ser un transductor. Por ejemplo, el medio de vibraciones ultrasónicas 5 puede ser un transductor piezoeléctrico, que puede diseñarse en forma de placa circular. El material del transductor piezoeléctrico puede ser cerámico.
[0099]También se puede utilizar una variedad de materiales de transductor para los medios 5 de vibraciones ultrasónicas.
[0100]El extremo del conducto 27b1 de flujo de aire está orientado hacia los medios 5 de vibraciones ultrasónicas. Los medios 5 de vibraciones ultrasónicas están en comunicación eléctrica con los contactores eléctricos 101a, 101b. Cabe señalar que el extremo distal 4b del circuito integrado 4 tiene un electrodo interior y un electrodo exterior. El electrodo interno entra en contacto con el primer contacto eléctrico 101a, que es una sonda de contacto por resorte, y el electrodo externo contacta con el segundo contacto eléctrico 101b, que es un pin lateral. A través del circuito integrado 4, el primer contacto eléctrico 101a está en comunicación eléctrica con el terminal positivo del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30 por medio del microprocesador, mientras que el segundo contacto eléctrico 101b está en comunicación eléctrica con el terminal negativo del dispositivo de almacenamiento eléctrico 30.
[0101]Los contactos eléctricos 101a, 101b cruzaron la placa inferior 25. La placa inferior 25 está diseñada para ser recibida dentro de la pared perimetral 26 de la estructura 2 de depósito de líquido. La placa inferior 25 descansa sobre crestas complementarias, creando de esta manera la cámara 21 de líquido y la cámara 22 de sonicación.
[0102]El recipiente interior 20b comprende una ranura interior circular 20d sobre la que se aplica un resorte mecánico.
[0103]Al empujar la porción central 7a1 sobre los medios 5 de vibraciones ultrasónicas, el resorte mecánico 9 asegura una superficie de contacto entre ellos.
[0104]La estructura 2 de depósito de líquido y la placa inferior 25 pueden fabricarse utilizando una variedad de materiales termoplásticos.
[0105]Cuando el usuario aspira el inhalador 100 de nebulización ultrasónico, se extrae un flujo de aire desde las aberturas periféricas 1” y penetra en la cámara 28 de flujo de aire, pasa por las aberturas periféricas 27a” del puente 27a de flujo de aire y el elemento troncocónico 20a y fluye hacia abajo en la cámara 22 de sonicación a través del conducto 27b de flujo de aire directamente hacia el elemento capilar 7. Al mismo tiempo, el líquido se extrae de la cámara 21 de depósito por capilaridad, a través de la pluralidad de aberturas 20b', y entra en el elemento capilar 7. El elemento capilar 7 pone el líquido en contacto con los medios 5 de vibraciones ultrasónicas del inhalador 100. La aspiración del usuario también hace que el sensor de presión active el circuito integrado 4, que dirige la corriente a los medios 5 de vibraciones ultrasónicas. Por lo tanto, cuando el usuario aspira la boquilla 1 del inhalador 100, se producen dos acciones al mismo tiempo. En primer lugar, el sensor activa el circuito integrado 4, que hace que los medios 5 de vibraciones ultrasónicas comiencen a vibrar. En segundo lugar, la aspiración reduce la presión fuera de la cámara 21 de depósito de tal modo que comienza el flujo del líquido a través de las aberturas 20b', lo que satura el elemento capilar 7. El elemento capilar 7 transporta el líquido a los medios 5 de vibraciones ultrasónicas, lo que hace que se formen burbujas en un canal capilar a través de los medios 5 de vibraciones ultrasónicas y se empañe el líquido. A continuación, el líquido nebulizado es aspirado por el usuario.
[0106]En algunos ejemplos, el circuito integrado 4 comprende un controlador de frecuencia que está configurado para controlar la frecuencia a la que funcionan los medios de vibraciones ultrasónicas 5. El controlador de frecuencia comprende un procesador y una memoria, y la memoria almacena instrucciones ejecutables que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador realice al menos una función del controlador de frecuencia.
[0107]Como se ha descrito anteriormente, en algunos ejemplos, el inhalador de nebulización ultrasónico 100 acciona los medios de vibraciones ultrasónicas 5 con una señal que tiene una frecuencia de 2,8 MHz a 3,2 MHz para vaporizar un líquido que tiene una viscosidad líquida de 1,05 Pa.s a 1,412 Pa.s para producir un volumen de burbujas de aproximadamente 0,25 a 0,5 micras.
[0108]Sin embargo, para líquidos con una viscosidad diferente o para otras aplicaciones, los medios de vibración ultrasónica 5 pueden accionarse a una frecuencia diferente.
[0109]Para cada aplicación diferente de un sistema de generación de nebulización, existe una frecuencia o intervalo de frecuencias óptimo para accionar los medios de vibraciones ultrasónicas 5 con el fin de optimizar la generación de nebulización. En los ejemplos en los que el medio de vibraciones ultrasónicas 5 es un transductor piezoeléctrico, la frecuencia o intervalo de frecuencias óptimo dependerá de al menos los cuatro parámetros siguientes:
1. Procesos de fabricación de transductores
[0110]En algunos ejemplos, los medios de vibración ultrasónica 5 comprenden una cerámica piezoeléctrica. La cerámica piezoeléctrica se fabrica mezclando compuestos para hacer una masa cerámica y este proceso de mezcla puede no ser uniforme durante toda la producción. Esta inconsistencia puede dar lugar a un intervalo de diferentes frecuencias de resonancia de la cerámica piezoeléctrica curada.
[0111]Si la frecuencia de resonancia de la cerámica piezoeléctrica no corresponde a la frecuencia de funcionamiento requerida del dispositivo, después no se produce nebulización durante el funcionamiento del dispositivo. En el caso de un inhalador de nebulización terapéutico, incluso una ligera desviación en la frecuencia de resonancia de la cerámica piezoeléctrica es suficiente para afectar a la producción de nebulización, lo que significa que el dispositivo no suministrará niveles terapéuticos adecuados al usuario.
2. Carga en el transductor
[0112]Durante la operación, cualquier cambio en la carga del transductor piezoeléctrico inhibirá el desplazamiento general de la oscilación del transductor piezoeléctrico. Para lograr un desplazamiento óptimo de la oscilación del transductor piezoeléctrico, la frecuencia de accionamiento debe ajustarse para permitir que el circuito proporcione la potencia adecuada para un desplazamiento máximo.
[0113]Los tipos de cargas que pueden afectar a la eficiencia del oscilador pueden incluir la cantidad de líquido en el transductor (humedad del material absorbente) y la fuerza elástica aplicada al material absorbente para mantener un contacto permanente con el transductor. También puede incluir los medios de conexión eléctrica.
3. Temperatura
[0114]Las oscilaciones ultrasónicas del transductor piezoeléctrico se amortiguan parcialmente mediante su ensamblaje en un dispositivo. Esto puede incluir colocar el transductor en un anillo de silicona/caucho y que el resorte ejerza presión sobre el material absorbente que está por encima del transductor. Esta amortiguación de las oscilaciones provoca un aumento de las temperaturas locales en y alrededor del transductor.
[0115]Un aumento de temperatura afecta a la oscilación debido a cambios en el comportamiento molecular del transductor. Un aumento de la temperatura significa más energía para las moléculas de la cerámica, lo que afecta temporalmente a su estructura cristalina. Aunque el efecto se invierte a medida que se reduce la temperatura, se requiere una modulación en la frecuencia suministrada para mantener una oscilación óptima. Esta modulación de frecuencia no se puede lograr con un dispositivo de frecuencia fija convencional.
[0116]Un aumento de temperatura también reduce la viscosidad de la solución (líquido electrónico) que se está vaporizando, lo que puede requerir una alteración de la frecuencia de accionamiento para inducir la cavitación y mantener la producción continua de nebulización. En el caso de un dispositivo de frecuencia fija convencional, una reducción de la viscosidad del líquido sin ningún cambio en la frecuencia de accionamiento reducirá o detendrá por completo la producción de nebulización, haciendo que el dispositivo no funcione.
4. Distancia a la fuente de alimentación
[0117]La frecuencia de oscilación del circuito electrónico puede cambiar dependiendo de la longitud de los cables entre el transductor y el oscilador-controlador. La frecuencia del circuito electrónico es inversamente proporcional a la distancia entre el transductor y el circuito restante.
[0118]Aunque el parámetro de distancia es principalmente fijo en un dispositivo, puede variar durante el proceso de fabricación del dispositivo, lo que reduce la eficiencia general del dispositivo. Por lo tanto, se prefiere modificar la frecuencia de accionamiento del dispositivo para compensar las variaciones y optimizar la eficiencia del dispositivo.
[0119]Un transductor piezoeléctrico se puede modelar como un circuito RLC en un circuito electrónico, según muestra la figura 5. Los cuatro parámetros descritos anteriormente pueden modelarse como alteraciones de la inductancia, capacitancia y/o resistencia generales del circuito RLC, cambiando el intervalo de frecuencias de resonancia suministrado al transductor. A medida que la frecuencia del circuito aumenta hasta alrededor del punto de resonancia del transductor, la impedancia logarítmica del circuito general cae a un mínimo y luego aumenta a un máximo antes de establecerse en un intervalo medio.
[0120]La figura 6 muestra un gráfico genérico que explica el cambio en la impedancia global con el aumento de frecuencia en un circuito RLC. La figura 7 muestra cómo un transductor piezoeléctrico actúa como un condensador en una primera región capacitiva a frecuencias por debajo de una primera frecuencia predeterminada fs y en una segunda región capacitiva a frecuencias por encima de una segunda frecuencia predeterminada fp. El transductor piezoeléctrico actúa como un inductor en una región inductiva a frecuencias entre la primera y la segunda frecuencias predeterminadas fs, fp. Para mantener una oscilación óptima del transductor y, por lo tanto, la máxima eficiencia, la corriente que fluye a través del transductor debe mantenerse a una frecuencia dentro de la región inductiva.
[0121]El controlador de frecuencia del dispositivo de algunos ejemplos está configurado para mantener la frecuencia de oscilación del transductor piezoeléctrico (el medio de vibraciones ultrasónicas 5) dentro de la región inductiva, con el fin de maximizar la eficiencia del dispositivo.
[0122]El controlador de frecuencia está configurado para realizar una operación de barrido en la que el controlador de frecuencia acciona el transductor a frecuencias que se desplazan progresivamente a través de un intervalo de frecuencias de barrido predeterminado. A medida que el controlador de frecuencia realiza el barrido, el controlador de frecuencia monitoriza un valor de conversión de analógico a digital (ADC) de un convertidor de analógico a digital que está acoplado al transductor. En algunos ejemplos, el valor del ADC es un parámetro del ADC que es proporcional a la tensión a través del transductor. En otros ejemplos, el valor del ADC es un parámetro del ADC que es proporcional a la corriente que fluye a través del transductor.
[0123]Tal como se describirá en mayor detalle a continuación, el controlador de frecuencia de algunos ejemplos determina la potencia activa que está siendo utilizada por el transductor ultrasónico monitorizando la corriente que fluye a través del transductor.
[0124]Durante la operación de barrido, el controlador de frecuencia localiza la región inductiva de la frecuencia del transductor. Una vez que el controlador de frecuencia ha identificado la región inductiva, el controlador de frecuencia registra el valor del ADC y bloquea la frecuencia de accionamiento del transductor a una frecuencia dentro de la región inductiva (es decir, entre la primera y segunda frecuencias predeterminadas fs, fp) para optimizar la cavitación ultrasónica por el transductor. Cuando la frecuencia de accionamiento está bloqueada dentro de la región inductiva, el factor de acoplamiento electromecánico del transductor se maximiza, maximizando de esta manera la eficiencia del dispositivo.
[0125]En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia está configurado para realizar la operación de barrido para localizar la región inductiva cada vez que se inicia o se reinicia la oscilación. En los ejemplos, el controlador de frecuencia está configurado para bloquear la frecuencia de accionamiento a una nueva frecuencia dentro de la región inductiva cada vez que se inicia la oscilación y, compensar de esta manera cualquier cambio en los parámetros que afecte a la eficiencia de funcionamiento del dispositivo.
[0126]En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia garantiza una producción óptima de nebulización y maximiza la eficiencia de la administración del medicamento al usuario. En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia optimiza el dispositivo y mejora la eficacia y maximiza la administración del agente terapéutico al usuario.
[0127]En otros ejemplos, el controlador de frecuencia optimiza el dispositivo y mejora la eficiencia de cualquier otro dispositivo que utilice ultrasonidos. En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia está configurado para su uso con tecnología de ultrasonidos para aplicaciones terapéuticas con el fin de extender la mejora de la liberación del fármaco desde un sistema de administración de fármacos que responde a los ultrasonidos. Tener una frecuencia precisa y óptima durante la operación garantiza que las microburbujas, nanoburbujas, nanogotas, liposomas, emulsiones, micelas o cualquier otro sistema de suministro sean altamente efectivos.
[0128]En algunos ejemplos, para garantizar una generación de nebulización óptima y un suministro óptimo de compuestos como se ha descrito anteriormente, el controlador de frecuencia está configurado para funcionar en un modo recursivo. Cuando el controlador de frecuencia funciona en modo recursivo, el controlador de frecuencia ejecuta el barrido de frecuencias periódicamente durante el funcionamiento del dispositivo y monitoriza el valor del ADC para determinar si el valor del ADC está por encima de un umbral predeterminado que es indicativo de una oscilación óptima del transductor.
[0129]En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia ejecuta la operación de barrido mientras el dispositivo está en el proceso de aerosolización del líquido en caso de que el controlador de frecuencia pueda identificar una posible mejor frecuencia para el transductor. Si el controlador de frecuencia identifica una frecuencia mejor, el controlador de frecuencia bloquea la frecuencia de accionamiento en la frecuencia mejor identificada recientemente para mantener un funcionamiento óptimo del dispositivo.
[0130]En algunos ejemplos, el controlador de frecuencia ejecuta el barrido de frecuencias durante un período predeterminado de forma periódica durante el funcionamiento del dispositivo. En el caso del dispositivo de los ejemplos descritos anteriormente, la duración predeterminada del barrido y el período de tiempo entre barridos se seleccionan para optimizar la funcionalidad del dispositivo. Cuando se implementa en un dispositivo inhalador de nebulización ultrasónico, esto garantizará una administración óptima al usuario durante la inhalación del usuario.
[0131]La figura 8 muestra un diagrama de flujo del funcionamiento del controlador de frecuencia de algunos ejemplos.
[0132]La siguiente exposición expone ejemplos adicionales de dispositivos inhaladores de nebulización que comprenden muchos de los mismos elementos que los ejemplos descritos anteriormente. Los elementos de los ejemplos descritos anteriormente pueden intercambiarse con cualquiera de los elementos de los ejemplos descritos en la parte restante de esta exposición.
[0133]Para garantizar una producción adecuada de aerosol, en este ejemplo, el dispositivo inhalador de nebulización comprende un transductor ultrasónico/piezoeléctrico de 16 mm de diámetro exacto o sustancialmente. Este transductor se fabrica con valores de capacitancia e impedancia específicos para controlar la frecuencia y la potencia necesarias para la producción del volumen de aerosol deseado.
[0134]Un transductor ultrasónico de 16 mm de diámetro en forma de disco colocado horizontalmente daría como resultado un dispositivo grande que podría no ser ergonómico al sostenerlo en la mano. Para mitigar esta preocupación, el transductor ultrasónico de este ejemplo se mantiene verticalmente en la cámara de sonicación (la superficie plana del transductor ultrasónico es generalmente paralela al flujo de nebulización de aerosol a la boquilla y/o generalmente paralela a la longitud longitudinal del dispositivo inhalador de nebulización). Dicho de otra manera, el transductor ultrasónico es generalmente perpendicular a una base del dispositivo inhalador de nebulización.
[0135]Haciendo referencia ahora a las figuras 9 y 10 de los dibujos adjuntos, un dispositivo inhalador 200 de nebulización de algunos ejemplos comprende un dispositivo generador 201 de nebulización y un dispositivo impulsor 202. El dispositivo impulsor 202 está, en este ejemplo, provisto de una cavidad 203 que recibe y retiene parte del dispositivo generador 201 de nebulización. Por lo tanto, el generador de nebulización 201 puede acoplarse con el dispositivo impulsor 202 para formar un dispositivo inhalador 200 de nebulización compacto y portátil, según muestra la figura 9.
[0136]Haciendo referencia ahora a las figuras 11 a 13 de los dibujos adjuntos, el dispositivo generador 201 de nebulización comprende una carcasa 204 del generador de nebulización que es alargada y está formada opcionalmente por dos porciones de carcasa 205, 206 que están unidas entre sí. La carcasa 204 del generador de nebulización comprende una abertura 207 de entrada de aire y una abertura 208 de salida de nebulización.
[0137]En este ejemplo, la carcasa 204 del generador de nebulización es de plástico moldeado por inyección, específicamente polipropileno que se utiliza típicamente para aplicaciones médicas. En este ejemplo, la carcasa 204 del generador de nebulización es de un copolímero heterofásico. Más particularmente, un copolímero heterofásico BF970MO, que tiene una combinación óptima de una rigidez muy alta y una alta resistencia al impacto. Las piezas de la carcasa del generador de nebulización moldeadas con este material muestran un buen rendimiento antiestático.
[0138]Un copolímero heterofásico tal como el polipropileno es particularmente adecuado para la carcasa 204 del generador de nebulización, ya que este material no provoca la condensación del aerosol cuando fluye desde la cámara 219 de sonicación a través de la boquilla hacia el usuario. Este material plástico también se puede reciclar directamente fácilmente mediante procesos industriales de trituración y limpieza.
[0139]En las figuras 9, 10 y 12, la abertura 208 de salida de nebulización está cerrada por un elemento de cierre 209. Sin embargo, debe apreciarse que cuando el dispositivo inhalador 200 de nebulización está en uso, el elemento de cierre 209 está retirado de la abertura 208 de salida de nebulización, según muestra la figura 11.
[0140]Haciendo referencia ahora a las figuras 14 y 15, el dispositivo generador 200 de nebulización comprende un soporte de transductor 210 que se mantiene dentro de la carcasa 204 del generador de nebulización. El soporte del transductor 210 comprende una porción de cuerpo 211 que, en este ejemplo, tiene forma cilíndrica o generalmente cilíndrica con aberturas circulares superiores e inferiores 212, 213. El soporte del transductor 210 está provisto de un canal interno 214 para recibir un flanco de un transductor ultrasónico 215, según muestra la figura 15.
[0141]El soporte del transductor 210 incorpora una sección recortada 216 a través de la cual se extiende un electrodo 217 desde el transductor ultrasónico 215, de modo que el electrodo 217 pueda conectarse eléctricamente a un controlador de CA del dispositivo impulsor, tal como se describe en mayor detalle a continuación.
[0142]Haciendo referencia nuevamente a la figura 13, el dispositivo generador 201 de nebulización comprende una cámara 218 de líquido que se proporciona dentro de la carcasa 204 del generador de nebulización. La cámara 218 de líquido es para contener un líquido, tal como un líquido terapéutico, a atomizar. En algunos ejemplos, un líquido está contenido en la cámara 218 de líquido.
[0143]En otros ejemplos, la cámara 218 de líquido está vacía inicialmente y la cámara de líquido se llena con un líquido posteriormente.
[0144]Según la invención, el líquido incluye un derivado cannabinoide tal como el CBD para aliviar el dolor y otros tratamientos. En ejemplos adicionales no incluidos en la redacción de las reivindicaciones, el líquido puede incluir al menos un agente terapéutico adecuado para la administración de aerosol a los pulmones mediante inhalación por parte de un paciente para proporcionar el tratamiento deseado al paciente. Algunos ejemplos de agentes terapéuticos incluyen, aunque no de forma limitativa, la administración en aerosol de agentes farmacológicos a los pulmones para promover un efecto clínico directo o sistémico mientras se produce un efecto adverso mínimo. Un agente terapéutico también puede incluir, por ejemplo, aunque no de forma limitativa, fármacos naturales, productos botánicos; opioides; ARN; ADN; quimioterapias; componentes subcelulares que incluyen, por ejemplo, ribosomas, retículo endoplásmico, citoesqueleto y mitocondrias; suplementos para mejora del rendimiento; albuterol/salbutamol para pacientes con asma; agentes tales como betalactamas, polimixinas y antibióticos bactericidas de aminoglucósidos; anfotericina B; morfina; fentanilo; prostaciclina, amilorida e interferón-g; y la ciclosporina como terapia de rescate, rechazo en pacientes con trasplante pulmonar y tratamiento para el asma.
[0145]La siguiente descripción se refiere a la nicotina, pero en otros ejemplos de esta exposición, la nicotina se reemplaza por un agente terapéutico, tal como, aunque no de forma limitativa, uno o más de los productos terapéuticos descritos en la presente memoria.
[0146]Una composición líquida (también denominada en la presente memoria como un líquido electrónico) adecuada para utilizar en un dispositivo ultrasónico que se alimenta a una frecuencia de 3,0 MHz (±0,2 MHz) mediante una batería de polímero de litio (LiPo) de 3,7 V que consiste en una sal de nicotina que consiste en levulinato de nicotina en donde:
[0147]La cantidad relativa de glicerina vegetal en la composición es: del 55 al 80%(p/p), o del 60 al 80%(p/p), o del 65 al 75 % (p/p), o del 70 % (p/p); y/o, la cantidad relativa de propilenglicol en la composición es: del 5 al 30 % (p/p), o del 10 al 30% (p/p), o del 15 al 25% (p/p), o del 20% (p/p); y/o, la cantidad relativa de agua en la composición es: del 5 al 15 % (p/p), o del 7 al 12 % (p/p), o del 10 % (p/p); y/o,
la cantidad de nicotina y/o sal de nicotina en la composición es: de 0,1 a 80 mg/ml, o de 0,1 a 50 mg/ml, o de 1 a 25 mg/ml, o de 10 a 20 mg/ml, o 17 mg/ml.
[0148]En algunos ejemplos, el dispositivo generador 201 de nebulización contiene un líquido electrónico que tiene una viscosidad cinemática de entre 1,05 Pâ s y 1,412 Pâ s.
[0149]En algunos ejemplos, la cámara 218 de líquido contiene un líquido que comprende una sal de levulinato de nicotina en una relación molar de 1:1.
[0150]En algunos ejemplos, la cámara 218 de líquido contiene un líquido que tiene una viscosidad cinemática entre 1,05 Pâ s y 1,412 Pâ s y una densidad de líquido entre 1,1 g/ml y 1,3 g/ml.
[0151]Al utilizar un líquido electrónico con los parámetros correctos de viscosidad, densidad y tener un volumen objetivo deseado de burbuja de líquido rociado en el aire, se ha descubierto que el intervalo de frecuencias de 2,8 MHz a 3,2 MHz para un intervalo de viscosidad del líquido de 1,05 Pa^s y 1,412 Pa^s y una densidad de aproximadamente 1,1-1,3 g/ml (obtenga rangos de densidad de hercios) produce un volumen de gotículas en el que el 90 % de las gotículas están por debajo de 1 micra y el 50 % de esas son menos de 0,5 micras.
[0152]El dispositivo generador 201 de nebulización comprende una cámara 219 de sonicación que se proporciona dentro de la carcasa 204 del generador de nebulización.
[0153]Volviendo a las figuras 14 y 15, el soporte del transductor 210 comprende una porción divisoria 220 que proporciona una barrera entre la cámara 218 de líquido y la cámara 219 de sonicación. La barrera proporcionada por la porción divisoria 220 minimiza el riesgo de que la cámara 219 de sonicación se inunde con líquido de la cámara 218 de líquido o de que un elemento capilar sobre el transductor ultrasónico 215 se sobresature, lo que sobrecargaría y reduciría la eficiencia del transductor ultrasónico 215. Además, inundar la cámara 219 de sonicación o saturar en exceso el elemento capilar también podría provocar una experiencia desagradable al aspirar el líquido por el usuario durante la inhalación. Para mitigar este riesgo, la porción divisoria 220 del soporte del transductor 210 se asienta como una pared entre la cámara 219 de sonicación y la cámara 218 de líquido.
[0154]La porción divisoria 220 comprende una abertura capilar 221 que es el único medio por el que el líquido puede fluir desde la cámara 218 de líquido a la cámara 219 de sonicación, a través de un elemento capilar. En este ejemplo, la abertura capilar 221 es una ranura alargada que tiene una anchura de 0,2 mm a 0,4 mm. Las dimensiones de la abertura capilar 221 son tales que los bordes de la abertura capilar 221 proporcionan una fuerza de empuje que actúa sobre un elemento capilar que se extiende a través de la abertura capilar 221 para un mayor control del flujo de líquido a la cámara 219 de sonicación.
[0155]En este ejemplo, el soporte del transductor 210 es de caucho de silicona líquida (LSR). En este ejemplo, el caucho de silicona líquida tiene una dureza Shore A 60. Este material LSR asegura que el transductor ultrasónico 215 vibre sin que el soporte del transductor 210 amortigüe las vibraciones. En este ejemplo, el desplazamiento vibratorio del transductor ultrasónico 215 es de 2-5 nanómetros y cualquier efecto amortiguador puede reducir la eficiencia del transductor ultrasónico 215. Por lo tanto, este material y dureza LSR se seleccionan para un rendimiento óptimo con un compromiso mínimo.
[0156]Haciendo referencia ahora a las figuras 16 y 17, el dispositivo generador 201 de nebulización comprende un elemento capilar o capilar 222 para transferir un líquido (que contiene un fármaco u otra sustancia) desde la cámara 218 de líquido a la cámara 219 de sonicación. El elemento capilar 222 es plano o generalmente plano con una primera porción 223 y una segunda porción 224. En este ejemplo, la primera porción 223 tiene una forma rectangular o generalmente rectangular y la segunda porción 224 tiene una forma parcialmente circular.
[0157]En este ejemplo, el elemento capilar 222 comprende una tercera porción 225 y una cuarta porción 226 que son respectivamente de forma idéntica a la primera y segunda porciones 223, 224. El elemento capilar 222 de este ejemplo se pliega alrededor de una línea de plegado 227 tal que las primera y segunda porciones 223, 224 y la tercera y cuarta porciones 225, 226 se superponen una sobre la otra, según muestra la figura 17.
[0158]En este ejemplo, el elemento capilar tiene un grosor de aproximadamente 0,28 mm. Cuando se pliega el elemento capilar 222 para tener dos capas, según muestra la figura 17, el grosor total del elemento capilar es de aproximadamente 0,56 mm. Esta doble capa también garantiza que siempre haya suficiente líquido en el transductor ultrasónico 215 para una producción óptima de aerosol.
[0159]En este ejemplo, cuando el elemento capilar 222 está plegado, el extremo inferior de las partes primera y tercera 223, 225 define un extremo inferior agrandado 228 que aumenta el área superficial del elemento capilar 222 en la porción del elemento capilar 222 que se encuentra en el líquido dentro de la cámara 218 de líquido para maximizar la tasa a la que el elemento capilar 222 absorbe el líquido.
[0160]En este ejemplo, el elemento capilar 222 es 100 % fibra de bambú. En otros ejemplos, el elemento capilar es de al menos un 75 % de fibra de bambú. Los beneficios de utilizar fibra de bambú como elemento capilar son como se ha descrito anteriormente.
[0161]Haciendo referencia ahora a las figuras 18 y 19, el elemento capilar 222 es retenido por el soporte del transductor 210 tal que el soporte del transductor 210 retiene la segunda porción 224 del elemento capilar 222 superpuesta a una parte de una superficie de atomización del transductor ultrasónico 215. En este ejemplo, la segunda porción circular 224 se encuentra dentro de la cavidad interior 214 del soporte del transductor 210.
[0162]La primera porción 223 del elemento capilar 222 se extiende a través de la abertura capilar 221 en el soporte del transductor 210.
[0163]Haciendo referencia ahora a las figuras 20 a 22, la segunda porción 206 de la carcasa 204 del generador de nebulización comprende una pared generalmente circular 229 que recibe el soporte del transductor 222 y forma parte de la pared de la cámara 219 de sonicación.
[0164]Las aberturas de contacto 230 y 231 están dispuestas en una pared lateral de la segunda porción 206 para recibir los contactos eléctricos 232 y 233 que forman conexiones eléctricas con los electrodos del transductor ultrasónico 215.
[0165]En este ejemplo, se proporciona una punta absorbente o elemento absorbente 234 adyacente a la abertura 208 de salida de nebulización para absorber líquido en la abertura 208 de salida de nebulización. En este ejemplo, el elemento absorbente 234 es de fibra de bambú.
[0166]Haciendo referencia ahora a las figuras 23 a 25, la primera porción 205 de la carcasa 204 del generador de nebulización tiene una forma similar a la segunda porción 206 y comprende una porción de pared 235 adicional generalmente circular que forma una porción adicional de la pared de la cámara 219 de sonicación y retiene el soporte del transductor 210.
[0167]En este ejemplo, se proporciona un elemento absorbente adicional 236 adyacente a la abertura 208 de salida de nebulización para absorber líquido en la abertura 208 de salida de nebulización.
[0168]En este ejemplo, la primera porción 205 de la carcasa 204 del generador de nebulización comprende una disposición de soporte de resorte 237 que soporta el extremo inferior de un resorte de retención 238, según muestra la figura 26.
[0169]Un extremo superior del resorte de retención 238 contacta con la segunda porción 224 del elemento capilar 222 tal que el resorte de retención 238 proporciona una fuerza de desviación que desvía el elemento capilar 222 contra la superficie de atomización del transductor ultrasónico 215.
[0170]Haciendo referencia a la figura 27, el soporte del transductor 210 se muestra en posición y siendo retenido por la segunda porción 206 de la carcasa 204 del generador de nebulización, antes de que las dos porciones 205, 206 de la carcasa 204 del generador de nebulización se unan entre sí.
[0171]Haciendo referencia a las figuras 28 a 31, en este ejemplo, el dispositivo generador 201 de nebulización comprende una disposición de identificación 239. La disposición de identificación 239 comprende una placa de circuito impreso 240 que tiene contactos eléctricos 241 dispuestos en un lado y un circuito integrado 242 y otro componente opcional 243 proporcionados en el otro lado.
[0172]El circuito integrado 242 tiene una memoria que almacena un identificador único para el dispositivo generador 201 de nebulización. Los contactos eléctricos 241 proporcionan una interfaz electrónica para la comunicación con el circuito integrado 242.
[0173]La placa de circuito impreso 240 está, en este ejemplo, montada dentro de una cavidad 244 en un lado de la carcasa 204 del generador de nebulización. El circuito integrado 242 y otros componentes electrónicos opcionales 243 se encuentran dentro de una cavidad adicional 245, de modo que la placa de circuito impreso 240 está generalmente alineada con el lateral de la carcasa 204 del generador de nebulización.
[0174]En este ejemplo, el circuito integrado 242 es un dispositivo programable en una sola vez (OTP) que proporciona una función antifalsificación que permite que solo se usen con el dispositivo dispositivos generadores de nebulización genuinos del fabricante. Esta característica antifalsificación se implementa en el dispositivo generador 201 de nebulización como un circuito integrado (IC) personalizado específico que está unido (con la placa de circuito impreso 240) al dispositivo generador 201 de nebulización. El OTP como IC contiene una información verdaderamente única que permite una trazabilidad completa del dispositivo generador 201 de nebulización (y su contenido) a lo largo de su vida útil, así como una monitorización precisa del consumo por parte del usuario. El IC de OTP permite que el dispositivo generador 201 de nebulización funcione para generar nebulización solo cuando está autorizado.
[0175]A continuación, se describe en detalle una implementación del IC de OTP de un ejemplo de esta exposición.
[0176]El OTP, como característica, dicta el estado autorizado de un dispositivo generador 201 de nebulización específico. De hecho, para evitar las emisiones de carbonilos y mantener el aerosol en estándares seguros, los experimentos han demostrado que el dispositivo generador 201 de nebulización se considera vacío de líquido en la cámara 218 de líquido después de aproximadamente 1000 segundos de aerosolización. De esa manera, un dispositivo generador 201 de nebulización que no sea genuino o esté vacío no podrá activarse después de este período de uso predeterminado.
[0177]El OTP, como característica, puede formar parte de una cadena completa con la conjunción del punto de venta digital, la aplicación complementaria móvil y el dispositivo generador 201 de nebulización. Solo se puede utilizar en el dispositivo un dispositivo generador 201 de nebulización original fabricado por una empresa de confianza y vendido en el punto de venta digital. Una aplicación digital complementaria móvil, que es un enlace entre la cuenta de usuario en la plataforma digital del fabricante y el dispositivo generador 201 de nebulización, garantiza el uso seguro de un contenido seguro conocido durante una cantidad segura de bocanadas.
[0178]El OTP, como característica, también permite un alto control y monitorización de acceso requeridos por la administración de medicamentos en el caso del uso de empresa a empresa (B2B) en establecimientos de salud de confianza. El IC de OTP es leído por el dispositivo impulsor 202, que puede reconocer el dispositivo generador 201 de nebulización insertado y la prescripción asociada al mismo. El dispositivo impulsor 202 no se puede utilizar con este dispositivo generador 201 de nebulización más allá ni fuera del período de tiempo especificado por la prescripción. Por añadidura, se puede proporcionar un recordatorio en la aplicación complementaria móvil para evitar que un usuario omita una dosis.
[0179]En algunos ejemplos, el IC de OTP es desechable de la misma manera que el dispositivo generador 201 de nebulización. Siempre que el dispositivo generador 201 de nebulización se considere vacío, no se activará si se inserta en un dispositivo impulsor 202. Similarmente, un dispositivo generador 201 falsificado no funcionaría en el dispositivo impulsor 202.
[0180]Las figuras 32 a 34 ilustran cómo el aire fluye a través del dispositivo generador 201 de nebulización durante el funcionamiento.
[0181]La sonicación del agente terapéutico líquido (soluciones médicas, suspensiones médicas, soluciones proteicas, suplementos, etc.) lo transforma en nebulización (aerosolización). Sin embargo, esta nebulización se depositaría sobre el transductor ultrasónico 215, salvo que haya suficiente aire ambiente disponible para reemplazar el aerosol ascendente. En la cámara 219 de sonicación, se requiere un suministro continuo de aire a medida que se genera nebulización (aerosol) y se aspira a través de la boquilla hacia el usuario. Para satisfacer este requisito, se proporciona un canal de flujo de aire. En este ejemplo, el canal de flujo de aire tiene un área de sección transversal promedio de 11,5 mm2, que se calcula y diseña en la cámara 219 de sonicación en función de la presión de aire negativa de un usuario promedio. Esto también controla la relación entre nebulización y aire del aerosol inhalado, controlando la cantidad de fármaco que se administra al usuario.
[0182]Según los requisitos de diseño, el canal de flujo de aire se dirige tal que se inicie desde la parte inferior de la cámara 219 de sonicación. La abertura en la parte inferior de la cámara de aerosol se alinea y está estrechamente adyacente a la abertura de un puente de flujo de aire en el dispositivo. El canal de flujo de aire se extiende verticalmente hacia arriba a lo largo del depósito y continúa hasta el centro de la cámara de sonicación (concéntrico con el transductor ultrasónico 215). En este caso, gira 90° hacia adentro. El paso de flujo continúa después hasta aproximadamente 1,5 mm desde el transductor ultrasónico 215. Este enrutamiento asegura el suministro máximo de aire ambiente directamente en la dirección de la superficie de atomización del transductor ultrasónico 215. El aire que fluye a través del canal, hacia el transductor, recoge la nebulización generada a medida que se desplaza hacia el exterior a través de la boquilla y hacia el usuario.
[0183]El dispositivo impulsor 202 se describirá ahora con referencia a las figuras 35 y 36 inicialmente. El aire fluye hacia el dispositivo generador 201 de nebulización a través de la abertura 207 de entrada de aire que, como se describe a continuación, está en comunicación fluida con un puente de flujo de aire dentro del dispositivo impulsor 202. El aire fluye a lo largo de un paso de flujo que cambia la dirección del flujo de aire en aproximadamente 90° para dirigir el flujo de aire hacia el transductor ultrasónico 215.
[0184]En algunos ejemplos, la disposición de flujo de aire está configurada para cambiar la dirección de un flujo de aire a lo largo del paso de flujo de aire tal que el flujo de aire sea sustancialmente perpendicular a la superficie de atomización del transductor ultrasónico a medida que el flujo de aire pasa a la cámara de sonicación.
[0185]El dispositivo impulsor 202 comprende una carcasa 246 de dispositivo impulsor que es, al menos parcialmente, de metal. En algunos ejemplos, la carcasa 246 del dispositivo impulsor es completamente de aluminio (AL6063 T6), lo que protege los componentes internos del medio ambiente (polvo, salpicaduras de agua, etc.) y también protege contra los daños causados por los choques (caídas accidentales, etc.).
[0186]En algunos ejemplos, la carcasa 246 del dispositivo impulsor está provista de orificios de ventilación en sus laterales que permiten que el aire ambiente entre en el dispositivo para dos propósitos; uno para tener ventilación alrededor de los componentes electrónicos y mantenerlos dentro de las temperaturas de funcionamiento, y estos orificios de ventilación también actúan como entradas de aire, ya que el aire entra a través de estos orificios de ventilación al dispositivo y, a continuación, a través del puente de flujo de aire al dispositivo generador 201 de nebulización.
[0187]La carcasa 246 del dispositivo impulsor es alargada con una cámara interna 247 que aloja los componentes del dispositivo impulsor 202. Un extremo de la carcasa 246 del dispositivo impulsor está cerrado por una tapa terminal 248. El otro extremo de la carcasa 247 del dispositivo impulsor tiene una abertura 249 que proporciona una abertura para la cavidad 203 del dispositivo impulsor 202.
[0188]El dispositivo impulsor 202 comprende una batería 250 que está conectada a una placa de circuito impreso 251. En algunos ejemplos, la batería 250 es una batería Li-Po de 3,7 V CC con una capacidad de 1140 mAh y una tasa de descarga de 10C. La alta tasa de descarga es necesaria para la amplificación de tensión de hasta 15 V que requiere el transductor ultrasónico 215 para un funcionamiento deseable. La forma y el tamaño de la batería están diseñados, dentro de las restricciones físicas, según la forma y el tamaño del dispositivo y el espacio asignado a la fuente de alimentación.
[0189]La placa de circuito impreso 251 incorpora un procesador y una memoria y otros componentes electrónicos para implementar las funciones eléctricas del dispositivo impulsor 202. Se proporcionan pines de carga 258 en un extremo de la placa de circuito impreso 251 y se extienden a través de la tapa terminal 248 para proporcionar conexiones de carga para cargar la batería 250.
[0190]La placa de circuito impreso 251 se retiene dentro de la carcasa 246 del dispositivo impulsor mediante un esqueleto 252. El esqueleto 252 tiene un canal 253 que recibe la placa de circuito impreso 251. El esqueleto 252 incorpora porciones laterales elevadas 254, 255 que soportan la batería 250.
[0191]En algunos ejemplos, el esqueleto 252 se fabrica utilizando procesos industriales de moldeo por inyección. El esqueleto de plástico moldeado garantiza que todas las piezas queden fijas y no queden holgadas dentro de la carcasa. También forma una cubierta sobre la parte frontal de la PCB (placa de circuito impreso) que recibe el dispositivo generador 201 de nebulización cuando se inserta en el dispositivo impulsor 202.
[0192]El dispositivo impulsor 202 comprende un sensor de flujo de aire que actúa como un conmutador para activar y suministrar energía al transductor para la sonicación y la producción de aerosoles. El sensor de flujo de aire está montado en la PCB del dispositivo y requiere una cierta caída de presión atmosférica a su alrededor para activar el dispositivo impulsor 202. Para ello, un puente de flujo de aire 259, según muestran las figuras 39 a 41, está diseñado con canales internos 260, 261 que dirigen el aire desde el entorno a través del puente 259 hacia la cámara de aerosol 262. El esqueleto 252 comprende canales opuestos 256, 257 para recibir porciones del puente de flujo de aire 259, según muestra la figura 42.
[0193]Los canales internos del puente de flujo de aire 259 tienen un microcanal 263 (0,5 mm de diámetro) que se extiende hacia abajo hacia una cámara 264 que cubre completamente el sensor de flujo de aire. A medida que el aire fluye desde las entradas laterales y hacia arriba hasta la cámara de aerosol 262, crea una presión negativa en el microcanal 263 que activa el sensor de flujo de aire para activar el dispositivo.
[0194]El dispositivo es un dispositivo compacto, portátil y altamente avanzado que permite una aerosolización precisa, segura y monitorizada. Esto se logra mediante la incorporación de componentes electrónicos de alta calidad diseñados teniendo en cuenta la clase 3 del IPC (grado médico).
[0195]La electrónica del dispositivo impulsor 202 se divide tal como sigue:
1. Sección de sonicación
[0196]Para obtener la aerosolización más eficaz hasta la fecha para la inhalación en un dispositivo portátil, con un tamaño de partícula inferior a 1 um, la sección de sonicación tiene que proporcionar las almohadillas de contacto que reciben el transductor ultrasónico 215 (disco cerámico piezoeléctrico (PZT)) con alta frecuencia adaptable (aproximadamente 3 MHz).
[0197]Esta sección no solo debe proporcionar alta frecuencia, sino que también debe proteger el transductor ultrasónico 215 contra fallos y, al mismo tiempo, proporcionar una cavitación optimizada y constante.
[0198]La deformación mecánica del PZT está vinculada a la amplitud de tensión de CA que se le aplica y, para garantizar un funcionamiento y un suministro óptimos del sistema en cada sonicación, se debe suministrar al pZt la máxima deformación en todo momento.
[0199]Sin embargo, para evitar el fallo del PZT, la potencia activa que se le transfiere debe controlarse con precisión.
[0200]Esto solo podría lograrse diseñando un chip de circuito integrado de administración de energía (PMIC) personalizado, que no existe en el mercado, que se proporciona en la placa de circuito impreso del dispositivo impulsor 202. Este PMIC permite la modulación de la potencia activa dada al PZT en cada instante sin comprometer la amplitud mecánica de la vibración del PZT.
[0201]Mediante la modulación de anchura de pulso (PWM) de la tensión de CA aplicada al PZT, la amplitud mecánica de la vibración permanece igual.
[0202]La única opción “ lista para utilizar” disponible habría sido modificar la tensión de CA de salida mediante el uso de un convertidor digital a analógico (DAC). La energía transmitida al PZT se reduciría, pero también lo haría la deformación mecánica que, como resultado, degrada por completo e impide la correcta aerosolización. De hecho, la tensión RMS aplicada sería la misma con la modulación efectiva del ciclo de trabajo que con la modulación de tensión, pero la potencia activa transferida al PZT se degradaría. De hecho, dada la fórmula a continuación:
2 V2
[0203]Potencia activa mostrada al PZT, siendoPa = n Irms * Vrms * cosccp,
donde
yes el cambio de fase entre la corriente y la tensión
Irms es la corriente cuadrática media de la raíz
Vrms es la raíz cuadrática media de la tensión.
[0204]Al considerar el primer armónico, Irms es una función de la amplitud de tensión real aplicada al transductor, ya que la modulación de la anchura de pulso altera la duración de la tensión suministrada al transductor, controlando Irms.
[0205]El diseño específico del PMIC utiliza un diseño de última generación, que permite un control ultrapreciso del intervalo de frecuencias y las etapas a aplicar al PZT, incluido un conjunto completo de bucles de retroalimentación y una ruta de monitorización para su uso en la sección de control.
[0206]El resto de la sección de aerosolización está compuesto por el transformador y el convertidor elevador Cc /c C que llevan la energía necesaria desde una batería de 3,7 V a las almohadillas de contacto del PZT.
[0207]Haciendo referencia ahora a la figura 43 de los dibujos adjuntos, el dispositivo impulsor 202 comprende un microchip controlador de transductor ultrasónico que se denomina en la presente memoria como circuito integrado de gestión de energía o PMIC 300. El PMIC 300 es un microchip para accionar un circuito resonante. El circuito resonante es un tanque LC, una antena o, en este caso, un transductor piezoeléctrico (el transductor ultrasónico 215).
[0208]En esta exposición, los términos chip, microchip y circuito integrado son intercambiables. El microchip o circuito integrado es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados. El microchip es, por ejemplo, al menos parcialmente de un semiconductor, tal como silicio, y se fabrica utilizando técnicas de fabricación de semiconductores.
[0209]El dispositivo impulsor 202 también comprende un segundo microchip que en la presente memoria se denomina circuito integrado puente o IC 301 de puente que está conectado eléctricamente al PMIC 300. El IC 301 de puente es un microchip para accionar un circuito resonante, tal como un tanque LC, una antena o un transductor piezoeléctrico. El IC 301 de puente es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados.
[0210]En este ejemplo, el PMIC 300 y el IC 301 de puente están montados en el mismo circuito impreso del dispositivo impulsor 202. En este ejemplo, las dimensiones físicas del PMIC 300 son de 1-3 mm de ancho y 1-3 mm de largo y las dimensiones físicas del IC 301 de puente son de 1-3 mm de ancho y 1-3 mm de largo.
[0211]El dispositivo generador 201 de nebulización comprende un circuito integrado programable o programable una sola vez o IC de OTP 242. Cuando el dispositivo generador 201 de nebulización está acoplado al dispositivo impulsor 202, el IC de OTP se conecta eléctricamente al PMIC 300 para recibir energía del PMIC 300 tal que el PMIC 300 pueda gestionar la tensión suministrada al IC de OTP 242. El IC de OTP 242 también está conectado a un bus de comunicación 302 en el dispositivo impulsor 202. En este ejemplo, el bus de comunicación 302 es un bus I2C, pero, en otros ejemplos, el bus de comunicación 302 es otro tipo de bus de comunicación serie digital.
[0212]El transductor ultrasónico 215 del dispositivo generador 201 de nebulización está conectado eléctricamente al IC 301 de puente, de modo que el transductor ultrasónico 215 puede accionarse mediante una señal de controlador de C<a>generada por el IC 301 de puente cuando el dispositivo 200 está en uso.
[0213]El dispositivo impulsor 202 comprende un procesador en forma de un microcontrolador 303 que está acoplado eléctricamente para comunicarse con el bus de comunicación 302. En este ejemplo, el microcontrolador 303 es un microcontrolador Bluetooth™ de baja energía (BLE). El microcontrolador 303 recibe energía de un regulador de baja caída (LDO) 304 alimentado por la batería 250. El LDO 304 proporciona una tensión regulada estable al microcontrolador 303 para permitir que el microcontrolador 303 funcione de manera coherente aun si hay variación en la tensión de la batería 250.
[0214]El dispositivo impulsor 202 comprende un regulador de tensión en forma de un convertidor elevador de CC-Cc 305 alimentado por la batería 250. El convertidor elevador 305 aumenta la tensión de la batería 250 a una tensión programable VBOOST. La tensión programable VBOOST se establece mediante el convertidor elevador 305 en respuesta a una señal de control de tensión VCTL del PMIC 300. Tal como se describirá en mayor detalle a continuación, el convertidor elevador 305 envía la tensión VBOOST al IC 301 de puente. En otros ejemplos, el regulador de tensión es un convertidor reductor u otro tipo de regulador de tensión que emite una tensión seleccionable.
[0215]La señal de control de tensión VCTL se genera mediante un convertidor de digital a analógico (DAC) que, en este ejemplo, se implementa dentro del PMIC 300. El DAC no es visible en la figura 43 ya que el DAC está integrado dentro del PMIC 300. El DAC y los beneficios técnicos de integrar el DAC dentro del PMIC 300 se describen en detalle a continuación.
[0216]En este ejemplo, el PMIC 300 está conectado a un conector de fuente de alimentación en forma de conector de bus serie universal (USB) 306, de modo que el PMIC 300 puede recibir una tensión de carga VCHRG cuando el conector USB 306 está acoplado a un cargador USB.
[0217]El dispositivo impulsor 202 comprende un primer sensor de presión 307 que, en este ejemplo, es un sensor de presión estática. El dispositivo impulsor 202 también comprende un segundo sensor de presión 308 que, en este ejemplo, es un sensor de presión dinámica. Sin embargo, en otros ejemplos, el dispositivo impulsor 202 comprende solo uno de los dos sensores de presión 307, 308. Como se ha descrito anteriormente, los sensores de presión 307, 308 detectan un cambio en la presión en la cámara de aerosol 262 para detectar cuándo un usuario está aspirando del dispositivo inhalador 200 de nebulización.
[0218]En este ejemplo, el dispositivo impulsor 202 comprende una pluralidad de LED 308 que están controlados por el PMIC 300.
[0219]El microcontrolador 303 funciona como un dispositivo maestro en el bus de comunicación 302, siendo el PMIC 300 un primer dispositivo esclavo, el IC de OTP 242 un segundo dispositivo esclavo, el segundo sensor de presión 308 un tercer dispositivo esclavo y el primer sensor de presión 307 un cuarto dispositivo esclavo. El bus de comunicación 302 permite que el microcontrolador 303 controle las siguientes funciones dentro del dispositivo impulsor 202:
1. Todas las funciones del PMIC son altamente configurables por el microcontrolador 303.
2. La corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 es detectada por un circuito de detección y rectificador de gran anchura de banda a una tensión de modo común alta (lado alto del puente). La corriente detectada se convierte en una tensión proporcional a la corriente rms y se proporciona como una tensión amortiguada en un pin de conexión 309 de salida de detección de corriente del IC 301 de puente. Este tensión se alimenta y se muestrea en el PMIC 300 y está disponible como representación digital a través de solicitudes de I2C. La detección de la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 forma parte de la funcionalidad de seguimiento de la frecuencia resonante. Como se describe en la presente memoria, la capacidad del dispositivo para habilitar esta funcionalidad dentro del IC 301 de puente proporciona importantes beneficios técnicos.
3. El DAC (no mostrado en la figura 43) integrado en el PMIC 300 permite programar la tensión VBOOST del convertidor elevador de CC-CC para que esté entre 10 V y 20 V.
4. El microcontrolador 303 permite que el subsistema de cargador del dispositivo 202 gestione la carga de la batería 250, que, en este ejemplo, es una batería de una sola celda.
5. El PMIC 300 alimenta un módulo controlador de diodos emisores de luz (LED) (no mostrado) para controlar y atenuar digitalmente los LED 308 en modo lineal o en modo con corrección gamma.
6. El microcontrolador 303 puede leer los valores de los sensores de presión #1 y presión #2 de los sensores de presión 307, 308.
[0220]Haciendo referencia ahora a la figura 44 de los dibujos adjuntos, el PMIC 300 es, en este ejemplo, un chip autónomo o un circuito integrado que comprende subsistemas integrados y una pluralidad de pines de conexión que proporcionan entradas y salidas eléctricas al PMIC 300. Las referencias a un circuito integrado o chip en esta exposición son intercambiables y cualquiera de los términos abarca un dispositivo semiconductor que puede, por ejemplo, ser de silicio.
[0221]El PMIC 300 comprende un núcleo analógico 310 que comprende componentes analógicos que incluyen un bloque de referencia (BG) 311, un LDO 312, un sensor de corriente 313, un sensor 314 de temperatura y un oscilador 315.
[0222]Tal como se describe en mayor detalle a continuación, el oscilador 315 está acoplado a un bucle bloqueado por retardo (DLL) que emite las fases A y B de modulación por anchura de pulso (PWM). El oscilador 315 y el DLL generan una salida PWM bifásica alineada en el centro que acciona un puente en H en el IC 301 de puente.
[0223]El DLL comprende una pluralidad de líneas de retardo conectadas de extremo a extremo, en donde el retardo total de las líneas de retardo es igual al período de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, el DLL se implementa en un subsistema de procesador digital, denominado en la presente memoria núcleo digital 316, del PMIC 300 que recibe una señal de reloj del oscilador 315 y una tensión de alimentación regulada del LDO 312. El DLL se implementa en un gran número (p. ej., del orden de millones) de puertas de retardo que están conectadas de extremo a extremo en el núcleo digital 316.
[0224]La implementación del oscilador 315 y el DLL en el mismo circuito integrado del PMIC 300 para generar una señal PWM bifásica alineada con el centro es única, ya que en la actualidad ningún componente generador de señales en el mercado de circuitos integrados comprende esta implementación.
[0225]Como se describe en la presente memoria, la PWM forma parte de la funcionalidad que permite al dispositivo impulsor 202 rastrear la frecuencia de resonancia del transductor ultrasónico 215 con precisión para mantener una transferencia eficiente de energía eléctrica a energía cinética para optimizar la generación de nebulización.
[0226]En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un circuito cargador 317 que controla la carga de la batería 250, por ejemplo, mediante la alimentación de una fuente de alimentación USB.
[0227]El PMIC 300 comprende un conmutador de alimentación integrado VSYS que configura el PMIC 300 para alimentar el núcleo analógico 310 mediante la alimentación de la batería 250 o mediante la alimentación de una fuente de alimentación externa si la batería 250 se está cargando.
[0228]El PMIC 300 comprende un subsistema 318 de convertidor de analógico a digital (ADC) embebido. La implementación del ADC 318 junto con el oscilador 315 en el mismo circuito integrado es, en sí misma, única ya que no hay ningún otro circuito integrado en el mercado de circuitos integrados que comprenda un oscilador y un ADC implementados como subbloques dentro del circuito integrado. En un dispositivo convencional, un ADC se proporciona normalmente como un componente discreto separado de un oscilador, con el ADC y el oscilador separados montados en la misma PCB. El problema con esta disposición convencional es que los dos componentes separados del ADC y el oscilador ocupan espacio innecesariamente en la PCB. Un problema adicional es que el ADC y el oscilador convencionales suelen estar conectados entre sí mediante un bus de comunicación de datos en serie, tal como un bus I2C, que tiene una velocidad de comunicación limitada de hasta solo 400 kHz. A diferencia de los dispositivos convencionales, el PMIC 300 comprende el ADC 318 y el oscilador 315 integrados dentro del mismo circuito integrado, lo que elimina cualquier retraso en la comunicación entre el ADC 318 y el oscilador 315, lo que significa que el ADC 318 y el oscilador 315 pueden comunicarse entre sí a alta velocidad, tal como a la velocidad del oscilador 315 (p. ej., de 3 MHz a 5 MHz).
[0229]En el PMIC 300 de este ejemplo, el oscilador 315 funciona a 5 MHz y genera una señal de reloj SYS CLOCK a 5 MHz. Sin embargo, en otros ejemplos, el oscilador 315 genera una señal de reloj a una frecuencia mucho más alta de hasta 105 MHz. Todos los circuitos integrados descritos en la presente memoria están configurados para funcionar a la alta frecuencia del oscilador 315.
[0230]El ADC 318 comprende una pluralidad de terminales de entrada de retroalimentación o entradas analógicas 319 que comprenden una pluralidad de entradas GPIO (IF_GPIO1-3). Al menos uno de los terminales de entrada de retroalimentación o las entradas analógicas 319 recibe una señal de retroalimentación desde un circuito de puente en H en el IC 301 de puente, siendo la señal de retroalimentación indicativa de un parámetro del funcionamiento del circuito de puente en H o una señal de controlador de CA cuando el circuito de puente en H está accionando un circuito resonante, tal como el transductor ultrasónico 215, con la señal de controlador de CA. Tal como se describe a continuación, las entradas GPIO se utilizan para recibir una señal de detección de corriente desde el IC 301 de puente que es indicativa de la corriente cuadrática media (rms) de la ruta notificada por el IC 301 de puente. En este ejemplo, una de las entradas GPIO es un terminal de entrada de retroalimentación que recibe una señal de retroalimentación del puente en H en el IC 301 de puente.
[0231]El subsistema 318 de ADC muestrea las señales analógicas recibidas en la pluralidad de terminales 319 de entrada del ADC a una frecuencia de muestreo que es proporcional a la frecuencia de la señal de reloj principal. El subsistema 318 de ADC genera después señales digitales ADC utilizando las señales analógicas muestreadas.
[0232]En este ejemplo, el ADC 318 que está incorporado en el PMIC 300 muestrea no solo la corriente RMS que fluye a través del puente en H 334 y el transductor ultrasónico 215, sino también las tensiones disponibles en el sistema (p. ej., VBAT, VCHRG, VBOOST), la temperatura del PMIC 300, la temperatura de la batería 250 y las entradas GPIO (IF_GPIO1-3) que permiten futuras ampliaciones.
[0233]El núcleo digital 316 recibe las señales digitales generadas por el ADC desde el subsistema de ADC y procesa las señales digitales del ADC para generar la señal de control del controlador. El núcleo digital 316 comunica la señal de control del controlador al subsistema generador de señales PWM (DLL 332) para controlar el subsistema generador de señales PWM.
[0234]Los circuitos de rectificación que existen en el mercado hoy en día tienen un anchura de banda muy limitado (típicamente menos de 1 MHz). Dado que el oscilador 315 del PMIC 300 funciona a una velocidad de hasta 5 MHz o incluso de hasta 105 Mhz, se implementa un circuito rectificador de gran anchura de banda en el PMIC 300. Tal como se describirá más adelante, la detección de la corriente RMS dentro de un puente en H del IC 301 de puente forma parte de un circuito de retroalimentación que permite que el dispositivo impulsor 202 accione el transductor ultrasónico 215 con alta precisión. El circuito de retroalimentación es un punto de inflexión en la industria de la alimentación de transductores de ultrasonidos, ya que se adapta a cualquier variación del proceso en la producción de transductores piezoeléctricos (variaciones de las frecuencias de resonancia) y compensa los efectos de temperatura de la frecuencia de resonancia. Esto se logra, en parte, mediante la realización inventiva de la integración del ADC 318, el oscilador 315 y el DLL dentro del mismo circuito integrado del PMIC 300. La integración permite que estos subsistemas se comuniquen entre sí a alta velocidad (p. ej., a una frecuencia de reloj de 5 MHz o hasta 105 MHz). Reducir el desfase entre estos subsistemas supone un punto de inflexión en la industria de los ultrasonidos, particularmente en el campo de los dispositivos generadores de nebulización.
[0235]El ADC 318 comprende una entrada de monitorización de tensión de batería VBAT y una entrada de monitorización de tensión de entrada de cargador VCHG, así como entradas de monitorización de tensión VMON y VRTH, así como una entrada de monitorización de temperatura TEMP.
[0236]La entrada de monitorización de temperatura TEMP recibe una señal de temperatura del sensor 314 de temperatura que está embebido en el PMIC 300. Esto permite que el PMIC 300 detecte la temperatura real dentro del PMIC 300 con precisión, de modo que el PMIC 300 pueda detectar cualquier mal funcionamiento dentro del PMIC 300, así como el mal funcionamiento de otros componentes de la placa de circuito impreso que afecten a la temperatura del PMIC 300. El PMIC 300 puede después controlar el IC 301 de puente para evitar la excitación del transductor ultrasónico 215 si hay un mal funcionamiento para mantener la seguridad del dispositivo inhalador 200 de nebulización.
[0237]La entrada adicional del sensor de temperatura VRTH recibe una señal de detección de temperatura de un sensor de temperatura externo dentro del dispositivo impulsor 202 que monitoriza la temperatura de la batería 250. Por lo tanto, el PMIC 300 puede reaccionar para impedir que la batería 250 se cargue en caso de una temperatura de batería alta o apagar de cualquier otra manera el dispositivo impulsor 202 para reducir el riesgo de daños causados por una temperatura de batería excesivamente alta.
[0238]El PMIC 300 comprende un controlador 320 de LED que, en este ejemplo, recibe una señal de accionamiento digital del núcleo digital 316 y proporciona señales de salida del controlador LED a seis LED 321-326 que están configurados para acoplarse a los pines de conexión de salida del PMIC 300. De este modo, el controlador 320 de LED puede activar y atenuar los LED 321-326 en hasta seis canales independientes.
[0239]El PMIC 300 comprende un primer convertidor de digital a analógico (DAC) 327 que convierte las señales digitales dentro del PMIC 300 en una señal de control de tensión analógica que se emite desde el PMIC 300 a través de un pin de conexión de salida VDAC0. El primer DAC 327 convierte una señal de control digital generada por el núcleo digital 316 en una señal de control de tensión analógica que se emite a través del pin de conexión de salida VDAC0 para controlar un circuito regulador de tensión, tal como el convertidor elevador 305. La señal de control de tensión controla así el circuito regulador de tensión para generar una tensión predeterminada para la modulación por el circuito de puente en H para accionar un circuito resonante, tal como el transductor ultrasónico 215 en respuesta a señales de retroalimentación que son indicativas del funcionamiento del circuito resonante (el transductor ultrasónico 215).
[0240]En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un segundo DAC 328 que convierte las señales digitales dentro del PMIC 300 en una señal analógica que se emite desde el PMIC 300 a través de un segundo pin de conexión de salida analógica VDAC1.
[0241]La incrustación de los DAC 327, 328 dentro del mismo microchip que los otros subsistemas del PMIC 300 permite que los DAC 327, 328 se comuniquen con el núcleo digital 316 y otros componentes dentro del PMIC 300 a alta velocidad sin ningún retraso de comunicación o con un retraso mínimo. Los DAC 327, 328 proporcionan salidas analógicas que controlan los bucles de retroalimentación externos. Por ejemplo, el primer DAC 327 proporciona la señal de control VCTL al convertidor elevador 305 para controlar el funcionamiento del convertidor elevador 305. En otros ejemplos, los DAC 327, 328 están configurados para proporcionar una señal de accionamiento a un convertidor reductor de CC-CC en lugar de o además del convertidor elevador 305. La integración de los dos canales DAC independientes en el PMIC 300 permite al PMIC 300 manipular el circuito de retroalimentación de cualquier regulador utilizado en el dispositivo impulsor 202 y permite que el dispositivo impulsor 202 regule la potencia de sonicación del transductor ultrasónico 215 o establezca umbrales analógicos para los ajustes de corriente y temperatura máximos absolutos del transductor ultrasónico 215.
[0242]El PMIC 300 comprende una interfaz de comunicación en serie que, en este ejemplo, es una interfaz I2C que incorpora direcciones I2C externas establecidas a través de pines de conexión.
[0243]El PMIC 300 también comprende diversos bloques funcionales que incluyen una máquina digital (FSM) para implementar la funcionalidad del microchip. Estos bloques se describirán en mayor detalle a continuación.
[0244]Haciendo referencia ahora a la figura 45 de los dibujos adjuntos, un subsistema generador de señales de modulación por anchura de pulso (PWM) 329 está embebido dentro del PMIC 300. El sistema generador PWM 329 comprende el oscilador 315 y el divisor 330 de frecuencia, un multiplexor 331 y un bucle 332 bloqueado por retardo (DLL). Tal como se describirá a continuación, el sistema generador PWM 329 es un generador PWM bifásico alineado en el centro.
[0245]El divisor 330 de frecuencia, el multiplexor 331 y el DLL 332 se implementan en componentes lógicos digitales (p. ej., transistores, puertas lógicas, etc.) dentro del núcleo digital 316.
[0246]En los ejemplos de esta exposición, el intervalo de frecuencias que cubre el oscilador 315 y, respectivamente, el sistema generador PWM 329 es de 50 kHz a 5 MHz o de hasta 105 MHz. La precisión de frecuencia del sistema generador PWM 329 es del ± 1 % y la temperatura de dispersión es del ± 1 %. En el mercado actual de IC, ningún IC tiene un oscilador embebido y un generador PWM bifásico alineado con el centro que pueda proporcionar un intervalo de frecuencias de 50 kHz a 5 MHz o hasta 105 MHz.
[0247]El oscilador 315 genera una señal de reloj principal (clk_m) con una frecuencia de 50 kHz a 5 MHz o hasta 105 MHz. El reloj principal clk_m se introduce en el divisor 330 de frecuencia que divide la frecuencia del reloj principal clk_m entre una o más cantidades divisoras predeterminadas. En este ejemplo, el divisor 330 de frecuencia divide la frecuencia del reloj principal clk_m entre 2, 4, 8 y 16 y proporciona los relojes de frecuencia dividida como salidas al multiplexor 331. El multiplexor 331 multiplexa los relojes de frecuencia dividida y proporciona una salida de frecuencia dividida al DLL 332. Esta señal que se pasa al DLL 332 es una señal de referencia de frecuencia que controla el DLL 332 para emitir señales a la frecuencia deseada. En otros ejemplos, se omiten el divisor 330 de frecuencia y el multiplexor 331.
[0248]El oscilador 315 también genera dos fases; una señal de reloj de primera fase, Fase 1, y una señal de reloj de segunda fase, Fase 2. Las fases de la señal de reloj de la primera fase y la señal de reloj de la segunda fase están alineadas en el centro. Tal como se ilustra en la figura 46:
• La señal de reloj de la primera fase, Fase 1, es alta durante un tiempo variable del semiperíodo positivo de clk_m y baja durante el semiperíodo negativo de clk_m.
• La señal de reloj de la segunda fase, Fase 2, es alta durante un tiempo variable del semiperíodo negativo de clk_m y baja durante el semiperíodo positivo de clk_m.
[0249]La Fase 1 y la Fase 2 se envían después al DLL 332, que genera una señal de reloj de doble frecuencia utilizando la señal de reloj de primera fase, Fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, Fase 2. La señal de reloj de doble frecuencia es el doble de la frecuencia de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, una puerta “ OR” dentro del DLL 332 genera la señal de reloj de doble frecuencia utilizando la señal de reloj de primera fase, Fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, Fase 2. Este reloj de doble frecuencia o la frecuencia dividida que proviene del divisor 330 de frecuencia se selecciona en función de una frecuencia objetivo seleccionada y, a continuación, se utiliza como referencia para el DLL 332.
[0250]Dentro del DLL 332, una señal denominada en lo sucesivo “ reloj” representa el reloj principal clk_m multiplicado por 2, mientras que una señal denominada en lo sucesivo “ clock_del” es una réplica del reloj retrasado en un período de la frecuencia. Clock y clock_del pasan a través de un detector de frecuencia de fase. A continuación, una bomba de carga MHz o descarga un nodo Vc basándose en la polaridad del error de fase. Se suministra una tensión de control directamente para controlar el retraso de cada unidad de retardo dentro del DLL 332 hasta que el retraso total del DLL 332 sea exactamente un período.
[0251]El DLL 332 controla el flanco ascendente de la señal de reloj de primera fase, Fase 1, y la señal de reloj de segunda fase, Fase 2, para que estén sincronizados con el flanco ascendente de la señal de reloj de doble frecuencia. El DLL 332 ajusta la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de reloj de primera fase, Fase 1 y la señal de reloj de segunda fase, Fase 2 en respuesta a una señal de referencia de frecuencia respectiva y una señal de control del ciclo de trabajo para producir una señal de salida de primera fase, Fase A y una señal de salida de segunda fase, Fase B para accionar un puente en H o un inversor para generar una señal de controlador de CA para accionar un transductor ultrasónico.
[0252]El PMIC 300 comprende un terminal de señal de salida de primera fase PHASE_A que emite la señal de salida de primera fase, Fase A a un circuito de puente en H y un terminal de señal de salida de segunda fase PHASE_B que envía la señal de salida de segunda fase, Fase B a un circuito de puente en H.
[0253]En este ejemplo, el DLL 332 ajusta el ciclo de trabajo de la señal de reloj de primera fase, Fase 1 y la señal de reloj de segunda fase, Fase 2 en respuesta a la señal de control del ciclo de trabajo variando el retardo de cada línea de retardo en la respuesta del DLL 332 a la señal de control del ciclo de trabajo.
[0254]El reloj se utiliza al doble de su frecuencia porque garantiza una mayor precisión. Según muestra la figura 47, con fines explicativos, si se utiliza la frecuencia del reloj principal clk_m (lo que no ocurre en los ejemplos de esta exposición), la Fase A es sincrónica con el flanco ascendente R del reloj, mientras que la Fase B es sincrónica con el flanco descendente F. La línea de retardo del DLL 332 controla el flanco ascendente R y, por lo tanto, para el flanco descendente F, el sistema generador PWM 329 necesitaría basarse en una combinación perfecta de las unidades de retardo del DLL 332 que pueden ser imperfectas. Sin embargo, para eliminar este error, el sistema generador PWM 329 utiliza el reloj de doble frecuencia para que tanto la Fase A como la Fase B sean sincrónicas con el flanco ascendente R del reloj de doble frecuencia.
[0255]Para realizar un ciclo de trabajo del 20 % al 50 % con un tamaño de etapa del 2 %, la línea de retardo del DLL 332 comprende 25 unidades de retardo, y la salida de cada unidad de retardo respectiva representa una fase enésima. Finalmente, la fase de la salida de la unidad de retardo final corresponderá al reloj de entrada. Teniendo en cuenta que todos los retardos serán casi los mismos, se obtiene un ciclo de trabajo particular con la salida de la unidad de retardo específica con una lógica simple en el núcleo digital 316.
[0256]Es importante cuidar la puesta en marcha del DLL 332, ya que es posible que el DLL 332 no pueda bloquear un período de retraso, sino dos o más períodos, lo que lleva al DLL 332 a una zona de no convergencia. Para evitar este problema, se implementa un circuito de arranque en el sistema generador PWM 329 que permite que el DLL 332 comience desde una condición conocida y determinista. El circuito de arranque permite además que el DLL 332 se inicie con el mínimo retraso.
[0257]En los ejemplos de esta exposición, el intervalo de frecuencias cubierto por el sistema generador PWM 329 se amplía y, por lo tanto, las unidades de retardo del DLL 332 pueden proporcionar retardos de 4 ns (para una frecuencia de oscilador de 5 MHz) a 400 ns (para una frecuencia de oscilador de 50 kHz). Para adaptarse a estos diferentes retardos, los condensadores Cb están incluidos en el sistema generador PWM 329, seleccionándose el valor del condensador para proporcionar el retardo requerido.
[0258]La Fase A y la Fase B salen del DLL 332 y se pasan a través de una IO digital al IC de puente 301, de modo que la Fase A y la Fase B se pueden utilizar para controlar el funcionamiento del IC 301 de puente.
[0259]La funcionalidad de carga de baterías del dispositivo impulsor 202 se describirá ahora en mayor detalle. El subsistema de carga de baterías comprende el circuito cargador 317 que está embebido en el PMIC 300 y controlado por un controlador de carga digital alojado en el PMIC 300. El circuito cargador 317 es controlado por el microcontrolador 303 a través del bus de comunicación 302. El subsistema de carga de baterías puede cargar una batería de polímero de litio (LiPo) o de iones de litio (ion de Li) de una sola celda, tal como la batería 250 descrita anteriormente.
[0260]En este ejemplo, el subsistema de carga de baterías puede cargar una batería o baterías con una corriente de carga de hasta 1 A desde una fuente de alimentación de 5 V (p. ej., una fuente de alimentación USB). Se pueden programar uno o más de los siguientes parámetros a través del bus de comunicación 302 (interfaz I2C) para adaptar los parámetros de carga de la batería:
• La tensión de carga se puede ajustar entre 3,9 V y 4,3 V en etapas de 100 mV.
• La corriente de carga se puede ajustar entre 150 mA y 1000 mA en etapas de 50 mA.
• La corriente de precarga es 1/10 de la corriente de carga.
• Los tiempos de espera de precarga y carga rápida se pueden configurar entre 5 y 85 min, respectivamente, entre 20 y 340 min.
• Opcionalmente se puede utilizar un termistor externo de coeficiente negativo de temperatura (NTC) para controlar la temperatura de la batería.
[0261]En algunos ejemplos, el subsistema de carga de baterías informa de uno o más de los siguientes eventos mediante el lanzamiento de una interrupción al microcontrolador host 303:
Batería detectada
La batería se está cargando
La batería está completamente cargada
La batería no está presente
Se ha alcanzado el tiempo de espera de carga
El suministro de carga está por debajo del límite de subtensión
[0262]La principal ventaja de tener el circuito cargador 317 embebido en el PMIC 300 es que permite que todas las opciones de programación e indicaciones de eventos enumeradas se implementen dentro del PMIC 300, lo que garantiza el funcionamiento seguro del subsistema de carga de baterías. Asimismo, se puede lograr un coste de fabricación significativo y un ahorro de espacio en la PCB en comparación con los dispositivos inhaladores de nebulización convencionales que comprenden componentes discretos de un sistema de carga montado por separado en una PCB. El circuito cargador 317 también permite una configuración muy versátil de la corriente y la tensión de carga, diferentes tiempos de espera de falla y numerosos indicadores de eventos para un análisis detallado del estado.
[0263]El convertidor 318 de analógico a digital (ADC) se describirá ahora en mayor detalle. Los inventores tuvieron que superar importantes desafíos técnicos para integrar el ADC 318 dentro del PMIC 300 con el oscilador de alta velocidad 315. Además, la integración del ADC 318 dentro del PMIC 300 va en contra del enfoque convencional en la técnica, que se basa en el uso de uno de los muchos dispositivos ADC discretos que están disponibles en el mercado de circuitos integrados.
[0264]En este ejemplo, el ADC 318 muestrea al menos un parámetro dentro del chip controlador del transductor ultrasónico (PMIC 300) a una frecuencia de muestreo que es igual a la frecuencia de la señal de reloj principal clk_m. En este ejemplo, el ADC 318 es un convertidor de analógico a digital de 10 bits que puede descargar el muestreo digital del microprocesador 303 para ahorrar los recursos del microprocesador 303. La integración del ADC 318 en el PMIC 300 también evita la necesidad de utilizar un bus I2C que, de cualquier otra manera, ralentizaría la capacidad de muestreo del ADC (un dispositivo convencional se basa en un bus I2C para comunicar datos entre un ADC discreto dedicado y un microcontrolador a una velocidad de reloj limitada de típicamente hasta 400 kHz).
[0265]En los ejemplos de esta exposición, el ADC 318 puede muestrear secuencialmente uno o más de los siguientes parámetros:
i. Una señal de corriente rms que se recibe en el chip controlador del transductor ultrasónico (PMIC 300) desde un circuito inversor externo que acciona un transductor ultrasónico. En este ejemplo, este parámetro es una corriente cuadrática media (rms) notificada por el IC 301 de puente. La detección de la corriente rms es importante para implementar el circuito de retroalimentación utilizado para accionar el transductor de ultrasonidos 215. El ADC 318 puede detectar la corriente rms directamente desde el IC 301 de puente a través de una señal con un retraso mínimo o nulo, ya que el ADC 318 no depende de que esta información se transmita a través de un bus I2C. Esto proporciona una ventaja significativa en cuanto a velocidad y precisión en comparación con los dispositivos convencionales, que se ven limitados por las velocidades comparativamente bajas de un bus I2C.
ii. La tensión de una batería conectada al PMIC 300.
iii. La tensión de un cargador conectado al PMIC 300.
iv. Una señal de temperatura, tal como una señal de temperatura que es indicativa de la temperatura del chip PMIC 300. Como se ha descrito anteriormente, esta temperatura se puede medir con mucha precisión debido a que el sensor 314 de temperatura está embebido en el mismo IC que el oscilador 315. Por ejemplo, si la temperatura del PMIC 300 aumenta, la corriente, la frecuencia y el PWM son regulados por el PMIC 300 para controlar la oscilación del transductor, que a su vez controla la temperatura.
v. Dos pines externos.
vi. Sensor de temperatura NTC externo para monitorizar la temperatura del paquete de baterías.
[0266]En algunos ejemplos, el ADC 318 muestrea una o más de las fuentes mencionadas anteriormente de forma secuencial, por ejemplo en un esquema de operación por turnos. El ADC 318 toma muestras de las fuentes a alta velocidad, tal como la velocidad del oscilador 315, que puede ser de hasta 5 MHz o hasta 105 MHz.
[0267]En algunos ejemplos, el dispositivo 202 está configurado para que un usuario o el fabricante del dispositivo puedan especificar cuántas muestras se tomarán de cada fuente para promediar. Por ejemplo, un usuario puede configurar el sistema para tomar 512 muestras de la entrada de corriente rms, 64 muestras de la tensión de la batería, 64 de la tensión de entrada del cargador, 32 muestras de los pines de conexión externos y 8 del pin de conexión NTC. Además, el usuario también puede especificar si se omitirá una de las fuentes mencionadas anteriormente.
[0268]En algunos ejemplos, para cada fuente, el usuario puede especificar dos umbrales digitales que dividen el intervalo completo en una pluralidad de zonas, tales como 3 zonas. Posteriormente, el usuario puede configurar el sistema para que libere una interrupción cuando el valor muestreado cambie de zona, p. ej., de una zona 2 a una zona 3.
[0269]Ningún IC convencional disponible en el mercado actual puede ofrecer las funciones anteriores del PMIC 300. La toma de muestras con tal flexibilidad y granularidad es fundamental al accionar un circuito resonante o componente, tal como un transductor de ultrasonidos.
[0270]En este ejemplo, el PMIC 300 comprende un puerto de entrada y salida digital (GPIO) de propósito general de 8 bits. Cada puerto se puede configurar como entrada digital y salida digital. Algunos de los puertos tienen una función de entrada analógica, como se muestra en la tabla de la figura 48.
[0271]Los puertos GPIO7-GPIO5 del PMIC 300 se pueden utilizar para establecer la dirección del dispositivo en el bus de comunicación (I2C) 302. Posteriormente, se pueden utilizar ocho dispositivos idénticos en el mismo bus I2C. Esta es una característica única en la industria de circuitos integrados, ya que permite utilizar ocho dispositivos idénticos en el mismo bus I2C sin ningún conflicto de direcciones. Esto se implementa leyendo el estado de los GPIO7-GPIO5 durante los primeros 100 ps después de la puesta en marcha del PMIC 300 y almacenando esa porción de la dirección internamente en el PMIC 300. Una vez que se haya iniciado el PMIC 300, los GPIO se pueden utilizar para cualquier otro propósito.
[0272]Como se ha descrito anteriormente, el PMIC 300 comprende un controlador 320 de LED de seis canales. En este ejemplo, el controlador 320 de LED comprende fuentes de corriente semiconductoras de óxido metálico de canal N (Nm Os ) que son tolerantes a 5 V. El controlador 320 de LED está configurado para establecer la corriente de los LED en cuatro niveles discretos; 5 mA, 10 mA, 15 mA y 20 mA. El controlador 320 de LED está configurado para atenuar cada canal de LED con una señal PWM de 12 bits con o sin corrección gamma. El controlador 320 de LED está configurado para variar la frecuencia PWM de 300 Hz a 1,5 kHz. Esta característica es única en el campo de los dispositivos inhaladores de nebulización ultrasónicos, ya que la funcionalidad está embebida como un subsistema del PMIC 300.
[0273]En este ejemplo, el PMIC 300 comprende dos convertidores de digital a analógico (DAC) de 6 bits independientes 327, 328 que están incorporados en el PMIC 300. El propósito de los DAC 327, 328 es emitir una tensión analógica para manipular la ruta de retroalimentación de un regulador externo (p. ej., el convertidor elevador de CC-CC 305, un convertidor reductor o un LDO). Asimismo, en algunos ejemplos, los DAC 327, 328 también se pueden utilizar para ajustar dinámicamente el nivel de apagado por sobrecorriente del IC 301 de puente, tal como se describe a continuación.
[0274]La tensión de salida de cada DAC 327, 328 es programare entre 0 V y 1,5 V o entre 0 V y V_battery (Vbat). En este ejemplo, el control de la tensión de salida del DAC se realiza mediante comandos I2C. Tener dos DAC incorporados en el PMIC 300 es único y permitirá el control de monitorización dinámica de la corriente. Si cualquiera de los DAC 327, 328 fuera un chip externo, la velocidad caería bajo las mismas restricciones de limitaciones de velocidad debidas al protocolo I2C. La disposición de monitorización de potencia activa del dispositivo 202 funciona con una eficiencia óptima si todas estas características embebido están en el PMIC. Si hubieran sido componentes externos, el sistema de monitorización activa de la potencia sería totalmente ineficaz.
[0275]Haciendo referencia ahora a la figura 49 de los dibujos adjuntos, el IC 301 de puente es un microchip que comprende un circuito 333 de conmutación de potencia embebido. En este ejemplo, el circuito de conmutación de potencia 333 es un puente en H 334 que se muestra en la figura 50 y que se describe en detalle a continuación. Sin embargo, debe apreciarse que el IC 301 de puente de otros ejemplos puede incorporar un circuito de conmutación de potencia alternativo al puente en H 334, siempre que el circuito de conmutación de potencia realice una función equivalente para generar una señal de controlador de CA para accionar el transductor ultrasónico 215.
[0276]El IC 301 de puente comprende un primer terminal de fase, FASE A que recibe una primera señal de salida de fase, Fase A del subsistema generador de señales PWM del PMIC 300. El IC 301 de puente también comprende un terminal de segunda fase, FASE B que recibe una señal de salida de segunda fase, Fase B del subsistema generador de señales PWM del PMIC 300.
[0277]El IC 301 de puente comprende un circuito de detección de corriente 335 que detecta directamente el flujo de corriente en el puente H 334 y proporciona una señal de salida de corriente r Ms a través del pin de conexión RMS_CURR del IC 301 de puente. El circuito de detección de corriente 335 está configurado para la monitorización de sobrecorriente, para detectar cuándo la corriente que fluye en el puente en H 334 está por encima de un umbral predeterminado. La integración del circuito de conmutación de potencia 333, que comprende el puente en H 334 y el circuito de detección de corriente 335, todos dentro del mismo circuito embebido del IC 301 de puente, es una combinación única en el mercado de IC. En la actualidad, ningún otro circuito integrado del mercado de IC comprende un puente en H con circuitos embebidos para detectar la corriente RMS que fluye a través del puente en H.
[0278]El IC 301 de puente comprende un sensor 336 de temperatura que incluye la monitorización de sobretemperatura. El sensor 336 de temperatura está configurado para apagar el IC 301 de puente o deshabilitar al menos parte del IC de puente 336 en caso de que el sensor 336 de temperatura detecte que el IC 301 de puente está funcionando a una temperatura por encima de un umbral predeterminado. Por lo tanto, el sensor 336 de temperatura proporciona una función de seguridad integrada que evita dañar el IC 301 de puente u otros componentes dentro del dispositivo impulsor 202 en caso de que el IC 301 de puente funcione a una temperatura excesivamente alta.
[0279]El IC 301 de puente comprende una máquina 337 de estado digital que está conectada integralmente al circuito de conmutación de potencia 333. La máquina 337 de estado digital recibe las señales de fase A y fase B del PMIC 300 y una señal ENABLE, por ejemplo, del microcontrolador 303. La máquina 337 de estado digital genera señales de temporización basándose en la señal de salida de primera fase, Fase A y la señal de salida de segunda fase, Fase B.
[0280]La máquina 337 de estado digital emite señales de temporización correspondientes a las señales de fase A y fase B, así como señales BRIDGE_PR y BRIDGE_EN al circuito de conmutación de potencia 333 para controlar el circuito de conmutación de potencia 333. La máquina 337 de estado digital emite así las señales de temporización a los conmutadores T1-T4 del circuito 334 de puente en H para controlar los conmutadores T1-T4 para que se enciendan y apaguen en una secuencia tal que el circuito de puente en H emita una señal de controlador de CA para accionar un circuito resonante, tal como el transductor ultrasónico 215.
[0281]Como se describe en mayor detalle a continuación, la secuencia de conmutación comprende un período de flotación libre en el que el primer conmutador T1 y el segundo conmutador T2 están apagados y el tercer conmutador T3 y el cuarto conmutador T4 están encendidos para disipar la energía almacenada por el circuito resonante (el transductor ultrasónico 215).
[0282]El IC 301 de puente comprende un controlador de ensayo 338 que permite probar el IC 301 de puente para determinar si los componentes embebidos dentro del IC 301 de puente funcionan correctamente. El controlador de ensayo 338 está acoplado a los pines de conexión TEST_DATA, TEST_CLK y TEST_LOAD para que el IC 301 de puente pueda conectarse a un dispositivo de control externo que introduce y extrae datos del IC 301 de puente para ensayar el funcionamiento del IC 301 de puente. El IC 301 de puente también comprende un BUS DE ENSAYO que permite probar el bus de comunicación digital dentro del IC 301 de puente a través de un pin de conexión TST_PAD.
[0283]El IC 301 de puente comprende un circuito de reinicio de alimentación (POR) 339 que controla la operación de puesta en marcha del IC 301 de puente. El POR 339 garantiza que el IC 301 de puente se ponga en marcha correctamente solo si la tensión de alimentación está dentro de un intervalo predeterminado. Si la tensión de la fuente de alimentación está fuera del intervalo predeterminado, por ejemplo, si la tensión de la fuente de alimentación es demasiado alta, el POR 339 retrasa la puesta en marcha del IC 301 de puente hasta que la tensión de alimentación esté dentro del rango predeterminado.
[0284]El IC 301 de puente comprende un bloque de referencia (BG) 340 que proporciona una tensión de referencia precisa para su uso por los otros subsistemas del IC 301 de puente.
[0285]El IC 301 de puente comprende una referencia de corriente 341 que proporciona una corriente precisa al circuito de conmutación de potencia 333 y/u otros subsistemas dentro del IC 301 de puente, tal como el sensor 335 de corriente.
[0286]El sensor 336 de temperatura monitoriza de forma continua la temperatura del silicio del IC 301 de puente. Si la temperatura supera el umbral de temperatura predeterminado, el circuito 333 de conmutación de alimentación se desconecta automáticamente. Además, la sobretemperatura puede notificarse a un host externo para informar al host externo de que se ha producido un evento de sobretemperatura.
[0287]La máquina 337 de estado digital (FSM) genera las señales de temporización para el circuito de conmutación de potencia 333 que, en este ejemplo, son señales de temporización para controlar el puente en H 334.
[0288]El IC 301 de puente comprende comparadores 342, 343, que comparan las señales de los diversos subsistemas del IC 301 de puente con las referencias de tensión y corriente 340, 341 y proporcionan señales de salida de referencia a través de los pines de conexión del IC 301 de puente.
[0289]Haciendo referencia de nuevo a la figura 50 de los dibujos adjuntos, el puente en H 334 de este ejemplo comprende cuatro conmutadores en forma de conmutadores de transistores de efecto de campo (FET) n MoS a ambos lados del puente en H 334. El puente en H 334 comprende cuatro conmutadores o transistores T1-T4 que están conectados en una configuración de puente en H, siendo cada transistor T1-T4 accionado por una entrada lógica A-D respectiva. Los transistores T1-T4 están configurados para ser accionados por una tensión de arranque que se genera internamente con dos condensadores externos Cb que se conectan como se ilustra en la figura 50.
[0290]El puente en H 334 comprende diversas entradas y salidas de alimentación que están conectadas a los respectivos pines de conexión del IC 301 de puente. El puente en H 334 recibe la tensión programable VBOOST que se emite desde el convertidor elevador 305 a través de un primer terminal de fuente de alimentación, denominado VBOOST en la figura 50. El puente en H 334 comprende un segundo terminal de fuente de alimentación, denominado VSS_P en la figura 50.
[0291]El puente en H 334 comprende las salidas OUTP, OUTN que están configuradas para conectarse a los terminales respectivos del transductor ultrasónico 215 de modo que la señal de controlador de CA emitida desde el puente en H 334 pueda accionar el transductor ultrasónico 215.
[0292]La conmutación de los cuatro conmutadores o transistores T1-T4 se controla mediante señales de conmutación procedentes de la máquina 337 de estado digital a través de la entrada lógica A-D. Es de apreciar que, mientras que la figura 50 muestra cuatro transistores T1-T4, en otros ejemplos, el puente en H 334 incorpora un mayor número de transistores u otros componentes de conmutación para implementar la funcionalidad del puente en H.
[0293]En este ejemplo, el puente en H 334 funciona a una potencia de conmutación de 22 W a 50 W para entregar una señal de controlador de CA con potencia suficiente para accionar el transductor ultrasónico 215 para generar nebulización de manera óptima. La tensión que se conmuta mediante el puente en H 334 de este ejemplo es de ± 15 V. En otros ejemplos, la tensión es de ± 20 V.
[0294]En este ejemplo, el puente en H 334 conmuta a una frecuencia de 3 MHz a 5 MHz o hasta 105 MHz. Esta es una velocidad de conmutación alta en comparación con los puentes en H de circuitos integrados convencionales que están disponibles en el mercado de circuitos integrados. Por ejemplo, un puente en H de circuito integrado convencional disponible hoy en día en el mercado de IC está configurado para funcionar a una frecuencia máxima de solo 2 MHz. Aparte del IC 301 de puente descrito en la presente memoria, ningún puente en H de circuito integrado convencional disponible en el mercado de IC puede funcionar a una potencia de 22 V a 50 V a una frecuencia de hasta 5 MHz, y mucho menos de hasta 105 MHz.
[0295]Haciendo referencia ahora a la figura 51 de los dibujos adjuntos, el sensor 335 de corriente comprende resistencias de detección de corriente positiva y negativa RShunTP, RShunTN que están conectadas en serie con los lados altos y bajos respectivos del puente en H 334, según muestra la figura 50. Las resistencias de detección de corriente RShunTP, RShunTN son resistencias de bajo valor que, en este ejemplo, son de 0,1 O. El sensor 335 de corriente comprende un primer sensor de tensión en forma de un primer amplificador operacional 344 que mide la caída de tensión a través de la primera resistencia de sensor de corriente RShunTP y un segundo sensor de tensión en forma de un segundo amplificador operacional 345 que mide la caída de tensión a través de la segunda resistencia de sensor de corriente RShunTN. En este ejemplo, la ganancia de cada amplificador operacional 344, 345 es de 2 V/V. La salida de cada amplificador operacional 344, 345 es, en este ejemplo, de 1 mA/V. El sensor 335 de corriente comprende una resistencia de tracción Rcs que, en este ejemplo, es de 2 kü. Las salidas de los amplificadores operacionales 344, 345 proporcionan una salida CSout que pasa a través de un filtro de paso bajo 346 que elimina los transitorios en la señal CSout. Una salida Vout del filtro de paso bajo 346 es la señal de salida del sensor 335 de corriente.
[0296]El sensor 335 de corriente mide así la corriente de CA que fluye a través del puente en H 334 y, respectivamente, a través del transductor ultrasónico 215. El sensor 335 de corriente traduce la corriente de CA en una tensión de salida RMS equivalente (Vout) con respecto a tierra. El sensor 335 de corriente tiene una gran capacidad de anchura de banda, ya que el puente en H 334 puede funcionar a una frecuencia de hasta 5 MHz o, en algunos ejemplos, de hasta 105 MHz. La salida Vout del sensor 335 de corriente informa de una tensión positivo que es equivalente a la corriente de CA rms medida que fluye a través del transductor ultrasónico 215. La tensión de salida Vout del sensor 335 de corriente se devuelve, en este ejemplo, al circuito de control dentro del IC 301 de puente para permitir que el IC 301 de puente apague el puente en H 334 en caso de que la corriente que fluye a través del puente en H 334 y, por lo tanto, a través del transductor 215 supere un umbral predeterminado. Por añadidura, el evento de umbral de sobrecorriente se notifica al primer comparador 342 en el IC 301 de puente para que el IC 301 de puente pueda informar del evento de sobrecorriente a través del pin de conexión OVC_TRIGG del IC 301 de puente.
[0297]Haciendo referencia ahora a la figura 52 de los dibujos adjuntos, el control del puente en H 334 se describirá ahora también con referencia al modelo piezoeléctrico equivalente del transductor ultrasónico 215.
[0298]Para desarrollar una tensión positiva a través de las salidas OUTP, OUTN del puente H 334, como se indica en V_out en la figura 52 (observe la dirección de la flecha), la secuencia de conmutación de los transistores T1-T4 a través de las entradas A-D es la siguiente:
1. Tensión de salida positiva a través del transductor ultrasónico 215: A-ENCENDIDO, B-APAGADO, APAGADO, ENCENDIDO
2. Transición de tensión de salida positiva a cero: A-APAGADO, B-APAGADO, C-APAGADO, D-ENCENDIDO. Durante esta transición, C se apaga primero para minimizar o evitar la pérdida de potencia minimizando o evitando que la corriente fluya a través de A y C si hay un error de conmutación o un retraso en A.
3. Tensión de salida cero: A-APAGADO, B-APAGADO, C-ENCENDIDO, D-ENCENDIDO. Durante esta fase de tensión de salida cero, los terminales de las salidas OUTP, OUTN del puente en H 334 se conectan a tierra mediante los conmutadores C y D que permanecen encendidos. Esto disipa la energía almacenada por los condensadores en el circuito equivalente del transductor ultrasónico, lo que minimiza el exceso de tensión en la tensión de forma de onda de conmutación que se aplica al transductor ultrasónico.
4. Transición de tensión de salida cero a negativa: A-APAGADO, B-APAGADO, C-ENCENDIDO, D-APAGADO.
5. Tensión de salida negativa a través del transductor ultrasónico 215: A-APAGADO, B-ENCENDIDO, C-ENCENDIDO, D-APAGADO
[0299]A frecuencias altas de hasta 5 MHz o incluso de hasta 105 MHz, se apreciará que el tiempo para cada parte de la secuencia de conmutación es muy corto y del orden de nanosegundos o picosegundos. Por ejemplo, a una frecuencia de conmutación de 6 MHz, cada parte de la secuencia de conmutación se produce en aproximadamente 80 ns.
[0300]En la figura 53 de los dibujos adjuntos, se muestra un gráfico que muestra la tensión de salida OUTP, OUTN del puente en H 334 según la secuencia de conmutación anterior. La porción de tensión de salida cero de la secuencia de conmutación se incluye para acomodar la energía almacenada por el transductor ultrasónico 215 (p. ej., la energía almacenada por los condensadores en el circuito equivalente del transductor ultrasónico). Como se ha descrito anteriormente, esto minimiza el exceso de tensión en la tensión de forma de onda de conmutación que se aplica al transductor ultrasónico y, por lo tanto, minimiza la disipación de potencia y el calentamiento innecesarios en el transductor ultrasónico.
[0301]Minimizar o eliminar la sobretensión también reduce el riesgo de dañar los transistores del IC 301 de puente al evitar que los transistores estén sujetos a tensiones superiores a su tensión nominal. Asimismo, la minimización o eliminación del sobreimpulso de tensión permite que el IC 301 de puente accione el transductor ultrasónico con precisión de una manera que minimiza la interrupción del circuito de retroalimentación de detección de corriente descrito en la presente memoria. Por consiguiente, el IC 301 de puente es capaz de accionar el transductor ultrasónico a una alta potencia de 22 W a 50 W o incluso hasta 70 vatios a una alta frecuencia de hasta 5 MHz o incluso hasta 105 MHz.
[0302] El IC 301 de puente de este ejemplo está configurado para ser controlado por el PMIC 300 para funcionar en dos modos diferentes, denominados en la presente memoria como un modo forzado y un modo de frecuencia nativa. Estos dos modos de operación son novedosos en comparación con los IC de puente existentes. En particular, el modo de frecuencia nativa es una innovación importante que ofrece beneficios sustanciales en cuanto a la precisión y la eficiencia de la alimentación de un transductor ultrasónico en comparación con los dispositivos convencionales.
Modo de frecuencia forzada (FFM)
[0303] En el modo de frecuencia forzada, el puente en H 334 se controla en la secuencia descrita anteriormente, pero a una frecuencia seleccionable por el usuario. Como consecuencia, los transistores de puente en H T1-T4 se controlan de forma forzada independientemente de la frecuencia de resonancia inherente del transductor ultrasónico 215 para conmutar la tensión de salida a través del transductor ultrasónico 215. Por lo tanto, el modo de frecuencia forzada permite que el puente en H 334 accione el transductor ultrasónico 215, que tiene una frecuencia resonante f1, a una frecuencia f2 diferente.
[0304] El accionamiento de un transductor ultrasónico a una frecuencia diferente de su frecuencia de resonancia puede ser apropiado para adaptar la operación a diferentes aplicaciones. Por ejemplo, puede ser apropiado accionar un transductor ultrasónico a una frecuencia que esté ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia (por razones mecánicas para evitar daños mecánicos en el transductor). Alternativamente, puede ser apropiado accionar un transductor ultrasónico a una frecuencia baja, pero el transductor ultrasónico tiene, debido a su tamaño, una frecuencia de resonancia nativa diferente.
[0305] El dispositivo impulsor 202 controla el IC 301 de puente para accionar el transductor ultrasónico 215 en el modo de frecuencia forzada en respuesta a la configuración del dispositivo impulsor 202 para una aplicación particular o un transductor ultrasónico particular. Por ejemplo, el dispositivo impulsor 202 se puede configurar para funcionar en el modo de frecuencia forzada cuando el dispositivo inhalador 200 de nebulización se utiliza para una aplicación particular, tal como generar una nebulización a partir de un líquido de una viscosidad particular que contiene un fármaco para su administración a un usuario.
Modo de frecuencia nativa (NFM)
[0306] El siguiente modo de operación de frecuencia nativa es un avance significativo y proporciona beneficios en cuanto a la mejora de la precisión y la eficiencia en comparación con los controladores ultrasónicos convencionales que están disponibles en el mercado de circuitos integrados en la actualidad.
[0307] El modo de operación de frecuencia nativa sigue la misma secuencia de conmutación como se ha descrito anteriormente, pero la temporización de la porción de salida cero de la secuencia se ajusta para minimizar o evitar los problemas que pueden ocurrir debido a los picos de corriente en el funcionamiento en modo de frecuencia forzada. Estos picos de corriente se producen cuando la tensión a través del transductor ultrasónico 215 se cambia a su polaridad de tensión opuesta. Un transductor ultrasónico que comprende un cristal piezoeléctrico tiene un circuito eléctrico equivalente que incorpora un condensador conectado en paralelo (p. ej., véase el modelo piezoeléctrico en la figura 52). Si la tensión a través del transductor ultrasónico pasa de una tensión positivo a una tensión negativo, debido al alto dV/dt, puede haber un gran flujo de corriente a medida que la energía almacenada en el condensador se disipa.
[0308] El modo de frecuencia nativa evita la conmutación brusca de la tensión a través del transductor ultrasónico 215 de una tensión positiva a una tensión negativa (y viceversa). En cambio, antes de aplicar la tensión invertida, el transductor ultrasónico 215 (cristal piezoeléctrico) se deja flotar libremente con una tensión cero aplicada a través de sus terminales durante un período de flotación libre. El PMIC 300 establece la frecuencia de accionamiento del IC 301 de puente de manera que el puente 334 establezca el período de flotación libre de manera que el flujo de corriente dentro del transductor ultrasónico 215 (debido a la energía almacenada dentro del cristal piezoeléctrico) invierta la tensión a través de los terminales del transductor ultrasónico 215 durante el período de flotación libre.
[0309] Por consiguiente, cuando el puente en H 334 aplica la tensión negativa en los terminales del transductor ultrasónico 215, el transductor ultrasónico 215 (el condensador en el circuito equivalente) ya se ha cargado en sentido inverso y no se producen picos de corriente porque no hay un alto dV/dt.
[0310] Sin embargo, debe apreciarse que la carga dentro del transductor ultrasónico 215 (cristal piezoeléctrico) tarda tiempo en acumularse cuando el transductor ultrasónico 215 se activa por primera vez. Por lo tanto, la situación ideal en la que la energía dentro del transductor ultrasónico 215 es invertir la tensión durante el período de flotación libre se produce solo después de que la oscilación dentro del transductor ultrasónico 215 haya acumulado la carga. Para adaptarse a esto, cuando el IC 301 de puente activa el transductor ultrasónico 215 por primera vez, el PMIC 300 controla la potencia suministrada a través del puente en H 334 al transductor ultrasónico 215 hasta un primer valor que es un valor bajo (p. ej., 5 V). El PMIC 300 controla después la potencia suministrada a través del puente en H 334 al transductor ultrasónico 215 para aumentar durante un período de tiempo hasta un segundo valor (p. ej., 15 V) que es superior al primer valor con el fin de acumular la energía almacenada dentro del transductor ultrasónico 215. Los picos de corriente se siguen produciendo durante esta rampa de oscilación hasta que la corriente en el interior del transductor ultrasónico 215 se desarrolle lo suficiente. Sin embargo, al utilizar una primera tensión baja en la puesta en marcha, esos picos de corriente se mantienen lo suficientemente bajos como para minimizar el impacto en el funcionamiento del transductor ultrasónico 215.
[0311]Para implementar el modo de frecuencia nativo, el dispositivo impulsor 202 controla la frecuencia del oscilador 315 y el ciclo de trabajo (relación entre el tiempo de encendido y el tiempo de flotación libre) de la señal de controlador de CA emitida desde el puente en H 334 con alta precisión. En este ejemplo, el dispositivo impulsor 202 realiza tres bucles de control para regular la frecuencia del oscilador y el ciclo de trabajo tal que la inversión de tensión en los terminales del transductor ultrasónico 215 sea lo más precisa posible y los picos de corriente se minimicen o eviten en la medida de lo posible. El control preciso del oscilador y del ciclo de trabajo mediante los bucles de control es un avance significativo en el campo de los controladores ultrasónicos de circuitos integrados.
[0312]Durante el modo de operación de frecuencia nativa, el sensor 335 de corriente detecta la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) durante el período de flotación libre. La máquina 337 de estado digital adapta las señales de temporización para activar el primer conmutador T1 o el segundo conmutador T2 cuando el sensor 335 de corriente detecta que la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) durante el período de flotación libre es cero.
[0313]La figura 54 de los dibujos adjuntos muestra la forma de onda de tensión del oscilador 347 (V(osc)), una forma de onda de conmutación 348 resultante del encendido y apagado del conmutador de alta frecuencia T1 del lado izquierdo del puente H 334 y una forma de onda de conmutación 349 resultante del encendido y apagado del conmutador de alta frecuencia T2 del lado derecho del puente H 334. Durante un período intermedio de flotación libre 350, ambos conmutadores de alta velocidad T1, T2 del puente en H 334 se apagan (fase de flotación libre). La duración del período de flotación libre 350 se controla mediante la magnitud de la tensión de control de flotación libre 351 (Vphioff).
[0314]La figura 55 de los dibujos adjuntos muestra la forma de onda de tensión 352 en un primer terminal del transductor ultrasónico 215 (la forma de onda de tensión se invierte en el segundo terminal del transductor ultrasónico 215) y la corriente piezoeléctrica 353 que fluye a través del transductor ultrasónico 215. La corriente piezoeléctrica 353 representa una forma de onda sinusoidal (casi) ideal (esto nunca es posible en el modo de frecuencia forzada ni en ningún puente del mercado de circuitos integrados).
[0315]Antes de que la onda sinusoidal de la corriente piezoeléctrica 353 llegue a cero, se apaga el conmutador de alta T1 del lado izquierdo del puente H 334 (en este caso, el conmutador T1 se apaga cuando la corriente piezoeléctrica 353 es de aproximadamente 6 A). La corriente 353 piezoeléctrica restante que fluye dentro del transductor ultrasónico 215 debido a la energía almacenada en el transductor ultrasónico 215 (el condensador del circuito piezoeléctrico equivalente) es responsable de la inversión de tensión durante el período de flotación libre 350. La corriente piezoeléctrica 353 decae a cero durante el período de flotación libre 350 y, después de eso, pasa al dominio de flujo de corriente negativo. La tensión terminal en el transductor ultrasónico 215 cae desde la tensión de alimentación (en este caso 19 V) a menos de 2V y la caída se detiene cuando la corriente piezoeléctrica 353 llega a cero. Este es el momento perfecto para encender el conmutador de lado bajo T3 del puente en H 334para minimizar o evitar un pico de corriente.
En comparación con el modo de frecuencia forzada descrito anteriormente, el modo de frecuencia nativa tiene al menos tres ventajas:
1. El pico de corriente asociado con la conmutación brusca del condensador del paquete se reduce significativamente o se evita por completo.
2. La pérdida de potencia debida a la conmutación brusca casi se elimina.
3. La frecuencia está regulada por los bucles de control y se mantendrá cerca de la resonancia del cristal piezoeléctrico (es decir, la frecuencia de resonancia nativa del cristal piezoeléctrico).
[0316]En el caso de la regulación de frecuencia mediante los bucles de control (ventaja 3 anterior), el PMIC 300 comienza controlando el IC 301 de puente para accionar el transductor ultrasónico 215 a una frecuencia superior a la resonancia del cristal piezoeléctrico. El PMIC 300 controla después el IC 301 de puente para que la frecuencia de la señal de controlador de CA disminuya o se reduzca durante la puesta en marcha. Tan pronto como la frecuencia se acerque a la frecuencia de resonancia del cristal piezoeléctrico, la corriente piezoeléctrica se desarrollará/aumentará rápidamente. Una vez que la corriente piezoeléctrica es lo suficientemente alta como para provocar la inversión de tensión deseada, el PMIC 300 detiene la disminución/reducción de frecuencia. Los bucles de control del PMIC 300 se encargan después de la regulación de la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de controlador de CA.
[0317]En el modo de frecuencia forzada, la potencia suministrada al transductor ultrasónico 215 se controla a través del ciclo de trabajo y/o un cambio de frecuencia y/o variando la tensión de alimentación. Sin embargo, en este ejemplo, en el modo de frecuencia nativa, la potencia suministrada al transductor ultrasónico 215 se controla solo a través de la tensión de alimentación.
[0318]En este ejemplo, durante una fase de configuración del funcionamiento del dispositivo impulsor, el IC 301 de puente está configurado para medir el tiempo que tarda la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico 215 (circuito resonante) en caer a cero cuando el primer conmutador T1 y el segundo conmutador T2 están apagados y el tercer conmutador T3 y el cuarto conmutador T4 están encendidos. El IC 301 de puente establece después el período de tiempo del período de flotación libre para que sea igual al período de tiempo medido.
[0319]Haciendo referencia ahora a la figura 56 de los dibujos adjuntos, el PMIC 300 y el IC 301 de puente de este ejemplo están diseñados para funcionar juntos como un conjunto de chips complementarios. El PMIC 300 y el IC 301 de puente están conectados entre sí eléctricamente para comunicarse entre sí. En este ejemplo, hay interconexiones entre el PMIC 300 y el IC 301 de puente que permiten las dos categorías de comunicación siguientes:
1. señales de control
2. señales de retroalimentación
[0320]Las conexiones entre los pines de conexión PHASE_A y PHASE_B del PMIC 300 y el IC 301 de puente transportan las señales de control moduladas por PWM que impulsan el puente en H 334. La conexión entre los pines de conexión EN_BR del PMIC 300 y el IC 301 de puente transporta la señal de control EN_BR que desencadena el inicio del puente en H 334. La sincronización entre las señales de control PHASE_A, PHASE_B y EN_BR es importante y la maneja el control de puente digital del PMIC 300.
[0321]Las conexiones entre los pines de conexión CS, OC y OT del PMIC 300 y el IC 301 de puente transportan señales de retroalimentación CS (detección de corriente), OC (sobrecorriente) y OT (sobretemperatura) desde el IC 301 de puente de regreso al PMIC 300. Más notablemente, la señal de retroalimentación CS (detección de corriente) comprende una tensión equivalente a la corriente rms que fluye a través del transductor ultrasónico 215 que se mide mediante el sensor 335 de corriente del IC 301 de puente.
[0322]Las señales de retroalimentación OC (sobrecorriente) y OT (sobretemperatura) son señales digitales que indican que el IC 301 de puente ha detectado un evento de sobrecorriente o de sobretensión. En este ejemplo, los umbrales para la sobrecorriente y la sobretemperatura se establecen con una resistencia externa. Alternativamente, los umbrales también se pueden establecer dinámicamente en respuesta a las señales pasadas al pin de conexión OC_REF del IC 301 de puente desde uno de los dos canales DAC VDAC0, VDAC1 del PMIC 300.
[0323]En este ejemplo, el diseño del PMIC 300 y el IC 301 de puente permite que los pines de conexión de estos dos circuitos integrados se conecten directamente entre sí (p. ej., a través de pistas de cobre en una PCB) de modo que haya un retraso mínimo o nulo en la comunicación de señales entre el PMIC 300 y el IC 301 de puente. Esto proporciona una ventaja de velocidad significativa sobre los puentes convencionales del mercado de circuitos integrados, que típicamente se controlan mediante señales a través de un bus de comunicaciones digitales. Por ejemplo, un bus I2C convencional tiene una frecuencia de solo 400 kHz, lo que es demasiado lento para comunicar datos muestreados a las altas velocidades de reloj de hasta 5 MHz que se muestran en los ejemplos de esta exposición.
[0324]Si bien los ejemplos de esta exposición se han descrito anteriormente en relación con el hardware del microchip, debe apreciarse que otros ejemplos de esta exposición comprenden un método para operar los componentes y subsistemas de cada microchip para realizar las funciones descritas en la presente memoria. Por ejemplo, los métodos para operar el PMIC 300 y el IC 301 de puente en el modo de frecuencia forzada o en el modo de frecuencia nativa.
[0325]Haciendo referencia ahora a la figura 57 de los dibujos adjuntos, el IC de OTP 242 comprende un circuito de reinicio de alimentación (POR) 354, una referencia de intervalo de banda (BG) 355, un regulador de baja caída (LDO) 356 sin condensador, una interfaz 357 de comunicación (p. ej., I2C), un banco de memoria programable de una sola vez (eFuse) 358, un oscilador 359 y una interfaz de entrada/salida 360 de propósito general. El IC de OTP 242 también comprende un núcleo digital 361 que incluye un autenticador criptográfico. En este ejemplo, el autenticador criptográfico utiliza el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) para cifrar/descifrar los datos almacenados en el IC de OTP 242, así como los datos transmitidos hacia y desde el IC de OTP 242.
[0326]El POR 354 asegura que el IC de OTP 242 se inicie correctamente solo si la tensión de alimentación está dentro de un intervalo predeterminado. Si la tensión de alimentación está fuera del intervalo predeterminado, el POR 354 restablece el IC de OTP 242 y espera hasta que la tensión de alimentación esté dentro del intervalo predeterminado.
[0327] El BG 355 proporciona tensiones y corrientes de referencia precisas al LDO 356 y al oscilador 359. El LDO 356 suministra el núcleo digital 361, la interfaz de comunicación 357 y el banco de memoria eFuse 358.
[0328] El IC de OTP 242 está configurado para funcionar en al menos los siguientes modos:
• Programación de fusible (fusión): Durante la programación efuse (programación de la memoria programable una sola vez) se requiere una corriente alta para quemar los fusibles relevantes dentro del banco de memoria eFuse 358. En este modo, se proporcionan corrientes de polarización más altas para mantener la ganancia y la anchura de banda del bucle de regulación.
• Lectura de fusible: En este modo, se requiere una corriente de nivel medio para mantener la lectura de efuse dentro del banco de memoria eFuse 358. Este modo se ejecuta durante la puesta en marcha del IC de OTP 242 para transferir el contenido de los fusibles a los registros en la sombra. En este modo, la ganancia y la anchura de banda del bucle de regulación se establecen en un valor más bajo que en el modo de fusión.
• Funcionamiento normal: En este modo, el LDO 356 se acciona en una condición de corriente de polarización muy baja para operar el IC de OTP 242 con baja potencia, de modo que el IC de OTP 242 consuma la menor cantidad de energía posible.
[0329] El oscilador 359 proporciona el reloj requerido para el núcleo/motor digital 361 durante la prueba (prueba SCAN), durante la fusión y durante el funcionamiento normal. El oscilador 359 está ajustado para cumplir con los estrictos requisitos de temporización durante el modo de fusión.
[0330] En este ejemplo, la interfaz de comunicación 357 cumple con la especificación FM+ del estándar I2C, pero también cumple con el modo lento y rápido. El IC de OTP 242 utiliza la interfaz de comunicación 357 para comunicarse con el dispositivo impulsor 202 (el host) para el intercambio de datos y claves.
[0331] El núcleo digital 361 implementa la funcionalidad de control y comunicación del IC de OTP 242. El autenticador criptográfico del núcleo digital 361 permite que el IC de OTP 242 se autentique (p. ej., utilizando mensajes cifrados con ECDSA) con el dispositivo impulsor 202 (p. ej., para una aplicación particular) para garantizar que el IC de OTP 242 es auténtico y que el IC de<o>T<p>242 está autorizado a conectarse al dispositivo impulsor 202 (u otro producto).
[0332] Con referencia a la figura 58 de los dibujos adjuntos, el IC de OTP 242 realiza el siguiente procedimiento de PKI para autenticar el IC de OTP 242 para su uso con un host (p. ej., el dispositivo impulsor 202):
1. Verificar la clave pública del firmante: El host solicita la clave pública de fabricación y el certificado. El host verifica el certificado con la clave pública de la autoridad.
2. Verificar la clave pública del dispositivo: Si la verificación se realiza correctamente, el host solicita la clave pública y el certificado del dispositivo. El host verifica el certificado con la clave pública de fabricación.
3. Desafío - Respuesta: Si la verificación se realiza correctamente, el host crea un desafío de números aleatorios y lo envía al dispositivo. El producto final firma el desafío de números aleatorios con la clave privada del dispositivo.
4. La firma se devuelve al host para su verificación mediante la clave pública del dispositivo.
[0333] Si todas las etapas del procedimiento de autenticación se completan correctamente, después se ha verificado que la cadena de confianza ha vuelto a la raíz de la confianza y el IC de OTP 242 se autentica correctamente para su uso con el host. Sin embargo, si alguna de las etapas del procedimiento de autenticación falla, después el IC de OTP 242 no se autentica para su uso con el host y se restringe o impide el uso del dispositivo que incorpora el IC de OTP 242.
[0334] El dispositivo impulsor comprende un controlador de CA para convertir una tensión de la batería en una señal de controlador de CA a una frecuencia predeterminada para accionar el transductor ultrasónico.
[0335] El dispositivo impulsor comprende una disposición de monitorización de potencia activa para monitorizar la potencia activa utilizada por el transductor ultrasónico (como se ha descrito anteriormente) cuando el transductor ultrasónico es accionado por la señal de controlador de CA. La disposición de monitorización de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de una potencia activa utilizada por el transductor ultrasónico.
[0336] El procesador dentro del dispositivo impulsor controla el controlador de CA y recibe el control de señal de monitorización desde la disposición de disposición de potencia activa.
[0337] La memoria del dispositivo impulsor almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador:
A. Controle el controlador de CA para emitir una señal de controlador de CA al transductor ultrasónico a una frecuencia de barrido predeterminada;
B. calcule la potencia activa que utiliza el transductor ultrasónico en función de la señal de monitorización; C. controle el controlador de CA para modular la señal del controlador de CA para maximizar la potencia activa que utiliza el transductor ultrasónico;
D. almacene en la memoria un registro de la potencia activa máxima utilizada por el transductor ultrasónico y la frecuencia de barrido de la señal de controlador de CA;
E. repita las etapas A-D durante un número predeterminado de iteraciones, incrementando o disminuyendo la frecuencia de barrido con cada iteración tal que, después de que se haya producido el número predeterminado de iteraciones, la frecuencia de barrido se haya incrementado o disminuido desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final;
F. identificar, a partir de los registros almacenados en la memoria, la frecuencia óptima para la señal de controlador de CA, que es la frecuencia de barrido de la señal de controlador de CA a la que el transductor ultrasónico utiliza una potencia activa máxima; y
G. controlar el controlador de CA para emitir una señal de controlador de CA al transductor ultrasónico a la frecuencia óptima para accionar el transductor ultrasónico y atomizar un líquido.
[0338] En algunos ejemplos, la disposición de monitorización de potencia activa comprende una disposición de detección de corriente para detectar una corriente de accionamiento de la señal de controlador de CA que acciona el transductor ultrasónico, en donde la disposición de monitorización de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de la corriente de accionamiento detectada.
[0339] En algunos ejemplos, la disposición de detección de corriente comprende un convertidor de analógico a digital que convierte la corriente de accionamiento detectada en una señal digital para su procesamiento por el procesador.
[0340] En algunos ejemplos, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: repita las etapas A-D anteriores incrementando la frecuencia de barrido desde una frecuencia de barrido inicial de 2900 kHz hasta una frecuencia de barrido final de 2960 kHz.
[0341] En algunos ejemplos, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: repita las etapas A-D anteriores incrementando la frecuencia de barrido desde una frecuencia de barrido inicial de 2900 kHz hasta una frecuencia de barrido final de 3100 kHz.
[0342] En algunos ejemplos, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador: en la etapa G, controle el controlador de CA para emitir una señal de controlador de CA al transductor ultrasónico a una frecuencia que se desplaza en una cantidad de desplazamiento predeterminada con respecto a la frecuencia óptima.
[0343] En algunos ejemplos, la cantidad de cambio predeterminada está entre el 1-10 % de la frecuencia óptima.
2. Sección de Control e Información (Cl)
[0344] La sección de Control e Información incluye una EEPROM externa para el almacenamiento de datos, LED para las indicaciones del usuario, un sensor de presión para la detección del flujo de aire y un microcontrolador compatible con Bluetooth Low Energy (BLE) para la supervisión y gestión constantes de la sección de aerosolización.
[0345] El sensor de presión utilizado en el dispositivo tiene dos propósitos. El primer propósito es evitar el arranque no deseado y accidental del motor sónico (accionar el transductor ultrasónico). Esta funcionalidad está implementada en la disposición de procesamiento del dispositivo, pero está optimizada para un bajo consumo de energía, para medir constantemente parámetros ambientales tales como la temperatura y la presión ambiental con compensación interna y configuración de referencia para detectar y clasificar con precisión lo que se denomina una inhalación verdadera.
[0346] A diferencia de todos los demás dispositivos inhaladores de nebulización del mercado, esta solución utiliza la potencia de un microcontrolador para permitir el uso de un solo sensor.
[0347] El segundo propósito del sensor de presión es poder monitorizar no solo la duración exacta de las inhalaciones por parte del usuario para una medición precisa del volumen de inhalación, sino también poder determinar la intensidad de la inhalación del usuario, que es una información crítica en las afecciones médicas tanto para una prescripción apropiada como para la monitorización de la salud. En general, podemos trazar completamente el perfil de presión de cada inhalación y anticipar el final de una inhalación tanto para optimizar la aerosolización como para comprender el comportamiento de los datos médicos.
[0348] Esto fue posible con el uso de un microcontrolador Bluetooth™ Low Energy (BLE). De hecho, esto permite que la configuración proporcione tiempos de inhalación extremadamente precisos, aerosolización optimizada, monitorización de numerosos parámetros para garantizar una nebulización segura y evitar el uso de cámaras de aerosol o líquido electrónicos no originales, y proteger tanto al dispositivo contra el riesgo de sobrecalentamiento como al usuario contra el exceso de nebulización en una sola aplicación.
[0349] El uso del microcontrolador BLE permite la actualización inalámbrica para proporcionar continuamente un software mejorado a los usuarios en función de la recopilación de datos anónimos y la IA entrenada para el modelado pZt .
3. Sección de Administración de Energía (PM)
[0350] La sección de Administración de Energía está constituida por la ruta de la batería de LiPo de 3,7 V a un regulador de baja caída (LDO) que alimenta la sección de Control e Información y un sistema de administración de batería (BMS) que proporciona un alto nivel de protección y carga a la batería de LiPo interna.
[0351] Los componentes de esta sección se han seleccionado cuidadosa y minuciosamente para poder proporcionar tal dispositivo integrado y compacto, al tiempo que proporcionan alta potencia a la sección de sonicación y garantizan una alimentación estable de la sección de control e información.
[0352] De hecho, cuando se proporciona alta potencia a la sección de aerosolización desde una batería de LiPo de 3,7 V, la tensión de alimentación varía mucho durante el funcionamiento. Sin un regulador de baja caída, la sección de Control e Información no podría alimentarse con un suministro estable obligatorio cuando la tensión de la batería cae hasta tan solo 0,3 V por encima de la potencia nominal mínima de los componentes de esta sección, por lo que el LDO desempeña un papel crucial aquí. Una pérdida en la sección Cl perturbaría o incluso detendría el funcionamiento de todo el dispositivo.
[0353] Esta es la razón por la que la cuidadosa selección de los componentes no solo garantiza una alta fiabilidad del dispositivo, sino que también permite que funcione en condiciones difíciles y durante más tiempo consecutivo entre recargas.
Aerosolización controlada
[0354] El dispositivo es una solución de aerosolización precisa, fiable y segura para la prescripción médica y el uso diario de los clientes y, como tal, debe proporcionar una aerosolización controlada y confiable.
Esto se lleva a cabo mediante un método interno que se puede dividir en varias secciones de la siguiente manera: 1. Sonicación
[0355] Para proporcionar la aerosolización más óptima, el transductor ultrasónico (PZT) debe vibrar de la manera más eficiente.
Frecuencia
[0356] Las propiedades electromecánicas de la cerámica piezoeléctrica indican que el componente tiene la mayor eficiencia a la frecuencia de resonancia. Pero además, hacer vibrar un PZT en resonancia durante un período prolongado terminará inevitablemente con el fallo y la rotura del componente, lo que hace que la cámara de aerosol quede inutilizable.
[0357] Otro punto importante a tener en cuenta cuando se utilizan materiales piezoeléctricos es la variabilidad inherente durante la fabricación y su variabilidad con respecto a la temperatura y la vida útil.
[0358] La resonancia de un PZT a 3 MHz para crear gotículas de un tamaño <1 um requiere un método adaptativo para localizar y atacar el “ punto óptimo” del PZT, en particular, dentro de cada cámara de aerosol utilizada con el dispositivo para cada inhalación individual.
Barrido
[0359] Como el dispositivo tiene que localizar el “ punto óptimo” para cada inhalación y debido a su uso excesivo, la temperatura del PZT varía a medida que el dispositivo utiliza un método interno de doble barrido.
[0360] El primer barrido se utiliza cuando el dispositivo no se ha utilizado con una cámara de aerosol en particular durante un tiempo que se considera suficiente para que se produzca toda la disipación térmica y para que el PZT se enfríe hasta la “ temperatura predeterminada” . Este procedimiento también se denomina arranque en frío. Durante este procedimiento, el PZT necesita un refuerzo para producir el aerosol requerido. Esto se logra recorriendo solo un pequeño subconjunto de frecuencias entre 2900 kHz y 2960 kHz que, teniendo en cuenta extensos estudios y experimentos, cubre el punto de resonancia.
[0361] Para cada frecuencia de este intervalo, el motor sónico se activa y el microcontrolador monitoriza y almacena activamente la corriente que pasa por el PZT a través de un convertidor de analógico a digital (ADC), y la convierte de nuevo en corriente para poder deducir con precisión la potencia utilizada por el PZT.
[0362] Esto produce el perfil frío de este PZT con respecto a la frecuencia y la frecuencia utilizada durante la inhalación es la que utiliza más corriente, es decir, la frecuencia de impedancia más baja.
[0363] El segundo barrido se realiza durante cualquier inhalación posterior y cubre todo el intervalo de frecuencias entre 2900 kHz y 3100 kHz debido a la modificación del perfil PZT con respecto a la temperatura y la deformación. Este perfil de calor se utiliza para determinar el desplazamiento que se va a aplicar.
Desplazamiento
[0364] Debido a que la aerosolización debe ser óptima, el cambio no se utiliza durante ninguna inhalación de frío y, por lo tanto, el<p>Z<t>vibrará a una frecuencia de resonancia. Esto solo puede ocurrir durante un periodo de tiempo corto e ininterrumpido; de cualquier otra manera, el PZT inevitablemente se rompería.
[0365] Sin embargo, el cambio se utiliza durante la mayoría de las inhalaciones como una forma de seguir apuntando a una frecuencia de baja impedancia, lo que resulta en un funcionamiento casi óptimo del PZT y, al mismo tiempo, lo protege contra fallos.
[0366] Debido a que los perfiles de frío y calor se almacenan durante la inhalación, el microcontrolador puede seleccionar la frecuencia desplazada adecuada según los valores medidos de la corriente a través del PZT durante el barrido y garantizar un funcionamiento mecánico seguro.
[0367] La selección de la dirección de desplazamiento es crucial, ya que el componente piezoeléctrico se comporta de manera diferente si se encuentra fuera de la frecuencia resonante/antirresonante dúplex o dentro de este intervalo. El desplazamiento seleccionado siempre debe estar en este intervalo definido por frecuencias resonantes a antirresonantes, ya que el PZT es inductivo y no capacitivo.
[0368] Finalmente, el porcentaje de desplazamiento se mantiene por debajo del 10 % para permanecer cerca de la impedancia más baja pero lo suficientemente lejos de la resonancia.
Ajuste
[0369] Debido a la naturaleza intrínseca de los PZT, cada inhalación es diferente. Numerosos parámetros distintos del elemento piezoeléctrico influyen en el resultado de la inhalación, como la cantidad de líquido electrónico que queda dentro de la cámara de aerosol, el estado de absorción de la gasa o el nivel de batería del dispositivo.
[0370] A partir de después, el dispositivo monitoriza permanentemente la corriente utilizada por el PZT dentro de la cámara de aerosol y el microcontrolador ajusta constantemente los parámetros tales como la frecuencia y el ciclo de trabajo para proporcionar a la cámara de aerosol la potencia más estable posible dentro de un intervalo predefinido que sigue los estudios y los resultados experimentales para una aerosolización segura y óptima.
Monitorización de baterías
[0371] Para proporcionar una tensión de CA de 15 V y mantener una corriente dentro del PZT de alrededor de 2,5 A, la corriente consumida de la batería alcanza entre 7 y 8 amperios, lo que a su vez crea una caída en la tensión de la batería. Cualquier batería de LiPo común no sostendría este exigente recurso durante una inhalación que puede superar los 6 s.
[0372] Esta es la razón por la que se desarrolla una batería de LiPo personalizada que puede soportar alrededor de 11 amperios, que es un 50 % más que el máximo permitido en el PZT en todo momento, sin dejar de ser fácil de utilizar en un dispositivo portátil compacto e integrado.
[0373] Debido a que la tensión de la batería cae y varía mucho al activar la sección de sonicación, el microcontrolador monitoriza constantemente la energía utilizada por el PZT dentro de la cámara de aerosol para garantizar una aerosolización adecuada, pero también segura.
[0374] Y dado que la clave de la aerosolización es el control, el dispositivo se asegura primero de que la sección de Control e Información del dispositivo funcione siempre y no se detenga en detrimento de la sección de sonicación.
[0375] Por eso, el método de ajuste también tiene muy en cuenta el nivel de batería en tiempo real y, si es necesario, modifica parámetros como el ciclo de trabajo para mantener la batería en un nivel seguro y, en el caso de que la batería esté baja antes de arrancar el motor sónico, la sección de control e información evitará la activación. Control de potencia
[0376] Como se ha dicho, la clave de la aerosolización es el control y el método utilizado en el dispositivo es una función multidimensional en tiempo real que tiene en cuenta el perfil del PZT, la corriente dentro del PZT y el nivel de batería del dispositivo en todo momento.
[0377] Todo esto solo se puede lograr gracias al uso de un microcontrolador que puede monitorizar y controlar cada elemento del dispositivo para producir una inhalación óptima.
1. Control de la inhalación
[0378] El dispositivo es un dispositivo seguro y ha sido confirmado por un informe del BNS (Broughton Nicotine Services); sin embargo, para garantizar la seguridad de la nebulización y la integridad tanto de la cámara de aerosol como del dispositivo, es necesario controlar cada inhalación.
Duración de la inhalación
[0379] Para reducir la exposición a los carbonilos y otros componentes tóxicos que podrían resultar del calentamiento del líquido electrónico, la duración máxima de la inhalación se establece en 6 segundos, lo que garantiza por completo que la exposición a estos componentes esté contenida.
Intervalo
[0380] Debido a que el dispositivo se basa en un componente piezoeléctrico, el dispositivo evita la activación de la sección de sonicación si se detiene la inhalación. El retraso de seguridad entre dos inhalaciones es adaptativo en función de la duración de la anterior. Esto permite que la gasa se absorba correctamente antes de la próxima activación.
[0381] Con este funcionamiento, el dispositivo puede funcionar de forma segura y la aerosolización se hace más óptima sin riesgo de romper el elemento PZT ni de exponer al usuario a componentes tóxicos.
Conectividad (BLE)
[0382] La sección de control e información del dispositivo está compuesta por un sistema de comunicación inalámbrica en forma de un microcontrolador compatible con Bluetooth Low Energy. El sistema de comunicación inalámbrica está en comunicación con el procesador del dispositivo y está configurado para transmitir y recibir datos entre el dispositivo impulsor y un dispositivo informático, tal como un teléfono inteligente.
[0383] La conectividad mediante Bluetooth Low Energy de energía a una aplicación móvil complementaria garantiza que solo se necesite una pequeña cantidad de energía para esta comunicación, lo que permite que el dispositivo siga funcionando durante un período de tiempo más largo si no se utiliza en absoluto, en comparación con las soluciones de conectividad inalámbrica tradicionales como Wi-Fi, Bluetooth clásico, GSM o incluso LTE-M y NB-IOT.
[0384] Y lo que es más importante, esta conectividad es lo que permite la OTP como función y el control y la seguridad totales de las inhalaciones. Todos los datos, desde la frecuencia de resonancia de una inhalación hasta la utilizada, o la presión negativa creada por el usuario y la duración, se almacenan y transfieren a través de BLE para su posterior análisis y mejora del software embebido.
[0385] Es más, toda esta información es crucial cuando el dispositivo se utiliza en programas médicos, ya que brinda a los médicos y usuarios toda la información sobre el proceso de inhalación y la posibilidad de rastrear en tiempo real las prescripciones y el uso.
[0386] Por último, esta conectividad permite la actualización del firmware embebido dentro del dispositivo y de forma inalámbrica (OTA), lo que garantiza que las últimas versiones siempre se puedan implementar rápidamente. Esto proporciona una gran escalabilidad al dispositivo y garantiza que el dispositivo está destinado a mantenerse. Recopilación de datos con fines clínicos
[0387] El dispositivo puede recopilar datos del usuario, tales como el número de bocanadas y la duración de las bocanadas, para determinar la cantidad total de agente terapéutico consumido por el usuario en una sesión.
[0388] Estos datos pueden interpretarse mediante un algoritmo que establece los límites de consumo por período de tiempo según las recomendaciones de un médico.
[0389] Esto permitirá administrar al usuario una dosis terapéutica controlada del fármaco que esté controlada por un médico o farmacéutico y no pueda abusar de ella el usuario final.
[0390] El médico podría reducir gradualmente las dosis a lo largo del tiempo en un método controlado que sea seguro para el usuario.
Limitaciones de inhalaciones
[0391] El proceso de cavitación ultrasónica tiene un impacto significativo en la concentración de nicotina en la nebulización producida.
[0392] Una limitación del dispositivo a una duración de bocanadas de <7 segundos limitará al usuario a la exposición a los carbonilos que suelen producir los sistemas electrónicos de administración de nicotina.
[0393] Basándose en los resultados experimentales de Broughton Nicotine Services, después de que un usuario realice 10 bocanadas consecutivas de <7 segundos, la cantidad total de carbonilos es de <2,67 jg/10 bocanadas (media: 1,43 jg/10 inhalaciones) para el formaldehido, <0,87 jg/10 bocanadas (media: 0,50 jg/10 bocanadas) para el acetaldehído, <0,40|jg/10 bocanadas (media: 0,28|jg/10 bocanadas) para el propionaldehído, <0,16|jg/10 bocanadas (media: 0,16jg/10 bocanadas) para el crotonaldehído, <0,19jg/10 bocanadas (media: 0,17 jg/10 bocanadas) para el butiraldehído, <0,42 jg/10 bocanadas (media: 0,25 jg/10 bocanadas) para el diacetilo, y el acetilpropionilo no se detectó en absoluto en las emisiones después de 10 bocanadas consecutivas de <7 segundos.
[0394] Debido a que la aerosolización del líquido electrónico se logra mediante la acción mecánica del disco piezoeléctrico y no debido al calentamiento directo del líquido, los componentes individuales del líquido electrónico (propilenglicol, glicerina vegetal, componentes aromatizantes, etc.) permanecen prácticamente intactos y no se descomponen en componentes más pequeños y dañinos tales como la acroleína, el acetaldehído, el formaldehído, etc., a la alta tasa observada en los ENDS tradicionales.
[0395] Para limitar la exposición del usuario a los carbonilos mientras utiliza el dispositivo ultrasónico, la duración de la bocanada se limita a un máximo de 6 segundos, por lo que los resultados anteriores serían el peor escenario posible en términos de exposición.
[0396] Haciendo referencia ahora a las figuras 59 y 60, cuando la tapa terminal 248 está montada en la carcasa 246 del dispositivo impulsor, la carcasa 246 del dispositivo impulsor, que es de aluminio, actúa como una jaula de Faraday, impidiendo que el dispositivo emita ondas electromagnéticas. El dispositivo con la carcasa 246 del dispositivo impulsor ha sido sometido a ensayos de compatibilidad electromagnética (CEM) y los ensayos revelan que las emisiones son inferiores a la mitad del límite permitido para los dispositivos. Los resultados de los ensayos de CEM se muestran en el gráfico de la figura 61.
[0397] Un dispositivo inhalador de nebulización de otros ejemplos de esta exposición comprende la mayoría o preferiblemente todos los elementos del dispositivo generador 200 de nebulización descrito anteriormente, pero con la memoria del dispositivo impulsor 202 que almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, proporcionan una funcionalidad adicional al dispositivo inhalador de nebulización.
[0398] En un ejemplo, el dispositivo inhalador 200 de nebulización comprende un monitor de potencia activa que incorpora un sensor de corriente, tal como el sensor 335 de corriente descrito anteriormente, para detectar una corriente de accionamiento rms de la señal de controlador de CA que acciona el transductor ultrasónico 215. El monitor de potencia activa proporciona una señal de monitorización que es indicativa de la corriente de accionamiento detectada, como se ha descrito anteriormente.
[0399]La funcionalidad adicional de este ejemplo permite que el dispositivo inhalador 200 de nebulización supervise el funcionamiento del transductor ultrasónico mientras el transductor ultrasónico está activado. El dispositivo inhalador 200 de nebulización calcula un valor de eficacia o índice de calidad que es indicativo de la eficacia con la que funciona el transductor ultrasónico para atomizar un líquido dentro del dispositivo. El dispositivo utiliza el valor de eficacia para calcular la cantidad real de nebulización que se generó durante la activación del transductor ultrasónico.
[0400]Una vez que se ha calculado la cantidad real de nebulización, el dispositivo está configurado para calcular la cantidad real de un agente terapéutico que estaba presente en la nebulización y, por lo tanto, la cantidad real de un agente terapéutico que inhaló un usuario en función de la concentración del agente terapéutico en el líquido. Conocer la cantidad exacta de un agente terapéutico que se administra a un usuario es particularmente importante cuando el dispositivo inhalador de nebulización se utiliza como parte de un programa de tratamiento terapéutico. Conocer la cantidad exacta de agente terapéutico que se administra a un usuario durante cada inhalación o inhalación permite que el programa de tratamiento terapéutico funcione de manera más precisa y eficaz en comparación con el uso de un dispositivo convencional que simplemente cuenta el número de inhalaciones o inhalaciones, asumiendo que cada inhalación o bocanada suministra la misma cantidad de producto terapéutico a un usuario.
[0401]En la práctica, como se ha descrito anteriormente, existen muchos factores diferentes que afectan al funcionamiento de un transductor ultrasónico y que tienen un impacto en la cantidad de nebulización que genera el transductor ultrasónico y, por lo tanto, en la cantidad real de un agente terapéutico que se administra a un usuario.
[0402]Por ejemplo, si un transductor ultrasónico dentro de un dispositivo inhalador de nebulización no funciona de manera óptima debido a la baja carga de la batería que reduce la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico, se generará una cantidad menor de nebulización y se administrará una cantidad menor de un agente terapéutico al usuario en comparación con si el dispositivo funcionara de manera óptima. Por lo tanto, el dispositivo puede permitir un mayor número de bocanadas para administrar una cantidad determinada de agente terapéutico al usuario durante un período de tiempo en comparación con el número de bocanadas que se permitiría si el transductor ultrasónico funcionara de manera óptima. Esto permite que el programa de tratamiento terapéutico funcione de manera más eficaz y precisa en comparación con un programa convencional que se basa en el uso de un dispositivo que simplemente cuenta y restringe el número de bocanadas tomadas por un usuario.
[0403]La configuración del dispositivo inhalador de nebulización y un método para generar nebulización utilizando el dispositivo inhalador de nebulización de algunos ejemplos se describirán ahora en detalle a continuación.
[0404]En este ejemplo, el dispositivo inhalador de nebulización incorpora los componentes del dispositivo inhalador 200 de nebulización descrito anteriormente, pero la memoria del dispositivo impulsor 202 almacena además instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador active el dispositivo generador 200 de nebulización durante un primer período de tiempo predeterminado. Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo generador de nebulización se activa accionando el transductor ultrasónico 215 en el dispositivo generador 200 de nebulización con la señal de controlador de CA para que el transductor ultrasónico 215 atomice el líquido transportado por el elemento capilar 222.
[0405]Las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador detecte, utilizando un sensor de corriente, periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado la corriente de la señal de controlador de CA que fluye a través del transductor ultrasónico 215 y almacene los valores de corriente medidos periódicamente en la memoria.
[0406]Las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador calcule un valor de eficacia utilizando los valores actuales almacenados en la memoria. El valor de eficacia es indicativo de la eficacia del funcionamiento del transductor ultrasónico al atomizar el líquido.
[0407]En un ejemplo, las instrucciones ejecutadas hacen que el procesador calcule el valor de efectividad utilizando esta ecuación:
donde:
Q ies el valor de eficacia,
Qfes un valor de subeficacia de frecuencia que se basa en el valor de frecuencia monitorizado (la frecuencia a la que se acciona el transductor ultrasónico 215),
Qaes un valor de subeficacia de un convertidor de analógico a digital que se basa en el valor de corriente medido (la corriente rms que fluye a través del transductor ultrasónico 215),
t=0 es el inicio del primer periodo de tiempo predeterminado,
t=D es el final del primer periodo de tiempo predeterminado,
N es el número de mediciones periódicas (muestras) durante el primer período de tiempo predeterminado y
es un factor de normalización.
[0408]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador mida periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado el ciclo de trabajo de la señal de controlador de CA que acciona el transductor ultrasónico y almacena los valores del ciclo de trabajo medidos periódicamente en la memoria. El dispositivo inhalador de nebulización modifica después el valor de subeficaciaQadel convertidor de analógico a digital en función de los valores actuales almacenados en la memoria. Por consiguiente, el dispositivo inhalador de nebulización de este ejemplo tiene en cuenta las variaciones en el ciclo de trabajo que pueden producirse durante la activación del transductor ultrasónico 215 cuando el dispositivo calcula el valor de eficacia. Por lo tanto, el dispositivo inhalador de nebulización puede calcular la cantidad real de nebulización que se genera con precisión teniendo en cuenta las variaciones en el ciclo de trabajo de la señal de controlador de CA que pueden producirse mientras el transductor ultrasónico está activado.
[0409]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, al ser ejecutadas por el procesador, hacen que este mida periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado el voltaje de una batería que alimenta el dispositivo generador de nebulización y almacene en la memoria los valores de voltaje de la batería medidos periódicamente. El dispositivo inhalador de nebulización modifica después el valor de subeficaciaQadel convertidor de analógico a digital en función de los valores de tensión de la batería almacenados en la memoria. Por consiguiente, el dispositivo inhalador de nebulización de este ejemplo tiene en cuenta las variaciones en la tensión de la batería que pueden producirse durante la activación del transductor ultrasónico 215 cuando el dispositivo calcula el valor de eficacia. Por lo tanto, el dispositivo inhalador de nebulización puede calcular la cantidad real de nebulización que se genera con precisión teniendo en cuenta las variaciones en la tensión de la batería que pueden producirse mientras el transductor ultrasónico está activado.
[0410]El dispositivo inhalador de nebulización utiliza el valor de eficacia como ponderación para calcular la cantidad real de nebulización generada por el dispositivo inhalador de nebulización al reducir proporcionalmente el valor de una cantidad máxima de nebulización que se generaría si el dispositivo funcionara de manera óptima.
[0411]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador mida periódicamente durante el primer período de tiempo predeterminado la frecuencia de la señal de controlador de CA que acciona el transductor ultrasónico 215 y almacena los valores de frecuencia medidos periódicamente en la memoria. El dispositivo calcula después el valor de eficacia utilizando los valores de frecuencia almacenados en la memoria, además de los valores actuales tal como se ha descrito anteriormente.
[0412]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador calcule un valor máximo de cantidad de nebulización que se generaría si el transductor ultrasónico 215 funcionara de manera óptima durante el primer período de tiempo predeterminado. En un ejemplo, el valor máximo de la cantidad de nebulización se calcula basándose en el modelado que determina la cantidad máxima de nebulización que se generaría cuando el transductor ultrasónico funcionara de manera óptima.
[0413]Una vez que se ha calculado el valor de cantidad de nebulización máxima, el dispositivo inhalador de nebulización puede calcular un valor de cantidad de nebulización real reduciendo el valor de cantidad de nebulización máxima proporcionalmente en función del valor de eficacia para determinar la cantidad de nebulización real que se generó durante el primer período de tiempo predeterminado.
[0414]Una vez que se ha calculado la cantidad de nebulización real, el dispositivo inhalador de nebulización puede calcular un valor de cantidad de agente terapéutico que es indicativo de la cantidad de un agente terapéutico en la cantidad de nebulización real que se generó durante el primer período de tiempo predeterminado. El dispositivo inhalador de nebulización almacena después un registro del valor de la cantidad de agente terapéutico en la memoria. De esta manera, el dispositivo inhalador de nebulización puede registrar con precisión la cantidad real de un agente terapéutico que se ha administrado a un usuario en cada inhalación o bocanada.
[0415]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador seleccione un segundo período de tiempo predeterminado en respuesta al valor de eficacia. En este caso, el segundo período de tiempo predeterminado es un periodo de tiempo durante el cual el transductor ultrasónico 215 se activa durante una segunda inhalación o bocanada por parte de un usuario. En un ejemplo, el segundo periodo de tiempo predeterminado es igual al primer período de tiempo predeterminado, pero con el tiempo reducido o aumentado proporcionalmente según el valor de eficacia. Por ejemplo, si el valor de eficacia indica que el transductor ultrasónico 215 no funciona de manera eficaz, el segundo período de tiempo predeterminado se alarga mediante el valor de eficacia, tal que se genera una cantidad deseada de nebulización durante el segundo período de tiempo predeterminado.
[0416]Cuando se trata de la siguiente inhalación, el dispositivo inhalador de nebulización activa el dispositivo generador de nebulización durante el segundo periodo de tiempo predeterminado, de modo que el dispositivo generador de nebulización genera una cantidad predeterminada de nebulización durante el segundo periodo de tiempo predeterminado. El dispositivo inhalador de nebulización controla así la cantidad de nebulización generada durante el segundo periodo de tiempo predeterminado con precisión, teniendo en cuenta los diversos parámetros que se reflejan en el valor de eficacia que afectan al funcionamiento del dispositivo inhalador de nebulización.
[0417]En un ejemplo, la memoria almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el procesador active el dispositivo generador de nebulización durante una pluralidad de periodos de tiempo predeterminados. Por ejemplo, el dispositivo generador de nebulización se activa durante una pluralidad de bocanadas o bocanadas sucesivas por parte de un usuario.
[0418]El dispositivo inhalador de nebulización almacena una pluralidad de valores de cantidad de agente terapéutico en la memoria, siendo cada valor de cantidad de agente terapéutico indicativo de la cantidad de agente terapéutico en la nebulización que se generó durante un período de tiempo respectivo de los períodos de tiempo predeterminados. En un ejemplo, el dispositivo inhalador de nebulización evita la activación adicional del dispositivo generador de nebulización durante un período predeterminado si la cantidad total del agente terapéutico en la nebulización que se generó durante los períodos de tiempo predeterminados es igual a o mayor que un umbral predeterminado. En un ejemplo, la duración predeterminada es una duración en el intervalo de 1 a 24 horas. En otros ejemplos, la duración predeterminada es de 24 horas o 12 horas.
[0419]El inhalador de nebulización de algunos ejemplos de esta exposición está configurado para transmitir datos indicativos de los valores de las cantidades de agente terapéutico desde el dispositivo generador de nebulización a un dispositivo informático (p. ej., mediante comunicación Bluetooth™ Low Energy) para su almacenamiento en una memoria del dispositivo informático (p. ej., un teléfono inteligente). Por lo tanto, una aplicación ejecutable que se ejecuta en el dispositivo informático puede registrar la cantidad de un agente terapéutico que se ha administrado a un usuario. La aplicación ejecutable también puede controlar el funcionamiento del dispositivo inhalador de nebulización para limitar la activación del dispositivo inhalador de nebulización y restringir la cantidad de un agente terapéutico que se administra a un usuario durante un período de tiempo.
[0420]El dispositivo inhalador de nebulización de algunos ejemplos de esta exposición está, por lo tanto, configurado para evitar una activación adicional una vez que el usuario haya consumido una cantidad determinada de un agente terapéutico durante un período de tiempo establecido, tal como la cantidad de agente terapéutico consumido durante un día.
[0421]Todas las aplicaciones anteriores que involucran tecnología ultrasónica pueden beneficiarse de la optimización lograda por el controlador de frecuencia, que optimiza la frecuencia de sonicación para un rendimiento óptimo.
[0422]Según la invención, el líquido a atomizar comprende un cannabinoide.
[0423]Los ejemplos de esta exposición que se refieren a la administración de nicotina u otros agentes terapéuticos para diversos fines médicos (p. ej., suplementos para mejorar el rendimiento, albuterol/salbutamol para pacientes con asma, etc.) no están incluidos en la redacción de las reivindicaciones.
[0424]En los ejemplos no comprendidos en la redacción de las reivindicaciones, los dispositivos expuestos en la presente memoria son para uso con cualquier agente terapéutico, fármaco u otro compuesto, proporcionándose el fármaco o compuesto en un líquido dentro de la cámara de líquido del dispositivo para su aerosolización por el dispositivo. En algunos ejemplos, los dispositivos expuestos en la presente memoria son para su uso con agentes terapéuticos, fármacos y compuestos que incluyen, aunque no de forma limitativa, los siguientes:
Broncodilatadores
Respiratorios
Olodaterol
Levalbuterol
Berodual (bromuro de ipratropio/fenoterol)
Combivent (bromuro de ipratropio/salbutamol)
Antiinflamatorios
Betametasona
Dexametasona
Metilprednisolona
Hidrocortisona
Mucolíticos
N-acetilcisteína
Hipertensión pulmonar
Sildenafilo
Tadalafilo
Epoprostenol
Treprostenilo
Iloprost
Enfermedades infecciosas
Antimicrobianos
Aminoglucósidos (gentamicina, tobramicina, amikacina, colomicina, neomicina, amikacina liposomal) Quinolonas (ciprofloxacina, levofloxacina, moxifloxacina, ofloxacina)
Macrólidos (azitromicina)
Minociclina
Betalactámicos (piperacilina-tazobactam, ceftazidima, ticarcilina), cefalosporinas (cefotaxima, cefepima, ceftriaxona, cefotaxima), glucopéptidos (vancomicina)
Meropenem
Polimixina (colistina, polimixina B)
Antifúngicos
Anfotericina
Fluconazol
Caspofungina
Antivirales
Valganciclovir
Favipiravir
Remdesivir
Aciclovir
Antituberculosos
Isoniazida
Pirazinamida
Rifampicina
Etambutol
Oncología
Agentes biológicos
Gilotrif
Afatinib
Caplacizumab
Dupilumab
Sarilumab
Alirucomab
Volasertib
Nintedanib
Imatinib
Sirolimus
Quimioterapia
Azacitidina
Decitabina
Docetaxel
Gemcitabina
Cisplatino
SNC Y PSIQUIATRÍA
Valproato de sodio
Teriflunomida
Zolmitriptán
METABÓLICO/HORMONAL
Insulina
Estrógeno
INMUNOLOGÍAVacunas
Anticuerpos monoclonales
Células madre
Vitaminas
Zinc
Ácido ascórbico
Misceláneos
Niclosamida
Hidroxicloroquina
Ivermectina
[0425] El inhalador de nebulización ultrasónico 100 de algunos ejemplos es una versión más potente de los nebulizadores médicos portátiles actuales.
[0426] Se contemplan fácilmente otros ejemplos de dispositivos inhaladores de nebulización ultrasónicos, incluidos los dispositivos de administración de medicamentos que no tienen la apariencia de un cigarrillo.
[0427] Lo anterior describe las características de varios ejemplos o realizaciones para que los expertos en la técnica puedan entender mejor diversos aspectos de la presente exposición. Debe observarse y entenderse que se pueden realizar mejoras y modificaciones de las realizaciones descritas anteriormente, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0428] Aunque el objeto se ha descrito en un lenguaje específico para las características estructurales o los actos metodológicos, debe entenderse que el objeto de las reivindicaciones adjuntas no se limita necesariamente a las características o actos específicos descritos anteriormente. Más bien, las características y actos específicos descritos anteriormente se exponen como ejemplos de formas de implementar al menos algunas de las reivindicaciones. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas. En la presente memoria, se proporcionan diversas operaciones de ejemplos o realizaciones. El orden en el que se describen algunas o todas las operaciones no debe interpretarse en el sentido de que estas operaciones dependan necesariamente del orden. Se apreciará que los pedidos alternativos tengan el beneficio de esta descripción.
[0429] Es más, “ilustrativo” se utiliza en la presente memoria para significar que sirve como ejemplo, instancia, ilustración, etc., y no necesariamente como ventajoso. Tal como se utiliza en esta solicitud, “o” pretende significar un “o” inclusivo en lugar de un “o” exclusivo. Por añadidura, “un” y “una”, tal como se utilizan en esta solicitud y en las reivindicaciones adjuntas, generalmente se interpretan en el sentido de “uno o más”, salvo que se especifique otra cosa o que se desprenda claramente del contexto para referirse a una forma singular. Además, al menos uno de A y B y/o similares generalmente significa A o B o tanto A como B. Asimismo, en la medida en que se usen “incluye”, “que tiene”, “tiene”, “con” o variantes de los mismos, se pretende que tales términos sean inclusivos de una manera similar al término “que comprende”. Además, salvo que se especifique otra cosa, “primero”, “segundo” o similares no pretenden implicar un aspecto temporal, un aspecto espacial, una ordenación, etc. Más bien, tales términos se utilizan simplemente como identificadores, nombres, etc. para características, elementos, puntos, etc. Por ejemplo, un primer elemento y un segundo elemento generalmente corresponden al elemento A y al elemento B o a dos elementos diferentes o idénticos o al mismo elemento.
[0430] Además, aunque la exposición se ha mostrado y descrito con respecto a una o más implementaciones, a otras personas expertas en la técnica se les ocurrirán alteraciones y modificaciones equivalentes basándose en la lectura y comprensión de esta memoria descriptiva y los dibujos adjuntos. La exposición comprende todas tales modificaciones y alteraciones y está limitada únicamente por el alcance de las siguientes reivindicaciones. En particular con respecto a las diversas funciones realizadas por las características descritas anteriormente (p. ej., elementos, recursos, etc.), los términos utilizados para describir tales características pretenden corresponder, salvo que se indique lo contrario, a cualquier característica que realice la función especificada de las características descritas (p. ej., que sea funcionalmente equivalente), aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura expuesta. Por añadidura, aunque una característica particular de la exposición puede haberse expuesto con respecto a solo una de varias implementaciones, tal característica puede combinarse con una o más características de las otras implementaciones según sea deseable y ventajoso para cualquier aplicación dada o particular. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0431] Ejemplos o realizaciones del objeto y las operaciones funcionales descritas en la presente memoria se pueden implementar en circuitos electrónicos digitales, o en software, firmware o hardware, incluyendo las estructuras expuestas en esta memoria descriptiva y sus equivalentes estructurales, o en combinaciones de uno o más de ellos.
[0432] Algunos ejemplos o realizaciones se implementan utilizando uno o más módulos de instrucciones deprogramas informáticos codificadas en un medio legible por ordenador para su ejecución por, o para controlar el funcionamiento de, un aparato de procesamiento de datos. El medio legible por ordenador puede ser un producto fabricado, tal como un disco duro en un sistema informático o un sistema embebido. El medio legible por ordenador puede adquirirse por separado y codificarse posteriormente con uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos, tal como mediante la entrega de uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos a través de una red cableada o inalámbrica. El medio legible por ordenador puede ser un dispositivo de almacenamiento legible por máquina, un sustrato de almacenamiento legible por máquina, un dispositivo de memoria o una combinación de uno o más de ellos.
[0433] Los términos “dispositivo informático” y “aparato de procesamiento de datos” abarcan todos los aparatos, dispositivos y máquinas para procesar datos, incluyendo, a manera de ejemplo, un procesador programable, un ordenador o múltiples procesadores u ordenadores. El aparato puede incluir, además del hardware, un código que crea un entorno de ejecución para el programa informático en cuestión, p. ej., un código que constituye el firmware del procesador, una pila de protocolos, un sistema de gestión de bases de datos, un sistema operativo, un entorno de ejecución o una combinación de uno o más de ellos. Además, el aparato puede emplear diversas infraestructuras de modelos informáticos diferentes, tales como servicios web, informática distribuida e infraestructuras de computación en red.
[0434] Los procesos y flujos lógicos descritos en esta memoria descriptiva pueden ser realizados por uno o más procesadores programables que ejecutan uno o más programas informáticos para realizar funciones operando sobre datos de entrada y generando salida.
[0435] Los procesadores adecuados para la ejecución de un programa informático incluyen, a modo de ejemplo, microprocesadores tanto generales como de propósito especial, y uno o más procesadores de cualquier tipo de ordenador digital. Generalmente, un procesador recibirá instrucciones y datos de una memoria de solo lectura o una memoria de acceso aleatorio o ambas. Los elementos esenciales de un ordenador son un procesador para realizar instrucciones y uno o más dispositivos de memoria para almacenar instrucciones y datos. Generalmente, un ordenador también incluirá, o estará acoplado operativamente para recibir datos o transferir datos a, o ambos, uno o más dispositivos de almacenamiento masivo para almacenar datos, p. ej., discos magnéticos, magneto-ópticos o discos ópticos. Sin embargo, un ordenador no necesita tener tales dispositivos. Los dispositivos adecuados para almacenar instrucciones y datos de programas informáticos incluyen todas las formas de memoria, medios y dispositivos de memoria no volátiles.
[0436] En la presente memoria descriptiva, “comprende” significa “incluye o consiste en” y “que comprende” significa “que incluye o consiste en”.
[0437] Esta solicitud divisional se divide de la solicitud de patente europea n.° 21834858.9, cuya fecha de presentación es el 15 de diciembre de 2021 (la “solicitud de patente anterior”).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo inhalador de nebulización para generar una nebulización que contiene un cannabinoide para que un usuario la inhale, comprendiendo el dispositivo:
un dispositivo generador (201) de nebulización que incorpora:
una carcasa (204) del generador de nebulización que es alargada y comprende una abertura (207) de entrada de aire y una abertura (208) de salida de nebulización;
una cámara (218) de líquido proporcionada dentro de la carcasa (204) del generador de nebulización, conteniendo la cámara (218) de líquido un líquido a atomizar;
una cámara (219) de sonicación proporcionada dentro de la carcasa (204) del generador de nebulización; un elemento capilar (222) que se extiende entre la cámara (218) de líquido y la cámara (219) de sonicación tal que una primera porción (223) del elemento capilar (222) esté dentro de la cámara (218) de líquido y una segunda porción (224) del elemento capilar (222) esté dentro de la cámara (219) de sonicación;
un transductor ultrasónico (215) que tiene una superficie de atomización, en donde parte de la segunda porción (224) del elemento capilar (222) se superpone a parte de la superficie de atomización, y en donde cuando el transductor ultrasónico (215) es accionado por una señal de controlador de CA, la superficie de atomización vibra para atomizar el líquido transportado por la segunda porción (224) del elemento capilar (222) para generar una nebulización que comprende el líquido atomizado, y aire dentro de la cámara (219) de sonicación; y
una disposición de flujo de aire que proporciona un paso de flujo de aire entre la abertura (207) de entrada de aire, la cámara (219) de sonicación y la abertura de salida de aire, de tal forma que un usuario que succiona por la abertura (208) de salida de nebulización aspira aire a través de la abertura (207) de entrada, a través de la cámara (219) de sonicación y hacia fuera a través de la abertura (208) de salida de nebulización, siendo la nebulización generada en la cámara (219) de sonicación transportado por el aire hacia fuera a través de la abertura (208) de salida de nebulización para su inhalación por el usuario, en donde el dispositivo comprende además:
un dispositivo impulsor (202) que incorpora:
una batería (250);
caracterizado porque:
el líquido comprende un cannabinoide; y porque el dispositivo impulsor comprende además:
un circuito (334) de puente en H que está conectado al transductor ultrasónico (215), en donde el circuito (334) de puente en H está configurado para generar una señal de controlador de CA para accionar el transductor ultrasónico (215);
un microchip (300) conectado al circuito (334) de puente en H para controlar el circuito (334) de puente en H para generar la señal de controlador de CA, en donde el microchip (300) es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados que comprenden: un oscilador (315) que está configurado para generar:
una señal de reloj principal,
una señal de reloj de primera fase que es alta por primera vez durante el semiperíodo positivo de la señal de reloj principal y baja durante el semiperíodo negativo de la señal de reloj principal, y
una señal de reloj de segunda fase que es alta por segunda vez durante el semiperíodo negativo de la señal de reloj principal y baja durante el semiperíodo positivo de la señal de reloj principal, en donde las fases de la señal de reloj de la primera fase y la señal de reloj de la segunda fase están alineadas en el centro;
un subsistema (329) generador de señales “PWM” de modulación de anchura de pulso que comprende: un bucle (332) bloqueado por retardo que está configurado para generar una señal de reloj de doble frecuencia utilizando la señal de reloj de primera fase y la señal de reloj de segunda fase, siendo la señal de reloj de doble frecuencia el doble de la frecuencia de la señal de reloj principal, en donde el bucle de retardo bloqueado está configurado para controlar el flanco ascendente de la señal de reloj de primera fase y la señal de reloj de segunda fase para que sea sincrónica con el flanco ascendente de la señal de reloj de doble frecuencia, y en donde el bucle de retraso bloqueado está configurado para ajustar el frecuencia y el ciclo de trabajo de la primera fase la señal de reloj y la señal de reloj de la segunda fase en respuesta a una señal de control del controlador para producir una señal de salida de primera fase y una señal de salida de segunda fase, en donde la señal de salida de la primera fase y la señal de salida de la segunda fase están configuradas para accionar el circuito (334) de puente en H para generar una señal de controlador de CA para accionar el transductor ultrasónico (215);
un terminal de señal de salida de primera fase que está configurado para emitir la señal de salida de primera fase al circuito (334) de puente en H;
un terminal de señal de salida de segunda fase que está configurado para emitir la señal de salida de segunda fase al circuito (334) de puente en H;
un terminal de entrada de retroalimentación que está configurado para recibir una señal de retroalimentación del circuito (334) de puente en H, siendo la señal de retroalimentación indicativa de un parámetro del funcionamiento del circuito (334) de puente en H o una señal de controlador de CA cuando el circuito (334) de puente en H está accionando el transductor ultrasónico (215) con la señal de controlador de CA para atomizar el líquido; un subsistema de convertidor (318) de analógico a digital “ADC” que comprende:
una pluralidad de terminales (319) de entrada del ADC que están configurados para recibir una pluralidad de señales analógicas respectivas, en donde un terminal de entrada ADC de la pluralidad de terminales (319) de entrada del ADC está conectado al terminal de entrada de retroalimentación de manera que el subsistema (318) de ADC recibe la señal de retroalimentación del circuito (334) de puente en H, y en donde el subsistema (318) de ADC está configurado para muestrear las señales analógicas recibidas en la pluralidad de terminales (319) de entrada del ADC a una frecuencia de muestreo que es proporcional a la frecuencia de la señal de reloj principal y el subsistema del ADC están configurados para generar señales digitales del ADC utilizando las señales analógicas muestreadas;
un subsistema (316) procesador digital que está configurado para recibir las señales digitales del ADC del subsistema (318) de ADC y procesar las señales digitales del ADC para generar la señal de control del controlador, en donde el subsistema (316) procesador digital está configurado para comunicar la señal de control del controlador al subsistema (329) generador de señales PWM para controlar el subsistema (329) generador de señales PWM; y
un subsistema de convertidor de digital a analógico “DAC” que comprende:
un convertidor de digital a analógico “DAC” (327) que está configurado para convertir una señal de control digital generada por el subsistema (316) de procesador digital en una señal de control de tensión analógica para controlar un circuito regulador de tensión que genera una tensión para su modulación mediante el circuito (334) de puente en H; y
un terminal de salida DAC que está configurado para emitir la señal de control de voltaje analógica para controlar el circuito regulador de voltaje para generar un voltaje predeterminado para la modulación por el circuito (334) de puente en H para accionar el transductor ultrasónico (215) en respuesta a las señales de retroalimentación que son indicativas del funcionamiento del transductor ultrasónico (215).
2. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el cannabinoide comprende cannabidiol (“CBD”).
3. El dispositivo de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el microchip comprende además:
un divisor (330) de frecuencia que está conectado al oscilador (315) para recibir la señal de reloj principal del oscilador (315), estando configurado el divisor (330) de frecuencia para dividir la señal de reloj principal entre una cantidad de divisor predeterminada y emitir la señal de referencia de frecuencia al bucle (332) bloqueado por retardo.
4. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bucle (332) bloqueado por retardo comprende una pluralidad de líneas de retardo conectadas de extremo a extremo, en donde el retardo total de las líneas de retardo es igual al período de la señal de reloj principal; y opcionalmente en donde el bucle (332) bloqueado por retardo está configurado para ajustar el ciclo de trabajo de la señal de reloj de primera fase y la señal de reloj de segunda fase en respuesta a la señal de control del impulsor variando el retardo de cada línea de retardo en el bucle (332) bloqueado por retardo.
5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el terminal de entrada de retroalimentación está configurado para recibir una señal de retroalimentación del circuito (334) de puente en H en forma de una tensión que es indicativa de una corriente rms de una señal de controlador de CA que acciona el transductor ultrasónico.
6. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el subsistema (318) de ADC comprende una pluralidad de terminales de entrada del ADC adicionales que están configurados para recibir señales de retroalimentación que son indicativas de al menos una de las tensiones de la batería (250) o de la tensión de un cargador de batería conectado al dispositivo.
7. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el subsistema (318) de ADC está configurado para muestrear las señales recibidas en la pluralidad de terminales (319) de entrada del ADC de forma secuencial, siendo muestreada cada señal por el subsistema (318) de ADC un número predeterminado de veces respectivo.
8. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el subsistema DAC comprende:
un convertidor de digital a analógico “DAC” (327) adicional que está configurado para convertir una señal de control digital adicional generada por el subsistema (316) de procesador digital en una señal de control de tensión analógica adicional para controlar el circuito regulador de tensión.
9. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además:
un microchip adicional (301), en donde el microchip adicional (301) es una unidad única que comprende una pluralidad de componentes y subsistemas embebidos interconectados que comprenden:
un primer terminal de fuente de alimentación;
un segundo terminal de fuente de alimentación;
el circuito (334) de puente en H que incorpora un primer conmutador, un segundo conmutador, un tercer conmutador y un cuarto conmutador, en donde:
el primer conmutador y el tercer conmutador están conectados en serie entre el primer terminal de fuente de alimentación y el segundo terminal de fuente de alimentación;
un primer terminal de salida está conectado eléctricamente entre el primer conmutador y el tercer conmutador, en donde el primer terminal de salida está conectado a un primer terminal del transductor ultrasónico (215),
el segundo conmutador y el cuarto conmutador están conectados en serie entre el primer terminal de fuente de alimentación y el segundo terminal de fuente de alimentación, y
un segundo terminal de salida está conectado eléctricamente entre el segundo conmutador y el cuarto conmutador, en donde el segundo terminal de salida está conectado a un segundo terminal del transductor ultrasónico (215);
un terminal de primera fase que está configurado para recibir la señal de salida de primera fase del subsistema (329) generador de señales de modulación por anchura de pulso “PWM”;
un terminal de segunda fase que está configurado para recibir una señal de salida de segunda fase del subsistema (329) generador de señales PWM;
una máquina (337) de estado digital que está configurada para generar señales de temporización basadas en la señal de salida de la primera fase y la señal de salida de la segunda fase y enviar las señales de temporización a los conmutadores del circuito (334) de puente en H para controlar que los conmutadores se enciendan y apaguen en una secuencia tal que el circuito (334) de puente en H emita una señal de controlador de CA para accionar el transductor ultrasónico (215), en donde la secuencia comprende un período de flotación libre en donde el primer conmutador y el segundo el conmutador se apagan y el tercer conmutador y el cuarto conmutador se encienden para disipar la energía almacenada por el transductor ultrasónico (215);
un sensor (335) de corriente que incorpora:
una primera resistencia de detección de corriente que está conectada en serie entre el primer conmutador y el primer terminal de fuente de alimentación;
un primer (344) sensor de tensión que está configurado para medir la caída de tensión a través de la primera resistencia de detección de corriente y proporcionar una primera salida de tensión que es indicativa de la corriente que fluye a través de la primera resistencia de detección de corriente;
una segunda resistencia de detección de corriente que está conectada en serie entre el segundo conmutador y el primer terminal de fuente de alimentación;
un segundo (345) sensor de tensión que está configurado para medir la caída de tensión a través de la segunda resistencia del sensor de corriente y proporcionar una segunda salida de tensión que es indicativa de la corriente que fluye a través de la segunda resistencia de detección de corriente; y
un terminal de salida del sensor (335) de corriente que está configurado para proporcionar una tensión de salida rms con respecto a tierra que es equivalente a la primera salida de tensión y la segunda salida de tensión,
en donde la tensión de salida rms es indicativa de una corriente rms que fluye a través del primer conmutador o el segundo conmutador y la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico (215) que está conectado entre el primer terminal de salida y el segundo terminal de salida.
10. El dispositivo de la reivindicación 9, en donde el circuito (334) de puente en H está configurado para emitir una potencia de 22 W a 50 W al transductor ultrasónico (215) que está conectado al primer terminal de salida y al segundo terminal de salida; y opcionalmente
en donde el microchip adicional (301) comprende:
un sensor (336) de temperatura que está embebido en el microchip adicional (301), en donde el sensor (336) de temperatura está configurado para medir la temperatura del microchip adicional (301) y desactivar al menos parte del microchip adicional (301) en caso de que el sensor (336) de temperatura detecte que el microchip adicional (301) está a una temperatura que supera un umbral predeterminado; y opcionalmente en donde el dispositivo comprende además:
un circuito convertidor elevador (305) que está configurado para aumentar la tensión de la batería (250) a una tensión de refuerzo en respuesta a la señal de salida de tensión analógica del terminal de salida del DAC, en donde el circuito convertidor elevador (305) está configurado para proporcionar la tensión de refuerzo en el primer terminal de la fuente de alimentación tal que la tensión de refuerzo se modula mediante la conmutación de los conmutadores del circuito (334) de puente en H.
11. El dispositivo de las reivindicaciones 9 o 10, en donde el sensor (335) de corriente está configurado para detectar la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico durante el período de flotación libre y la máquina (337) de estado digital está configurada para adaptar las señales de temporización para encender el primer conmutador o el segundo conmutador cuando el sensor (335) de corriente detecta que la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico durante el período de flotación libre es cero.
12. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde, durante una fase de configuración del funcionamiento del dispositivo, el microchip adicional (301) está configurado para:
medir el tiempo que tarda la corriente que fluye a través del transductor ultrasónico en caer a cero cuando el primer conmutador y el segundo conmutador están apagados y el tercer conmutador y el cuarto conmutador están encendidos; y
establecer el período de flotación libre para que sea igual al período de tiempo medido.
13. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además:
un procesador para controlar el dispositivo impulsor (202); y
una memoria que almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador, hacen que el dispositivo impulsor (202):
A. controle el dispositivo impulsor (202) para emitir una señal de controlador de CA al transductor ultrasónico (215) a una frecuencia de barrido;
B. calcule la potencia activa que está siendo utilizada por el transductor ultrasónico (215) basándose en la señal de retroalimentación;
C. controle el dispositivo impulsor (202) para modular la señal de controlador de CA para maximizar la potencia activa que utiliza el transductor ultrasónico (215);
D. almacene en la memoria un registro de la potencia activa máxima utilizada por el transductor ultrasónico (215) y la frecuencia de barrido de la señal de controlador de CA;
E. repita las etapas A-D durante un número predeterminado de iteraciones, incrementando o disminuyendo la frecuencia de barrido con cada iteración tal que, después de que se haya producido el número predeterminado de iteraciones, la frecuencia de barrido se haya incrementado o disminuido desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final;
identifique, a partir de los registros almacenados en la memoria, la frecuencia óptima para la señal de controlador de CA, que es la frecuencia de barrido de la señal de controlador de CA a la que el transductor ultrasónico (215) utiliza una potencia activa máxima; y
G. controle el dispositivo impulsor para emitir una señal de controlador de CA al transductor ultrasónico (215) a la frecuencia óptima para accionar el transductor ultrasónico (215) para atomizar un líquido.
14. El dispositivo de la reivindicación 13, en donde la frecuencia de barrido inicial es de 2900 kHz y la frecuencia de barrido final es de 3100 kHz.
15. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo impulsor está unido de manera liberable al dispositivo generador de nebulización tal que el dispositivo impulsor se puede separar del dispositivo generador de nebulización.
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