CN105716363A - 半导体制冷设备及其供电电源和供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体制冷设备及其供电电源和供电控制方法，本发明半导体制冷设备的供电电源包括至少两个额定功率不同的功率输出模块，并通过电子开关选择半导体制冷模块所需供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电，因而，半导体制冷模块始终是以能够保证其正常工作的最小额定功率的功率输出模块供电，其它功率输出模块则处于关闭状态，因而，本发明可以大大降低制冷设备的能耗，提高整机的能效指标。

Description

半导体制冷设备及其供电电源和供电控制方法

技术领域

本发明属于制冷设备技术领域，特别是一种半导体制冷设备及其供电电源和供电控制方法。

背景技术

半导体制冷设备一般包括半导体制冷模组和供电电源，供电电源为半导体制冷模组供电，通过调节供电电源输出电压的大小，实现半导体制冷模组的制冷量的改变。现有半导体制冷设备的供电电源为了满足半导体制冷模组的制冷量需求，一般仅仅设置有一个大功率电源。然而，半导体制冷模组在达到制冷量需求后，仅需要一个较小工作电压用于维持所需冷量的消耗，此时，只需要采用一个小功率电源便能够维持半导体制冷模组的正常工作，而现有技术仍然采用大功率电源进行供电，则会导致大功率电源能效降低，不利于节约电能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体制冷设备的供电电源，在满足半导体制冷设备的制冷需求的同时大大降低了半导体制冷设备的能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种半导体制冷设备的供电电源，所述供电电源为制冷设备的半导体制冷模组供电，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块、冷端散热器和热端散热器，所述供电电源包括：

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于为半导体制冷模块供电；

电子开关，用于选择功率输出模块为所述半导体制冷模块供电，所述电子开关选择的功率输出模块为能够输出半导体制冷模块所需供电电压U的额定功率小的功率输出模块。

优选的，所述供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块和额定功率大的第二功率输出模块。

进一步的，所述第一功率输出模块输出的电压范围为（Umin，Ubest），所述第二功率输出模块输出的电压范围为（Ubest，Umax），其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

更进一步的，所述Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

所述Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

基于上述供电电源的设计，本发明还提出了一种半导体制冷设备的供电控制方法，

确定半导体制冷模块所需的供电电压U；

电子开关选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

当半导体制冷设备包括多个温区时，所述供电控制方法为：

确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压；

若多个温区所需的供电电压在同一功率输出模块输出电压范围内，则所述功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

功率输出模块包括第一功率输出功率和第二输出功率时，所述控制方法为：

确定半导体制冷模块所需的供电电压U；

若供电电压U≤Ubest，电子开关选择第一功率输出模块为所述半导体制冷模块供电；

若供电电压U＞Ubest，电子开关选择第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

进一步半导体制冷设备包括多个温区是，所述供电控制方法为：

确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压；

若多个温区所需的供电电压在第一功率输出模块输出电压范围内，则第一功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电；

若多个温区所需的供电电压在第二功率输出模块输出电压范围内，则第二功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

基于上述供电控制方法的设计，本发明还一种半导体制冷设备，所述制冷设备包括：

控制器，用于确定半导体制冷模块所需的供电电压U，输出控制信号至电子开关，输出电压控制信号至功率输出模块；

电子开关，用于根据控制器输出的控制信号动作，选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电；

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于根据控制器输出的电压控制信号输出供电电压U，为所述半导体制冷模块供电；

至少一组半导体制冷模块，用于接收功率输出模块输出的供电电压U，产生相应的制冷量制冷。

半导体制冷设备包括多个温区时，所述制冷设备包括：

控制器，用于分别确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压，输出控制信号至电子开关，输出电压控制信号至功率输出模块，若多个温区所需的供电电压在同一功率输出模块输出的电压范围内，则输出功率输出模块对应的所需的供电电压最大值的电压控制信号至功率输出模块；

电子开关，用于根据控制器输出的控制信号动作，选择能够输出所需的供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电；

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于根据控制器输出的电压控制信号输出供电电压或者输出供电电压最大值，为所述半导体制冷模块供电；

每个温区对应的至少一组半导体制冷模块，用于接收供电电压或供电电压最大值，产生相应的制冷量为所述温区制冷。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明半导体制冷设备的供电电源包括至少两个额定功率不同的功率输出模块，并通过电子开关选择半导体制冷模块所需供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电，因而，半导体制冷模块始终是以能够保证其正常工作的最小额定功率的功率输出模块供电，其它功率输出模块则处于关闭状态，因而，本发明可以大大降低制冷设备的能耗，提高整机的能效指标。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例供电电源的原理框图。

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷模块的供电电压与制冷效率及制冷量关系的示意性曲线图。

图3是根据本发明一个实施例的电源效率比较示意图。

图4是根据本发明一个实施例供电方法的流程图。

图5是根据本发明一个实施例以较高制冷效率快速获得最大制冷量且将半导体制冷设备间室的平均温度精确控制到设定的目标温度的示意性曲线图。

图6是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意性框图。

图7是根据本发明另一个实施例供电电源的原理框图。

图8是根据本发明另一个实施例供电方法的流程图。

图9是根据本发明另一个实施例的半导体制冷设备的示意性框图。

图10是根据本发明另一个实施例的半导体制冷设备的示意性框图。

图11是根据本发明一个实施例半导体制冷设备内胆与半导体制冷模组组装结构及温区分布示意图。

图12是图1的侧视图。

图13是根据本发明一个实施例制冷供电步骤中供电控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

具体实施例1：

本实施例以能够实现单温区的半导体制冷设备为例进行说明，实现单温区的半导体制冷设备包括一个间室形成的单温区，该温区由至少一个半导体制冷模块产生制冷量制冷形成。本实施例提出了一种为单温区半导体制冷设备供电的供电电源，采用此种供电电源的供电方法以及供电设备，下面分别进行具体说明：

本实施例提出的半导体制冷设备的供电电源包括：

至少两个额定功率不同的功率输出模块；

电子开关，用于选择功率输出模块为半导体制冷模块供电，其中，电子开关选择的功率输出模块为能够输出半导体制冷模块所需供电电压U的额定功率小的功率输出模块，电子开关可采用晶闸管、光电开关、继电器等器件实现。

本实施例半导体制冷模组始终是以能够保证其正常工作的最小额定功率的功率输出模块供电，其它功率输出模块则处于关闭无功耗状态，因而，可以大大降低制冷设备的能耗，提高整机的能效指标。

具体的，本实施例以供电电源包括两个额定功率不同的功率输出模块为例进行说明，当然，供电电源包括多个额定功率不同的功率输出模块的实现原理与此两个额定功率不同的功率输出模块类似并且能够实现本发明的目的，均在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本实施例的供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块101和额定功率大的第二功率输出模块102，第一功率输出模块101输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块102输出的电压范围为（Ubest，Umax）。

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块104的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

若半导体制冷模块104所需供电电压U≤Ubest，通过电子开关103控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块104供电的电路闭合，第二功率输出模块102给半导体制冷模块104供电的电路断开，第一功率输出模块101输出供电电压U为半导体制冷模块104供电，半导体制冷模块104为单温区制冷，当然，半导体制冷模块104可以设置有多个，多个半导体制冷模块104共同为单温区制冷。

若半导体制冷模块104所需供电电压U＞Ubest，通过电子开关103控制第二功率输出模块101给半导体制冷模块104供电的电路闭合，第一功率输出模块101给半导体制冷模块104供电的电路断开，第二功率输出模块102输出供电电压U为半导体制冷模块104供电，半导体制冷模块104为单温区制冷，当然，半导体制冷模块104可以设置有多个，多个半导体制冷模块104共同为单温区制冷。

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷模块的供电电压与制冷效率及制冷量关系的示意性曲线图。如图2所示，根据供电电压U与制冷效率的关系，可将供电电压U划分为4个区域：第一非经济区401、高效区402、高制冷量区403、第二非经济区404。第一非经济区401的制冷量非常小，基本上不能满足半导体制冷设备的最低制冷需求；第二非经济区404中虽然半导体的制冷量本身可能满足半导体制冷设备的最低制冷需求，但是由于此区域所需的供电电压U高，功耗要比高效区402和高制冷量区403高很多；因此在本发明的实施例中，不使用第一非经济区401和第二非经济区404的供电电压U为半导体制冷模块供电，而是使半导体制冷模块的供电电压U位于高效区402和高制冷量区403。也就是说，在本发明的实施例中，将根据对半导体制冷设备制冷效率的要求，根据实验确定所用半导体制冷模块供电电压的最大值（即最大供电电压Umax）和最小值（即最小供电电压Umin），使半导体制冷模块的工作电压位于这两个值所限定的高效区402和高制冷量区403内。

如图2所示，最大供电电压Umax可通过实验选取为最大制冷量电压Umax-cold。最小供电电压Umin可通过实验选取为第一经济区401与高效区402划界的供电电压，即最小制冷量电压Umin-cold。在本发明的一些替代性实施例中，最小供电电压Umin也可略低于满足半导体制冷设备最小制冷量电压Umin-cold。

此外，如本领域技术人员根据图2可认识到的，最高效率电压Ubest可经实验得到，其值显然处于最大制冷量电压Umax-cold和最小制冷量电压Umin-cold之间。

图3为第一功率输出模块（小功率电源）输出Umin-Ubest范围的电压、第二功率输出模块输出Ubest-Umax范围的电压与第二功率输出模块（大功率电源）输出Umin-Umax范围的电压时的效率比较示意图。如图3所示，第一功率输出模块的输出电压在Umin-Ubest时的效率最高，第二功率输出模块的输出电压在Ubest-Umax时的效率最高。当单独使用第二功率输出模块时，即只采用大功率电源供电，则其在输出电压小于Ubest时效率下降明显，损耗较大。

因而，本实施例采用第一功率输出模块和第二功率输出模块切换供电的方式，即当输出电压在Ubest以下时，采用效率高的小功率电源进行供电，当需要输出电压在Ubest以上时采用效率高的大功率电源供电，这样可以保证在需求的整个功率范围内都可以使小功率电源和大功率电源均工作在较高转换效率的工况之下，大大降低了能耗。

基于上述半导体制冷设备的供电电源的设计，本实施例还提出了一种半导体制冷设备的供电控制方法，图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的温度控制方法的流程图。在图4所示的实施例中，该供电方法可包括：

数据获取步骤S101，获取制冷设备单温区的平均温度Tr与预设的目标温度Ts的温差△T；

制冷量需求供电电压获取步骤S102，根据温差△T确定向所述半导体制冷模块供电的供电电压U。

本实施例根据预设的PID调节规则,按公式U=UPID(△T)+Ubest确定的供电电压U向制冷设备的半导体制冷模块供电。其中，Ubest为使得半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压，UPID(△T)为根据PID调节规则对温差△T进行运算得出的数值。

图5是根据本发明一个实施例以较高制冷效率快速获得最大制冷量且将半导体制冷设备间室（温区）的平均温度精确控制到设定的目标温度的示意性曲线图。如图5所示，本实施例的PID调节规则可以被设置成：当温差△T大于等于预设的温差阈值△Tthd时，使得供电电压U等于最大制冷量电压Umax-cold，这样能对间室进行迅速降温；当温差△T降低到温差阈值△Tthd时，使得供电电压U开始从最大制冷量电压Umax-cold下降，这样不再以较大的供电电压对半导体制冷模块进行供电，能够避免半导体制冷设备内的温度降低到远低于预设定值的温度而造成不良制冷效果。在制冷供电步骤S102中，可以按此规则对半导体制冷模块进行供电。

本实施例的PID调节规则还包括：当温差△T首次降低到零值后，使得供电电压经历波动变化，以使温差△T等于或趋于零值的供电电压向所述半导体制冷模块供电。在制冷供电步骤S102中，可按此规则对半导体制冷模块进行供电。这样能够使得供电电压U最终稳定在最高效率电压Ubest附近。

制冷供电步骤S103：电子开关选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电。本实施例中电子开关选择能够输出供电电压U的第一功率输出模块或第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

第一功率输出模块的额定功率为50W，输出电压范围为（Umin，Ubest）；

第二功率输出模块的额定功率为200W，输出电压范围为（Ubest，Umax）；

Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

因而，当根据温差△T确定向所述半导体制冷模块供电的供电电压U后

若U≤Ubest时，控制第一功率输出模块为半导体制冷模块供电；

若U＞Ubest时，控制第二功率输出模块为半导体制冷模块供电。

步骤S103结束后，重复步骤S101。

图6是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意性框图。在图6所示的实施例中，提供了一种半导体制冷设备，该制冷设备包括：

控制器105，用于根据单温区的平均温度Tr与预设的目标温度Ts的温差△T确定半导体制冷模块所需的供电电压U，输出控制信号至电子开关，输出电压控制信号至功率输出模块。单温区的平均温度Tr由单温区的温度传感器106采集，预设的目标温度Ts由温度设定模块107设定。

电子开关103，用于根据控制器105输出的控制信号动作，选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块104供电，本实施例中电子开关103选择第一功率输出模块101或第二功率输出模块102为半导体制冷模块104供电。

额定功率小的第一功率输出模块101和额定功率大的第二功率输出模块102，第一功率输出模块101输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块102输出的电压范围为（Ubest，Umax）；

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块104的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

若供电电压U≤Ubest，则控制器105输出控制信号至电子开关103，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块104供电的电路闭合，第二功率输出模块102给半导体制冷模块104供电的电路断开；

若供电电压U＞Ubest，则控制器105输出控制信号至电子开关103，控制第二功率输出模块102给半导体制冷模块104供电的电路闭合，第一功率输出模块101给半导体制冷模块104供电的电路断开。

至少一组半导体制冷模块104，用于接收功率输出模块输出的供电电压U，产生相应的制冷量制量为单温区制冷。

在本发明的一个实施例中，该半导体制冷设备还可以包括间室温度传感器502、温度设定模块503。其中，间室温度传感器502检测半导体制冷设备间室的平均温度Tr；温度设定模块503设定半导体制冷设备间室内所要达到的目标温度Ts。

具体实施例2：

本实施例以能够实现多温区的半导体制冷设备为例进行说明，多温区半导体制冷设备可以是冰箱、酒柜、冷柜以及冰吧等。例如，酒柜中会根据不同的酒品类别进行分类储存，比如红葡萄酒适宜的温区是10-18℃；白葡萄酒适宜的温区是5-10℃；香槟酒则是3-5℃。而冰吧产品需要的温区范围会更加宽广，区分为水果区，蔬菜区，酒品区，茶叶区等等。半导体制冷设备包括至少两个彼此隔热的内胆，每个内胆内部形成一个间室，每个间室形成一个温区，每个温区由至少一个半导体制冷模块产生制冷量制冷形成。内胆由半导体制冷模组制冷，半导体制冷模组包括半导体制冷模块、冷端散热器和热端散热器，冷端散热器连接在半导体制冷模块的冷端，热端散热器连接在半导体制冷模块的热端，冷端散热器还与内胆连接，为内胆提供制冷量。本发明的半导体制冷模组可以根据需要独立工作，并且通过冷端散热器在内胆的分布，获得各种适宜温度的温区。

本实施例以两个内胆形成两个温区为例进行说明：

如图11、12所示，本实施例半导体制冷设备包括两个内胆205、两组半导体制冷模组。半导体制冷模组包括半导体制冷模块201、202，冷端散热器203、204和热端散热器（图中未示出），冷端散热器203连接在半导体制冷模块201的冷端，冷端散热器204连接在半导体制冷模块202的冷端，热端散热器均连接在半导体制冷模块201和202的热端。两个内胆205之间通过隔热层208实现隔热，冷端散热器203连接在上内胆205上，为上内胆205提供制冷量，形成温区1；冷端散热器204连接在下内胆205上，为下内胆205提供制冷量，形成温区2。

本实施例提出了一种为多温区半导体制冷设备供电的供电电源，采用此种供电电源的供电方法以及供电设备，下面分别进行具体说明：

本实施例提出的半导体制冷设备的供电电源包括：

至少两个额定功率不同的功率输出模块；

电子开关，用于选择功率输出模块为半导体制冷模块供电，其中，电子开关选择的功率输出模块为能够输出半导体制冷模块所需供电电压U的额定功率小的功率输出模块，电子开关可采用晶闸管、光电开关、继电器等器件实现。

因而，半导体制冷模组始终是以能够保证其正常工作的最小额定功率的功率输出模块供电，其它功率输出模块则处于关闭无功耗状态，因而，本发明可以大大降低制冷设备的能耗，提高整机的能效指标。

具体的，本实施例以供电电源包括两个额定功率不同的功率输出模块为例进行说明，当然，供电电源包括多个额定功率不同的功率输出模块的实现原理与此两个额定功率不同的功率输出模块类似并且能够实现本发明的目的，均在本发明的保护范围之内。

如图7所示，本实施例的供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块101和额定功率大的第二功率输出模块102，其中，第一功率输出模块101输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块102输出的电压范围为（Ubest，Umax）。

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

本实施例以半导体制冷模块201制冷形成温区1、半导体制冷模块202制冷形成温区2为例进行说明：

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，控制电子开关103的状态，K1闭合、K2断开、K3闭合、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201对温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，控制电子开关103的状态，K1断开、K2闭合、K3断开、K4闭合，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201为温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2断开、K3闭合、K4闭合，控制第二功率输出模块102给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201为温区1、202为温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2闭合、K3断开、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201为温区1制冷、202为温区2制冷。

当然，本发明能够实现的温区数目并不限制在两个，可根据实际情形设置n个内胆，从而形成n个温区，每个温区对应有半导体制冷模块，相应的半导体制冷模块与第一功率输出模块101和第二功率输出模块102之间增设控制供电电路通断的电子开关即可实现，如图10所示，其实现原理与两个温区类似，均在本发明的保护范围之内。

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷模块的供电电压与制冷效率及制冷量关系的示意性曲线图。如图2所示，根据供电电压U与制冷效率的关系，可将供电电压U划分为4个区域：第一非经济区401、高效区402、高制冷量区403、第二非经济区404。第一非经济区401的制冷量非常小，基本上不能满足半导体制冷设备的最低制冷需求；第二非经济区404中虽然半导体的制冷量本身可能满足半导体制冷设备的最低制冷需求，但是由于此区域所需的供电电压U高，功耗要比高效区402和高制冷量区403高很多；因此在本发明的实施例中，不使用第一非经济区401和第二非经济区404的供电电压U为半导体制冷模块供电，而是使半导体制冷模块的供电电压U位于高效区402和高制冷量区403。也就是说，在本发明的实施例中，将根据对半导体制冷设备制冷效率的要求，根据实验确定所用半导体制冷模块供电电压的最大值（即最大供电电压Umax）和最小值（即最小供电电压Umin），使半导体制冷模块的工作电压位于这两个值所限定的高效区402和高制冷量区403内。

如图2所示，最大供电电压Umax可通过实验选取为最大制冷量电压Umax-cold。最小供电电压Umin可通过实验选取为第一经济区401与高效区402划界的供电电压，即最小制冷量电压Umin-cold。在本发明的一些替代性实施例中，最小供电电压Umin也可略低于满足半导体制冷设备最小制冷量电压Umin-cold。

此外，如本领域技术人员根据图2可认识到的，最高效率电压Ubest可经实验得到，其值显然处于最大制冷量电压Umax-cold和最小制冷量电压Umin-cold之间。

图3为第一功率输出模块（小功率电源）输出Umin-Ubest范围的电压、第二功率输出模块输出Ubest-Umax范围的电压与第二功率输出模块（大功率电源）输出Umin-Umax范围的电压时的效率比较示意图。如图3所示，第一功率输出模块的输出电压在Umin-Ubest时的效率最高，第二功率输出模块的输出电压在Ubest-Umax时的效率最高。当单独使用第二功率输出模块时，即只采用大功率电源供电，则其在输出电压小于Ubest时效率下降明显，损耗较大。

因而，本实施例采用第一功率输出模块和第二功率输出模块切换供电的方式，即当输出电压在Ubest以下时，采用小功率电源进行供电，当需要输出电压在Ubest以上时采用大功率电源供电，这样可以保证在需求的整个功率范围内都可以使小功率电源和大功率电源均工作在较高转换效率的工况之下，大大降低了能耗。

基于上述半导体制冷设备的供电电源的设计，本实施例还提出了一种半导体制冷设备的供电控制方法，图8是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的温度控制方法的流程图。在图8所示的实施例中，该供电方法可包括：

数据获取步骤S101，分别获取温区1的平均温度Tr1与预设的目标温度Ts1的温差△T1，温区2的平均温度Tr2与预设的目标温度Ts2的温差△T2；

制冷量需求供电电压获取步骤S102，根据温差△T1、△T2确定向所述半导体制冷模块供电的供电电压U1、U2。

本实施例根据预设的PID调节规则,按公式U=UPID(△T)+Ubest确定的供电电压U1、U2向半导体制冷模块201、202供电。其中，Ubest为使得半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压，UPID(△T)为根据PID调节规则对温差△T进行运算得出的数值。

图5是根据本发明一个实施例的温度控制方法以较高制冷效率快速获得最大制冷量且将半导体制冷设备间室的平均温度精确控制到设定的目标温度的示意性曲线图。如图5所示，本实施例的PID调节规则可以被设置成：当温差△T大于等于预设的温差阈值△Tthd时，使得供电电压U等于最大制冷量电压Umax-cold，这样能对间室进行迅速降温；当温差△T降低到温差阈值△Tthd时，使得供电电压U开始从最大制冷量电压Umax-cold下降，这样不再以较大的供电电压对半导体制冷模块进行供电，能够避免半导体制冷设备内的温度降低到远低于预设定值的温度而造成不良制冷效果。

制冷供电步骤S103：电子开关选择能够输出供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电，若多个温区所需的供电电压在第一功率输出模块输出电压范围内，则第一功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电；若多个温区所需的供电电压在第二功率输出模块输出电压范围内，则第二功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

本实施例中电子开关选择能够输出供电电压的第一功率输出模块、第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

第一功率输出模块的额定功率为50W，输出电压范围为（Umin，Ubest）；

第二功率输出模块的额定功率为200W，输出电压范围为（Ubest，Umax）；

Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

因而，当根据温区1的温差△T1、温区2的温差△T2确定向所述半导体制冷模块201供电的供电电压U1，向所述半导体制冷模块202供电的额供电电压U2后：

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2断开、K3闭合、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201为温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2闭合、K3断开、K4闭合，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201对温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2断开、K3闭合、K4闭合，控制第二功率输出模块102给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201对温区1制冷、202对温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2闭合、K3断开、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201对温区1制冷、202对温区2制冷。

步骤S103结束后，重复步骤S101。

如图13所示，在制冷供电步骤S103中还包括以下步骤：

S1031，判断△T1是否为0？若△T1为0，进入步骤S1032。

S1032，控制供电电源为第1间室的半导体制冷模块供电的电路断开。

S1033，判断△T2是否为0？若△T2为0，进入步骤S1034。

S1034，控制供电电源为第2间室的半导体制冷模块供电的电路断开。

S1035，判断△T1、△T2是否均为0，若是，进入步骤S1036。

S1036，确定维持电压Ukeep为第1间室和第2间室供电，所述维持电压Ukeep为维持冷量消耗所需的电压。

S1037，判断△T1或△T2＞设定值？设定值为0或接近0的较小值，若是，进入步骤S101。

图9是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意性框图。在图9所示的实施例中，提供了一种半导体制冷设备，该制冷设备包括：

控制器105，用于根据制冷设备每个温区的平均温度Tr与预设的目标温度Ts的温差△T确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压U，输出控制信号至电子开关103，输出电压控制信号至功率输出模块，若多个温区所需的供电电压在同一功率输出模块输出的电压范围内，则输出功率输出模块对应的所需的供电电压最大值的电压控制信号至功率输出模块。每个温区的平均温度Tr由每个温区的温度传感器106采集，每个温区预设的目标温度Ts由每个温区的温度设定模块107设定。

电子开关103，用于根据控制器105输出的控制信号动作，选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块104供电，本实施例中电子开关103选择第一功率输出模块101或第二功率输出模块102为半导体制冷模块201、202供电。

额定功率小的第一功率输出模块101和额定功率大的第二功率输出模块102，第一功率输出模块101输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块102输出的电压范围为（Ubest，Umax）；

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块104的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2断开、K3闭合、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201为温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2闭合、K3断开、K4闭合，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U2为半导体制冷模块202供电，半导体制冷模块202为温区2制冷，当然，半导体制冷模块202可以设置有多个，多个半导体制冷模块202共同为温区2制冷。第二功率输出模块102给半导体制冷模块201供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1为半导体制冷模块201供电，半导体制冷模块201对温区1制冷，当然，半导体制冷模块201可以设置有多个，多个半导体制冷模块201共同为温区1制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2断开、K3闭合、K4闭合，控制第二功率输出模块102给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第二功率输出模块102输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201对温区1制冷、202对温区2制冷。

若半导体制冷模块201所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块202所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2闭合、K3断开、K4断开，控制第一功率输出模块101给半导体制冷模块201、202供电的电路闭合，第一功率输出模块101输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块201、202供电，半导体制冷模块201对温区1制冷、202对温区2制冷。

至少一组半导体制冷模块201，用于接收功率输出模块输出的供电电压，产生相应的制冷量制冷，形成温区1。

至少一组半导体制冷模块202，用于接收功率输出模块输出的供电电压，产生相应的制冷量制冷，形成温区2。

在本发明的一个实施例中，该半导体制冷设备每个温区均包括间室温度传感器502、温度设定模块503。其中，每个温区的温度传感器502检测每个半导体制冷设备间室的平均温度；每个温区的温度设定模块503设定半导体制冷设备间室内所要达到的目标温度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种半导体制冷设备的供电电源，所述供电电源为制冷设备的半导体制冷模组供电，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块、冷端散热器和热端散热器，其特征在于，所述供电电源包括：

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于为半导体制冷模块供电；

电子开关，用于选择功率输出模块为所述半导体制冷模块供电，所述电子开关选择的功率输出模块为能够输出半导体制冷模块所需供电电压U的额定功率小的功率输出模块。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷设备的供电电源，其特征在于，所述供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块和额定功率大的第二功率输出模块。

3.根据权利要求2所述的半导体制冷设备的供电电源，其特征在于，所述第一功率输出模块输出的电压范围为（Umin，Ubest），所述第二功率输出模块输出的电压范围为（Ubest，Umax），其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

4.根据权利要求3所述的半导体制冷设备的供电电源，其特征在于：

所述Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

所述Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

5.一种半导体制冷设备的供电控制方法，所述半导体制冷设备的供电电源为权利要求1-4任意一项所述的供电电源，其特征在于，所述控制方法为：

确定半导体制冷模块所需的供电电压U；

电子开关选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

6.根据权利要求5所述的半导体制冷设备的供电控制方法，所述半导体制冷设备包括多个温区，其特征在于，所述供电控制方法为：

确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压；

若多个温区所需的供电电压在同一功率输出模块输出电压范围内，则所述功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

7.根据权利要求5所述的半导体制冷设备的供电控制方法，其特征在于，所述控制方法为：

确定半导体制冷模块所需的供电电压U；

若供电电压U≤Ubest，电子开关选择第一功率输出模块为所述半导体制冷模块供电；

若供电电压U＞Ubest，电子开关选择第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

8.根据权利要求7所述的半导体制冷设备的供电控制方法，半导体制冷设备包括多个温区，其特征在于，所述供电控制方法为：

确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压；

若多个温区所需的供电电压在第一功率输出模块输出电压范围内，则第一功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电；

若多个温区所需的供电电压在第二功率输出模块输出电压范围内，则第二功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

9.一种半导体制冷设备，其特征在于：所述制冷设备包括：

控制器，用于确定半导体制冷模块所需的供电电压U，输出控制信号至电子开关，输出电压控制信号至功率输出模块；

电子开关，用于根据控制器输出的控制信号动作，选择能够输出供电电压U的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电；

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于根据控制器输出的电压控制信号输出供电电压U，为所述半导体制冷模块供电；

至少一组半导体制冷模块，用于接收功率输出模块输出的供电电压U，产生相应的制冷量制冷。

10.一种半导体制冷设备，所述半导体制冷设备包括多个温区，其特征在于：所述制冷设备包括：

控制器，用于分别确定每个温区的半导体制冷模块所需的供电电压，输出控制信号至电子开关，输出电压控制信号至功率输出模块，若多个温区所需的供电电压在同一功率输出模块输出的电压范围内，则输出功率输出模块对应的所需的供电电压最大值的电压控制信号至功率输出模块；

电子开关，用于根据控制器输出的控制信号动作，选择能够输出所需的供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电；

至少两个额定功率不同的功率输出模块，用于根据控制器输出的电压控制信号输出供电电压或者输出供电电压最大值，为所述半导体制冷模块供电；

每个温区对应的至少一组半导体制冷模块，用于接收供电电压或供电电压最大值，产生相应的制冷量为所述温区制冷。