CN110445354A - 一种用于半导体温控模块的功率驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于半导体温控模块的功率驱动装置。该功率驱动装置包括电流大小控制模块、电流方向转换模块和监控保护模块；电流大小控制模块与电流方向转换模块连接；监控保护模块分别与电流大小控制模块、电流方向转换模块。该功率驱动装置一方面采用半桥接闸极驱动器和相关分立元件组成电流大小控制模块，具有电路结构简单，能够持续工作，且成本低等优点；另一方面，电流方向转换模块通过单路驱动信号控制H桥电路实现驱动电流方向的变换，具有控制端口少，可靠性高的特点；另外，监控保护模块通过响应迅速的硬件触发电路以及关断保护电路，实现了对半导体温控模块及其功率驱动装置的高效保护。

Description

一种用于半导体温控模块的功率驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于半导体温控模块的功率驱动装置，同时也涉及包括上述功率驱动装置的半导体温控模块，属于半导体温控技术领域。
背景技术
半导体热电致冷器(Thermo Electric Cooler，简称TEC)是利用半导体材料的珀尔贴效应研制的电子器件。半导体在改变电流方向的时候，半导体的制冷接触面和制热接触面会发生交换的现象，这是半导体热电致冷器的一个典型的特点。这个特点使其很方便地应用于高精度温控系统、小型恒温设备、制冷设备或散热设备中。例如，基于TEC技术的半导体温控系统已大量应用于生物、医疗等领域内的DNA检测仪、PCR仪等科学仪器中，帮助仪器实现快速、精确的温度控制。
在现有技术中，小功率的半导体温控模块驱动装置已经有了比较成熟，便于实现的技术方案。这种半导体温控模块驱动装置一般采用专用驱动芯片，例如MAX1968、MAX1978、ADN8830、LCT1923等不同型号的驱动芯片，并根据实际需求进行外围电路的配置。此类驱动芯片集成度高，效率高，体积小，但由于上述驱动芯片属于专用芯片，导致其市场量小，普遍存在价格昂贵，供货周期长，而且其驱动功率偏小，不适合中大功率驱动场合，因此，该驱动芯片的应用场合受限，市场竞争力低下。
另外，在现有的半导体温控模块驱动装置中，通常将电流方向转换和电流大小控制两项功能合成到一起由H桥电路来实现，虽然电路结构相对简单，但存在大电流方向转换时过冲大、系统保护实时性差等缺点，容易产生装置可靠性差、故障率高，以及半导体温控模块使用寿命短等问题。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于半导体温控模块的功率驱动装置。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述功率驱动装置的半导体温控模块。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于半导体温控模块的功率驱动装置，包括电流大小控制模块、电流方向转换模块和监控保护模块；所述电流大小控制模块与所述电流方向转换模块连接；所述监控保护模块分别与所述电流大小控制模块、所述电流方向转换模块连接，用于对关键位置的电流、电压以及温度进行实时监测；
所述电流大小控制模块接收来自数字信号处理器的脉冲宽度调制信号，输出持续可控的直流电流；
所述电流方向转换模块，用于接收所述数字信号处理器输出的高低电平信号，以控制所述半导体温控模块的电流方向，实现对所述半导体温控模块的制冷、制热驱动控制。
其中较优地，所述电流大小控制模块包括半桥接闸极驱动器、降压转换器和电流取样电路，所述半桥接闸极驱动器的输入端与所述数字信号处理器的脉冲宽度调制信号输出端连接，所述半桥接闸极驱动器的输出端与所述降压转换器的输入端连接，所述降压转换器的输出端与所述电流取样电路的输入端连接，所述电流取样电路分别与所述电流方向转换模块和所述监控保护模块连接。
其中较优地，所述降压转换器包括半桥电路和低通滤波电路，所述半桥电路和所述低通滤波电路的输入端分别与所述半桥接闸极驱动器的相应端口连接，所述半桥电路的输出端还与所述低通滤波电路的输入端的连接，所述低通滤波电路的输出端与所述电流取样电路连接。
其中较优地，所述半桥电路包括第一功率MOS管和第二功率MOS管，所述第一功率MOS管的栅极与所述半桥接闸极驱动器的高侧栅极驱动输出端口连接，所述第二功率MOS管的栅极与所述半桥接闸极驱动器的低侧栅极驱动输出端口连接，所述第一功率MOS管的源极和所述第二功率MOS管的漏极连接在一起后分别与所述半桥接闸极驱动器的高侧MOS管源极连接端口和所述低通滤波电路的输入端连接，所述第一功率MOS管的漏极与高端驱动电压连接，所述第二功率MOS管的源极接地。
其中较优地，所述电流方向转换模块包括电流方向控制逻辑电路、H桥电路，所述电流方向控制逻辑电路的输入端与所述数字信号处理器的高低电平输出端口连接，所述电流方向控制逻辑电路的输出端与所述H桥电路的输入端连接，所述H桥电路的输出端与所述半导体温控模块连接。
其中较优地，所述H桥电路包括第三功率MOS管、第四功率MOS管、第五功率MOS管和第六功率MOS管，所述第三功率MOS管、所述第四功率MOS管、所述第五功率MOS管和所述第六功率MOS管的栅极分别与所述电流方向控制逻辑电路和所述监控保护模块连接，所述第三功率MOS管的漏极分别与所述第五功率MOS管的漏极连接在一起后，再分别与电流取样电路和所述监控保护模块连接，所述第三功率MOS管与所述第五功率MOS管的源极分别和所述半导体温控模块连接，所述第三功率MOS管的源极还与所述第四功率MOS管的漏极连接，所述第五功率MOS管的源极还与所述第六功率MOS管漏极连接，所述第四功率MOS管和所述第六功率MOS管的源极分别接地。
其中较优地，所述电流方向控制逻辑电路包括第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、第三N沟道MOS管；所述第一N沟道MOS管Q7的漏极分别与第一电阻和第二电阻的一端、第一开关二极管的阴极连接，所述第一开关二极管的阳极分别与所述第二电阻的另一端、第二开关二极管的阳极连接，所述第二开关二极管的阴极与第一齐纳二极管的阴极连接，所述第一齐纳二极管的阳极分别与第三功率MOS管的源极、第四功率MOS管的漏极、所述半导体温控模块连接；所述第一N沟道MOS管的栅极分别与第三电阻和第四电阻的一端、第三开关二极管的阴极、所述第三N沟道MOS管的栅极、所述数字信号处理器的高低电平输出端口连接，所述第三开关二极管的阳极分别与所述第四电阻的另一端、第四功率MOS管的栅极连接；
所述第二N沟道MOS管与第五电阻、第六电阻、第四开关二极管、第五开关二极管、第二齐纳二极管、第七电阻、第八电阻、第六开关二极管的连接关系同所述第一N沟道MOS管与所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一开关二极管、所述第二开关二极管、所述第一齐纳二极管、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第三开关二极管的连接关系；
所述第二N沟道MOS管的栅极还与所述第三N沟道MOS管的漏极连接，所述第一N沟道MOS管、所述第二N沟道MOS管和所述第三N沟道MOS管的源极分别接地；所述第二电阻和所述第六电阻的另一端分别与高端驱动电压连接，所述第三电阻和所述第八电阻的另一端分别与低端驱动电压连接。
其中较优地，所述监控保护模块包括电流监测电路、电压监测电路、温度监测电路、触发电路和关断保护电路；所述电流监测电路、所述电压监测电路分别与电流取样电路连接，所述温度监测电路与所述半导体温控模块内部的温度传感器连接；所述触发电路分别与所述电流监测电路、所述电压监测电路、所述温度监测电路、所述关断保护电路连接，所述关断保护电路与所述电流方向转换模块的H桥电路连接。
其中较优地，所述电流监测电路包括电流分流监视器和第一差动比较器，所述电流分流监视器分别与电流取样电路、所述第一差动比较器连接，所述第一差动比较器与所述触发电路连接；
所述电压监测电路包括第二差动比较器，所述第二差动比较器分别与所述电流取样电路、所述电流方向转换模块的H桥电路、所述触发电路连接；
所述温度监测电路包括运算放大器和第三差动比较器，所述运算放大器分别与所述半导体温控模块内部的温度传感器、所述第三差动比较器连接，所述第三差动比较器与所述触发电路连接；其中，
所述第一差动比较器、所述第二差动比较器和所述第三差动比较器采用单路差动比较器或多路差动比较器。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种半导体温控模块，包括上述的功率驱动装置。
本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置一方面采用半桥接闸极驱动器和相关分立元件组成电流大小控制模块，具有电路结构简单，能够持续工作，且成本低等优点；另一方面，电流方向转换模块通过单路驱动信号控制H桥电路实现驱动电流方向的变换，具有控制端口少，可靠性高的特点；另外，监控保护模块通过响应迅速的硬件触发电路以及关断保护电路，实现了对半导体温控模块及其功率驱动装置的高效保护。
附图说明
图1为本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置的原理简图；
图2为本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置的原理详图；
图3为本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置中，电流方向转换模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置包括电流大小控制模块1、电流方向转换模块2和监控保护模块3；电流大小控制模块1分别与电流方向转换模块2和监控保护模块3连接；电流方向转换模块2分别与监控保护模块3和外部的半导体温控模块连接，该半导体温控模块还与监控保护模块3连接；电流大小控制模块1、电流方向转换模块2还分别与外部的DSP(数字信号处理器)的相应端口连接。
通过外部的DSP(数字信号处理器)输出单路PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号驱动电流大小控制模块1输出持续可控电流(直流电流)；并通过电流方向转换模块2接收DSP(数字信号处理器)输出的高低电平信号，以实现对外部的半导体温控模块大功率温控驱动；另外，本用于半导体温控模块的功率驱动装置还通过监控保护模块3对本用于半导体温控模块的功率驱动装置中关键位置的电流和电压及半导体温控模块中关键位置的温度进行实时监测，并能够高实时性的控制电流方向转换模块2，以实现对半导体温控模块以及本用于半导体温控模块的功率驱动装置的过流、过压和过温保护。其中，本用于半导体温控模块的功率驱动装置中关键位置的电流和电压指得是，电流大小控制模块输出的电流，及下面所述的电流方向转换模块2的H桥电路22的高端电压；半导体温控模块中关键位置的温度指的是下面所述的半导体温控模块中的温度传感器检测的温度。
如图2所示，电流大小控制模块1包括半桥接闸极驱动器11、降压转换器12和电流取样电路13，半桥接闸极驱动器11的输入端与外部的DSP的PWM信号输出端连接，半桥接闸极驱动器11的输出端与降压转换器12的输入端连接，降压转换器12的输出端与电流取样电路13的输入端连接，电流取样电路13分别与电流方向转换模块2和监控保护模块3连接。通过半桥接闸极驱动器11接收外部的DSP(数字信号处理器)输出单路PWM信号，以驱动降压转换器12输出预设电压，进而实现控制降压转换器12输出功率电流的大小，使得该降压转换器12能够输出持续可控电流。即利用DSP(数字信号处理器)输出的PWM信号在固定频率下调解占空比大小来控制降压转换器12输出电压的大小，进而控制该降压转换器12输出功率电流的大小。
如图2所示，降压转换器12包括半桥电路120和低通滤波电路121，半桥电路120和低通滤波电路121的输入端分别与半桥接闸极驱动器11的相应端口连接，半桥电路120的输出端还与低通滤波电路121的输入端的连接，低通滤波电路121的输出端与电流取样电路13连接，电流取样电路13分别与电流方向转换模块2和监控保护模块3连接。通过半桥接闸极驱动器11接收DSP(数字信号处理器)输出单路PWM信号，以驱动半桥电路120和低通滤波电路121配合输出持续可控电流。其中，半桥接闸极驱动器11可以采用型号为LM5105SD的半桥接闸极驱动器，但不局限于此。半桥接闸极驱动器11的信号输入端口IN与DSP(数字信号处理器)的PWM信号输出端口连接，用于接收DSP(数字信号处理器)输出的单路PWM信号。
具体的说，如图2所示，半桥电路120包括第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2，第一功率MOS管Q1的栅极与半桥接闸极驱动器11的高侧栅极驱动输出端口HO连接，第二功率MOS管Q2的栅极与低侧栅极驱动输出端口LO连接，第一功率MOS管Q1的源极和第二功率MOS管Q2的漏极连接在一起后分别与半桥接闸极驱动器11的高侧MOS管源极连接端口HS和低通滤波电路121的输入端连接，第一功率MOS管Q1的漏极与高端驱动电压VCC连接，第二功率MOS管Q2的源极接地。低通滤波电路121包括功率电感L1和滤波电容C1，功率电感L1的一端分别与第一功率MOS管Q1的源极、第二功率MOS管Q2的漏极和半桥接闸极驱动器11的高侧MOS管源极连接端口HS连接，功率电感L1的另一端与滤波电容C1的一端连接在一起后通过电流取样电路分别和电流方向转换模块2和监控保护模块3连接，滤波电容C1的另一端接地。其中，第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2可以采用同时包含第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2的双N沟道功率MOS管，该双N沟道功率MOS管可以采用型号为Si7938DP的双N沟道功率MOS管，但不局限于此。
为了实现对降压转换器12输出的持续可控电流进行监测，达到对本用于半导体温控模块的功率驱动装置实施过流保护，电流取样电路13可以采用电流取样电阻R1，通过电流取样电阻R1采集降压转换器12输出的持续可控电流，并将所采集的电流输出给监控保护模块3，通过监控保护模块3将所接收的电流取样电路13输出的采样电流(所采集的降压转换器12输出的持续可控电流)与其内部预先存储的半导体温控模块工作电流进行比较，若超出半导体温控模块的工作电流，则关断半导体温控模块，使其停止工作，从而达到过流保护的作用。
如图2和图3所示，电流方向转换模块2包括电流方向控制逻辑电路21、H桥电路22，电流方向控制逻辑电路21的输入端与外部的DSP(数字信号处理器)的高低电平输出端口连接，电流方向控制逻辑电路21的输出端与H桥电路的输入端连接，H桥电路的输出端与外部的半导体温控模块连接。通过电流方向控制逻辑电路21接收DSP(数字信号处理器)发送的高低电平信号,用以控制H桥电路22中的电流流动方向，进而控制半导体温控模块的电流流动方向，实现对该半导体温控模块的制冷、加热驱动控制。
其中，H桥电路22包括第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6，第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极分别与电流方向控制逻辑电路21和监控保护模块3连接，第三功率MOS管Q3的漏极分别与第五功率MOS管Q5的漏极连接在一起后，再分别与电流取样电阻R1和监控保护模块3连接，第三功率MOS管Q3与第五功率MOS管Q5的源极分别和半导体温控模块连接，第三功率MOS管Q3的源极还与第四功率MOS管Q4的漏极连接，第五功率MOS管Q5的源极还与第六功率MOS管Q6漏极连接，第四功率MOS管Q4和第六功率MOS管Q6的源极分别接地。通过电流方向控制逻辑电路21接收DSP(数字信号处理器)发送的高低电平信号,用以控制H桥电路22中各个功率MOS管处于导通或断开状态，从而实现控制H桥电路22中的电流流动方向，进而控制半导体温控模块的电流流动方向，实现对该半导体温控模块的制冷、加热驱动控制。第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6可以采用同时包含第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4的双N沟道功率MOS管，第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6可以采用同时包含第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4的双N沟道功率MOS管，和通知包含第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的双N沟道功率MOS管，该双N沟道功率MOS管可以采用型号为Si7938DP的双N沟道功率MOS管，但不局限于此。
其中，如图3所示，电流方向控制逻辑电路包括第一电阻R2、第二电阻R3、第三电阻R4、第四电阻R5、第五电阻R6、第六电阻R7、第七电阻R8、第八电阻R9、第一开关二极管D1、第二开关二极管D2、第三开关二极管D4、第四开关二极管D5、第五开关二极管D6、第六开关二极管D8、第一齐纳二极管D3、第二齐纳二极管D7、第一N沟道MOS管Q7、第二N沟道MOS管Q8、第三N沟道MOS管Q9；第一N沟道MOS管Q7的漏极分别与第一电阻R2和第二电阻R3的一端、第一开关二极管D1的阴极连接，第一开关二极管D1的阳极分别与第二电阻R3的另一端、第二开关二极管D2的阳极连接，第二开关二极管D2的阴极与第一齐纳二极管D3的阴极连接，第一齐纳二极管D3的阳极分别与第三功率MOS管Q3的源极、第四功率MOS管Q4的漏极、半导体温控模块连接；第一N沟道MOS管Q7的栅极分别与第三电阻R4和第四电阻R5的一端、第三开关二极管D4的阴极、第三N沟道MOS管Q9的栅极、外部的DSP(数字信号处理器)的高低电平输出端口连接，第三开关二极管D4的阳极分别与第四电阻R5的另一端、第四功率MOS管Q4的栅极连接；第二N沟道MOS管Q8与第五电阻R6、第六电阻R7、第四开关二极管D5、第五开关二极管D6、第二齐纳二极管D7、第七电阻R8、第八电阻R9、第六开关二极管D8的连接关系同第一N沟道MOS管Q7与第一电阻R2、第二电阻R3、第一开关二极管D1、第二开关二极管D2、第一齐纳二极管D3、第三电阻R4、第四电阻R5、第三开关二极管D4的连接关系，在此不再赘述。另外，第二N沟道MOS管Q8的栅极还与第三N沟道MOS管Q9的漏极连接，第一N沟道MOS管Q7、第二N沟道MOS管Q8和第三N沟道MOS管Q9的源极分别接地；将第二电阻R3和第六电阻R7的另一端分别与高端驱动电压VCC连接，第三电阻R4和第八电阻R9的另一端分别与低端驱动电压VDD连接。
在电流方向控制逻辑电路中，通过第一N沟道MOS管Q7的漏极与栅极之间的互补控制信号，实现对第三功率MOS管Q3与第四功率MOS管Q4所组成半桥电路的互补开关控制；通过第二N沟道MOS管Q8的漏极与栅极之间的互补控制信号，实现对第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6所组成半桥电路的互补开关控制；并且，通过DSP(数字信号处理器)发送的高低电平信号，使得第三N沟道MOS管Q9的漏极与栅极之间形成互补控制信号，以实现对第一N沟道MOS管Q7与第二N沟道MOS管Q8的互补开关控制，进而实现对第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6组成H桥电路的互补开关控制，从而控制半导体温控模块电流流动方向，实现对半导体温控模块制冷、加热驱动控制。
如图2所示，监控保护模块3包括电流监测电路31、电压监测电路32、温度监测电路33、触发电路34和关断保护电路35。电流监测电路31与电流取样电阻R1两端连接，实现对半导体温控模块工作电流的监测，并且，电流监测电路31通过与触发电路35连接，实现对半导体温控模块的工作电流异常情况的触发功能；具体的说，电流监测电路31包括电流分流监视器(如型号为INA194的电流分流监视器)和差动比较器(如型号为LM2901的差动比较器)；其中，电流分流监视器与电流取样电阻R1两端连接，通过电流取样电阻R1将采集的降压转换器12输出的持续可控电流输出给电流分流监视器，电流分流监视器将所接收的该可控电流进行放大，并输出给差动比较器，差动比较器将该可控电流与其内部预先存储的半导体温控模块工作电流进行比较，若超出半导体温控模块的工作电流，则通过触发电路34将触发信号传递给关断保护电路35，通过关断保护电路35控制H桥电路的第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极，使其在半导体温控模块工作电流异常情况下迅速关断H桥电路的这四个功率MOS管，从而实现对本用于半导体温控模块的功率驱动装置的实时保护功能。
电压监测电路32与电流取样电阻R1连接，实现对半导体温控模块工作电压的监测，并且，电压监测电路32通过与触发电路35连接，实现对半导体温控模块的工作电压异常情况的触发功能；实现对半导体温控模块工作电压异常情况的触发功能；具体的说，电压监测电路32包括差动比较器(如型号为LM2901的差动比较器)；其中，差动比较器与电流取样电阻R1连接，通过差动比较器接收半导体温控模块的工作电压，差动比较器将该半导体温控模块的工作电压与其内部预先存储的半导体温控模块工作电压进行比较，若超出半导体温控模块的工作电压，则通过触发电路34将触发信号传递给关断保护电路35，通过关断保护电路35控制H桥电路的第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极，使其在半导体温控模块工作电压异常情况下迅速关断H桥电路的这四个功率MOS管，从而实现对本用于半导体温控模块的功率驱动装置的实时保护功能。
温度监测电路33与半导体温控模块内部的温度传感器连接，实现对半导体温控模块工作温度的监测，并且，温度监测电路33通过与触发电路35连接，实现对半导体温控模块的工作温度异常情况的触发功能；具体的说，温度监测电路33包括运算放大器(如型号为AD8608的运算放大器)和差动比较器(如型号为LM2901的差动比较器)；其中，运算放大器与半导体温控模块内部的温度传感器连接，通过半导体温控模块内部的温度传感器将采集的半导体温控模块的工作温度传输给运算放大器进行放大，并输出给差动比较器，差动比较器将该工作温度与其内部预先存储的半导体温控模块工作温度进行比较，若超出半导体温控模块的工作温度，则通过触发电路34将触发信号传递给关断保护电路35，通过关断保护电路35控制H桥电路的第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极，使其在半导体温控模块工作电流异常情况下迅速关断H桥电路的这四个功率MOS管，从而实现对本用于半导体温控模块的功率驱动装置的实时保护功能。
触发电路由包括J-K触发器(如型号为CD74HCT73的触发器)；其中，J-K触发器分别与电流监测电路31、电压监测电路32、温度监测电路33、关断保护电路35连接，通过对半导体温控模块电流、电压、温度异常值监测，经由触发电路将触发信号传递给关断保护电路35；通过关断保护电路35控制H桥电路的第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极，使其在半导体温控模块工作电流、电压或温度值异常情况下迅速关断H桥电路的四个功率MOS管，从而实现功率驱动装置的实时保护功能。
需要强调的是，电流监测电路31、电压监测电路32、温度监测电路33中的差动比较器可以分别采用单路差动比较器，还可以采用多路差动比较器(具有多个输出端口的差动比较器)。另外，关断保护电路35为现有常规的用于控制H桥电路的第三功率MOS管Q3、第四功率MOS管Q4、第五功率MOS管Q5和第六功率MOS管Q6的栅极通断的电路，在此不再进行详细说明。
由于降压转换器12采用了大功率的MOS管，因此，能够为相关科学仪器或设备内的半导体温控模块提供驱动功率范围宽、驱动电流精确可调的驱动与控制，并能够大幅降低应用半导体温控技术仪器或设备的故障率，更加安全、可靠地保障了仪器或设备的功能实现和稳定运行，从而有效降低类似仪器或设备的后期维护成本，具有较大市场价值。
另外，本发明还提供了一种半导体温控模块。该半导体温控模块包括上述的功率驱动装置。该半导体温控模块的其它组成部件同现有半导体温控模块，在此不再一一赘述。
本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置一方面采用半桥接闸极驱动器和相关分立元件组成电流大小控制模块，具有电路结构简单，能够持续工作，且成本低等优点；另一方面，电流方向转换模块通过单路驱动信号控制H桥电路实现驱动电流方向的变换，具有控制端口少，可靠性高的特点；另外，监控保护模块通过响应迅速的硬件触发电路以及关断保护电路，实现了对半导体温控模块及其功率驱动装置的高效保护。
以上对本发明所提供的用于半导体温控模块的功率驱动装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于包括电流大小控制模块、电流方向转换模块和监控保护模块；所述电流大小控制模块与所述电流方向转换模块连接；所述监控保护模块分别与所述电流大小控制模块、所述电流方向转换模块连接，用于对关键位置的电流、电压以及温度进行实时监测；
所述电流大小控制模块接收来自数字信号处理器的脉冲宽度调制信号，输出持续可控的直流电流；
所述电流方向转换模块，用于接收所述数字信号处理器输出的高低电平信号，以控制所述半导体温控模块的电流方向，实现对所述半导体温控模块的制冷、制热驱动控制。
2.如权利要求1所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述电流大小控制模块包括半桥接闸极驱动器、降压转换器和电流取样电路，所述半桥接闸极驱动器的输入端与所述数字信号处理器的脉冲宽度调制信号输出端连接，所述半桥接闸极驱动器的输出端与所述降压转换器的输入端连接，所述降压转换器的输出端与所述电流取样电路的输入端连接，所述电流取样电路分别与所述电流方向转换模块和所述监控保护模块连接。
3.如权利要求2所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述降压转换器包括半桥电路和低通滤波电路，所述半桥电路和所述低通滤波电路的输入端分别与所述半桥接闸极驱动器的相应端口连接，所述半桥电路的输出端还与所述低通滤波电路的输入端的连接，所述低通滤波电路的输出端与所述电流取样电路连接。
4.如权利要求3所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述半桥电路包括第一功率MOS管和第二功率MOS管，所述第一功率MOS管的栅极与所述半桥接闸极驱动器的高侧栅极驱动输出端口连接，所述第二功率MOS管的栅极与所述半桥接闸极驱动器的低侧栅极驱动输出端口连接，所述第一功率MOS管的源极和所述第二功率MOS管的漏极连接在一起后分别与所述半桥接闸极驱动器的高侧MOS管源极连接端口和所述低通滤波电路的输入端连接，所述第一功率MOS管的漏极与高端驱动电压连接，所述第二功率MOS管的源极接地。
5.如权利要求1所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述电流方向转换模块包括电流方向控制逻辑电路、H桥电路，所述电流方向控制逻辑电路的输入端与所述数字信号处理器的高低电平输出端口连接，所述电流方向控制逻辑电路的输出端与所述H桥电路的输入端连接，所述H桥电路的输出端与所述半导体温控模块连接。
6.如权利要求5所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述H桥电路包括第三功率MOS管、第四功率MOS管、第五功率MOS管和第六功率MOS管，所述第三功率MOS管、所述第四功率MOS管、所述第五功率MOS管和所述第六功率MOS管的栅极分别与所述电流方向控制逻辑电路和所述监控保护模块连接，所述第三功率MOS管的漏极分别与所述第五功率MOS管的漏极连接在一起后，再分别与电流取样电路和所述监控保护模块连接，所述第三功率MOS管与所述第五功率MOS管的源极分别和所述半导体温控模块连接，所述第三功率MOS管的源极还与所述第四功率MOS管的漏极连接，所述第五功率MOS管的源极还与所述第六功率MOS管漏极连接，所述第四功率MOS管和所述第六功率MOS管的源极分别接地。
7.如权利要求5所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述电流方向控制逻辑电路包括第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、第三N沟道MOS管；所述第一N沟道MOS管Q7的漏极分别与第一电阻和第二电阻的一端、第一开关二极管的阴极连接，所述第一开关二极管的阳极分别与所述第二电阻的另一端、第二开关二极管的阳极连接，所述第二开关二极管的阴极与第一齐纳二极管的阴极连接，所述第一齐纳二极管的阳极分别与第三功率MOS管的源极、第四功率MOS管的漏极、所述半导体温控模块连接；所述第一N沟道MOS管的栅极分别与第三电阻和第四电阻的一端、第三开关二极管的阴极、所述第三N沟道MOS管的栅极、所述数字信号处理器的高低电平输出端口连接，所述第三开关二极管的阳极分别与所述第四电阻的另一端、第四功率MOS管的栅极连接；
所述第二N沟道MOS管与第五电阻、第六电阻、第四开关二极管、第五开关二极管、第二齐纳二极管、第七电阻、第八电阻、第六开关二极管的连接关系同所述第一N沟道MOS管与所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一开关二极管、所述第二开关二极管、所述第一齐纳二极管、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第三开关二极管的连接关系；
所述第二N沟道MOS管的栅极还与所述第三N沟道MOS管的漏极连接，所述第一N沟道MOS管、所述第二N沟道MOS管和所述第三N沟道MOS管的源极分别接地；所述第二电阻和所述第六电阻的另一端分别与高端驱动电压连接，所述第三电阻和所述第八电阻的另一端分别与低端驱动电压连接。
8.如权利要求1所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述监控保护模块包括电流监测电路、电压监测电路、温度监测电路、触发电路和关断保护电路；所述电流监测电路、所述电压监测电路分别与电流取样电路连接，所述温度监测电路与所述半导体温控模块内部的温度传感器连接；所述触发电路分别与所述电流监测电路、所述电压监测电路、所述温度监测电路、所述关断保护电路连接，所述关断保护电路与所述电流方向转换模块的H桥电路连接。
9.如权利要求8所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置，其特征在于：
所述电流监测电路包括电流分流监视器和第一差动比较器，所述电流分流监视器分别与电流取样电路、所述第一差动比较器连接，所述第一差动比较器与所述触发电路连接；
所述电压监测电路包括第二差动比较器，所述第二差动比较器分别与所述电流取样电路、所述电流方向转换模块的H桥电路、所述触发电路连接；
所述温度监测电路包括运算放大器和第三差动比较器，所述运算放大器分别与所述半导体温控模块内部的温度传感器、所述第三差动比较器连接，所述第三差动比较器与所述触发电路连接；其中，
所述第一差动比较器、所述第二差动比较器和所述第三差动比较器采用单路差动比较器或多路差动比较器。
10.一种半导体温控模块，其特征在于包括权利要求1～9中任意一项所述的用于半导体温控模块的功率驱动装置。
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