CN103438630A - 半导体制冷系统控制方法及半导体制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体制冷系统控制方法，包括步骤：电源提供给控制器，由控制器为半导体制冷系统供电；控制器输出制冷器工作电压V_tec为制冷器供电，制冷器通电后形成热端与冷端，冷端产生冷量，热端产生的热量通过热端换热器与空气进行热交换；控制器经由阈值电路输出第一电压V₁为第一散热设备供电，所述第一散热设备通电后为所述热端换热器强化散热，所述第一散热设备的死点电压为V_S，所述阈值电路的阈值电压为V_T；以及控制器通过改变制冷器工作电压V_tec的方式改变制冷器产冷量，所述第一输出电压V₁、阈值电压V_T、死点电压V_S与制冷器工作电压V_tec满足关系：当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。阈值电路能够确保第一散热设备的工作，提高了制冷器的工作效率。本发明还公开了一种半导体制冷系统。

Description

半导体制冷系统控制方法及半导体制冷系统

技术领域

本发明涉及半导体制冷领域，尤其是一种半导体制冷控制方法以及一种半导体制冷系统。

背景技术

半导体制冷系统一般都包括有制冷器、换热器以及散热设备。制冷器制冷，制冷器热端的换热器将制冷器产生的热量与空气交换，散热设备，例如风扇转动带动换热器四周空气，对换热器进行强化散热，从而达到制冷器制冷的目的。现有的半导体制冷系统采用恒压的方式驱动风扇，使得风扇转速恒定。然而，恒定的转速对于风扇的磨损较大，使得风扇的寿命短、工作噪声大。再有，由于制冷器的温度并非恒定的，当制冷器的温度降低时，只需风扇的低速运转即可满足换热。然而，此时的风扇仍然是一般运转状态。同时，当制冷器的温度升高时，需要风扇的高速运转，然而，此时的风扇也仍然是一般运转状态。因此，现有的恒定电压驱动风扇的方式，导致了能源的浪费，同时也导致制冷效果低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种制冷效果良好的半导体制冷系统控制方法以及使用所述制冷控制方法的半导体制冷系统。

其技术方案如下：

一种半导体制冷系统控制方法，包括步骤：

电源提供给控制器，由控制器为半导体制冷系统供电；

控制器输出制冷器工作电压V_tec为制冷器供电，制冷器通电后形成热端与冷端，冷端产生冷量，热端产生的热量通过热端换热器与空气进行热交换；

控制器经由阈值电路输出第一电压V₁为第一散热设备供电，所述第一散热设备通电后为所述热端换热器强化散热，所述第一散热设备的死点电压为V_S，所述阈值电路的阈值电压为V_T；以及

控制器通过改变制冷器工作电压V_tec的方式改变制冷器产冷量，所述第一输出电压V₁、阈值电压V_T、死点电压V_S与制冷器工作电压V_tec满足关系：

当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；

当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。

当制冷器需要更大制冷量时，控制器增大输出的制冷器工作电压。当制冷器工作电压V_tec增大时，制冷器产生的热量增加，此时第一输出电压V₁同时增大，有利于制冷器的冷端产生更多的冷量。反之，当制冷器工作电压V_tec减小时，制冷器的冷端产生的热量减少，热端产生的热量也减少，此时第一输出电压V₁同时减小，避免了能源的浪费。由于第一输出电压V₁非恒定，也即是第一散热设备非恒压工作，其机械磨损相对恒压即恒速工作较小，有利于第一散热设备寿命的延长。又由于在第一散热设备的支路上设置有阈值电路，在制冷器低制冷量需求工作，能够确保第一散热设备的工作，提高了制冷器的工作效率，从而提升了制冷器的制冷量。避免了制冷器低制冷状态下制冷器转换效率降低的缺陷。

进一步地，半导体制冷系统控制方法还包括温度条件模块为所述控制器提供温度条件的步骤，所述控制器根据温度条件改变制冷器工作电压V_tec。

进一步地，所述温度条件模块为所述控制器提供温度条件的步骤具体包括以下步骤：

温度感应模块得到感应温度T₁；

将感应温度T₁与温度设定模块的设定温度T₂做差值比较；根据差值(T₁-T₂)计算出温度条件，由温度条件通过控制器控制输出制冷器工作电压V_tec。

通过以上步骤实现对制冷器的温控，使得制冷器的工作更好地符合需求。

进一步地，所述由温度条件控制制冷器工作电压V_tec的控制方式为脉宽调制（PWM）。

进一步地，半导体制冷系统控制方法还包括控制器输出第二电压V₂为第二散热设备供电的步骤，所述第二散热设备的死点电压为V_S2，所述制冷器工作电压V_tec与第二电压V₂分别独立地驱动所述制冷器与第二散热设备，所述第二电压V₂为恒定电压，所述第二电压V₂满足关系：V₂≥V_S2

一种半导体制冷系统，包括：

输入端，用于为控制器供电；

控制器，用于输出制冷器工作电压V_tec以及第一输出电压V₁；

制冷器，通过所述制冷器工作电压V_tec驱动，通电后形成热端与冷端，所述冷端产生冷量用于制冷；

热端换热器，用于将制冷器产生的热量与空气热交换；以及

第一散热设备，通过所述第一输出电压V₁驱动，通电后用于为所述热端换热器强化散热，所述第一散热设备的死点电压为V_S；

其特征在于，所述半导体制冷系统还包括：

阈值电路，用于设定阈值电压V_T限制第一输出电压V₁；

所述制冷器工作电压V_tec、第一输出电压V₁、阈值电压V_T与死点电压V_S满足关系：

当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；

当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。

由于第一输出电压V₁非恒定，也即是第一散热设备非恒压工作，其机械磨损相对恒压即恒速工作较小，有利于第一散热设备寿命的延长。又由于在第一散热设备的支路上设置有阈值电路，在制冷器低制冷量需求工作，能够确保第一散热设备的工作，提高了制冷器的工作效率，从而提升了制冷器的制冷量。避免了制冷器低制冷状态下制冷器转换效率降低的缺陷。

进一步地，所述阈值电路包括电压跟随器以及稳压二极管，电压跟随器的输出端与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极与固定电压连接，所述稳压二极管的与固定电压之间还设置有二极管，还所述固定电压为V_C，所述稳压二极管的稳定电压为U_Z，所述二极管的正向导通电压为V_D，通过V_T＝V_C-U_Z-V_D计算出阈值电路的阈值电压V_T。

进一步地，半导体制冷系统还包括温度条件模组，用于提供温度条件至控制器，控制器根据温度条件通过改变控制器工作电压V_tec的方式改变制冷器的制冷量。

一种半导体制冷系统，包括输入端、控制器、制冷器、第一散热设备以及温度条件模组，所述输入端、制冷器、第一散热设备以及温度条件模组分别与所述控制器连接，所述控制器与所述第一散热设备之间设置有阈值电路，所述制冷器为半导体热电制冷器，所述制冷器具有热端与冷端，所述第一散热设备设置于所述热端一侧。

由于在第一散热设备的支路上设置有阈值电路，在制冷器低制冷量需求工作，能够确保第一散热设备的工作，提高了制冷器的工作效率，从而提升了制冷器的制冷量。避免了制冷器低制冷状态下制冷器转换效率降低的缺陷。

进一步地，半导体制冷系统还包括设置于所述冷端一侧的第二散热设备，所述温度条件模组包括脉冲调制器，所述控制器包括共模电感模块、整流模块、推挽驱动模块、变压器耦合模块、整流输出模块以及稳压模块，所述整流输出模块与所述制冷器以及第一散热设备连接，所述稳压模块与所述第二散热设备连接，所述温度条件模组与所述推挽驱动模块连接。

附图说明

图1是本发明一个实施例的半导体制冷系统的示意框图。

图2是本发明一个实施例的半导体制冷系统控制方法输出的第一输出电压以及第二输出电压的示意图。

图3是本发明一个实施例的半导体制冷系统中的阈值电路的示意框图。

图4是本发明一个实施例的半导体制冷系统控制方法的第一输出电压、制冷器工作电压以及阈值电压之间的变化关系示意图。

图5是本发明一个实施例的半导体制冷系统中的具体化示意框图。

附图标记说明：

100、半导体制冷系统，10、输入端，20、控制器，21、共模电感模块，22、整流模块，23、推挽驱动模块，24、变压器耦合模块，25、整流输出模块，26、稳压模块，30、制冷器，32、热端，34、冷端，40、第一散热设备，50、第二散热设备，60、阈值电路，62、电压跟随器，622、负相输入端，624、正相输入端，64、稳压二极管，66、固定电压源，68、二极管，70、温度感应模块，80、温度设定模块，82、反馈模块，84、脉冲宽度调制模块，86、脉冲宽度驱动模块，88、工作电压供应模块。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1-2所示，第一实施例的半导体制冷系统100包括输入端10、与输入端10连接的控制器20、与控制器20连接的制冷器30、第一散热设备40和第二散热设备50。所述制冷器20为半导体热电制冷器（TEC），其具有热端32与冷端34。所述热端32上设置有换热器（图未示），所述热端32上的热端换热器（图未示）用于实现制冷器30产生的热量与空气间的热交换。所述热端换热器可以为铝型材散热器或热管散热器。可以理解地，所述冷端34上也可能设置有换热器（图未示）。所述第一散热设备40设置于临近所述热端32一侧，所述第二散热设备50设置于临近所述冷端34一侧。所述第一散热设备40为所述热端换热器强化散热。所述控制器20与所述第一散热设备40之间通过阈值电路60连接。所述第二散热设备50与所述制冷器30分别独立地与所述控制器20连接。所述第一散热设备40以及所述第二散热设备50均为散热风扇或风机，二者的死点电压分别为V_S、V_S2。本发明的半导体制冷系统100还包括温度条件模块，所述温度条件模块包括温度感应模块70以及温度设定模块80。所述温度感应模块70与所述温度设定模块80连接，所述温度设定模块80与控制器20连接。可以理解地，所述第二散热设备50并非必要。

如图3-4所示，所述阈值电路60为钳位电路，其具有阈值电压V_T。本实施例中，阈值电路60为二极管钳位电路。所述阈值电路60包括电压跟随器62以及稳压二极管64。所述电压跟随器62的输出端与所述稳压二极管64的正极连接。所述稳压二极管64的负极与固定电压66连接。所述稳压二极管64与固定电压66之间还设置有二极管68。所述二极管68的正极与所述固定电压66相接，使得固定电压66只能正向导通。所述固定电压66可能是由电容器等器件提供，或者由控制器20直接提供。所述电压跟随器62的正相输入端624与控制器20连接，其反相输出端622与输出端连接。

如图5所示，所述温度设定模块80包括反馈模块82、脉冲宽度调制模块84以及脉冲宽度驱动模块86以及由所述控制器20供电的工作电压供应模块88。所述控制器20包括共模电感模块21、整流模块22、推挽驱动模块23、变压器耦合模块24、整流输出模块24以及稳压模块25。所述整流输出模块24与所述制冷器30以及第一散热设备40连接，所述稳压模块25与所述第二散热设备50连接。所述脉冲宽度驱动模块86与所述推挽驱动模块23连接。所述制冷器30也与所述温度设定模块80连接。所述温度感应模块70、制冷器30分别与所述反馈模块82连接。

本发明中控制所述半导体制冷系统100的制冷控制方法，包括步骤：

S1：电源提供电压从输入端10输入至控制器20，由控制器20为半导体制冷系统100供电；

S2：控制器20为制冷器30供电，制冷器30通电后产生冷量。

具体地，所述控制器20输出制冷器工作电压V_tec为所述制冷器20供电。所述控制器20根据温度条件通过改变制冷器工作电压V_tec的方式改变制冷器30的制冷量。所述半导体制冷系统100启动时制冷器工作电压V_tec以满载输出启动制冷器20。制冷器20通电工作，其冷端34制冷，热端32放热，热端产生的热量通过热端换热器与空气进行热交换。冷端34制冷量越大，热端32产生的热量越多。

S3：所述温度条件模块为所述控制器20提供温度条件，所述控制器20根据温度条件改变制冷器工作电压V_tec。

具体地，所述温度条件模块通过脉冲控制占空比的方式为所述控制器20提供温度条件，其具体包括以下步骤：

（1）温度感应模块70得到感应温度T₁；

（2）将感应温度T₁反馈至温度设定模块80，温度设定模块80具有设定温度T₂；

（3）根据差值(T₁-T₂)计算出温度条件，由温度条件通过控制器控制输出给制冷器工作电压V_tec。

S4：控制器20经由阈值电路60输出第一电压V₁为第一散热设备40供电，所述第一散热设备40通电后为所述热端换热器强化散热。所述第一散热设备40的死点电压为V_S，所述阈值电路60的阈值电压为V_T，控制器通过改变制冷器工作电压V_tec的方式改变制冷器的制冷量，所述第一输出电压V₁、阈值电压V_T、死点电压V_S与制冷器工作电压V_tec满足关系：

当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；

当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。

具体地，所述阈值电路60工作过程中，其输出端的输出电压V_O也即是第一输出电压V₁，其正相输入端624的电压V_i也即是制冷器工作电压V_tec。所述稳压二极管64上形成压降U_Z，所述固定电压66为V_C，所述二极管68的正向导通电压为V_D，通过V_T＝V_C-U_Z-V_D计算出阈值电路60的阈值电压V_T。当制冷器工作电压V_tec足够大时，稳压二极管64不导通，阈值电路60的输出电压V_O随着正相输入端624的电压V_i变化而变化，也即是V₁∝V_tec。当制冷器工作电压V_tec小于阈值电压V_T时，稳压二极管64导通，阈值电路60的输出电压V_O等于阈值电压V_T输出，也即是V₁＝V_T。通过设定固定电压66V_C或者更换稳压二极管64改变其稳定电压U_Z，又或者更换二极管68，将阈值电压V_T根据第一散热设备40的型号设定为大于或者等于第一散热设备40的死点电压V_S。

S5：控制器输出第二电压V₂为第二散热设备50供电。所述第二散热设备50的死点电压为V_S2，所述制冷器工作电压V_tec与第二电压V₂分别独立地驱动所述制冷器30与第二散热设备50。所述第二电压V₂为恒定电压，所述第二电压V₂满足关系：V₂≥V_S2。

可以理解地，上述步骤S2、S3、S4以及S5并非必须是先后执行的关系，也可以是同步执行。上述步骤S4可以是经由另一种方法实现提供温度条件，步骤S5并非必要的步骤。

半导体制冷系统100工作过程时，所述制冷器30的冷端34产生冷量，热端32产生的热量通过热端换热器与空气进行热交换，所述第一散热设备40为其热端32强化散热。当制冷器30需要更大制冷量时。此时的温度条件模块为控制器20提供需要加大制冷量以及加速散热的温度信息。控制器20增大输出的制冷器工作电压V_tec。当制冷器工作电压V_tec增大时，制冷器30产生的热量增加，此时第一输出电压V₁同时增大，有利于对热端换热器的散热，从而在冷端34产生更多的冷量。反之，当制冷器工作电压V_tec减小时，制冷器30产生的热量减小，此时第一输出电压V₁同时减小，避免了能源的浪费。由于第一输出电压V₁非恒定，也即是第一散热设备40非恒压工作，其机械磨损相对恒压即恒速工作较小，有利于第一散热设备40寿命的延长。又由于在第一散热设备40的支路上设置有阈值电路60，在制冷器30低制冷量需求工作，也即是V_tec＜V_S时，V₁＝V_D≥V_S，从而确保第一散热设备40的工作，即保持热端32的强制散热、换热状态，提高了制冷器30的工作效率，从而提升了制冷器30的制冷量。避免了制冷器30低制冷状态下制冷器30转换效率降低的缺陷。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体制冷系统控制方法，包括步骤：

电源提供给控制器，由控制器为半导体制冷系统供电；

控制器输出制冷器工作电压V_tec为制冷器供电，制冷器通电后形成热端与冷端，冷端产生冷量，热端产生的热量通过热端换热器与空气进行热交换；控制器经由阈值电路输出第一电压V₁为第一散热设备供电，所述第一散热设备通电后为所述热端换热器强化散热，所述第一散热设备的死点电压为V_S，所述阈值电路的阈值电压为V_T；以及

控制器通过改变制冷器工作电压V_tec的方式改变制冷器产冷量，所述第一输出电压V₁、阈值电压V_T、死点电压V_S与制冷器工作电压V_tec满足关系：

当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；

当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。

2.如权利要求1所述的半导体制冷系统控制方法，其特征在于：还包括温度条件模块为所述控制器提供温度条件的步骤，所述控制器根据温度条件改变制冷器工作电压V_tec。

3.如权利要求2所述的半导体制冷系统控制方法，所述温度条件模块为所述控制器提供温度条件的步骤具体包括以下步骤：

温度感应模块得到感应温度T₁；

将感应温度T₁与温度设定模块的设定温度T₂做差值比较；根据差值(T₁-T₂)计算出温度条件，由温度条件通过控制器控制输出制冷器工作电压V_tec。

4.如权利要求3所述的半导体制冷系统控制方法，其特征在于：所述由温度条件控制制冷器工作电压V_tec的控制方式为脉宽调制（PWM）。

5.如权利要求4所述的半导体制冷系统控制方法，其特征在于：还包括控制器输出第二电压V₂为第二散热设备供电的步骤，所述第二散热设备的死点电压为V_S2，所述制冷器工作电压V_tec与第二电压V₂分别独立地驱动所述制冷器与第二散热设备，所述第二电压V₂为恒定电压，所述第二电压V₂满足关系：V₂≥V_S2。

6.一种半导体制冷系统，包括：

输入端，用于为控制器供电；

控制器，用于输出制冷器工作电压V_tec以及第一输出电压V₁；

制冷器，通过所述制冷器工作电压V_tec驱动，通电后形成热端与冷端，所述冷端产生冷量用于制冷；

热端换热器，用于将制冷器产生的热量与空气热交换；以及

第一散热设备，通过所述第一输出电压V₁驱动，通电后用于为所述热端换热器强化散热，所述第一散热设备的死点电压为V_S；

其特征在于，所述半导体制冷系统还包括：

阈值电路，用于设定阈值电压V_T限制第一输出电压V₁；

所述制冷器工作电压V_tec、第一输出电压V₁、阈值电压V_T与死点电压V_S满足关系：

当V_tec≥V_S时，V₁∝V_tec；

当V_tec＜V_S时，V₁＝V_T≥V_S。

7.如权利要求6所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述阈值电路包括电压跟随器以及稳压二极管，电压跟随器的输出端与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极与固定电压连接，所述稳压二极管的与固定电压之间还设置有二极管，还所述固定电压为V_C，所述稳压二极管的稳定电压为U_Z，所述二极管的正向导通电压为V_D，通过V_T＝V_C-U_Z-V_D计算出阈值电路的阈值电压V_T。

8.如权利要求6所述的半导体制冷系统，其特征在于：还包括温度条件模组，用于提供温度条件至控制器，控制器根据温度条件通过改变控制器工作电压V_tec的方式改变制冷器的制冷量。

9.一种半导体制冷系统，其特征在于：包括输入端、控制器、制冷器、第一散热设备以及温度条件模组，所述输入端、制冷器、第一散热设备以及温度条件模组分别与所述控制器连接，所述控制器与所述第一散热设备之间设置有阈值电路，所述制冷器为半导体热电制冷器，所述制冷器具有热端与冷端，所述第一散热设备设置于所述热端一侧。

10.如权利要求9所述的半导体制冷系统，其特征在于：还包括设置于所述冷端一侧的第二散热设备，所述温度条件模组包括脉冲调制器，所述控制器包括共模电感模块、整流模块、推挽驱动模块、变压器耦合模块、整流输出模块以及稳压模块，所述整流输出模块与所述制冷器以及第一散热设备连接，所述稳压模块与所述第二散热设备连接，所述温度条件模组与所述推挽驱动模块连接。

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