CN103856049A - 热能利用电路、电子装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种热能利用方法，包括步骤：将热能转换成电能，并通过PWM信号产生电路转换成PWM电压信号为耗电元件供电；获得耗电元件的输入电压，并将该输入电压与参考电压值进行比较；若比较该输入电压大于参考电压值，则控制增大PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比；若比较该输入电压小于参考电压值，则控制降低PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比。本发明还提供一种热能利用电路及电子装置，本发明的热能利用电路、电子装置及方法，通过简单的结构即可最大效率地利用热能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路，特别涉及一种热能利用电路、具有该热能利用电路的电子装置及方法。
背景技术
众所周知，电子装置在工作时，由于电能的利用率不能达到百分之百，不可避免的产生热量。该些热量的产生不仅浪费了电能，而且一旦热量过多，容易对电子装置元件造成损坏。目前，虽然已经有电路能够将热能转换成电能，然而，目前的电路难以达到热量的最大利用效率或需要通过复杂的结构实现对热量的最大效率利用。
发明内容
有鉴于此，提供一种热能利用电路，能够以简单的结构将热量转换成电能，并实现最大效率的利用。本发明还提供一种具有该热能利用电路的电子装置及方法。
一种热能利用电路，用于将热能转换成电能而为耗电元件供电，该热能利用电路包括一热电转换单元，该热电转换单元用于将热能转换成电能，其中，该热能利用电路还包括PWM信号产生单元、比较单元以及控制单元。该PWM信号产生单元包括第一端与第二端，其中第一端电连接于该热电转换单元，第二端连接该耗电元件，该PWM信号产生单元用于将热电转换单元产生的电能转换成PWM电压信号而为该耗电元件供电。比较单元与该PWM信号产生单元的第一端连接，用于获取该耗电元件的输入电压，该比较单元并将该输入电压与一参考电压值进行比较，在比较该输入电压大于参考电压值时产生第一触发信号，在比较该输入电压小于参考电压值时产生第二触发信号。该控制单元与该比较单元以及该PWM信号产生电路连接，用于在接收第一触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比，并用于在接收到该第二触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比。
一种电子装置，包括一热能利用电路以及耗电元件，热能利用电路用于将热能转换成电能而为耗电元件供电，该热能利用电路包括一热电转换单元，该热电转换单元用于将热能转换成电能，其中，该热能利用电路还包括PWM信号产生单元、比较单元以及控制单元。该PWM信号产生单元包括第一端与第二端，其中第一端电连接于该热电转换单元，第二端连接该耗电元件，该PWM信号产生单元用于将热电转换单元产生的电能转换成PWM电压信号而为该耗电元件供电。比较单元与该PWM信号产生单元的第一端连接，用于获取该耗电元件的输入电压，该比较单元并将该输入电压与一参考电压值进行比较，在比较该输入电压大于参考电压值时产生第一触发信号，在比较该输入电压小于参考电压值时产生第二触发信号。该控制单元与该比较单元以及该PWM信号产生电路连接，用于在接收第一触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比，并用于在接收到该第二触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比。
一种热能利用方法，包括步骤：将热能转换成电能，并通过PWM信号产生电路转换成PWM电压信号为耗电元件供电；获得耗电元件的输入电压，并将该输入电压与参考电压值进行比较；若比较该输入电压大于参考电压值，则控制增大PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比；若比较该输入电压小于参考电压值，则控制降低PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比。
本发明的热能利用电路、电子装置及方法，通过简单的结构即可最大效率地利用热能。
附图说明
图1为本发明第一实施方式中具有热能利用电路的电子装置的电路框图。
图2为本发明第一实施方式中具有热能利用电路的电子装置的具体电路图。
图3为本发明第一实施方式中的热能利用方法的流程图。
主要元件符号说明
| 电子装置 | 100 |
| 热能利用电路 | 1 |
| 耗电元件 | 2 |
| 热电转换单元 | 10 |
| PWM信号产生单元 | 20 |
| 比较单元 | 30 |
| 控制单元 | 40 |
| 中值电压获取及输出单元 | 50 |
| 第一端 | 21 |
| 第二端 | 22 |
| 输入电压 | Vin |
| 输出电压 | Vout |
| 参考电压值 | Vref |
| 开关 | K1 |
| MOS管 | Q1 |
| 电感 | L1 |
| 电容 | C1 |
| 比较器 | A1 |
| 正相输入端 | 31 |
| 反相输入端 | 32 |
| 输出端 | 33、11 |
| 电阻 | R1 |
| 步骤 | S301~S304 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明第一实施方式中具有热能利用电路1的电子装置100的功能模块图。该电子装置100包括该热能利用电路1以及耗电元件2。该热能利用电路1用于将热能转换成电能而为耗电元件2供电。
该热能利用电路1包括热电转换单元10、PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）信号产生单元20、比较单元30以及控制单元40。该热电转换单元10用于将电子装置100产生的热能转换成电能。该PWM信号产生单元，包括第一端21与第二端22，其中第一端电连接于该热电转换单元10，第二端22连接该耗电元件2，该PWM信号产生单元20用于将热电转换单元10产生的电能转换成PWM电压信号而为该耗电元件2供电。从而，易知，该热电转换单元10以及该耗电元件2通过该PWM信号产生单元20构成一供电网络，该PWM信号产生单元20与耗电元件2连接的第二端22的电压为输出电压Vout，该PWM信号产生单元20与热电转换单元10连接的第一端21的电压为耗电元件2的输入电压Vin。
该比较单元30与该PWM信号产生单元20连接该热电转换单元10的第一端21连接，用于获取该耗电元件2的输入电压Vin，该比较单元30并将该输入电压Vin与一参考电压值Vref进行比较，在比较该输入电压Vin大于参考电压值Vref时产生第一触发信号，在比较该输入电压Vin小于参考电压值Vref时产生第二触发信号。该控制单元40与该比较单元30以及该PWM信号产生单元20连接，用于在接收到该第一触发信号时控制该PWM信号产生单元20增大所输出的PWM电压信号的占空比而降低该输入电压Vin，并用于在接收到该第二触发信号时控制该PWM信号产生单元20增大所输出的PWM电压信号的占空比而增大该输入电压Vin；直到该输入电压Vin与该参考电压值Vref相等。显然，若该比较单元30比较该输入电压Vin等于该输入电压，则不产生触发信号，该控制单元40不对该PWM信号产生单元20输出的PWM电压信号的占空比进行调整。
通常，输出电压Vout与输出电压Vin之比为PWM信号产生单元20的占空比，一般输出电压Vout可视为不变，通过改变PWM电压信号的占空比而改变输入电压Vin的值，例如增大PWM电压信号的占空比而减小输入电压Vin、降低该PWM电压信号的占空比而增大输入电压Vin。在本实施方式中，该参考电压值Vref为该热能利用电路1空载时，即未连接耗电元件2时输出的电压的一半。通常，当该热能利用电路1连接耗电元件2时，耗电元件2的输入电压Vin等于该热能利用电路1空载时输出的电压的一半时，输出功率最大。从而，本发明将该输入电压Vin与该参考电压值Vref进行比较，在比较该输入电压Vin与该参考电压值Vref不一致时对输入电压Vin进行调节，而得到最大的输出功率。
在本实施方式中，该热能利用电路1还包括一中值电压获取及输出单元50，该中值电压获取及输出单元50与热电转换单元10的输出端11以及该比较单元30连接，用于在该热能利用电路1空载时侦测该热电转换单元10的输出电压，并计算得到该输出电压的一半而将该输出电压的一半输出至该比较单元30作为该参考电压值Vref。在其他实施方式中，可在电子装置100出厂时对该热能利用电路1空载时的输出电压进行测量而得到该输出电压，并设置一参考电压提供电路而为该比较单元30提供该参考电压值Vref。例如，若测得该输出电压为5V，则通过一串联在5V的电压端以及地之间的两个阻值相同的电阻分压的到2.5V电压，该两个阻值相同的电阻的连接节点与该比较单元30连接而为该比较单元30提供该参考电压值Vref。显然，该热能利用电路1还可包括一电压端，在测得该热能利用电路1空载时的输出电压后，也可以直接通过该电压端提供输出电压的一半做为该参考电压值Vref。
请参阅图2，为本发明具有热能利用电路1的电子装置100的具体电路图。在该具体电路中，该PWM信号产生电路包括一开关K1，该开关K1电连接于该热电转换单元10的输出端11以及耗电元件2之间，该控制单元40与该开关K1连接，用于输出相应的信号控制该开关K1的导通截止，而使得该PWM信号产生电路20产生该PWM电压信号。其中，该控制单元40控制该开关K1的导通截止的时间不同而产生具有不同占空比的PWM电压信号而调节该PWM电压信号的占空比。易知，该控制单元40控制该开关K1的导通时间增长，则增大该占空比，控制该开关K1的导通时间减少，则降低该占空比。
具体的，在本实施方式中，该开关K1可为一MOS管Q1，该控制单元40MOS管Q1的栅极连接，该MOS管Q1的源极与漏极分别与该热电转换单元10的输出端11以及耗电元件2电连接。该控制单元40用于交替输出高电平与低电平而控制该MOS管Q1交替导通与截止而产生该PWM电压信号，该控制单元40并通过改变输出高电平与低电平的持续时间而改变该MOS管Q1的导通截止时间从而改变PWM电压信号的占空比。
在本实施方式中，该PWM信号产生电路20还包括一电感L1以及一电容C1。该电感L1电连接于该热电转换单元10的输出端11以及该开关K1之间，该电容C1连接于该电感L1未连接该开关K1的一端以及地之间，该电容C1以及电感L1用于对热电转换单元10输出的电压进行稳压处理。
该比较单元30包括一比较器A1，该比较器A1包括正相输入端31、反相输入端32以及输出端33。其中该正相输入端31用于接收该参考电压值Vref，该反相输入端32与该PWM信号产生电路20连接该热电转换单元10的输出端11的第一端21连接而获得该输入电压Vin，该输出端33与该控制单元40连接，而输出该第一触发信号或第二触发信号至该控制单元40。
在本实施方式中，该第一触发信号为低电平信号，该第二触发信号为高电平信号。当该比较器A1比较该输入电压Vin大于该参考电压值Vref时，则产生该一低电平信号，该控制单元40接收该低电平信号后控制增大该PWM信号产生电路20输出的PWM电压信号的占空比，从而降低该输入电压Vin。该比较器A1比较该输入电压Vin小于该参考电压值Vref时，则产生该一高电平信号，该控制单元40接收该低电平信号后控制降低该PWM信号产生电路20输出的PWM电压信号的占空比，从而增大该输入电压Vin。
在本实施方式中，该热电转换单元10可为一碱金属热电转换器、一PN结热电偶等。该耗电元件2可为音频处理芯片、视频处理芯片、存储器等。
其中，在该具体电路中，该热能利用电路1还包括一电阻R1，该电阻R1连接于该热电转换单元10的输出端11以及该PWM信号产生电路20的第一端21之间。
其中，该热电转换单元10可贴附于该电子装置100发热量最大的元件上，例如中央处理芯片上。显然，该热电转换单元10也可以不与电子装置100的任何元件接触。显然，该些耗电元件2同时还与电子装置100的其他电源连接，当热电转换单元10没有输出或电能不足以驱动该耗电元件2时，可从其他电源获得电能而保持工作状态。
其中，该电子装置100可为电脑、电子书、手机等电子装置。
请参阅图3，为本发明第一实施方式中的热能利用方法的流程图。首先，热电转换单元10将热能转换成电能，并通过PWM信号产生电路20转换成PWM电压信号为耗电元件2供电（S301）。比较单元30获得耗电元件2的输入电压Vin，并将该输入电压Vin与参考电压值Vref进行比较（S302）。若比较单元30比较该输入电压Vin大于参考电压值Vref则产生第一触发信号至控制单元40，控制单元40接收该第一触发信号而增大PWM信号产生电路20输出的PWM电压信号的占空比（S303）。若比较单元30比较该输入电压Vin小于参考电压值Vref则产生第二触发信号至控制单元40，控制单元40接收该第二触发信号而降低PWM信号产生电路20输出的PWM电压信号的占空比（S304）。
本发明的热能利用电路1、电子装置及热能利用方法通过简单的结构即可实现对热能的最大化利用。
Claims (12)
1.一种热能利用电路，用于将热能转换成电能而为耗电元件供电，该热能利用电路包括一热电转换单元，该热电转换单元用于将热能转换成电能，其特征在于，该热能利用电路还包括：
PWM信号产生单元，包括第一端与第二端，其中第一端电连接于该热电转换单元，第二端连接该耗电元件，该PWM信号产生单元用于将热电转换单元产生的电能转换成PWM电压信号而为该耗电元件供电；
比较单元，与该PWM信号产生单元的第一端连接，用于获取该耗电元件的输入电压，该比较单元并将该输入电压与一参考电压值进行比较，在比较该输入电压大于参考电压值时产生第一触发信号，在比较该输入电压小于参考电压值时产生第二触发信号；以及
控制单元，与该比较单元以及该PWM信号产生电路连接，用于在接收第一触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比，并用于在接收到该第二触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比。
2.如权利要求1所述的热能利用电路，其特征在于，该热能利用电路还包括一中值电压获取及输出单元，该中值电压获取及输出单元与热电转换单元的输出端以及该比较单元连接，用于在该热能利用电路空载时侦测该热电转换单元的输出电压，并计算得到该输出电压的一半而将该输出电压的一半输出至该比较单元作为该参考电压值。
3.如权利要求1所述的热能利用电路，其特征在于，该PWM信号产生电路包括一开关，该开关电连接于该热电转换单元的输出端以及耗电元件之间，该控制单元与该开关连接，用于输出相应的信号控制该开关的导通截止，而使得该PWM信号产生电路产生该PWM电压信号，其中，该控制单元控制该开关的导通截止的时间不同而调节PWM电压信号的占空比。
4.如权利要求3所述的热能利用电路，其特征在于，开关为一MOS管，该控制单元与该MOS管的栅极连接，该控制单元用于交替输出高电平与低电平而控制该MOS管交替导通与截止而产生该PWM电压信号，该控制单元并通过改变输出高电平与低电平的持续时间而改变该MOS管的导通截止时间从而改变PWM电压信号的占空比。
5.如权利要求3所述的热能利用电路，其特征在于，该PWM信号产生电路还包括一电感以及一电容，该电感电连接于该热电转换单元的输出端以及该开关之间，该电容连接于该电感未连接该开关的一端以及地之间。
6.如权利要求1所述的热能利用电路，其特征在于，该比较单元包括一比较器，该比较器包括正相输入端、反相输入端以及输出端，该正相输入端用于接收该参考电压值，该反相输入端与该PWM信号产生电路连接该热电转换单元的第一端连接而获得该输入电压，该输出端与该控制单元连接，其中，该第一触发信号为低电平信号，该第二触发信号为高电平信号，当比较器比较该输入电压大于该参考电压值时，则产生该低电平信号，当比较器比较该输入电压小于该参考电压值时，则产生该高电平信号。
7.一种电子装置，包括热能利用电路以及耗电元件，该热能利用电路用于将热能转换成电能而为耗电元件供电，该热能利用电路包括一热电转换单元，该热电转换单元用于将热能转换成电能，其特征在于，该热能利用电路还包括：
PWM信号产生单元，连接于该热电转换单元以及耗电元件之间，用于PWM信号产生单元，包括第一端与第二端，其中第一端电连接于该热电转换单元，第二端连接该耗电元件，该PWM信号产生单元用于将热电转换单元产生的电能转换成PWM电压信号而为该耗电元件供电；
比较单元，与该PWM信号产生单元的第一端连接，用于获取该耗电元件的输入电压，该比较单元并将该输入电压与一参考电压值进行比较，在比较该输入电压大于参考电压值时产生第一触发信号，在比较该输入电压小于参考电压值时产生第二触发信号；以及
控制单元，与该比较单元以及该PWM信号产生电路连接，用于在接收第一触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比，并用于在接收到该第二触发信号时控制该PWM信号产生单元增大所输出的PWM电压信号的占空比。
8.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该PWM信号产生电路包括一开关，该开关电连接于该热电转换单元的输出端以及耗电元件之间，该控制单元与该开关连接，用于输出相应的信号控制该开关的导通截止，而使得该PWM信号产生电路产生该PWM电压信号，其中，该控制单元控制该开关的导通截止的时间不同而调节PWM电压信号的占空比。
9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，开关为一MOS管，该控制单元与该MOS管的栅极连接，该控制单元用于交替输出高电平与低电平而控制该MOS管交替导通与截止而产生该PWM电压信号，该控制单元并通过改变输出高电平与低电平的持续时间而改变该MOS管的导通截止时间从而改变PWM电压信号的占空比。
10.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该比较单元包括一比较器，该比较器包括正相输入端、反相输入端以及输出端，其中该正相输入端用于接收该参考电压值，该反相输入端与该PWM信号产生电路连接该热电转换单元的输出端的端子连接而获得该输入电压，该输出端与该控制单元连接，其中，该第一触发信号为低电平信号，该第二触发信号为高电平信号，当比较器比较该输入电压大于该参考电压值时，则产生该低电平信号，当比较器比较该输入电压小于该参考电压值时，则产生该高电平信号。
11.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该电子装置为手机、电子书、电脑中的一种。
12.一种热能利用方法，包括步骤：
将热能转换成电能，并通过PWM信号产生电路转换成PWM电压信号为耗电元件供电；
获得耗电元件的输入电压，并将该输入电压与参考电压值进行比较；
若比较该输入电压大于参考电压值，则控制增大PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比；
若比较该输入电压小于参考电压值，则控制降低PWM信号产生电路输出的PWM电压信号的占空比。
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