CN115498605B - 具有多重过温保护功能的温控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多重过温保护功能的温控系统及其方法，属于半导体制冷片应用领域。本发明中，全桥驱动模块用于在处理模块的控制下和导体制冷片模块形成制冷回路或制热回路，继电器用于控制源头电源和制冷回路与制热回路的功率电源之间的通断，温度检测模块用于根据负载连接面的温度生成热电信号，处理模块用于根据热电信号获得负载连接面的实际温度；本发明设置了三种方式进行过温保护，以恒温控制的方式过温保护、对全桥驱动模块进行失能控制的方式防止过温，以及利用电路自动切断功率电源的方式进行保护，提高了系统的安全性和可靠性。

Description

具有多重过温保护功能的温控系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种具有多重过温保护功能的温控系统及其方法，属于半导体制冷片的应用领域。

背景技术

制冷系统和制热系统都是常用的温度控制系统，其应用囊括了小型家用设备和大型工业设备等诸多场景。

现有的温度控制系统中，多数温度控制系统只能制热或制冷，无法独立应用于既有制冷需求又有制热需求的场景中，而半导体制冷片既能制冷又能制热，利用半导体制冷片的特性，改变电流方向便可使半导体制冷片的冷面和热面交换。设置全桥驱动模块便能够改变流经半导体制冷片的电流方向，以实现制冷和制热，但是制冷和制热的过程中容易出现过温，存在安全隐患，也会降低系统使用寿命，如何降低过温风险以获得更高的安全性是一个重要问题，本发明旨在提供一种具有多重过温保护功能的温控系统及其方法，具有更高安全性的全桥驱动控制模块及含其的温控系统。

发明内容

本申请的目的在于提供一种全桥驱动控制模块及温控系统，通过降低过温风险克服温控系统安全隐患。为实现上述目的，本发明提供如下所述的技术方案。

一种具有多重过温保护功能的温控系统，包括半导体制冷片模块、全桥驱动模块、温度检测模块、过温保护模块、继电器以及处理模块；

所述全桥驱动模块用于在所述处理模块的控制下和所述半导体制冷片模块形成制冷回路或制热回路，制冷回路中，所述半导体制冷片模块的负载连接面为冷面，制热回路中，所述负载连接面为热面；

所述继电器用于控制源头电源和所述制冷回路与制热回路的功率电源之间的通断；

所述温度检测模块用于根据所述负载连接面的温度生成热电信号，所述处理模块用于根据所述热电信号获得所述负载连接面的实际温度；

所述负载连接面达到目标制冷温度或达到目标制热温度时，所述处理模块用于对所述半导体制冷片模块恒温控制，所述半导体制冷片模块制冷且实际温度达到第一制冷临界值或制热且实际温度达到第一制热临界值时，所述处理模块用于控制所述全桥驱动模块失能，所述负载连接面达到第二制热临界值时，所述过温保护模块在所述温度检测模块的驱动下控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接，其中所述第一制冷临界值小于所述目标制冷温度，所述第一制热临界值和所述第二制热临界值均大于所述目标制热温度。

可选的，所述处理模块用于输出第一电信号、第二电信号；

所述制冷回路中，所述负载连接面到达目标制冷温度时，所述处理模块用于控制所述第一电信号为常低信号、所述第二电信号为脉冲信号，并以所述热电信号作为反馈来调节所述第二电信号的占空比，对所述负载连接面的温度进行PID控制；

所述制热回路中，所述负载连接面的实际温度到达目标制热温度时，所述处理模块用于控制所述第一电信号为脉冲信号，所述第二电信号为常低信号，并以所述热电信号作为反馈来调节所述第一电信号的占空比，对所述负载连接面的温度进行PID控制。

可选的，所述全桥驱动模块包括第一半桥单元和第二半桥单元；所述第一半桥单元通过所述第一电信号控制，所述第二半桥单元通过所述第二电信号控制；所述第一半桥单元和所述第二半桥单元分别设有使能端，所述使能端用于根据所述处理模块发射的第三电信号控制所述第一半桥单元和所述第二半桥单元使能或失能。

可选的，所述温度检测模块包括热敏电阻和运算放大单元，所述热敏电阻安装于所述负载连接面，运算放大单元用于和所述热敏电阻形成恒流源监测电路，并将所述热敏电阻电流输出端的电压放大形成热电信号；

所述处理模块根据所述热电信号获得所述负载连接面的实际温度；

所述热敏电阻电流输出端的电压信号用于控制所述过温保护模块，所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，热敏电阻电流输出端的电压信号触发所述过温保护模块控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接。

可选的，所述过温保护模块包括：

电压比较器，所述电压比较器的正相输入和反相输入中的一个连接所述热敏电阻的电流输出端，另一个连接固定电压；

过温保护MOS管，用于控制所述继电器的通断，所述过温保护MOS管的导通和截止通过所述电压比较器控制；

其中，所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，所述电压比较器的输出信号变化，驱动所述过温保护MOS管状态变化，进一步驱动所述继电器状态变化。

可选的，所述过温保护MOS管为N沟道耗尽型，所述过温保护MOS管的栅极通过第二电阻连接所述电压比较器的输出，所述过温保护MOS管的源极连接一电源的负极，所述过温保护MOS管的漏极通过所述继电器连接该电源的正极，所述继电器并联有单向二极管；

所述电压比较器的输出和所述过温保护MOS管之间设置有电容，用于和所述第二电阻形成RC电路；

所述第二电阻和所述电压比较器的输出之间设置有上拉电阻。

可选的，所述热敏电阻采用正温度系数，所述电压比较器的正相输入连接所述热敏电阻的电流输出端；

可选的，所述热敏电阻采用负温度系数，所述电压比较器的反相输入连接所述热敏电阻的电流输出端。

可选的，所述具有多重过温保护功能的温控系统还包括全桥驱动控制模块，所述全桥驱动控制模块包括全桥输入信号控制单元和使能控制单元；

所述使能控制单元用于根据所述处理模块的指令控制所述全桥驱动模块使能和失能；

所述全桥输入信号控制单元用于根据所述处理模块的指令驱动使能状态下的全桥驱动模块。

一种具有多重过温保护功能的温控方法，采用如上任一项所述的具有多重过温保护功能的温控实现，所述方法包括：

a1、判断用户需求，若需求制冷，则执行步骤b2至b5，若需求制热，则执行步骤c2至c5，若没有制冷和制热的需求，则重复步骤a1；

b2、获取目标制冷温度和负载连接面的环境温度，判断所述目标制冷温度是否小于环境温度，若是，则执行步骤b3，否则返回步骤a1；

b3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制冷，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据所述热电信号计算实际温度，处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当实际温度达到目标制冷温度时执行步骤b4，否则继续对半导体制冷片模块制冷；

b4、控制第一电信号为常低信号，第二电信号为脉冲信号，以热电信号作为反馈来调节所述第二电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，所述处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当所述负载连接面达到所述第一制冷临界值时，执行步骤b5；

b5、通过所述处理模块控制所述全桥驱动模块失能；

c2、获取目标制热温度和负载连接面的环境温度，判断所述环境温度是否小于目标制热温度是否，若是，则执行步骤c3，否则返回步骤a1；

c3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制热，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据所述热电信号计算实际温度，处理模块比较目标制热温度和实际温度，当实际温度达到目标制热温度时执行步骤c4，否则继续对半导体制冷片模块制热；

c4、控制第一电信号为脉冲信号，第二电信号为常低信号，以热电信号作为反馈来调节所述第一电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，所述处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当所述负载连接面达到所述第一制热临界值时，执行步骤c5，当所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，所述温度检测模块驱动所述过温保护模块控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接；

c5、通过所述处理模块控制所述全桥驱动模块失能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明设置了三种方式进行过温保护，以恒温控制的方式过温保护、对全桥驱动模块进行失能控制的方式防止过温，以及利用电路自动切断功率电源的方式进行保护，提高了系统的安全性和可靠性。

本发明中，采用半导体制冷片模块进行制冷和制热，达到同样的制冷或制热效果时，半导体制冷片相对于其他的加热元件或制冷设备具有体积小的优势，而本发明中的全桥驱动模块、温度检测模块以及处理模块都能够以芯片或电路板的形式存在，各自所占用的空间也很小，因此，温控系统的体积小，适用的场景广泛。

本发明中，半导体制冷片模块通过处理模块进行控制，可以不通过机械开关直接控制，操作便利，便于远程控制。另外，半导体制冷片模块的制冷和制热噪音小，且控温精确。

附图说明

通过结合附图以及参考以下详细说明更充分地理解本发明的技术特征和优点。

图1为本发明实施例中温控系统的框图；

图2为本发明实施例中第一半桥单元的电路图；

图3为本发明实施例中第二半桥单元的电路图；

图4为本发明实施例中第一半桥芯片的电路逻辑图；

图5为本发明实施例中全桥输入信号控制单元的电路图；

图6为本发明实施例中温度检测模块的电路图，其中热敏电阻采用正温度系数；

图7为本发明实施例中温度检测模块的电路图，其中热敏电阻采用负温度系数；

图8为本发明实施例中使能控制单元的电路图；

图9为本发明实施例中半导体制冷片模块和全桥驱动模块之间的电路图；

图10为本发明实施例中全桥驱动控制模块的示意图；

图11为本发明实施例中过温保护模块的电路器，其中对应的温度检测模块的热敏电阻采用正温度系数；

图12为本发明实施例中过温保护模块的电路器，其中对应的温度检测模块的热敏电阻采用负温度系数；

图13为本发明实施例中具有多重过温保护功能的温控系统的原理框图。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。说明书附图中对电路的一些位置采用若干字母组合进行标识，为便于表述，以下结合该些标识进行说明。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参考图1进行理解。一种具有多重过温保护功能的温控系统，包括具有负载连接面的半导体制冷片模块、全桥驱动模块、温度检测模块以及处理模块；处理模块用于控制半导体制冷片模块和全桥驱动模块形成制冷回路、制热回路或断开，制冷回路中，负载连接面用于制冷，制热回路中，负载连接面用于制热，图1中使用虚线框囊括了全桥驱动模块和半导体制冷片模块，用于体现两者可形成闭合回路；温度检测模块用于根据负载连接面的温度生成热电信号，处理模块根据热电信号计算负载连接面的实际温度，图1中采用单线连接了温度检测模块和半导体制冷片模块，用以体现两者在构造上有连接关系。具有多重过温保护功能的温控系统既能够制冷也能够制热，可适用于制冷装置、制热装置或对制冷和制热都有需求的装置。

在一些实施例中，半导体制冷片模块包括若干串联设置的半导体制冷片，负载连接面位于半导体制冷片的冷端，另外一些实施例中，作为替换手段，半导体制冷片模块也可只设置一个半导体制冷片。负载连接面可以通过半导体制冷片冷端的表面构成，也可以是位于导温材料的表面，该导温材料连接各半导体制冷片冷端的表面连接，负载连接面位于靠近半导体制冷片的一面。半导体制冷片模块制冷和制热产生的能量通过连接半导体制冷片模块的负载传递出去，负载连接面即用于连接负载，负载连接面和负载可以直接连接，也可间接连接，负载连接面可以和负载贴合，也可靠近负载，两者之间设置小的间隙。

负载连接面的温度调节范围为-20℃至120℃，换言之，制冷回路中，半导体制冷片模块能够制冷达到零下20℃，制热回路中，半导体制冷片模块能够制热达到零上120℃，具有多重过温保护功能的温控系统的能够适用于该温度区间内的任一场景。

处理模块用来实现具有多重过温保护功能的温控系统的控制功能，可包括一个或多个能够跑程序的芯片，例如CPU、MCU、DSP、SOC、单片机。处理模块包括第一控制单元、第二控制单元和PID控制单元，第一控制单元、第二控制单元和PID控制单元可以采用三个芯片单独实现，也可设置在一个芯片中或其中两个集成在一个芯片中。

第一控制单元的一个管脚用于输出第一电信号，第二控制单元的一个管脚用于输出第二电信号，第一电信号和第二电信号直接或间接地用作全桥驱动模块的两个输入信号，第一电信号和第二电信号都满足条件时制冷回路或制热回路才能导通，半导体制冷片模块才能制冷或制热，否则制冷回路或制热回路断开，半导体制冷片模块不工作，当系统出现异常时，处理模块调节第一电信号和第二电信号中的一个或两个，便能断开制冷回路和制热回路，保证半导体制冷片模块的安全。

PID控制单元分别和温度检测模块、第一控制单元和第二控制单元电连接；负载连接面达到目标制冷温度或目标制热温度时，PID控制单元根据热电信号控制第一控制单元和第二控制单元的输出信号。

全桥驱动模块使能的情况下，第一电信号为低电平，且第二电信号为高电平时，半导体制冷片模块和全桥驱动模模块形成制冷回路，半导体制冷片模块制冷，负载连接面为冷面。全桥驱动模块使能的情况下，第一电信号为高电平，且第二电信号为低电平时，半导体制冷片模块和全桥驱动模模块形成制热回路，半导体制冷片模块制热，负载连接面为热面。

制冷时，即制冷回路工作时，处理模块实时比较负载连接面的实际温度和目标制冷温度，当负载连接面的实际温度到达目标制冷温度时，处理模块控制第一电信号为常低信号、第二电信号为脉冲信号(即第一控制单元输出常低信号，第二控制单元输出脉冲信号)，当脉冲信号处于高电平阶段时，制冷回路继续工作，半导体制冷片模块继续制冷，当脉冲信号处于低电平阶段时，制冷回路不构成通路，且制热回路也不满足通路条件，半导体制冷片模块既不制冷也不制热，处理模块通过PID控制单元对负载连接面的温度进行PID控制，PID控制单元以热电信号作为反馈来调节第二电信号的占空比，第二控制单元输出相应的脉冲信号，从而使得负载连接面的温度在目标制冷温度处实现恒温。其中，目标制冷温度可以是预先写入处理模块内的数据，也可是处理模块读取的操作者输入的数据，另外，热电信号是负载连接面温度信息的一种体现，以热电信号作为反馈相当于以负载连接面的实际温度作为反馈。其他一些实施例中，也可以通过控制第一电信号为脉冲信号、第二电信号为高电平信号来实现制冷时的恒温控制。

制热时，即制热回路工作时，处理模块实时比较负载连接面的实际温度和目标制热温度，负载连接面的实际温度到达目标制热温度时，处理模块控制第一电信号为脉冲信号，第二电信号为常低信号(即第一控制单元输出脉冲信号，第二控制单元输出常低信号)，当脉冲信号处于高电平阶段时，制热回路继续工作，半导体制冷片模块继续制热，当脉冲信号处于低电平阶段时，制热回路不构成通路，且制冷回路也不满足通路条件，半导体制冷片模块既不制冷也不制热，处理模块通过PID控制单元对负载连接面的温度进行PID控制，PID控制单元以热电信号作为反馈来调节第一电信号的占空比，第一控制单元输出相应的脉冲信号。其他一些实施例中，也可以通过控制第一电信号为高电平信号、第二电信号为脉冲信号来实现制热时的恒温控制。

全桥驱动模块用于控制通过半导体制冷片模块的电流的方向。全桥驱动模块包括第一半桥单元和第二半桥单元，第一半桥单元和第二半桥单元通过处理模块直接或者间接地控制，其中使能状态下的第一半桥单元通过第一电信号控制，使能状态下的第二半桥单元通过第二电信号控制。第一电信号和第二电信号的组合不同，则电流的流向不同，从而控制通过半导体制冷片模块的电流的方向。电流从第一半桥单元经半导体制冷片模块流向第二半桥单元时，半导体制冷片模块制冷，电流从第二半桥单元经半导体制冷片模块流向第一半桥单元时，半导体制冷片模块制热。

继续参考图2，第一半桥单元包括第一半桥驱动器、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，第一半桥驱动器用于根据第一电信号控制第一MOS管Q1的导通和截止和第二MOS管Q2的导通和截止；第一MOS管Q1导通时，半导体制冷片模块和功率电源的正极连通，第二MOS管Q2导通时，半导体制冷片模块和功率电源的负极连通。其中，功率电源用于为半导体制冷片模块供电，本实施例中将功率电源划分在全桥驱动模块中。

继续参考图3，第二半桥单元包括第二半桥驱动器、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，第二半桥驱动器用于控制第三MOS管Q3的导通和截止及第四MOS管Q4的导通和截止，第三MOS管Q3导通时，半导体制冷片模块和功率电源(本实施例中采用12V)的正极连通，第四MOS管Q4导通时，半导体制冷片模块和功率电源的负极连通。

半导体制冷片有正、负之分，相应的，根据半导体制冷片界定半导体制冷片模块有正端和负端。

在一些实施例中，处理模块直接驱动全桥驱动模块，第一半桥单元连接半导体制冷片模块的负端，第二半桥单元连接半导体制冷片模块的正端。

而在其他一些实施例中，处理模块间接驱动全桥驱动模块，具体来说，处理模块输出的信号经过处理被反转后输出给全桥驱动模块，即高电平的第一电信号和第二电信号被处理成低电平后输出给全桥驱动模块，低电平的第一电信号和第二电信号被处理成高电平后输出给全桥驱动模块，第一半桥单元连接半导体制冷片模块的正端，第二半桥单元连接半导体制冷片模块的负端，第一MOS管Q1和第四MOS管Q4同时导通时，功率电源的正极、第一MOS管Q1、半导体制冷片模块的正端、半导体制冷片模块的负端、第四MOS管Q4以及功率电源的负极形成制冷回路，半导体制冷片模块制冷。第二MOS管Q2和第三MOS管Q3同时导通时，功率电源的正极、第三MOS管Q3、半导体制冷片模块的负端、半导体制冷片模块的正端、第二MOS管Q2以及功率电源的负极形成制热回路，半导体制冷片模块制热。另外，第一MOS管Q1和第三MOS管Q3同时导通或者第二MOS管Q2和第四MOS管Q4同时导通这两种情况下，全桥驱动模块和半导体制冷片模块无法构成回路，既不制热也不制冷。

继续参考图2，第一半桥驱动器包括第一半桥芯片U1、第一充放电电路和第一旁路。第一半桥芯片U1用于控制第一MOS管Q1导通和截止及控制第二MOS管Q2导通和截止，具体而言，第一半桥芯片U1根据第一电信号控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2中一个与半导体制冷片模块连通，另外，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2不会同时导通。第一充放电电路连接第一半桥芯片U1，并用于使第一MOS管Q1延时导通，从而第一电信号从高电平切换到低电平时，第一MOS管Q1先进行延时再导通，避免了切换过程中因硬件故障或软件故障使第一MOS管Q1和第二MOS管Q2同时导通并导致功率电源的正极直接通过两个MOS管连接功率电源负极的情况，由此提高了第一半桥单元的安全性。第一旁路设置在第一半桥芯片U1的输入电源处，用于稳定该输入电源，具体应用时，第一旁路通过电容C1和电容C7分别并联在该输入电源上实现。

第一电信号可以直接输入第一半桥芯片U1的输入引脚IN，也可被转换成第一控制信号后从TIM1 CH1端输入第一半桥芯片U1的输入引脚IN。第一半桥芯片U1的引脚Vs和输入引脚Vb用于和第一充放电电路形成充放电回路。第一半桥芯片U1的引脚Vs连接第一充放电电路之后还连接第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极，然后输出CH1 OUT信号，CH1OUT信号端用于直接或者间接连接半导体制冷片模块的正端。第一半桥芯片U1的输出引脚Ho连接第一MOS管Q1的栅极，第一半桥芯片U1的输出引脚Lo连接第二MOS管Q2的栅极；第一半桥芯片U1的输入引脚IN、输出引脚Ho和输出引脚Lo的电路逻辑如图4所示，第一半桥芯片U1的输入引脚IN为高电平时，第一半桥芯片U1的输出引脚Ho输出高电平，第一半桥芯片U1的输出引脚Lo输出低电平，第一半桥芯片U1的输入引脚IN为低电平时，第一半桥芯片U1的输出引脚Ho输出低电平，第一半桥芯片U1的输出引脚Lo输出高电平，换言之，第一半桥芯片U1的输出引脚Ho的输出电平和第一半桥芯片U1的输入引脚IN的输入电平相同，输出引脚Lo输出的电平和第一半桥芯片U1的输入引脚IN的输入电平相反。

第一充放电电路包括供电电压、二极管D1以及电容C2。该供电电压与功率电源的正极电压相同，该供电电压可通过功率电源提供。二极管D1的阳极连接该供电电压，二极管D1的阴极连接电容C2的第一端，第一半桥芯片U1的输入引脚Vb连接到二极管D1和电容C2的第一端之间，电容C2的第二端连接第一半桥芯片U1的引脚Vs。

如上所示，第一MOS管Q1的栅极连接第一半桥芯片U1的输入引脚Ho，第一MOS管Q1的源极连接第一半桥芯片U1的引脚Vs，另外，第一MOS管Q1的漏极连接用于向半导体制冷片模块供电的功率电源的正极。换言之，第一MOS管Q1相当于功率电源的正极和半导体制冷片模块之间的开关，第一MOS管Q1导通时，功率电源的正极能够和半导体制冷片模块连通，第一MOS管Q1截止时，功率电源的正极和半导体制冷片模块之间为断开状态。

如上所示，第二MOS管Q2的栅极连接第一半桥芯片U1的输入引脚Lo，第二MOS管Q2的漏极连接第一半桥芯片U1的输入引脚Vb，另外，第二MOS管Q2的源极通过电阻R1连接功率电源的负极。换言之，第二MOS管Q2相当于功率电源的负极和半导体制冷片模块之间的开关，第二MOS管Q2导通时，功率电源的负极能够和半导体制冷片模块连通，第二MOS管Q2截止时，功率电源的负极和半导体制冷片模块之间为断开状态。

由于MOS管是压控型，是否导通根据源极和漏极之间的压差决定。第一充放电电路通过在第二MOS导通时充电，使得第一MOS管Q1的源极获得电压，当第二MOS管Q2截止并尝试启动第一MOS管Q1时，第一MOS管Q1的源极和漏极之间的压差比较小，此时先通过第一放电电路进行放电，直到第一MOS管Q1的源极和漏极之间的压差满足导通条件。具体来说，当第一半桥芯片U1的输入引脚IN输入低电平时，输出引脚Ho输出低电平，输出引脚Lo输出高电平，第一MOS管Q1截止，第二MOS导通，第一半桥芯片U1的引脚Vs和电容C2的第二端通过第二MOS管Q2和电阻R1接地，从而第一半桥芯片U1的引脚Vs的电压约为0V，而电容C2的第一端的电压为其供电电压(本实施例为12V)，此时电容C2充电；当第一半桥芯片U1的输入引脚IN输入由低电平切换为高电平时，第二MOS管Q2截止，第一MOS管Q1的源极电压约等于电容C2充电时获得的电压，电容C2进行放电，当电容C2放电至满足导通条件时第一MOS管Q1导通。

继续参考图3进行理解。第二半桥驱动器包括第二半桥芯片U2和第二充放电电路，第二半桥芯片U2用于控制第三MOS管Q3导通和截止及控制第四MOS管Q4导通和截止，具体而言，第二半桥芯片U2根据第二电信号控制第三MOS管Q3和第四MOS管Q4中一个与半导体制冷片模块连通，另外，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4不会同时导通。第二充放电电路连接第二半桥芯片U2，并用于使第三MOS管Q3延时导通，从而第二电信号从高电平切换到低电平时，第三MOS管Q3先进行延时再导通，避免了切换过程中因硬件故障或软件故障使第三MOS管Q3和第四MOS管Q4同时导通并导致功率电源的正极直接通过两个MOS管连接功率电源负极的情况，由此提高了第二半桥单元的安全性。第二旁路设置在第二半桥芯片U2的输入电源处，用于稳定该输入电源，具体应用时，第二旁路通过电容C3和电容C8分别并联在该输入电源上实现。

第二电信号可以直接输入第二半桥芯片U2的输入引脚IN，也可被转换成第二控制信号后从TIM1 CH1N端输入第二半桥芯片U2的输入引脚IN。第二半桥芯片U2的引脚Vs和输入引脚Vb用于和第二充放电电路形成充放电回路。第二半桥芯片U2的引脚Vs连接第二充放电电路之后还连接第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的漏极，然后输出CH1N OUT信号，CH1N OUT信号端用于直接或者间接连接半导体制冷片模块的负端。第二半桥芯片U2的输出引脚Ho连接第三MOS管Q3的栅极，第二半桥芯片U2的输出引脚Lo连接第四MOS管Q4的栅极；第二半桥芯片U2的输入引脚IN、输出引脚Ho和输出引脚Lo的电路逻辑与第一半桥单元中的电路逻辑相同，均如如图4所示，第二半桥芯片U2的输入引脚IN为高电平时，第二半桥芯片U2的输出引脚Ho输出高电平，第二半桥芯片U2的输出引脚Lo输出低电平，第二半桥芯片U2的输入引脚IN为低电平时，第二半桥芯片U2的输出引脚Ho输出低电平，第二半桥芯片U2的输出引脚Lo输出高电平，换言之，第二半桥芯片U2的输出引脚Ho输出的电平和第二半桥芯片U2的输入引脚IN输入的电平相同，输出引脚Lo输出的电平和第二半桥芯片U2的输入引脚IN输入的电平相反。

第二充放电电路可以以电路板的形式体现。第二充放电电路包括供电电压、二极管D2以及电容C4。该供电电压与功率电源的正极电压相同(本实施例中为12V)，该供电电压可通过功率电源提供。二极管D2的阳极连接该供电电压，二极管D2的阴极连接电容C4的第一端，第二半桥芯片U2的输入引脚Vb连接到二极管D2和电容C4的第一端之间，电容C4的第二端连接第二半桥芯片U2的引脚Vs。

如上所示，第三MOS管Q3的栅极连接第二半桥芯片U2的输入引脚Ho，第三MOS管Q3的源极连接第二半桥芯片U2的引脚Vs，另外，第三MOS管Q3的漏极连接用于向半导体制冷片模块供电的功率电源的正极。换言之，第三MOS管Q3相当于功率电源的正极和半导体制冷片模块之间的开关，第三MOS管Q3导通时，功率电源的正极能够和半导体制冷片模块连通，第三MOS管Q3截止时，功率电源的正极和半导体制冷片模块之间为断开状态。

如上所示，第四MOS管Q4的栅极连接第二半桥芯片U2的输入引脚Lo，第四MOS管Q4的漏极连接第二半桥芯片U2的输入引脚Vb，另外，第四MOS管Q4的源极通过电阻R2连接功率电源的负极。换言之，第四MOS管Q4相当于功率电源的负极和半导体制冷片模块之间的开关，第四MOS管Q4导通时，功率电源的负极能够和半导体制冷片模块连通，第四MOS管Q4截止时，功率电源的负极和半导体制冷片模块之间为断开状态。

第二充放电电路通过在第四MOS导通时充电，使得第三MOS管Q3的源极获得电压，当第四MOS管Q4截止并尝试启动第三MOS管Q3时，第三MOS管Q3的源极和漏极之间的压差比较小，此时先通过第二放电电路进行放电，直到第三MOS管Q3的源极和漏极之间的压差满足导通条件。具体来说，当第二半桥芯片U2的输入引脚IN输入低电平时，输出引脚Ho输出低电平，输出引脚Lo输出高电平，第三MOS管Q3截止，第四MOS导通，第二半桥芯片U2的引脚Vs和电容C4的第二端通过第四MOS管Q4和电阻R2接地，从而第二半桥芯片U2的引脚Vs的电压约为0V，而电容C4的第一端的电压为其供电电压(本实施例为12V)，此时电容C4充电；当第二半桥芯片U2的输入引脚IN输入由低电平切换为高电平时，第四MOS管Q4截止，第三MOS管Q3的源极电压约等于电容C4充电时获得的电压，电容C4进行放电，当电容C4放电至满足导通条件时第三MOS管Q3导通。

在一些实施例中，具有多重过温保护功能的温控系统还包括全桥驱动控制模块，用来控制全桥驱动模块的启停，其中，如图10所示，全桥驱动控制模块包括全桥输入信号控制单元，用于驱动使能状态下的全桥驱动模块，具体来说是根据第一电信号和第二电信号驱动处于使能状态的全桥驱动模块。

参考图5理解。全桥输入信号控制单元包括第一光电耦合器U4，第一光电耦合器U4为双通耦合器，包括第一耦合通道和第二耦合通道；第一耦合通道的控制端电路闭合时，第一耦合通道工作端的集电极用于向全桥驱动模块输出低电平，第一耦合通道的控制端电路断开时，第一耦合通道工作端的集电极用于向全桥驱动模块输出高电平；第二耦合通道的控制端电路闭合时，第二耦合通道工作端的集电极用于向全桥驱动模块输出低电平，第二耦合通道的控制端电路断开时，第二耦合通道工作端的集电极用于向全桥驱动模块输出高电平。

第一耦合通道的工作端和第二耦合通道的工作端分别设置有上拉电阻，从而当第一耦合通道的控制端电路断开时，第一耦合通道的工作端向第一半桥单元输出高电平，当第二耦合通道的控制端电路断开时，第二耦合通道的工作端向第二半桥单元输出高电平。具体来说，第一耦合通道工作端的基极通过单向二极管连接一电源正极，基极对应该单向二极管的阳极，发射极连接该电源的负极，集电极一方面通过上拉电阻R11连接该电源的正极，另一方面通过TIM1 CH1端向第一半桥单元输出信号。第二耦合通道工作端的基极通过单向二极管连接一电源正极，基极对应该单向二极管的阳极，发射极连接该电源的负极，集电极一方面通过上拉电阻R12连接该电源的正极，另一方面通过TIM1 CH1N端向第二半桥单元输出信号。

全桥输入信号控制单元还包括第一三极管Q5和第二三极管Q6。第一三极管Q5的基极通过电阻R20连接处理模块，第一三极管Q5的发射极接地，集电极依次经过第一光电耦合器U4和电阻R17后连接3V的供电电压，或者理解为第一三极管Q5发射极连接到一电源的负极，集电极通过电阻R17依次经过第一光电耦合器U4和电阻R17后连接到该电源的正极，从而当第一三极管Q5导通时，第一三极管Q5、第一光电耦合器U4、电阻R17以及该电源形成闭合回路。第一三极管Q5用于根据第一电信号(第一电信号输入给CH1)驱动第一耦合通道，以进一步驱动第一半桥单元。

第二三极管Q6的基极通过电阻R21连接处理模块，第二三极管Q6的发射极接地，集电极依次经过第一光电耦合器U4和电阻R18后连接3V的供电电压，或者理解为第二三极管Q6发射极连接到一电源的负极，集电极通过电阻R18依次经过第一光电耦合器U4和电阻R18后连接到该电源的正极，从而当第二三极管Q6导通时，第二三极管Q6、第一光电耦合器U4、电阻R18以及该电源形成闭合回路。第二三极管Q6用于根据第二电信号(第二信号输入给CH1N)驱动第二耦合通道，以进一步驱动第二半桥单元。

在一些实施例中，全桥驱动模块可以不设置使能引脚，即全桥驱动模块始终处于使能状态。在其他一些实施例中，如图10所示，全桥驱动控制模块还包括使能控制单元，用于对全桥驱动模块进行使能和失能控制，一方面，当遇到故障或急停需求时，可通过使能控制单元控制全桥驱动模块失能，来切断制热回路或制冷回路，其中，使能控制单元从使能控制切换到失能控制的操作指令可以通过按下外在的急停按钮来触发，也可通过处理模块自动监测或检测到故障后自动触发。

另一方面，处理模块能够实时判断实际温度和目标制冷温度及目标制热温度的关系，当负载连接面的温度低于第一制冷临界值和大于第一制热临界值时，处理模块能够驱动使能控制单元来控制全桥驱动模块失能，从而保护温控系统。具体来说，制热回路中，处理模块实时根据温度检测模块反馈的热电信号计算获得实际温度，处理模块将实际温度和目标制热温度和第一制热临界值进行比较，当实际温度从低于目标制热温度上升到目标制热温度时，处理模块调节第一电信号和/或第二电信号，并对半导体制冷片模块进行PID恒温控制，恒温控制不利可能导致实际温度继续上升，当实际温度达到第一制热临界值时，处理模块调整第三电信号，通过使能控制单元控制全桥驱动模块失能。制冷回路中，处理模块实时根据温度检测模块反馈的热电信号计算获得实际温度，处理模块将实际温度和目标制热温度和第一制冷临界值进行比较，当实际温度从高于目标制冷温度下降到目标制热温度时，处理模块调节第一电信号和/或第二电信号，并对半导体制冷片模块进行PID恒温控制，恒温控制不利可能导致实际温度继续下降，当实际温度达到第一制冷临界值时，处理模块调整第三电信号，通过使能控制单元控制全桥驱动模块失能。

参考图8进行理解。使能控制单元包括第二光电耦合器U5，第二光电耦合器U5中：控制端电路闭合时，工作端的发射极用于向全桥驱动模块的使能端输出高电平，控制端电路断开时，工作端的发射极用于向全桥驱动模块的使能端输出低电平。其中，第一半桥单元的第一半桥芯片和第二半桥单元的第二半桥芯片分别设置有使能引脚(即SD引脚)，第二光电耦合器U5工作端的发射极分别向这两个使能引脚输出信号，从而同时控制第一半桥芯片和第二半桥芯片的使能和失能。

使能控制单元还包括第三三极管Q7。第三三极管Q7的基极通过电阻R22连接处理模块，即图8所示的H1 EN端连接处理模块，用于接收第三电信号，第三三极管Q7的发射极接地，集电极依次通过第二光电耦合器U5和电阻R19后连接一3V的供电电压，也可理解为第三三极管Q7的发射极连接一电源的负极，第三三极管Q7的集电极依次通过第二光电耦合器U5和电阻R19后连接该电源的正极。

第二光电耦合器U5的发射极一方面通过电阻R13接地，另一方面输出从HEAT1 EN端向第一半桥单元和第二半桥单元发射使能/失能信号，即向图2和图3所示的第一半桥芯片U1的SD引脚和第二半桥芯片U2的SD引脚发射使能/失能信号。本实施例中，第一半桥单元和第二半桥单元采用高电平使能，当H1 EN端输入高电平时，第三三极管Q7导通驱动第二光电耦合器U5导通，HEAT1 EN端输出高电平，则第一半桥单元和第二半桥单元使能，当H1 EN端输入低电平时，第三三极管Q7截止，相应地，第二光电耦合器U5处于截止状态，此时HEAT1EN端在下拉电阻R13的作用下输出低电平，第一半桥单元和第二半桥单元失能，此时无论第一电信号和第二电信号如何调整，具有多重过温保护功能的温控系统均不工作。

第一电信号为低电平，第二电信号为高电平，且第三信号为高电平时，第一半桥单元和第二半桥单元使能，第一三极管Q5截止使得第一耦合通道不导通，第一耦合通道的集电极在上拉电阻(即电阻R11)的作用下为高电平，第一MOS管Q1导通且第二MOS管Q2截止，第二三极管Q6导通使得第二耦合通道导通，第二耦合通道的集电极输出低电平，第三MOS管Q3截止且第四MOS管Q4导通，从而功率电源正极、第一MOS管Q1、半导体制冷片模块、第四MOS管Q4及功率电源负极形成制冷回路。

第一电信号为高电平，第二电信号为低电平，且第三信号为高电平时，第一半桥单元和第二半桥单元使能第一三极管Q5导通使得第一耦合通道导通，第一耦合通道的集电极为低电平，使得第一MOS管Q1截止且第二MOS管Q2导通，第二三极管Q6截止使得第二耦合通道不导通，第二耦合通道的集电极输出低电平，使得第三MOS管Q3导通且第四MOS管Q4截止，从而功率电源正极、第三MOS管Q3、半导体制冷片模块、第二MOS管Q2及功率电源负极形成制热回路。另外，第二耦合通道的输出端也设置有上拉电阻，即图5所示的连接5V供电电压的电阻R12。

在一些实施例中，第一半桥单元的CH1 OUT端直接连接半导体制冷片模块的一端，第二半桥单元的CH1N OUT端直接连接半导体制冷片模块的另一端。而在另外一些实施例中，作为替换手段，CH1 OUT端和CH1N OUT端不直接连接半导体制冷片模块，具体如下：

如图9所示，具有多重过温保护功能的温控系统还包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C30和第二电容C31；第一电感L1、半导体制冷片模块及第二电感L2顺次连接；第一电容C30的一端连接到第一电感L1和半导体制冷片模块之间，另一端连接到向半导体制冷片模块供电的功率电源的负极；第二电容C31的一端连接到第二电感L2和半导体制冷片模块之间，另一端连接到功率电源的负极；第一电感L1还连接第一半桥单元的CH1OUT端，第二电感L2还连接到第二半桥单元的CH1N OUT端。在制冷回路中，第一MOS管和第四MOS管导通，电流从功率电源的正极依次经过第一MOS管、第一电感L1、半导体制冷片模块、第二电感L2以及第四MOS管到达功率电源的负极；在制热回路中，第二MOS管和第三MOS管导通，电流从功率电源的正极依次经过第三MOS管、第二电感L2、半导体制冷片模块、第一电感L1以及第二MOS管到达功率电源的负极。

第一电感L1和第一电容C30形成第一LC电路，第二电感L2和第二电容C31形成第二LC电路，当第一电信号和第二电信号中有脉冲信号时，脉冲信号的高电平和低电平切换期间，第一LC电路和第二LC电路能够减缓半导体制冷片模块两端的电压变化，降低电压波动情况，降低了电压突变对半导体制冷片的影响，从而提高了系统的可靠性。

参考图6进行理解。温度检测模块包括热敏电阻和运算放大单元U3。热敏电阻安装于负载连接面上，图6中以电阻R4进行表示。具体地，热敏电阻可以贴合负载连接面设置，也可以嵌接、插接的方式设置在负载上靠近负载连接面的位置，还可以在负载连接面周围设置密封腔，热敏电阻内置在密封腔中，当热敏电阻以间接连接的方式安装到负载连接面时，热敏电阻的检测结果可能存在微弱的偏差，该偏差可以通过算法进行补偿。热敏电阻的阻值随着负载连接面的温度的变化而变化，热敏电阻阻值和温度的关系在出厂前已经设定好，数据预存到处理模块中。

运算放大单元U3用于和热敏电阻形成恒流源监测电路，并将热敏电阻电流输出端的电压放大后形成热电信号输出。运算放大单元U3包括上部通道和下部通道，上部通道、下部通道和热敏电阻形成恒流源监测电路，下部通道用于将上部通道的输出进行放大后输出热电信号；处理模块连接下部通道的输出TEMP ADC1，并用于将电热信号转换成温度值。

热敏电阻的电流恒定，当温度变化时，其电流输出端的电压是变化的，则温度检测保护模块输入的电压是变化的，当热敏电阻为正温度系数时，例如铂热电阻PT1000A，随着温度的升高，热敏电阻的电流输出端的电压逐渐降低，当热敏电阻为负温度系数时，例如MT52A102F3950F00030，随着温度的升高，热敏电阻的电流输出端的电压逐渐增大。

上部通道中：正相输入连接第一供电电压2VREF，其中2VREF为2V的标准电压，第一供电电压的精度比较高；反相输入通过第一电阻R6连接第二供电电压3VREF，其中3VREF为3V的标准电压，第二供电电压的精度比较高；输出通过热敏电阻R4连接反相输入，且热敏电阻与第一电阻R6串联，第一供电电压小于第二供电电压，两者的差值即为第一电阻R6的电压，根据欧姆定律可计算出热敏电阻的电流，热敏电阻的阻值随温度变化时，其电流输入端TEMP+的电压恒定，电流输出端TEMP-的电压产生变化。

第一供电电压连接处设置第一滤波电容C10，第二供电电压处设置第二滤波电容C11，提高了稳定性。运算放大单元U3的电源并联有电容C9用于滤波。在一个实施例中，电容C9、第一滤波电容C10、第二滤波电容C11均为纹波电容。如图6所示，温度检测模块还设置了电容C25作为反馈电路的调谐电容，电容C25为热敏电阻R4的旁路电容。另外，第一电阻R6精度为0.01Ω，以提高电流输出端TEMP-和热电信号的精度。

上部通道的输出先连接下部通道的正相输入，再连接热敏电阻；下部通道的反相输入通过第三电阻R5接地的同时还通过第四电阻R10连接下部通道的输出，通过设置第三电阻R5和第四电阻R10的阻值来设定放大倍数，放大后形成的热电信号为TEMP ADC1的电压。

分别以热敏电阻为正温度系数和负温度系数为例进一步描述温度检测模块：

热敏电阻为正温度系数时，热敏电阻R4为PT1000A金属铂电阻，电阻值随感应温度的升高阻值变大，可安装于负载连接面或负载，用于实时监测负载连接面或负载的温度。使用运算放大单元U3设计一个恒流源监测电路，上部通道的正向输入端为2VREF(即2V)，反向输入端VTEMP+通过电阻R6与3VREF连接(即3V)，及与下部通道的输出组成反馈电路，电阻R6两端的电压差为3VREF-2VREF，即3V-2V＝1V，电阻R6采用1KΩ，流过电阻R6的电流即为1V/1K＝1mA。此1mA的电流流过热敏电阻R4，热敏电阻R4在0℃时，额定电阻值为1KΩ，欧姆定律得出R4两端电压差为1mA*1KΩ＝1V，即VTEMP+与VTEMP-之间电压差为1V，故VTEMP-电压为1V。VTEMP-通过图中运算放大单元U3下部通道的反馈电路，以电阻R5为1K，电阻R10为2K为例，TEMP ADC1的电压VTEMP ADC1＝((R5+R10)/R5)*VTEMP-＝1V*2＝2V。VTEMP ADC1连接处理模块的ADC引脚，控制程序可以读取该电压值并程序转换成为温度值，即举例的2V等同于0℃。当负载连接面或负载温度升高时，热敏电阻R4电阻值变大，热敏电阻R4两端压降变大，由于VTEMP+电压与2VREF电压相同不变，故VTEMP-电压下降，同步VTEMP ADC1电压下降，程序转换后，程序检测到温度升高。

热敏电阻为负温度系数时，为便于描述，引入图7，图6和图7的区别在于，图7中采用电阻R30来表示热敏电阻。R30为MT52A102F3950F00030负温度系数热敏电阻，电阻值随感应温度的升高阻值变小，可安装于负载连接面或负载连接面所接的负载，用于实时监测负载连接面或负载的温度。运用运算放大单元U3设计一个恒流源监测电路。图7中，运放上部通道的正向输入端为2VREF(即2V)，反向输入端VTEMP+通过电阻R6与3VREF连接(即3V)，及与运放输出(即下部通道的输出)组成反馈电路，电阻R6两端的电压差为3VREF-2VREF，即3V-2V＝1V，流过电阻R6的电流即为1V/1K＝1mA。此1mA的电流流过电阻R70，电阻R30在0℃时，额定电阻值为1KΩ，欧姆定律得出R30两端电压差为1mA*1KΩ＝1V，即VTEMP+与VTEMP-之间电压差为1V，故VTEMP-电压为1V。VTEMP-通过图7中运算放大单元U3下部通道的反馈电路，VTEMP ADC1＝((R5+R10)/R5)*VTEMP-＝1V*2＝2V。VTEMP ADC1连接处理模块的ADC1引脚，控制程序可以读取该电压值并程序转换成为温度值，即举例的2V等同于0℃。当负载连接面或负载温度升高时，电阻R30电阻值变小，电阻R30两端压降变小，由于VTEMP+电压与2VREF电压相同不变，故VTEMP-电压升高，同步VTEMP ADC1电压升高，程序转换后，程序检测到温度升高。

具有多重过温保护功能的温控系统还包括继电器和过温保护模块。继电器用于控制源头电源和制冷回路与制热回路的功率电源之间的通断；功率电源用来向半导体制冷片模块供电，源头电源用来向功率电源供电，当继电器闭合，源头电源能够正常向功率电源供电，当继电器常开，功率电源没有电压，半导体制冷片模块不工作。过温保护模块用于控制继电器的状态，过温保护模块通过温度检测模块自动驱动，温度检测模块中热敏电阻电流输出端的电压信号随着负载连接面温度的变化而变化，当负载连接面达到第二制热临界值时，温度检测模块的电压信号能够自动控制过温保护模块(第二制热临界值和触发过温保护模块的电压信号之间的关系能够通过计算和/或有限次试验获得)，因此，温控系统的过温防护至少有三种，结合图13理解，第一种，温度达到目标制冷温度或目标制热温度时，通过处理模块调节输入给全桥驱动控制模块的信号，通过PID恒温控制来防止过温，第二种，实际温度达到第一制热临界值或者第一制冷临界值时，通过处理模块调整输入给全桥驱动控制模块的信号，来对全桥驱动模块进行使能和失能控制进行过温保护之外，第三种，实际温度达到第二制热临界值时，在温度检测模块和过温保护模块的配合下自动切断功率电源和源头电源之间的通路；而在这三种过温保护中，可以将第三种过温保护方式作为最后一道防线(即使第二制热临界值大于第一制热临界值)，当处理模块或使能控制单元程序故障，导致无法对全桥驱动模块进行失能控制时，半导体制冷片模块继续加热直至负载连接面的温度达到第二制热临界值，过温保护模块自动控制继电器，功率电源没有电压。诚然，其他一些实施例中，将使能和失能控制的方式作为最后一道防线(即使第一制热临界值大于第二制热临界值)也在本发明的保护范围之内。

请结合图7、图8、图11及图12进行理解，过温保护模块包括电压比较器U8和过温保护MOS管Q8，电压比较器U8的正相输入和反相输入中的一个连接热敏电阻的电流输出端TEMP1-，另一个连接固定电压。过温保护MOS管Q8的导通和截止通过电压比较器U8控制，过温保护MOS管Q8用于控制继电器的通断；其中，电压比较器U8的输入连接的固定电压和第二制热临界值相关联，负载连接面达到第二制热临界值时，电压比较器U8的输出信号产生变化，驱动过温保护MOS管Q8状态变化，进一步驱动继电器RLY1状态变化。

连接电压比较器U8的输出端的固定电压通过一分压电路实现，该分压电路包括一电源、电阻R17、电阻R31、电阻R30以及电容C21，电阻R17、电阻R31以及电阻R30串联设置，电阻R31和电阻R30一起与电容C21并联，电阻R17连接该电源的正极，电阻R30连接该电源的负极，连接电压比较器U8的输出端连接到电阻R17和电阻R31之间。用于向电压比较器U8供电的电源处设置有电容C32，用于稳压和过滤杂波。

过温保护MOS管Q8为N沟道耗尽型，过温保护MOS管Q8的栅极通过第二电阻R8连接电压比较器U8的输出，过温保护MOS管Q8的源极连接一电源的负极，过温保护MOS管Q8的漏极通过继电器RLY1连接该电源的正极，继电器RLY1并联有单向二极管D5。第二电阻R8和电压比较器U8的输出之间设置有上拉电阻R9，电压比较器U8的输出和过温保护MOS管Q8之间设置有电容C22和电容C23，用于和第二电阻R8形成RC电路；电容R22和过温保护MOS管Q8的栅极之前设置有接地的电阻R16。

由于热敏电阻的性质不同则过温保护模块的具体电路有所区别，以下分别说明。

在一些实施例中，热敏电阻采用正温度系数，例如PT1000，此时，如图11所示，电压比较器U8的正相输入连接热敏电阻电流输出端TEMP1-连接，反相输入连接固定电压，热敏电阻阻值随检测温度升高而增加，TEMP1-的电压随温度升高而降低。当实际温度达到第二制热临界值时，即当TEMP1-的电压小于电压比较器U8的反向输入端电压(3V3通过电阻R7、电阻R31、电阻R30的一个分压值)时，电压比较器U8的OUT引脚输出低电平，过温保护MOS管Q8截止，继电器RLY1线圈端无电流回路，继电器RLY1常开，VCC12V和VGND构成的功率电源与12VIN和12GND构成的源头电源不连接，整个制冷回路或制热回路无电压，半导体制冷片模块不工作；反之，当检测到的实际温度低于第二制热临界值时，即当TEMP1-的电压大于电压比较器U8的反向输入端电压时，电压比较器U8的OUT引脚输出高电平，过温保护MOS管Q8导通，继电器RLY1线圈端有电流回路，继电器RLY1吸合，VCC12V和VGND构成的功率电源与12VIN和12GND构成的源头电源连接，整个制冷回路或制热回路有电压，半导体制冷片模块工作；

在另外一些实施例中，热敏电阻为负温度系数时，热敏电阻R30采用型号为MT52A102F3950F00030负温度系数热敏电阻；如图12所示，电压比较器U8的反相输入连接热敏电阻电流输出端TEMP1-连接，正相输入连接固定电压，热敏电阻阻值随检测温度升高而减小，TEMP1-的电压随温度升高而减小。当实际温度达到第二制热临界值时，即当TEMP1-的电压大于电压比较器U8的反向输入端电压时，电压比较器U8的OUT引脚输出低电平，过温保护MOS管Q8截止，继电器RLY1线圈端无电流回路，继电器RLY1常开，VCC12V和VGND构成的功率电源与12VIN和12GND构成的源头电源不连接，整个制冷回路或制热回路无电压，半导体制冷片模块不工作；反之，当检测到的实际温度低于第二制热临界值时，即当TEMP1-的电压小于电压比较器U8的反向输入端电压时，电压比较器U8的OUT引脚输出高电平，过温保护MOS管Q8导通，继电器RLY1线圈端有电流回路，继电器RLY1吸合，VCC12V和VGND构成的功率电源与12VIN和12GND构成的源头电源连接，整个制冷回路或制热回路有电压，半导体制冷片模块工作。

一种恒温控制方法，采用如上任一项实施例所提供的具有多重过温保护功能的温控系统实现，恒温控制方法包括如下步骤：

S10、判断用户需求，若需求制冷，则执行步骤S20，若需求制热，则执行步骤S200，若没有制冷和制热的需求，则重复步骤S10；该步骤可通过处理模块检索操作人的输入信息来实现；

S20、获取目标制冷温度和负载连接面的环境温度，判断目标制冷温度是否小于环境温度，若是，则执行步骤S30，否则返回步骤S10；其中，处理模块控制温度检测模块运行，并获得热电信号，处理模块根据热电信号计算便可获得环境温度；

S30、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制冷，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据热电信号计算实际温度，处理模块比较目标制冷温度和实际温度，当实际温度达到目标制冷温度时执行步骤S40，否则继续对半导体制冷片模块制冷；

S40、控制第一电信号为常低信号，第二电信号为脉冲信号，以热电信号作为反馈来调节第二电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；

S200、获取目标制热温度和负载连接面的环境温度，判断环境温度是否小于目标制热温度是否，若是，则执行步骤S300，否则返回步骤S10；

S300、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制热，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据热电信号计算实际温度，处理模块比较目标制热温度和实际温度，当实际温度达到目标制热温度时执行步骤S400，否则继续对半导体制冷片模块制热；

S400、控制第一电信号为脉冲信号，第二电信号为常低信号，以热电信号作为反馈来调节第一电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制。

一种具有多重过温保护功能的温控方法，采用如上任一项提供的具有多重过温保护功能的温控实现，方法包括：

a1、判断用户需求，若需求制冷，则执行步骤b2至b5，若需求制热，则执行步骤c2至c5，若没有制冷和制热的需求，则重复步骤a1；其中，用户需求可以处理模块获取的用户的操作指令；

b2、获取目标制冷温度和负载连接面的环境温度，判断目标制冷温度是否小于环境温度，若是，则执行步骤b3，否则返回步骤a1；其中，目标制冷温度可以预先写入在处理模块中，也可通过用户写入，环境温度可以通过温度检测模块检测，并经由处理模块计算获得；当半导体制冷片模块已经运行过制冷回路，环境温度已经达到目标制冷温度，这种情况下不需要继续制冷，返回步骤a1即可；

b3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制冷，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据热电信号计算实际温度，处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当实际温度达到目标制冷温度时执行步骤b4，否则继续对半导体制冷片模块制冷；

b4、控制第一电信号为常低信号，第二电信号为脉冲信号，以热电信号作为反馈来调节第二电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当负载连接面达到第一制冷临界值时，执行步骤b5；

b5、通过处理模块控制全桥驱动模块失能；

c2、获取目标制热温度和负载连接面的环境温度，判断环境温度是否小于目标制热温度是否，若是，则执行步骤c3，否则返回步骤a1；

c3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制热，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据热电信号计算实际温度，处理模块比较目标制热温度和实际温度，当实际温度达到目标制热温度时执行步骤c4，否则继续对半导体制冷片模块制热；

c4、控制第一电信号为脉冲信号，第二电信号为常低信号，以热电信号作为反馈来调节第一电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当负载连接面达到第一制热临界值时，执行步骤c5，当负载连接面达到第二制热临界值时，温度检测模块驱动过温保护模块控制继电器断开源头电源和功率电源之间的连接；

c5、通过处理模块控制全桥驱动模块失能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，包括半导体制冷片模块、全桥驱动模块、全桥驱动控制模块、温度检测模块、过温保护模块、继电器以及处理模块；

所述全桥驱动模块用于在所述处理模块的控制下和所述半导体制冷片模块形成制冷回路或制热回路，制冷回路中，所述半导体制冷片模块的负载连接面为冷面，制热回路中，所述负载连接面为热面；

所述继电器用于控制源头电源和所述制冷回路与制热回路的功率电源之间的通断；

所述温度检测模块用于根据所述负载连接面的温度生成热电信号，所述处理模块用于根据所述热电信号获得所述负载连接面的实际温度；

所述全桥驱动控制模块包括全桥输入信号控制单元和使能控制单元，所述使能控制单元用于根据所述处理模块的指令控制所述全桥驱动模块使能和失能，所述全桥输入信号控制单元用于根据所述处理模块的指令驱动使能状态下的全桥驱动模块；所述负载连接面达到目标制冷温度或达到目标制热温度时，所述处理模块用于对所述半导体制冷片模块恒温控制，所述半导体制冷片模块制冷且实际温度达到第一制冷临界值或制热且实际温度达到第一制热临界值时，所述处理模块用于控制所述全桥驱动模块失能，所述负载连接面达到第二制热临界值时，所述过温保护模块在所述温度检测模块的驱动下控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接，其中所述第一制冷临界值小于所述目标制冷温度，所述第一制热临界值和所述第二制热临界值均大于所述目标制热温度；

其中，所述处理模块用于输出第一电信号、第二电信号；

所述制冷回路中，所述负载连接面到达目标制冷温度时，所述处理模块用于控制所述第一电信号为常低信号、所述第二电信号为脉冲信号，并以所述热电信号作为反馈来调节所述第二电信号的占空比，对所述负载连接面的温度进行PID控制；

所述制热回路中，所述负载连接面的实际温度到达目标制热温度时，所述处理模块用于控制所述第一电信号为脉冲信号，所述第二电信号为常低信号，并以所述热电信号作为反馈来调节所述第一电信号的占空比，对所述负载连接面的温度进行PID控制。

2.如权利要求1所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述全桥驱动模块包括第一半桥单元和第二半桥单元；所述第一半桥单元通过所述第一电信号控制，所述第二半桥单元通过所述第二电信号控制；所述第一半桥单元和所述第二半桥单元分别设有使能端，所述使能端用于根据所述处理模块发射的第三电信号控制所述第一半桥单元和所述第二半桥单元使能或失能。

3.如权利要求1所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述温度检测模块包括热敏电阻和运算放大单元，所述热敏电阻安装于所述负载连接面，所述运算放大单元用于和所述热敏电阻形成恒流源监测电路，并将所述热敏电阻电流输出端的电压放大形成热电信号；

所述处理模块根据所述热电信号获得所述负载连接面的实际温度；

所述热敏电阻电流输出端的电压信号用于控制所述过温保护模块，所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，热敏电阻电流输出端的电压信号触发所述过温保护模块控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接。

4.如权利要求3所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述过温保护模块包括：

电压比较器，所述电压比较器的正相输入和反相输入中的一个连接所述热敏电阻的电流输出端，另一个连接固定电压；

过温保护MOS管，用于控制所述继电器的通断，所述过温保护MOS管的导通和截止通过所述电压比较器控制；

其中，所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，所述电压比较器的输出信号变化，驱动所述过温保护MOS管状态变化，进一步驱动所述继电器状态变化。

5.如权利要求4所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述过温保护MOS管为N沟道耗尽型，所述过温保护MOS管的栅极通过第二电阻连接所述电压比较器的输出，所述过温保护MOS管的源极连接一电源的负极，所述过温保护MOS管的漏极通过所述继电器连接该电源的正极，所述继电器并联有单向二极管；

所述电压比较器的输出和所述过温保护MOS管之间设置有电容，用于和所述第二电阻形成RC电路；

所述第二电阻和所述电压比较器的输出之间设置有上拉电阻。

6.如权利要求4所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述热敏电阻采用正温度系数，所述电压比较器的正相输入连接所述热敏电阻的电流输出端。

7.如权利要求4所述的具有多重过温保护功能的温控系统，其特征在于，所述热敏电阻采用负温度系数，所述电压比较器的反相输入连接所述热敏电阻的电流输出端。

8.一种具有多重过温保护功能的温控方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的具有多重过温保护功能的温控实现，所述方法包括：

a1、判断用户需求，若需求制冷，则执行步骤b2至b5，若需求制热，则执行步骤c2至c5，若没有制冷和制热的需求，则重复步骤a1；

b2、获取目标制冷温度和负载连接面的环境温度，判断所述目标制冷温度是否小于环境温度，若是，则执行步骤b3，否则返回步骤a1；

b3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制冷，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据所述热电信号计算实际温度，处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当实际温度达到目标制冷温度时执行步骤b4，否则继续对半导体制冷片模块制冷；

b4、控制第一电信号为常低信号，第二电信号为脉冲信号，以热电信号作为反馈来调节所述第二电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，所述处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当所述负载连接面达到所述第一制冷临界值时，执行步骤b5；

b5、通过所述处理模块控制所述全桥驱动模块失能；

c2、获取目标制热温度和负载连接面的环境温度，判断所述环境温度是否小于目标制热温度是否，若是，则执行步骤c3，否则返回步骤a1；

c3、处理模块发射第一电信号和第二电信号并使半导体制冷片模块制热，处理模块实时获取温度检测模块的热电信号，并根据所述热电信号计算实际温度，处理模块比较目标制热温度和实际温度，当实际温度达到目标制热温度时执行步骤c4，否则继续对半导体制冷片模块制热；

c4、控制第一电信号为脉冲信号，第二电信号为常低信号，以热电信号作为反馈来调节所述第一电信号的占空比，对负载连接面的温度进行PID控制；同时，所述处理模块实时比较目标制冷温度和实际温度，当所述负载连接面达到所述第一制热临界值时，执行步骤c5，当所述负载连接面达到所述第二制热临界值时，所述温度检测模块驱动所述过温保护模块控制所述继电器断开所述源头电源和所述功率电源之间的连接；

c5、通过所述处理模块控制所述全桥驱动模块失能。