CN211698735U - 半导体调温装置控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体调温装置控制系统，其包括：热电半导体；温度交换装置，连接热电半导体；工作端，连接温度交换装置；电流切换电路，连接热电半导体；供电单元，分别连接温度交换装置以及电流切换电路；温度传感器，设置在工作端上，并连接供电单元；显示屏，通过数据传输模块连接温度传感器以及供电单元。其优点是：通过在工作端上设置温度传感器并将温度传感器连接显示屏以对实时温度进行显示，以达到环境温度的实时监测目的，使用者可以根据实际需要或者根据实时温度提示，通过电流切换电路控制热电半导体内部电流流向，以达到制冷或制热模式的随意切换，实现了半导体调温装置的多样化功能，拓展了产品的使用场景和范围。

Description

半导体调温装置控制系统

技术领域

本实用新型涉及半导体调温技术领域，特别是涉及一种半导体调温装置控制系统。

背景技术

1834年，法国科学家帕尔贴发现了热电制冷和热电制热现象——帕尔贴效应。20世纪50年代末期，随着半导体材料技术的大力发展，解决了早期系统制冷效率低的问题，特别是美、英、日等发达国家在这一领域做了大量的研究。60年代末热电制冷即已达到实用化阶段。因其具有结构简单，无噪声，无污染等优点，自其出现。以来便广泛用于航空，航天，红外探测，医疗设备等领域。

近年来，随着智能家居及电子产品的兴起和物联网技术的发展，潜移默化的影响着人们的生活方式，人们对于智能化设备的接受程度也在不断提高，对日常物品也提出了更多的功能需求。随着电子器件的不断发展以及对于高品质生活的追求，热电制冷以其体积小、重量轻、控温准确以及制冷迅速等优势，在生产生活的各领域有着越来越广泛的应用。如热电冰箱、饮水机、杯子、半导体儿童降温贴，大大方便了人们的生活。

现有的利用热电系统进行温度控制的产品大多功能单一，比如只具有制热功能，或者只具有制冷功能，用户体验差。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的半导体调温装置控制系统功能单一的问题，提供一种半导体调温装置控制系统，可以达到环境温度的实时监测目的，使得用户可以根据实际需要将半导体调温装置调整到制冷或制热模式，实现了多样化功能，拓展了产品的使用场景和范围。

一种半导体调温装置控制系统，其特征是，包括：

热电半导体；

温度交换装置，连接所述热电半导体；

工作端，连接所述温度交换装置；

电流切换电路，连接所述热电半导体；

供电单元，分别连接所述温度交换装置以及所述电流切换电路。

在其中一个实施例中，还包括：

温度传感器，设置在所述工作端上，并连接所述供电单元；

显示屏，通过数据传输模块连接所述温度传感器，并连接所述供电单元。

在其中一个实施例中，还包括：开关电路，连接所述电流切换电路。

在其中一个实施例中，所述电流切换电路包括第一继电器以及第二继电器，其中：

所述第一继电器的公共端连接所述热电半导体的一端，所述第一继电器的常闭触点连接所述供电单元的一端，所述第一继电器的常开触点连接所述供电单元的另一端；

所述第二继电器的公共端连接所述热电半导体的另一端，所述第二继电器的常闭触点连接所述供电单元的一端，所述第二继电器的常开触点连接所述供电单元的另一端。

在其中一个实施例中，所述电流切换电路包括控制器电路以及全桥驱动电路，其中：

所述控制器电路的输入端连接所述供电单元；

所述全桥驱动电路的一对控制端连接所述控制器电路的一对输出端，所述全桥驱动电路的一对输出端连接所述热电半导体。

在其中一个实施例中，所述全桥驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管，其中：

所述第一晶体管的基极连接所述控制器电路的第一输出端，所述第一晶体管的发射极连接所述供电单元的一端以及所述热电半导体的一端；

所述第二晶体管的基极连接所述第一晶体管的基极，所述第二晶体管的集电极连接所述第一晶体管的发射极，所述第二晶体管的发射极连接所述供电单元的另一端；

所述第三晶体管的基极连接所述控制器电路的第二输出端，所述第三晶体管的集电极连接所述热电半导体的另一端，所述第三晶体管的发射极连接所述供电单元的另一端；

所述第四晶体管的基极连接所述第三晶体管的基极，所述第四晶体管的集电极连接所述供电单元的一端，所述第四晶体管的发射极连接所述第三晶体管的集电极。

在其中一个实施例中，所述控制器电路包括DSP处理器以及PWM驱动放大电路：

所述DSP处理器的输入端连接所述供电单元，所述DSP处理器包括PWM产生模块；

所述PWM驱动放大电路的输入端连接所述DSP处理器中的所述PWM产生模块，所述PWM驱动放大电路的一对输出端分别连接所述全桥驱动电路中所述第一晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极。

在其中一个实施例中：所述第一晶体管为三极管或者MOSFET；所述第二晶体管为三极管或者MOSFET；所述第三晶体管为三极管或者MOSFET；所述第四晶体管为三极管或者MOSFET。

在其中一个实施例中：所述显示屏设置在所述工作端的表面；所述温度传感器设置在所述工作端的内部。

在其中一个实施例中：所述工作端包括帽子或头帖或床垫或衣服或冰箱。

本实用新型提供的半导体调温装置控制系统较现有技术的优点是：

通过在工作端上设置温度传感器并将温度传感器连接显示屏以对实时温度进行显示，以达到环境温度的实时监测目的，使用者可以根据实际需要或者根据实时温度提示，通过电流切换电路控制热电半导体内部电流流向，以达到制冷或制热模式的随意切换，实现了半导体调温装置的多样化功能，拓展了产品的使用场景和范围。

附图说明

图1为本实用新型的半导体调温装置控制系统的系统框图；

图2为本实用新型的半导体调温装置控制系统中的热电半导体的结构示意图；

图3为本实用新型的半导体调温装置控制系统的一实施例中的电流切换电路的电路图；

图4为本实用新型的半导体调温装置控制系统的另一实施例中的电流切换电路的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

参阅图1，图1示出了本实用新型一实施例中的半导体调温装置控制系统的系统框图，本实用新型一实施例提供的半导体调温装置控制系统，包括热电半导体1，用于制冷或制热；温度交换装置2，连接热电半导体1，用于将热电半导体1产生的热量或者低温传导出去；工作端3，连接温度交换装置2，用于接收温度交换装置传来的热量或者低温，达到加热或者降温效果；电流切换电路4，连接热电半导体1，用于对流过热电半导体1的电流流向进行切换，以达到热电半导体1在制热模式与制冷模式之间的切换目的；供电单元5，分别连接温度交换装置2以及电流切换电路4，用于向所述温度交换装置2以及电流切换电路4供电。

如图2所示，作为示例，热电半导体1包括交替地并列设置的P型热电半导体元件和N型热电半导体元件，相邻P型热电半导体元件和N型热电半导体元件之间通过电臂11依次连接形成串联结构，其工作原理是，通过在热电半导体1的两端加载一个直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端，改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端，以达到制热或制冷的效果。

作为示例，温度交换装置2可以包括具有导热性能的设备或装置，例如，由水泵、水管以及循环水构成的水循环系统，以通过水将热电半导体1的热量或冷量传导到工作端3，在另一些示例中，也可以采用金属片来实现。

作为示例，供电单元5可以采用锂电池或者太阳能电池来实现。

作为示例，工作端3可以为需要加热或者制冷的产品，例如帽子或头帖或床垫或衣服或冰箱。

本实用新型可以通过电流切换电路控制热电半导体内部电流流向，以达到制冷或制热模式的随意切换，实现了半导体调温装置的多样化功能，拓展了产品的使用场景和范围，使用者通过本实用新型的半导体调温装置控制系统可以达到上述工作端产品在冬夏两季通用的目的。

在一个可选的示例中，半导体调温装置控制系统还包括：连接电流切换电路4的外部开关电路8，用来实现用户对电流切换电路4的切换控制，值得注意的是，开关电路8可以根据电流切换电路4的具体情况来选择设计相应的硬件电路以实现其功能，后续会进行介绍。

在其中一个实施例中，半导体调温装置控制系统还包括：温度传感器6，设置在工作端3上，并连接供电单元5；显示屏7，通过数据传输模块连接温度传感器6，并连接供电单元5。温度传感器6用于检测工作端3所处位置的环境温度，在一具体实施例中，温度传感器6可以设置于工作端3内，以起到美观作用，显示屏7用于提示用户环境温度，在一具体实施例中，显示屏7可以设置于工作端3表面。

作为示例，温度传感器6可以采用PT100温度传感器，显示屏7可以采用支持外接温度显示的LED显示屏或者TFT显示屏，或者在另一示例中，直接使用温度显示器来实现温度传感器6数据传输模块以及显示屏7的功能。

本实用新型的半导体调温装置控制系统通过在工作端上设置温度传感器并将温度传感器连接显示屏以对实时温度进行显示，以达到环境温度的实时监测目的，帮助使用者根据实时温度提示来调整制冷或者制热需要。

在其中一个实施例中，如图3所示，电流切换电路4采用继电器组来实现，继电器组可以包括第一继电器K1以及第二继电器K2，其中：

第一继电器K1的公共端连接热电半导体1的一端，第一继电器K1的常闭触点连接供电单元5的一端，第一继电器K1的常开触点连接供电单元5的另一端；

第二继电器K2的公共端连接热电半导体1的另一端，第二继电器K2的常闭触点连接供电单元5的一端，第二继电器K2的常开触点连接供电单元5的另一端。

电流切换电路4的工作原理是，常态下，也就是不通电或者不动作时候常开触点打开，常闭触点闭合。通过相应连接电流切换电路4中第一继电器K1以及第二继电器K2的开关电路8，使得当第一继电器K1得电动作，第二继电器K2不得电时，第二继电器K2不动，第一继电器K1的常闭触点由闭合切换到打开，第一继电器K1的常开触点由开启切换到闭合，以在热电半导体1内形成第一电流流向，当第二继电器K2得电，第一继电器K1不得电时，第一继电器K1不动，第二继电器K2的常闭触点由闭合切换到打开，第二继电器K2的常开触点由打开切换到闭合，以在热电半导体1内形成第二电流流向，假设第一电流流向的电流使得热电半导体工作在制热状态，那么第二电流流向的电流就使得热电半导体工作在制冷状态，反之一样。值得注意的是，这里所说的开关电路8包括但不限于通过可以实现开关功能的继电器电路来实现。

在其中另一个实施例中，如图4所示，电流切换电路4包括控制器电路以及可以同样实现电流反向的全桥驱动电路41，其中：控制器电路的输入端连接供电单元5；全桥驱动电路41的一对控制端连接控制器电路的一对输出端，全桥驱动电路41的一对输出端连接热电半导体1。

作为示例，全桥驱动电路41包括四个开关功率器件：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4，其中：

第一晶体管Q1的基极连接控制器电路的第一输出端，第一晶体管Q1的发射极连接供电单元5的一端以及热电半导体1的一端；第二晶体管Q2的基极连接第一晶体管Q1的基极，第二晶体管Q2的集电极连接第一晶体管Q2的发射极，第二晶体管Q2的发射极连接供电单元5的另一端；第三晶体管Q3的基极连接控制器电路的第二输出端，第三晶体管Q3的集电极连接热电半导体1的另一端，第三晶体管Q3的发射极连接供电单元5的另一端；第四晶体管Q4的基极连接第三晶体管Q3的基极，第四晶体管Q4的集电极连接供电单元5的一端，第四晶体管Q4的发射极连接第三晶体管Q3的集电极。

第一晶体管Q1可以包括但不限于三极管或者MOSFET；第二晶体管Q2可以包括但不限于三极管或者MOSFET；第三晶体管Q3可以包括但不限于三极管或者MOSFET；第四晶体管Q4可以包括但不限于三极管或者MOSFET，本实施例中，四个晶体管均选用三极管。

作为示例，控制器电路包括DSP处理器以及PWM驱动放大电路，其中DSP处理器的输入端连接供电单元5，DSP处理器包括PWM产生模块，本实施例中，DSP处理器选用TMS320F2808；PWM驱动放大电路的输入端连接DSP处理器中的PWM产生模块，PWM驱动放大电路的一对输出端分别连接全桥驱动电路41中第一晶体管Q1的基极以及第三晶体管Q3的基极。其中，PWM驱动放大电路用于对PWM产生模块输出的PWM模型进行波形周期和相位不变，无延迟的功率放大，以达到驱动全桥驱动电路中晶体管开关工作所需的功率。在另一示例中，DSP处理器也可以用单片机替代。

采用DSP处理器、PWM产生模块、PWM驱动放大电路以及全桥驱动电路41所构成的电流切换电路4的工作原理是，可以通过设置相应连接电流切换电路4中DSP处理器的外部开关电路8，通过控制晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的组合，达到控制电流是从A流向B(Q1、Q3导通，Q2、Q4闭合)，还是B流向A(Q2、Q4导通，Q1、Q3闭合)，也就是达到电流双向切换进而达到选择制冷或者是进行加热的目的，这里的电流切换电路4可以通过与非门与晶体管构成的电子开关电路来实现，在又一些实施例中，可以将电流切换电路4整合在遥控器等移动终端上，通过发射器和接收器来实现电流切换电路的输出控制信号向DSP处理器的信号传输，以便于用户的远距离控制。并且，该实施例中，由于选用的控制信号是PWM脉冲信号，还可以达到通过控制通电组合的开和关时间比例(PWM的占空比)，来达到改变输出到热电半导体的平均电压的目的，进而改变输入到热电半导体的电流大小，以实现热电半导体的功率控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半导体调温装置控制系统，其特征在于，包括：

热电半导体；

温度交换装置，连接所述热电半导体；

工作端，连接所述温度交换装置；

电流切换电路，连接所述热电半导体；

供电单元，分别连接所述温度交换装置以及所述电流切换电路。

2.根据权利要求1所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，还包括：

温度传感器，设置在所述工作端上，并连接所述供电单元；

显示屏，通过数据传输模块连接所述温度传感器，并连接所述供电单元。

3.根据权利要求1所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，还包括：

开关电路，连接所述电流切换电路。

4.根据权利要求1所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，所述电流切换电路包括第一继电器以及第二继电器，其中：

所述第一继电器的公共端连接所述热电半导体的一端，所述第一继电器的常闭触点连接所述供电单元的一端，所述第一继电器的常开触点连接所述供电单元的另一端；

所述第二继电器的公共端连接所述热电半导体的另一端，所述第二继电器的常闭触点连接所述供电单元的一端，所述第二继电器的常开触点连接所述供电单元的另一端。

5.根据权利要求1所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，所述电流切换电路包括控制器电路以及全桥驱动电路，其中：

所述控制器电路的输入端连接所述供电单元；

所述全桥驱动电路的一对控制端连接所述控制器电路的一对输出端，所述全桥驱动电路的一对输出端连接所述热电半导体。

6.根据权利要求5所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，所述全桥驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管，其中：

所述第一晶体管的基极连接所述控制器电路的第一输出端，所述第一晶体管的发射极连接所述供电单元的一端以及所述热电半导体的一端；

所述第二晶体管的基极连接所述第一晶体管的基极，所述第二晶体管的集电极连接所述第一晶体管的发射极，所述第二晶体管的发射极连接所述供电单元的另一端；

所述第三晶体管的基极连接所述控制器电路的第二输出端，所述第三晶体管的集电极连接所述热电半导体的另一端，所述第三晶体管的发射极连接所述供电单元的另一端；

所述第四晶体管的基极连接所述第三晶体管的基极，所述第四晶体管的集电极连接所述供电单元的一端，所述第四晶体管的发射极连接所述第三晶体管的集电极。

7.根据权利要求6所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于，所述控制器电路包括DSP处理器以及PWM驱动放大电路：

所述DSP处理器的输入端连接所述供电单元，所述DSP处理器包括PWM产生模块；

所述PWM驱动放大电路的输入端连接所述DSP处理器中的所述PWM产生模块，所述PWM驱动放大电路的一对输出端分别连接所述全桥驱动电路中所述第一晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极。

8.根据权利要求6所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于：

所述第一晶体管为三极管或者MOSFET；

所述第二晶体管为三极管或者MOSFET；

所述第三晶体管为三极管或者MOSFET；

所述第四晶体管为三极管或者MOSFET。

9.根据权利要求2所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于：

所述显示屏设置在所述工作端的表面；

所述温度传感器设置在所述工作端的内部。

10.根据权利要求1所述的半导体调温装置控制系统，其特征在于：

所述工作端包括帽子或头帖或床垫或衣服或冰箱。

Images