CN109405378A - 一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器 - Google Patents

一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器 Download PDF

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Abstract

一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器。该方法包括如下步骤：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制器控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。本发明的控制方式保证半导体制冷片工作在制冷效率最高状态，工作效率更高，同时，可以降低电功率消耗。

Description

一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器。
背景技术
为了保护内部各种电力设备，电力公司在潮湿地区的电力柜体中采用微型除湿器进行除湿，除湿器中的核心器件为半导体制冷片。但半导体制冷片的工作状态较为复杂，简单的驱动电路并不适用。
目前有几种模式用于对半导体制冷片的控制，如固定电压下PWM占空比调节模式、恒流模式下PWM占空比调节模式等，但都存在工作效率低、消耗电功率大等问题，因此，如何保证半导体制冷片工作在最佳状态成为现有技术亟待解决的难题。
发明内容
本发明提供一种半导体制冷片的工作控制方法和除湿器，解决现有半导体制冷片的控制方法中存在的工作效率低、消耗电功率大的问题。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种半导体制冷片的工作控制方法，包括如下步骤：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制器控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
优选的，所述控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态，包括：控制器基于PID算法计算半导体制冷片工作在制冷效率最高状态下的工作电流，使自适应电源的输出电流调整为所述工作电流。
优选的，所述当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态之前，还包括如下步骤：当湿度感应器感应到的环境湿度值大于或等于70%时，控制器控制自适应电源输出电能，使半导体制冷片开始工作。
优选的，半导体制冷片工作在最大制冷量状态时，自适应电源输出的电压为12V，半导体制冷片工作在过渡状态时，自适应电源输出的电压为12-5V。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种除湿器，包括半导体制冷片、设置在半导体制冷片上的多个温度感应器、用于向半导体制冷片供电的自适应电源以及分别与温度感应器和自适应电源相连的控制器；控制器用于执行如下操作：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
本发明的有益效果是，本发明使半导体制冷片的工作电流从最大制冷量电流逐渐降低，并基于PID控制，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。这种控制方式保证半导体制冷片工作在制冷效率最高状态，工作效率更高，同时，工作电流从最大制冷量电流逐渐降低的方式，可以降低电功率消耗。
附图说明
图1为一种实施例的半导体制冷片工作特性曲线图；
图2为本发明一种实施例的半导体制冷片的工作控制方法的流程图；
图3为本发明一种实施例的半导体制冷片两端电压波形图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
根据热力学制冷原理及半导体制冷原理，得出以下公式：
P=Q+W，ε=Q/W，其中，P为半导体制冷片热端发热量，Q为半导体制冷片冷端制冷量，W为半导体制冷片电功率，ε为制冷效率。即半导体制冷片热端的发热量等于冷端制冷量加上制冷过程中耗费的电功率。ε的高低决定制冷效果的好坏。半导体制冷片工作特性曲线如图1所示。
半导体制冷量Q、电功率W和制冷效率ε都是电流与温差△T的函数。当△T稳定时，Q、W和ε只是与电流I有关。从图1中可以确定、、及其对应的电流值、和，同时可以得出：
制冷量Q和工作电流I按二次抛物线的规律变化，在电流为时,Q达到极大值,电功率W也是工作电流I的二次函数，随I的平方关系增大,制冷效率ε在工作电流很小时，ε值急剧增大至值，然后快速下降直至趋于零。
本发明实施例提供一种半导体制冷片的工作控制方法，该方法应用于除湿器的半导体制冷片上。其硬件结构如下：包括半导体制冷片、设置在半导体制冷片上的多个温度感应器、用于向半导体制冷片供电的自适应电源以及分别与温度感应器和自适应电源相连的控制器，温度传感器用于获取半导体制冷片上的温度，并且在半导体制冷片冷热两端至少设置一个温度感应器，从而可以获得温差。
如图2所示，其包括如下步骤：
S101：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态。
半导体制冷片冷热两端至少设置一个温度感应器，将两端的温度感应器获取到的温度进行求差，得到半导体制冷片冷热两端温差，当该温差超过预定温差时，说明半导体制冷片还未达到理想的工作状态，此时，控制器向自适应电源发出控制信号，控制自适应电源输出最大制冷量电流，在该电流下，半导体制冷片将满负荷工作，处于图1中的Qmax状态。其中，该最大制冷量电流可以提前算出，并存储在控制器中。
S102：当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制器控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态。
随着半导体制冷片的满负荷工作，其冷热两端的温差逐渐趋于恒定，当在一定温差范围内保持稳定时，控制器控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态，其负荷量逐渐减小。
S103：当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
预定电流值是半导体制冷片工作在制冷效率最高状态是的一个参考值，在此状态下，PID控制器可以监测半导体制冷片冷端制冷量和半导体制冷片电功率，进而计算制冷效率ε。向PID控制器输入半导体制冷片的电流值，进而输出制冷效率最高状态时半导体制冷片所应有的电流值，即最佳工作电流，并根据实际电流的变动，使半导体制冷片始终工作在制冷效率最高状态。
如图3所示，半导体制冷片的电流变化与图中的电压变化同步，在阶段1时，大电流通过，让制冷片满负荷工作；在阶段2时，让制冷片工作电流降低，处于过渡状态；在阶段3时，通过PID技术让制冷片一直处于高效率状态。由于实际工作过程中的因素干扰，最佳工作电流是随时间而变化的一个动态值。其中，半导体制冷片工作在最大制冷量状态时，自适应电源输出的电压为12V，半导体制冷片工作在过渡状态时，自适应电源输出的电压为12-5V。
在一种实施例中，步骤S101之前，还包括如下步骤：当湿度感应器感应到的环境湿度值大于或等于70%时，控制器控制自适应电源输出电能，使半导体制冷片开始工作。
控制器还连接有湿度感应器，湿度感应器用于感应除湿器所处的湿度环境，当环境湿度值大于或等于70%时，说明环境湿度较大，需要进行除湿，则启动除湿器，使半导体制冷片进行工作，继而进入阶段1。
本发明实施例还提供一种除湿器，包括半导体制冷片、设置在半导体制冷片上的多个温度感应器、用于向半导体制冷片供电的自适应电源以及分别与温度感应器和自适应电源相连的控制器，当然，还包括外壳等其他部件。其中，控制器用于执行如下操作：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (5)

1.一种半导体制冷片的工作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；
当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制器控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；
当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述控制器基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态，包括：控制器基于PID算法计算半导体制冷片工作在制冷效率最高状态下的工作电流，使自适应电源的输出电流调整为所述工作电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制器控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态之前，还包括如下步骤：
当湿度感应器感应到的环境湿度值大于或等于70%时，控制器控制自适应电源输出电能，使半导体制冷片开始工作。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
半导体制冷片工作在最大制冷量状态时，自适应电源输出的电压为12V，半导体制冷片工作在过渡状态时，自适应电源输出的电压为12-5V。
5.一种除湿器，其特征在于：
包括半导体制冷片、设置在半导体制冷片上的多个温度感应器、用于向半导体制冷片供电的自适应电源以及分别与温度感应器和自适应电源相连的控制器；控制器用于执行如下操作：当半导体制冷片冷热两端温差大于预定温差时，控制自适应电源输出最大制冷量电流，使半导体制冷片工作在最大制冷量状态；当半导体制冷片冷热两端温差恒定时，控制自适应电源输出电流逐渐减小，使半导体制冷片工作在过渡状态；当自适应电源的输出电流减小至预定电流值时，基于PID算法调整自适应电源的输出电流，使半导体制冷片工作在制冷效率最高状态。
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