CN111273719B - 输出能量自调节的电极阵列控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出能量自调节的电极阵列控制装置，包括能量输出电极阵列、能量输入电极阵列和能量自调节单元阵列；所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列包含若干单元，所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列的一个单元为一个或者一对电极；所述能量自调节单元阵列包含若干单元，单元之间设置有绝缘材料，所述能量自调节单元阵列的每一个单元互相独立；所述能量自调节单元通过温度敏感材料的特性自动控制流过该单元的电流强度。本发明解决大规模电极阵列的实时温控和限流问题，输出能量自调节的电极阵列控制装置可以加工成标准件，贴合到负载(比如电极阵列)上就能实现实时限流和温度保护，使用方便。

Description

输出能量自调节的电极阵列控制装置

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及一种输出能量自调节的电极阵列控制装置。

背景技术

电极阵列被广泛应用于生物医疗等领域，其单元尺寸可以从微米到毫米不等，其中一个典型应用是适用于美肤用的多电极射频头，在一个射频头上布有成百上千的射频电极，多射频头的优点在于均匀性好。在另外一方面，如何独立控制这些射频电极头的输出能量也成为难题。

控制输出到电极的能量可以通过多种方法进行，包括使用单片机结合能量测量芯片进行控制、放大器的反馈控制，以及利用热敏材料的阻抗变化特性等。在应用到多触点射频阵列时却很难直接使用现有的元件或者技术，其主要原因是触点数目庞大，如果为每个触点组建一个测量电路并通过单片机来管理控制显然是不可行，另外因为尺寸限制因素，也给解决方案增加难度。

在这些方案中，利用热敏电阻材料的独特特性是一个可行的方向。正热敏电阻(PTC，Positive Temperature Coefficient)具有独特的阻抗温度特性，阻抗随温度的升高而升高，被应用于自恢复保险丝，用于代替传统保险丝，以保护负载，如电机，变压器或电子电路，过电流保护电路。PTC热敏电阻过流保护器通过增加电阻来限制整个电路的功耗，从而将电流降低到无害的残余值。PTC热敏电阻利用限流效应时电路的连接方式通常为串联方式，电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；而当电路因故障而出现过电流时，热敏电阻由于本身发热功率增加导致温度上升，当材料温度超过开关温度时，电阻瞬间会剧增，回路中的电流迅速减小到安全值。

在实际的应用中除了对每个射频触点需要进行限流保护外还需要实时控制每个触点的温度不能超过限定值，而现有的用于限流用途(保险丝)热敏电阻体积较大，无法集成用于微型阵列用途而且也无法实时感应保护对象的温度并进行保护。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的输出能量自调节的电极阵列控制装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种输出能量自调节的电极阵列控制装置，包括能量输出电极阵列、能量输入电极阵列和能量自调节单元阵列；

所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列包含若干单元，所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列的一个单元为一个或者一对电极；

所述能量自调节单元阵列包含若干单元，单元之间设置有绝缘材料，所述能量自调节单元阵列的每一个单元互相独立；所述能量自调节单元阵列的每一个单元包括温度敏感材料和用于电学接触用途的上下两个接触面，上下两个接触面分别作为输出端口和输入端口，所述输出端口和输入端口分别与所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列的单元连接；所述能量自调节单元阵列的每一个单元之间设置有绝缘材料，单元之间互相独立；

所述能量自调节单元通过温度敏感材料的特性自动控制流过该单元的电流强度。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的改进：

所述能量输出电极阵列和能量自调节单元阵列为分立的元件且两者紧密贴合，或者两者集成为一体；

所述能量输出电极阵列和负载紧密贴合；

所述能量输出电极阵列的电极单元热传导性好；

负载产生的热量通过能量输出电极阵列传导到所述能量自调节单元阵列的温度敏感材料，负载和温度敏感材料之间的温差小。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述温度自调节单元包含温度敏感材料，其阻抗随温度变化而剧烈变化。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述温度敏感材料具有正温度系数特性，当温度处于正常范围时温度敏感材料的阻抗小，温度敏感材料本身发热小，不足以引起材料本身温度升高，当流过温度敏感材料的电流超过限定值，或者因为负载本身温度升高而引起温度敏感材料的温度升高而超过限定值，引起温度敏感材料的阻抗大幅度升高，从而自动降低输出到负载的电流强度，降低输出到负载的功率，输出功率的降低反过来导致温度逐渐降低，达到自限流和温度自调节的效果。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量自调节单元阵列通过改变所述温度敏感材料的等效机械尺寸包括等效长度和等效横截面积的方法来调节限流幅度。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量自调节单元阵列的每一个单元由多个的子单元组成，通过机械的方法调节温度敏感材料和所述能量输出电极阵列的接触面积，从而调节温度敏感材料的等效横截面积，达到调节限流幅度的目的。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量自调节单元阵列包括中间单元和四周单元，所述中间单元为温度敏感材料，所述四周单元为绝缘材料，通过改变能量自调节单元的所述温度敏感材料的周边设置的绝缘材料性质及其厚度来调节限流幅度。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量自调节单元阵列的每一个单元包括多个串联的子单元；

所述子单元至少包括一个正温度系数的温度敏感材料和一个负温度系数的温度敏感材料；

所述正温度系数的温度敏感材料和所述负温度系数的温度敏感材料的正常工作温度范围的交集覆盖所需要的工作温度区间。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量自调节单元阵列的输入端口和输出端口嵌入绝缘材料里面与绝缘材料的外表面齐平，或者位于绝缘材料外侧；

自调节单元阵列的每一个单元包括输入端口和输出端口，通过绝缘材料互相隔离。

作为对本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的进一步改进：

所述能量输入电极阵列和能量自调节单元阵列为分立的元件且两者紧密贴合，或者两者集成为一体。

本发明输出能量自调节的电极阵列控制装置的技术优势为：

1、解决大规模电极阵列的实时温控和限流问题，输出能量自调节的电极阵列控制装置可以加工成标准件，贴合到负载(比如电极阵列)上就能实现实时限流和温度保护，使用方便；

2、本控制装置配合简单的机械调整的方法，可以灵活的调节输出电流参数；

3、限流和温度保护采用硬件实施方法，不受到其他电路的影响，即使其他控制电路或者电路板固件发生故障，也能保护负载免受电流或者温度的冲击；

4、本装置的实施对象可以是简单的阻抗阵列/网络,比如皮肤组织，或者其他复杂的负载；

5、阵列单元之间互相独立，可以应用于同时具有不同类型负载的复杂应用，输入端口之间互相独立，使用灵活。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例1；

图1(a)是组装后的整体结构示意图，图1(b)是三个部件分开显示的每个部件的侧面示意图，图1(c)是三个部件组装后的侧面示意图。

图2为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置实施例1的分解部件的示意图；

图2(a)-(c)分别展示实施例1的三个部件包括能量输出电极阵列100，能量自调节单元阵列200和能量输入电极阵列100的3D示意图及其侧面示意图。

图3为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置实施例1的应用实例；

图3(a)显示的是该微型电阻网络401贴合到本发明的能量自调节的电极阵列控制装置组件上的3D示意图，图3(b)为图3(a)微型电阻网络401显示为透明状时的示意图；图3(c)是图3(b)的侧面示意图；

图4为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例2；

图4(a)是组装后的结构示意图，图4(b)是2个部件分开后的前视图，图4(c)是2个部件组装后的侧面示意图；

图5为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例3；

图5(a)是本实施例的3D示意图，图5(b)是本实施例的侧面示意图。

图6为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例4；

图6(a)是本实施例的能量自调节单元阵列的3D示意图，图6(b)是本实施例的能量自调节单元阵列的侧面示意图；

图7为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例5；

图7(a)是本实施例的能量自调节单元阵列的3D示意图，图7(b)是本实施例的能量自调节单元阵列的截面示意图；

图8为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例6；

图8(a)是本实施例的能量自调节单元阵列200的3D示意图，图8(b)是单个能量自调节单元的示意图，图8(c)是能量输出电极阵列100和能量自调节单元阵列200组装在一起的3D示意图，图8(d)是组装后的顶视图，图8(e)是单个能量自调节单元和单个能量输出电极耦合在一起的示意图；

图9为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例7；

图9(a)是本实施例的3D示意图，图9(b)是本实施例的侧面示意图；

图10为本发明的输出能量自调节的电极阵列控制装置的实施例8；

图10(a)是本实施例的3D示意图，图10(b)、图10(c)是本实施例的截面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图1所示，包括能量输入电极阵列300、能量输出电极阵列100和能量自调节单元阵列200；

能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100的每一个单元在本实施例中为一个电极；

能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100之间设置有能量自调节单元阵列200；

输入电极阵列300的每一个单元301互相独立，并且单元之间设置有绝缘材料305；

输入电极阵列100的每一个单元101互相独立，并且单元之间设置有绝缘材料105；

能量自调节单元阵列200的每一个单元互相独立；能量自调节单元阵列200的单元之间设置有绝缘材料205；能量自调节单元阵列200的每一个单元包括用于电学接触用途的上下两个接触面，上下两个接触面分别作为输出端口211和输入端口210，分别与能量输出电极阵列的电极单元一101和能量输入电极阵列的电极单元三301连接；

能量自调节单元阵列200的输入端口210和输出端口211位于绝缘材料205外侧。

能量自调节单元200通过调节其自身的阻抗来调节流过该单元的电流强度。

图2(a)-(c)分别展示实施例1的三个部件包括能量输出电极阵列100，能量自调节单元阵列200和能量输入电极阵列100的3D示意图及其侧面示意图。

如图2(a)所示，能量输出电极阵列100包括若干单元，单元为电极单元一101，电极单元一101之间设置有绝缘材料一105用于机械支持和电学绝缘用途。电极单元一101上下两面导通，在使用的时候其中一面和能量自调节单元阵列200的单元的其中一个输出端口211接触导通，另外一面和能量输出的实施对象接触，比如和皮肤接触或者接到其他负载。电极单元一101一般采用金属或者导电性好的其他材料比如高分子材料组成，同时该材料具有良好的导热性，在使用的过程中与之接触的负载可以很容易的把热量通过电极单元一101传递到能量自调节单元阵列200。

如图2(c)所示，能量输入电极阵列300包括若干单元，单元为电极单元三301，电极单元三301之间设置有绝缘材料三305。能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100的结构和作用是相似的，都是提供电学接触起到电学连接的作用。同理类似，能量输入电极阵列300的每一个电极单元三301上下两面导通，在使用的时候其中一面和能量自调节单元阵列200的单元的输入端口210接触导通，另外一面和能量输入设备相连，比如射频功率发生器。

图2(b)显示的是能量自调节单元阵列200的3D示意图及其侧面示意图。能量自调节单元阵列200的每一个单元包括温度敏感材料201和用于电学接触导通用途的上下两个接触面，上下两个接触面分别作为输出端口211和输入端口210。输入端口210和输出端口211的作用仅仅是电学传导，一般在表面设置有导电材料比如属材料(不锈钢、银、铝等材料)或者非金属导电材料(比如高分子材料)，厚度根据实际需要进行设置，从几十个纳米到几个毫米不等。进一步的，输出端口211(和能量输出电极阵列100接触)具有良好的导热性，绝大多数金属材料都符合这个特性。温度敏感材料201之间设置有绝缘材料二205，起到机械支持和电学绝缘的效果。温度敏感材料201是一种阻抗随温度的变化发生明显变化的材料，根据应用的需要选择相应的材料，其材料主要包括半导体材料，金属氧化物，金属合金后者高分子材料组成。

按照温度特性分类温度敏感材料包括具有正温度系数的PTC(PositiveTemperature Coefficient)材料和具有负温度系数的NTC(Negative TemperatureCoefficient)材料。PTC材料是指材料的阻抗在随温度增加而急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻材料以半导体材料为典型代表，比如BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸钡等及其固溶体半导化，从而得到正温度特性的热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其是冷却温度)不同而变化。PTC的另外一类是高分子材料，以无定型高分子或半结晶材料为基体，导电颗粒高度分散在其中而形成的一种复合体系。PTC材料因为随着温度升高阻抗急剧增加的特性，被应用于过流保护应用。

图3显示的是实施例1应用于微型电阻网络的例子。图3(a)显示的是该微型电阻网络401贴合到本发明的能量自调节的电极阵列控制装置组件上的3D示意图，该微型电阻网络包括9个电极，组成8组可以独立控制的加热源，可应用于微流体或者微型生物培养皿的应用，在这些应用中每个单元独立控制温度，增加系统的灵活性。在皮肤治疗的应用场景时，皮肤可以被看作多个微小的单元网络，每个单元都有阻抗，为了保证均匀性，我们就需要避免某些个别单元的电流过大或者温度过高。在这些应用中有两个要求，第一，每个单元本身的温度不能超出范围，第二，每个单元的电流不能过大，因为过大电流容易产生局部损坏现象。而促使温度敏感材料201发生作用的可能原因有两个：1)通过外部温度较高元件通过传导引起温度敏感材料温度升高，2)流过该材料的电流过大而引起温度升高。第二种原因的作用机理是流过温度敏感材料电流过大引起温度敏感材料本身产生热量超过自身能够散发的热量而引起温度升高。在图3的实施例1的应用中，能量输出电极阵列100和电阻网络(能量作用对象，负载)具有良好的电学接触，也具有良好的热学传导，电阻网络的热量能够容易的通过能量输出电极阵列100和输出端口211传导到温度敏感材料201中，所以温度敏感材料201可以较好的反映负载的温度。如图3(b)所示，为显示方便，微型电阻网络401显示为透明状，包括中央一个公用电极402，以及分布在四周的八个辅助电极403，公用电极402和任一辅助电极403组成八组独立的电极对，每组电极对之间有一个加热用的电阻丝。电阻网络401作为负载的形式和能量输出电极阵列100直接接触，侧面示意图如图3(c)所示。能量自调节单元阵列200和微型电阻网络401是串联的关系，当微型电阻网络401的任一个单元(公用电极402和周边每一个辅助电极403组成一对，两个电极之间的区域为一个单元)的温度超出设定值，热量会传递到与之直接接触的能量自调节阵列的对应单元并引起该单元的温度敏感材料201的温度升高，引起该单元的阻抗急剧升高，那么该通道的电流会急剧降低，该通道可以视为断路，输出到该通道的电阻单元(负载)和温度敏感材料(能量自调节单元200)的功率大大降低从而引起温度下降，一直降低到正常工作温度，起到温度保护的作用。另外一方面，如果某个电阻发生异常阻值大幅度降低，导致该单元的电流激增，超过敏感材料设置的工作电流，那么会直接触发该温度敏感材料切断该通道，从而避免发生事故。在上述两种限制作用中，电流限制发生的作用比较快，而通过负载的热量传导引起温度敏感材料发生作用相对比较缓慢一些，一般用于负载缓慢升高温度而触发作用，所以两种机理配合在一起可以实现安全的自动电流限制和温度保护双重保险效果。概况的说使用PTC材料作为温度敏感材料，当温度处于正常范围时温度敏感材料的阻抗小，温度敏感材料本身发热小，不足以引起材料本身温度升高，当流过温度敏感材料的电流超过限定值，或者因为负载本身温度升高而引起温度敏感材料的温度升高而超过限定值，引起温度敏感材料的阻抗大幅度升高，从而自动降低输出到该单元通道连接的负载的电流强度，降低输出到负载的功率，输出功率的降低反过来导致温度逐渐降低，达到自限流和温度自调节的效果。

图3所示的实施例中，中央电极和周边电极之间配对形成回路，周边电极之间也可以自己配对形成回路，或者通过其他电极形成回路，灵活的配置方式得益于互相独立的单元结构形式。输入电极阵列单元之间以及能量自调节单元阵列200的每一个单元互相独立，那么控制装置的能量输入连接方式也灵活多变，配合输出负载的情况，可以实现多样的应用。比如在超声加热的复杂应用中，负载的一部分单元是加热电阻丝，另外一部分单元是超声换能器，输入端口允许同时接受直流电源和交流信号能量输入，满足复杂应用需求。

实施例2、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图4所示，图4(a)是组装后的结构示意图，图4(b)是2个部件分开后的前视图，图4(c)是2个部件组装后的侧面示意图。

该实施例和图1所示的实施例类似，包括能量输出电极阵列100和能量自调节单元阵列200。其中能量输入电极阵列300和能量自调节单元阵列200集成在一起，能量自调节单元阵列200的输入端口210兼做能量输入电极阵列300的电极单元三301。输入端口210之间本来就互相空气隔离，并且之间设置有绝缘材料205，所以电极阵列300的绝缘材料305也被绝缘材料205代替。

实施例3、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图5所示，图5(a)是本实施例的3D示意图，图5(b)是本实施例的侧面示意图。

能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100分别与能量自调节单元阵列200的两端集成在一起，分别成为能量自调节单元阵列200的一部分。实施例3和实施例2类似，能量自调节单元阵列200的输入端口210兼做能量输入电极阵列300的电极单元三301；输入端口210之间本来就互相空气隔离，并且之间设置有绝缘材料205，所以电极阵列300的绝缘材料305也被绝缘材料205代替；能量自调节单元阵列200的输出端口211兼做能量输出电极阵列100的电极单元一101；输出端口211之间本来就互相空气隔离，并且之间设置有绝缘材料205，所以电极阵列100的绝缘材料105也被绝缘材料205代替。同样道理，输出端口211使用导热性良好的材料。本实施例可以加工成一个不同尺寸的标准件，用于不同的应用场景，用于多单元阵列的温度和电流的自适应控制。

实施例4、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图6所示，图6(a)是本实施例的能量自调节单元阵列的3D示意图，图6(b)是本实施例的能量自调节单元阵列的侧面示意图。

能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100分别与能量自调节单元阵列200的两端集成在一起，分别成为能量自调节单元阵列200的一部分。本实施例4和实施例3类似，不同点在于能量自调节单元阵列200的输入端口210和输出端口211嵌入绝缘材料205里面，和绝缘材料205的外表面齐平；自调节单元阵列200的每一个单元包括输入端口210和输出端口211通过绝缘材料205互相隔离。

如实施例1、2、3、4，在实际应用中，能量输出电极阵列100、能量输入电极阵列300和能量自调节单元阵列200可以是分立的独立组件，在应用的时候通过简单的机械组合在一起，也可以在加工的时候集成在一起。为了表述方便，在后面的实施例中不再介绍能量输入电极阵列300、能量输出电极阵列100和能量自调节单元阵列200分立的结构，而重点介绍能量自调节单元阵列200的构造。

实施例5、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图7所示，图7(a)是本实施例的能量自调节单元阵列的3D示意图，图7(b)是本实施例的能量自调节单元阵列的截面示意图。

该实施例5与实施例3类似，能量自调节单元阵列200的若干个单元(温度敏感材料201)的横截面积大小不一，按照尺寸把能量自调节单元分成两组，温度敏感材料201共九个且呈阵列分布，正中间的温度敏感材料201为一组，四周的温度敏感材料201为另一组，正中间的温度敏感材料201的横截面积大于四周的温度敏感材料201的横截面积。在实际的应用中，每个单元(温度敏感材料201)的尺寸都可以不一样。

温度敏感材料的限流参数和流过温度敏感材料的尺寸(包括长度和横截面积)都息息相关，横截面积越大，对于相同的电流而言自身发热就越小，所以在其他参数相同的情况下允许流过的电流就越大。本实施例可以应用于图3所示的实施例1，八个电极对的电流都通过中央的电极，所以流过中央电极单元的电流相对于其他电极要高。温度敏感材料的工作条件同时受到流过电流以及传导温度的影响，同样，如果和该电极接触的外部负载或者部件等的温度超出正常设置的范围，中央单元的温度敏感材料也会感应到温度升高而切断电流。换句话说，通过设置不同的温度敏感材料的等效横截面积来调节限流幅度。

实施例6、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图8所示，图8(a)是本实施例的能量自调节单元阵列200的3D示意图，图8(b)是单个能量自调节单元的示意图，图8(c)是能量输出电极阵列100和能量自调节单元阵列200组装在一起的3D示意图，图8(d)是组装后的顶视图，图8(e)是单个能量自调节单元和单个能量输出电极101耦合在一起的示意图。

该实施例和图4所示的实施例2类似；在本实施例中，能量输入电极阵列300和能量自调节单元阵列200集成在一起，成为能量自调节单元阵列200的一部分。温度敏感材料201改为由多个小型单元201a-201h(子单元)组成，每一个小型单元201a-201h两端分别设置有输入端口210和输出端口211；小型单元的每一个输出端口211互相独立。温度敏感材料201的每一个小型单元201a-201h互相独立，通过绝缘材料205隔离，小型单元201a-201h的输入端口210均与同一个电极单元三301连接，构成一个大的能量输入电极单元三301(输入端口210)。如图8(e)所示，能量输出电极阵列100的单元和与之相接触的能量自调节单元阵列200在耦合的时候通过调整其相对位置来控制能量输出电极阵列100仅和温度敏感材料201的一部分小型单元201a、201b、201c、201d、201e、201f的输出端口211连通，而剩余的小型单元201g、201h悬空和电极阵列100不连通。在本实施例中，温度敏感材料201的小型单元201a-201h的输出端口211与能量输出电极阵列100的电极单元一101接触，限流幅度和两者的重合程度相关，温度敏感材料201和能量输出电极阵列100错位越大，其等效的接触面积就越小，限流就越明显，所以可以通过调整能量自调节单元阵列200和能量输出电极阵列100的机械相对位置来控制限流幅度，提高部件的使用灵活性。在本实施例中，接触面积发生变化引起发生作用的温度敏感材料的单元的面积总和发生变化，即为温度敏感材料的等效横截面积发生变化，所以可以很方便的通过机械的方法调节温度敏感材料的等效横截面积来调节限流幅度，这在实际应用中就大大提高组件的使用灵活性。在本实施例中，温度敏感材料201的小型单元201a-201h由8个尺寸相同的圆柱状单元组成，并且均匀的排布，在实际的设计中小型单元的数目、尺寸以及位置排布可以根据需要进行调整，以达到通过调整机械相对位置来调整限流幅度的目的。

实施例7、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图9所示，该实施例和图5所示的实施例3类似，温度敏感材料201包括两个子单元(上单元203和下单元204)，两者上下连接，成串联关系。

图9(a)是本实施例的3D示意图，图9(b)是本实施例的侧面示意图。在本实施例中，能量输入电极阵列300和能量输出电极阵列100分别和能量自调节单元阵列200集成在一起，分别成为能量自调节单元阵列的一部分，其能量自调节单元阵列200的输入端口210兼做能量输入电极阵列300的电极单元三301，能量自调节单元阵列200的输出端口211兼做能量输出电极阵列100的电极单元一101。输入端口210，温度敏感材料201包括下单元204和上单元203，以及输出端口211依次连接在一起。上单元203和下单元204属于不同的温度敏感材料，比如一个是PTC，另外一个是NTC材料，PTC和NTC的正常工作温度区间有交叠，并且覆盖所需要的工作区间。比如PTC的正常工作温度区间为50摄氏度以下，而NTC的正常工作温度区间是20摄氏度以上，那么两者串联后可以获得一个交叠的工作区间是20-50摄氏度，当负载的温度以及控制装置的温度在20-50摄氏度范围内两者的电阻都很小，不影响负载电路的工作状态，可以同时用于制冷或者制热应用，温度过高时PTC材料发生作用切断通道，当温度过低时NTC材料的阻抗急剧增加也同样会切断通道，所以该组件兼容了制热和制冷保护应用场景。在本实施例中，下单元204和上单元203也可以都是PTC材料(但是材料参数不一样)，或者其中一者是PTC材料另外一者是普通的金属材料，而且下单元204的长度可以不统一。类似的，温度敏感材料201也可以分成多个单元串联在一起，每个子单元也可以是不同的材料。如果我们设置203为温度敏感材料，204为导电性非常好的金属，那么温度敏感材料的发热特性主要取决于温度敏感材料203本身的长度，也就是温度敏感材料的等效长度，长度越长，限流越明显。

实施例8、输出能量自调节的电极阵列控制装置，如图10所示，图10(a)是本实施例的3D示意图，图10(b-c)是本实施例的截面示意图。与实施例3相类似，其区别在于自调节单元阵列200的每一个单元设置有中间单元(温度敏感材料201作为中间单元)和四周单元206，四周单元206为绝缘材料；四周单元206包裹在中间单元外表面，并且四周单元206外围设置有绝缘材料205；九个中间单元尺寸相同，但是四周单元206的尺寸不一样(直径不相同)。如果四周单元206的绝热性能比周边的绝缘材料205的绝热性能好的多，那么四周单元206的厚度就直接影响散热。当电流流过温度敏感材料201时材料本身也会发热，但是材料本身也会散发热量，当电流达到一定程度时散发的热量小于材料自身发热情况就打破了平衡，导致温度升高，所以绝缘层(四周单元206)越厚热量散发就慢，温度敏感材料201所允许流过的电流就小。同样道理，选用不同导热性质的的四周单元206也能起到类似效果。概况的说可以通过改变自调节单元阵列200的温度敏感材料201(中间单元)的周边设置的四周单元206的材料特性及其厚度来调节限流幅度。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征在于：包括能量输出电极阵列、能量输入电极阵列和能量自调节单元阵列；

所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列包含若干单元，所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列的一个单元为一个或者一对电极；

所述能量自调节单元阵列包含若干单元，单元之间设置有绝缘材料，所述能量自调节单元阵列的每一个单元互相独立；所述能量自调节单元阵列的每一个单元包括温度敏感材料和用于电学接触用途的上下两个接触面，上下两个接触面分别作为输出端口和输入端口，所述输出端口和输入端口分别与所述能量输出电极阵列和能量输入电极阵列的单元连接；所述能量自调节单元阵列的每一个单元之间设置有绝缘材料，单元之间互相独立；

所述能量自调节单元通过温度敏感材料的特性自动控制流过该单元的电流强度；

所述能量自调节单元阵列通过改变所述温度敏感材料的等效机械尺寸包括等效长度和等效横截面积的方法来调节限流幅度；

所述能量自调节单元阵列的每一个单元由多个的子单元组成，通过机械的方法调节温度敏感材料和所述能量输出电极阵列的接触面积，从而调节温度敏感材料的等效横截面积，达到调节限流幅度的目的。

2.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量输出电极阵列和能量自调节单元阵列为分立的元件且两者紧密贴合，或者两者集成为一体；

所述能量输出电极阵列和负载紧密贴合；

所述能量输出电极阵列的电极单元热传导性好；

负载产生的热量通过能量输出电极阵列传导到所述能量自调节单元阵列的温度敏感材料，负载和温度敏感材料之间的温差小。

3.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量自调节单元包含温度敏感材料，其阻抗随温度变化而剧烈变化。

4.根据权利要求3所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述温度敏感材料具有正温度系数特性，当温度处于正常范围时温度敏感材料的阻抗小，温度敏感材料本身发热小，不足以引起材料本身温度升高，当流过温度敏感材料的电流超过限定值，或者因为负载本身温度升高而引起温度敏感材料的温度升高而超过限定值，引起温度敏感材料的阻抗大幅度升高，从而自动降低输出到负载的电流强度，降低输出到负载的功率，输出功率的降低反过来导致温度逐渐降低，达到自限流和温度自调节的效果。

5.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量自调节单元阵列包括中间单元和四周单元，所述中间单元为温度敏感材料，所述四周单元为绝缘材料，通过改变能量自调节单元的所述温度敏感材料的周边设置的绝缘材料性质及其厚度来调节限流幅度。

6.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量自调节单元阵列的每一个单元包括多个串联的子单元；

所述子单元至少包括一个正温度系数的温度敏感材料和一个负温度系数的温度敏感材料；

所述正温度系数的温度敏感材料和所述负温度系数的温度敏感材料的正常工作温度范围的交集覆盖所需要的工作温度区间。

7.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量自调节单元阵列的输入端口和输出端口嵌入绝缘材料里面与绝缘材料的外表面齐平，或者位于绝缘材料外侧；

能量自调节单元阵列的每一个单元包括输入端口和输出端口，通过绝缘材料互相隔离。

8.根据权利要求1所述的输出能量自调节的电极阵列控制装置，其特征是：

所述能量输入电极阵列和能量自调节单元阵列为分立的元件且两者紧密贴合，或者两者集成为一体。

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