JP6583905B2 - Thermoelectric element driving device - Google Patents
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Description
本発明は、異種金属やP型とN型の半導体を接合して構成される熱電素子駆動装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric element driving apparatus configured by joining dissimilar metals or P-type and N-type semiconductors.
熱電素子に電流を流した時に生じる熱伝送・発熱吸熱現象であるペルチェ効果やトムソン効果を利用して、部品などを静かに冷却又は温熱、又は冷却及び温熱の両方を行うことができる温度制御装置が用いられている。 A temperature control device that can quietly cool or heat components, or both cool and heat, using the Peltier effect and the Thomson effect, which are heat transfer and exothermic endothermic phenomena that occur when current flows through the thermoelectric element Is used.
熱電素子を用いた温度制御装置は、構造も簡単で局所的に冷却と温熱とが行えるので、乗用車の狭い室内で使用される小型冷却温熱庫や、パーソナルコンピュータ等のCPU(中央処理装置)や天体望遠鏡用撮像素子などの電子部品や、手術中の局所部位の冷却に用いられている。 A temperature control device using a thermoelectric element is simple in structure and can locally cool and heat, so a small cooling / heating chamber used in a narrow room of a passenger car, a CPU (central processing unit) such as a personal computer, It is used to cool electronic parts such as imaging devices for astronomical telescopes and local parts during surgery.
さらに、冷媒を循環させる冷蔵庫や恒温槽に対して、動作時に熱電素子自体から音が発生しないため、静穏性が重視される高級ホテルの室内冷却温熱庫にも用いられている。また、熱電素子は、環境汚染物質の排出も抑えられるため、地球環境に優しい素子として注目されている。 Furthermore, since no sound is generated from the thermoelectric element itself during operation for a refrigerator or a thermostatic chamber in which the refrigerant is circulated, it is also used in an indoor cooling / heating chamber of a luxury hotel where quietness is important. In addition, thermoelectric elements are attracting attention as elements that are friendly to the global environment because they can suppress the discharge of environmental pollutants.
ペルチェ効果においては、熱電素子に流す電流の平均値に比例した熱の伝送が得られる。これらの装置における熱電素子は、通常、駆動回路部分の発熱を抑えると共に正確に制御可能なPWM(パルス幅変調)やPDM(パルス密度変調)などにより制御されたパルス電流により駆動されている。 In the Peltier effect, heat transfer proportional to the average value of the current flowing through the thermoelectric element can be obtained. The thermoelectric elements in these devices are usually driven by a pulse current controlled by PWM (Pulse Width Modulation), PDM (Pulse Density Modulation), or the like that can suppress heat generation and can be controlled accurately.
通常、熱電素子にはアンペアオーダの大きな電流を流す必要があるので、駆動回路部分の発熱を抑えるべくパルス電流により駆動されている。 Usually, since it is necessary to flow a large amperage current through the thermoelectric element, the thermoelectric element is driven by a pulse current to suppress heat generation in the drive circuit portion.
なお、従来の技術として、例えば、特許文献1〜3に記載された技術が知られている。 As conventional techniques, for example, techniques described in Patent Documents 1 to 3 are known.
しかしながら、熱電素子で発生するジュール熱は駆動電流の実効値の2乗に比例するので、同じ平均電流を流した場合には、パルスのデューティサイクル(ON時間比)に反比例して増大する。従って、従来のパルス駆動時においては、自己発熱により冷却効果が抑制されていた。また、温熱効果の制御精度も抑制されていた。 However, since Joule heat generated in the thermoelectric element is proportional to the square of the effective value of the drive current, it increases in inverse proportion to the duty cycle (ON time ratio) of the pulse when the same average current is passed. Therefore, during the conventional pulse driving, the cooling effect is suppressed by self-heating. Moreover, the control precision of the thermal effect was also suppressed.
本発明の課題は、熱電素子の駆動電流の実効値を抑制して熱電素子自体の発熱を低減することができる熱電素子駆動装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the thermoelectric element drive device which can suppress the heat_generation | fever of thermoelectric element itself by suppressing the effective value of the drive current of a thermoelectric element.
上記の課題を解決するために、本発明は、直流電源と、前記直流電源の一端に一端が接続された熱電素子と、前記直流電源の一端に一端が接続されたコイルと、前記熱電素子の両端に接続されたコンデンサと、前記コイルの他端に一端が接続され前記熱電素子の他端に他端が接続された還流ダイオードと、前記コイルの他端と前記還流ダイオードの一端に一端が接続され、前記直流電源の他端に他端が接続され、前記熱電素子を駆動する駆動素子とを備え、前記駆動素子が遮断時に前記還流ダイオードが導通し、前記駆動素子が導通時に前記還流ダイオードが遮断することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a DC power supply, a thermoelectric element having one end connected to one end of the DC power supply, a coil having one end connected to one end of the DC power supply, and a thermoelectric element. A capacitor connected to both ends, a free-wheeling diode having one end connected to the other end of the coil and the other end connected to the other end of the thermoelectric element, and one end connected to the other end of the coil and one end of the free-wheeling diode The other end of the DC power source is connected to the other end, and the driving element that drives the thermoelectric element is provided, and when the driving element is shut off, the reflux diode is turned on, and when the driving element is turned on, the reflux diode is turned on. It is characterized by blocking .
本発明によれば、熱電素子の駆動電流の実効値を抑制して熱電素子自体の発熱を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the heat generation of the thermoelectric element itself by suppressing the effective value of the driving current of the thermoelectric element.
以下、本発明の実施の形態の熱電素子駆動装置を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a thermoelectric element driving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る熱電素子駆動装置の回路構成図である。図1において、直流電源Vccの正極にはコイルLの一端とペルチェ素子PLの一端とコンデンサCの一端とが接続されている。ペルチェ素子PLの両端にはコンデンサCが接続されている。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a thermoelectric element driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, one end of a coil L, one end of a Peltier element PL, and one end of a capacitor C are connected to the positive electrode of the DC power supply Vcc. Capacitors C are connected to both ends of the Peltier element PL.
ペルチェ素子PLは、熱電素子であり、この熱電素子は、異種金属やP型とN型の半導体を接合して構成され、電流に応じて熱量を移送するペルチェ効果と熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック効果を生じる。上記の接合部を熱伝導性の良好なセラミックスなどを介して冷却・温熱対象物に密着せさることによって熱移送効率を高めている。 The Peltier element PL is a thermoelectric element. This thermoelectric element is formed by joining dissimilar metals or P-type and N-type semiconductors, and converts the Peltier effect and heat energy that transfers the amount of heat according to the current into electrical energy. Produces the Seebeck effect. Heat transfer efficiency is enhanced by bringing the above-mentioned joint into close contact with a cooling / heating target object through ceramics having good thermal conductivity.
コイルLの他端にはスイッチSWの一端が接続され、電子的に制御可能なスイッチSWの他端及び直流電源Vccの負極は接地されている。また、コイルLの他端には例えば高速動作可能なショットキーバリアダイオードや高速ダイオードからなる還流ダイオードDのアノードが接続され、還流ダイオードDのカソードにはペルチェ素子PLの他端が接続されている。 One end of the switch SW is connected to the other end of the coil L, and the other end of the electronically controllable switch SW and the negative electrode of the DC power source Vcc are grounded. The other end of the coil L is connected to the anode of a freewheeling diode D composed of, for example, a Schottky barrier diode or a high speed diode capable of operating at high speed, and the other end of the Peltier element PL is connected to the cathode of the freewheeling diode D. .
スイッチSWは、ペルチェ素子PLを駆動するMOSFET或いはIGBT、バイポーラトランジスタなどの電子スイッチ素子からなる駆動素子を構成し、PWM信号などのパルス制御信号により所定の周期でオン/オフすることによりペルチェ素子PLを駆動する。図において、スイッチSWの他端と直流電源Vccの負極は接地されているが、動作上は必ずしも接地する必要がないことは言うまでもない。また、直流電源Vccと還流ダイオードDの極性を共に反転して良いことも言うまでもない。 The switch SW constitutes a drive element composed of an electronic switch element such as a MOSFET, IGBT, or bipolar transistor that drives the Peltier element PL, and is turned on / off at a predetermined cycle by a pulse control signal such as a PWM signal, thereby causing the Peltier element PL Drive. In the figure, the other end of the switch SW and the negative electrode of the DC power supply Vcc are grounded, but it goes without saying that they are not necessarily grounded for operation. Needless to say, the polarities of the DC power supply Vcc and the free wheel diode D may be reversed.
次に、このように構成された実施例1に係る熱電素子駆動装置の動作を図2に示す各部の電流波形を参照しながら説明する。図2において、ILはコイルLに流れる電流、IswはスイッチSWに流れる電流、Ipはペルチェ素子PLに流れる電流、IcはコンデンサCに流れる電流を示している。 Next, the operation of the thus configured thermoelectric element driving apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the current waveforms of the respective parts shown in FIG. In FIG. 2, IL is a current flowing through the coil L, Isw is a current flowing through the switch SW, Ip is a current flowing through the Peltier element PL, and Ic is a current flowing through the capacitor C.
まず、時刻t0において、PWM信号によりスイッチSWをオンすると、直流電源VccからコイルLに電流ILが流れるとともに還流ダイオードDは逆バイアスとなって遮断され、コンデンサCからの放電電流Icがペルチェ素子PLに流れる。そして、時刻t0〜t1において、電流ILは増加し、コンデンサCは電流Icにより放電していく。この時、コンデンサCの容量を十分に大きくしておけば、コンデンサCの電圧変化を抑えることができ、ペルチェ素子PLに流れる電流をほぼ一定値に維持した直流電流にすることができる。 First, at time t0, when the switch SW is turned on by the PWM signal, a current IL flows from the DC power source Vcc to the coil L and the freewheeling diode D is reverse-biased and cut off, and the discharge current Ic from the capacitor C is changed to the Peltier element PL. Flowing into. At time t0 to t1, the current IL increases and the capacitor C is discharged by the current Ic. At this time, if the capacitance of the capacitor C is made sufficiently large, the voltage change of the capacitor C can be suppressed, and the current flowing in the Peltier element PL can be made a direct current that is maintained at a substantially constant value.
次に、時刻t1において、PWM信号によりスイッチSWをオフすると、コイルLの電磁エネルギーが放出されてコンデンサCが充電されることによって、ペルチェ素子PLに流れている直流電流Ipの減少が抑えられてほぼ一定値に維持される。また、コイルLからの電流ILは主にコンデンサCに流れるので、ペルチェ素子PLには略一定の直流電流Ipを流すことができる。 Next, at time t1, when the switch SW is turned off by the PWM signal, the electromagnetic energy of the coil L is released and the capacitor C is charged, thereby suppressing the decrease in the direct current Ip flowing through the Peltier element PL. It is maintained at a substantially constant value. Further, since the current IL from the coil L mainly flows through the capacitor C, a substantially constant direct current Ip can be passed through the Peltier element PL.
即ち、ペルチェ素子PLにコンデンサCを並列に接続したり、直列にコイルLを接続することによって、ペルチェ素子PLの駆動電流の直流成分のみを残して交流成分を低減することによって実効値を抑制して熱電素子自体の発熱を低減することができる。また、ペルチェ素子PLにコンデンサCを並列に接続することによって、従来の簡単な制御回路を用いてスイッチSWをパルス信号によって制御してペルチェ素子PLの平均電流を正確に調節することができる。 That is, by connecting the capacitor C in parallel to the Peltier element PL or connecting the coil L in series, the effective value is suppressed by reducing the AC component while leaving only the DC component of the drive current of the Peltier element PL. Thus, the heat generation of the thermoelectric element itself can be reduced. Further, by connecting the capacitor C in parallel to the Peltier element PL, it is possible to accurately adjust the average current of the Peltier element PL by controlling the switch SW with a pulse signal using a conventional simple control circuit.
また、スイッチSWの他端及び直流電源Vccの負極は接地されているので、安定にスイッチSWをパルス制御することができる。さらに、直流電源Vccとペルチェ素子PL、還流ダイオードD、スイッチSWを構成する駆動素子の極性を反転した場合においても、直流電源Vccの正極も交流的には安定な接地点と見なすことができるので、同様な安定性が得られることは言及するまでもない。 Further, since the other end of the switch SW and the negative electrode of the DC power source Vcc are grounded, the switch SW can be stably pulse-controlled. Further, even when the polarity of the driving elements constituting the DC power supply Vcc, the Peltier element PL, the freewheeling diode D, and the switch SW is reversed, the positive electrode of the DC power supply Vcc can be regarded as a stable ground point in terms of AC. Needless to say, the same stability can be obtained.
図3は、本発明の実施例1に係る熱電素子駆動装置の変形例の回路構成図である。図3に示す変形例に係る熱電素子駆動装置は、図1に示す熱電素子駆動装置の直流電源Vccに代えて、交流電源VacとダイオードD1〜D4からなる全波整流回路とを用いたことを特徴とする。全波整流回路は整流回路であれば半波整流回路等に置き換え可能であることは言うまでもない。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a modified example of the thermoelectric element driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The thermoelectric element driving apparatus according to the modification shown in FIG. 3 uses an AC power supply Vac and a full-wave rectifier circuit including diodes D1 to D4 instead of the DC power supply Vcc of the thermoelectric element driving apparatus shown in FIG. Features. Needless to say, if the full-wave rectifier circuit is a rectifier circuit, it can be replaced with a half-wave rectifier circuit or the like.
ダイオードD1のアノードは交流電源Vacの一端とダイオードD4のカソードに接続され、ダイオードD1のカソードはダイオードD3のカソードとコイルLの一端に接続されている。ダイオードD2のアノードはスイッチSWの一端とダイオードD4のアノードに接続されている。ダイオードD2のカソードは交流電源Vacの他端とダイオードD3のアノードに接続されている。 The anode of the diode D1 is connected to one end of the AC power supply Vac and the cathode of the diode D4, and the cathode of the diode D1 is connected to the cathode of the diode D3 and one end of the coil L. The anode of the diode D2 is connected to one end of the switch SW and the anode of the diode D4. The cathode of the diode D2 is connected to the other end of the AC power supply Vac and the anode of the diode D3.
このように構成された熱電素子駆動装置によれば、交流電源Vacの交流電圧をダイオードD1〜D4により全波整流して整流電圧をコイルLとスイッチSWとの直列回路に供給する。コイルL、ペルチェ素子PL、コンデンサC、還流ダイオードDの動作は、図2に示すそれらの動作と同様である。 According to the thermoelectric element driving device configured as described above, the AC voltage of the AC power supply Vac is full-wave rectified by the diodes D1 to D4, and the rectified voltage is supplied to the series circuit of the coil L and the switch SW. The operations of the coil L, the Peltier element PL, the capacitor C, and the free wheeling diode D are the same as those shown in FIG.
本実施例においては、交流電源Vacの交流電圧が0V付近まで下がったタイミングにおいても、コンデンサCの充電電圧からの影響を受けることなくコイルLに交流電源Vacの整流電圧を加えて整流電圧振幅に追従した入力電流とペルチェ素子駆動電流を発生させることができるので、回路の力率を大幅に向上することができる。また、従来の直流安定化電源回路を介して交流電源を使用する熱電素子駆動装置においては、交流電源電流が一般に平滑コンデンサの充電タイミング時のみに集中して流れていた。しかし、本実施例においては常に電源電圧にほぼ比例した波形によって流すことができるので、入力電流の高調波成分を大きく低減して熱電素子駆動装置から発生する高周波ノイズも大幅に抑制することができる。さらに直流安定化電源回路を用いずに交流電源から直接に熱電素子を駆動することができるので、電力効率が高く小形で安価な熱電素子駆動装置が提供できる。 In the present embodiment, the rectified voltage of the AC power supply Vac is applied to the coil L without being affected by the charging voltage of the capacitor C even at the timing when the AC voltage of the AC power supply Vac drops to near 0 V, thereby increasing the rectified voltage amplitude. Since the tracked input current and the Peltier device driving current can be generated, the power factor of the circuit can be greatly improved. Further, in a thermoelectric element driving apparatus that uses an AC power supply through a conventional DC stabilized power supply circuit, the AC power supply current generally flows only when the smoothing capacitor is charged. However, in the present embodiment, since it can always flow with a waveform that is substantially proportional to the power supply voltage, the harmonic component of the input current can be greatly reduced and the high frequency noise generated from the thermoelectric element driving device can also be greatly suppressed. . Furthermore, since the thermoelectric element can be driven directly from the AC power supply without using the DC stabilized power supply circuit, a small and inexpensive thermoelectric element driving device with high power efficiency can be provided.
図4は、本発明の実施例2に係る熱電素子駆動装置の回路構成図である。図4において、直流電源Vccの正極にはペルチェ素子PLの一端とコンデンサCの一端と還流ダイオードDのカソードとが接続されている。ペルチェ素子PLの両端にはコンデンサCが接続されている。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a thermoelectric element driving apparatus according to
ペルチェ素子PLの他端にはコイルLの一端が接続され、コイルLの他端には還流ダイオードDのアノードとスイッチSWの一端とが接続されている。スイッチSWの他端及び直流電源Vccの負極は、接地されている。 One end of the coil L is connected to the other end of the Peltier element PL, and the other end of the coil L is connected to the anode of the freewheeling diode D and one end of the switch SW. The other end of the switch SW and the negative electrode of the DC power source Vcc are grounded.
このように構成された実施例2に係る熱電素子駆動装置によれば、PWM信号によりスイッチSWがオンすると、直流電源Vccから直列に接続されたペルチェ素子PLを介してコイルLに電流が流れるとともに、コンデンサCにも電流が流れる。 According to the thermoelectric element driving apparatus according to the second embodiment configured as described above, when the switch SW is turned on by the PWM signal, a current flows to the coil L through the Peltier element PL connected in series from the DC power source Vcc. A current also flows through the capacitor C.
次に、PWM信号によりスイッチSWがオフすると、並列接続されたコンデンサCに変動する電流成分はバイパスされてコンデンサCからは直流電圧が供給されるので、ペルチェ素子PLには一定値の直流電流が流れる。また、この時、コイルLからは還流ダイオードDを介してコンデンサCとペルチェ素子PLの並列回路に電流が流れて電磁エネルギーが放出されている。 Next, when the switch SW is turned off by the PWM signal, the current component that fluctuates in the capacitor C connected in parallel is bypassed and a DC voltage is supplied from the capacitor C. Therefore, a constant DC current is supplied to the Peltier element PL. Flowing. At this time, a current flows from the coil L to the parallel circuit of the capacitor C and the Peltier element PL via the return diode D, and electromagnetic energy is released.
ここで、素子自体に時間的に連続値を示す電流を流す特性をあるコイルLがペルチェ素子PLに常に直列接続されている。従って、コンデンサCにはペルチェ素子PLへの印加電圧を平坦化して一定の直流電流を流す作用があるものの、コンデンサCを削除してペルチェ素子PLに並列接続しなくてもコイルLのインダクタンス値を大きく設定することによって、ペルチェ素子PLにほぼ一定の直流電流を流すことができる。 Here, a coil L having such a characteristic that a current having a continuous value in time flows through the element itself is always connected in series to the Peltier element PL. Therefore, although the capacitor C has the effect of flattening the applied voltage to the Peltier element PL and flowing a constant DC current, the inductance value of the coil L can be obtained without removing the capacitor C and connecting it in parallel to the Peltier element PL. By setting a large value, a substantially constant DC current can be passed through the Peltier element PL.
ペルチェ素子PLに直列にコイルLを接続することで、精度よく平均値が制御されたパルス駆動電流をペルチェ素子PLに流すことができ、ペルチェ素子PL及びスイッチSWの消費電力を低減することができる。 By connecting the coil L in series with the Peltier element PL, a pulse drive current whose average value is accurately controlled can be passed through the Peltier element PL, and the power consumption of the Peltier element PL and the switch SW can be reduced. .
本実施例による熱電素子駆動装置においては、対象物の冷却と温熱との両方を行うことができる。図5は、本発明の実施例3に係る熱電素子駆動装置の回路構成図である。図5に示す実施例3に係る熱電素子駆動装置は、図4に示す実施例2に係る熱電素子駆動装置に対して、さらに、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4を設け、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にはペルチェ素子PLにコイルLを直列接続していないことを特徴とする。第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4が手動スイッチによって構成されていても、電子制御可能なスイッチで構成されていても構わない。 In the thermoelectric element driving apparatus according to the present embodiment, both cooling and heating of the object can be performed. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a thermoelectric element driving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 5 further includes a first switch SW1, a second switch SW2, a third switch SW3, a second switch SW3, a third switch SW3, a second switch SW3, and a second switch SW3. When the four switch SW4 is provided and the Peltier element PL is used for heat, the coil L is not connected in series to the Peltier element PL. The first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 may be configured as manual switches or electronically controllable switches.
第1スイッチSW1は、コンデンサCに直列に接続され、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合にはオンし、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にはオフする。図4に示した実施例と同様にコンデンサCは削除することもできる。 The first switch SW1 is connected in series to the capacitor C, and is turned on when the Peltier element PL is used for cooling, and turned off when the Peltier element PL is used for heating. Similarly to the embodiment shown in FIG. 4, the capacitor C can be omitted.
第2スイッチSW2は、コイルLに並列に接続され、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合にオフし、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にオンする。 The second switch SW2 is connected in parallel to the coil L and is turned off when the Peltier element PL is used for cooling, and turned on when the Peltier element PL is used for heating.
第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4は、本発明の切替部に対応しており、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合に流す電流方向に対して、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合に流す電流方向を反転するスイッチである。 The third switch SW3 and the fourth switch SW4 correspond to the switching unit of the present invention, and the direction of current that flows when the Peltier element PL is used for heating is compared to the direction of current that flows when the Peltier element PL is used for cooling. It is a switch that reverses.
第3スイッチSW3は、共通端子a1、冷却切替端子b1、温熱切替端子c1を有し、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合には、冷却切替端子b1に切り替えられ、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合には、温熱切替端子c1に切り替えられる。 The third switch SW3 has a common terminal a1, a cooling switching terminal b1, and a thermal switching terminal c1. When the Peltier element PL is used for cooling, the third switch SW3 is switched to the cooling switching terminal b1, and the Peltier element PL is used for heating. Is switched to the thermal switching terminal c1.
共通端子a1は、ペルチェ素子PLの一端に接続され、冷却切替端子b1は、直流電源Vccの正極及び第1スイッチSW1の一端に接続されている。温熱切替端子c1は、スイッチSWの一端とコイルLの他端とに接続されている。 The common terminal a1 is connected to one end of the Peltier element PL, and the cooling switching terminal b1 is connected to the positive electrode of the DC power supply Vcc and one end of the first switch SW1. The thermal switching terminal c1 is connected to one end of the switch SW and the other end of the coil L.
第4スイッチSW4は、共通端子a2、冷却切替端子b2、温熱切替端子c2を有し、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合には、冷却切替端子b2に切り替えられ、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合には、温熱切替端子c2に切り替えられる。 The fourth switch SW4 has a common terminal a2, a cooling switching terminal b2, and a thermal switching terminal c2. When the Peltier element PL is used for cooling, it is switched to the cooling switching terminal b2, and the Peltier element PL is used for heating. Is switched to the thermal switching terminal c2.
共通端子a2は、ペルチェ素子PLの他端に接続され、冷却切替端子b2は、コイルLの一端と第2スイッチSW2の一端とコンデンサCの一端に接続されている。温熱切替端子c2は、直流電源Vccの正極に接続されている。 The common terminal a2 is connected to the other end of the Peltier element PL, and the cooling switching terminal b2 is connected to one end of the coil L, one end of the second switch SW2, and one end of the capacitor C. The thermal switching terminal c2 is connected to the positive electrode of the DC power supply Vcc.
このように構成された実施例3に係る熱電素子駆動装置の動作を図5を参照しながら説明する。スイッチSWは電子的にオン・オフ制御されている。 The operation of the thus configured thermoelectric element driving apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The switch SW is electronically turned on / off.
まず、ペルチェ素子PLを対象物の冷却に用いる場合には、第1スイッチSW1をオンし、第2スイッチSW2をオフし、第3スイッチSW3を冷却切替端子b1に切り替え、第4スイッチSW4を冷却切替端子b2に切り替える。スイッチSWがオンの時にはコイルLがペルチェ素子PLに直列接続されている。 First, when the Peltier element PL is used for cooling an object, the first switch SW1 is turned on, the second switch SW2 is turned off, the third switch SW3 is switched to the cooling switching terminal b1, and the fourth switch SW4 is cooled. Switch to the switching terminal b2. When the switch SW is on, the coil L is connected in series with the Peltier element PL.
すると、ペルチェ素子PLに並列にコンデンサCが接続され、このとき、第3スイッチSW3、ペルチェ素子PL、第4スイッチSW4を介してコイルLから電流がペルチェ素子PLに流れ冷却動作が継続するとともに、コンデンサCにも電流が流れる。即ち、対象物を冷却する場合には、ペルチェ素子PLの駆動電流を平坦化して実効値を抑制して素子自体の消費電力を低減し、冷却効果を向上させることができる。第1スイッチSW1を介してコンデンサCをペルチェ素子PLに並列接続することで駆動電流の平坦性は向上できるが、コイルLのインダクタンス値を十分に大きくすることで上記の通りコンデンサCは削除することもできる。 Then, a capacitor C is connected in parallel to the Peltier element PL. At this time, a current flows from the coil L to the Peltier element PL via the third switch SW3, the Peltier element PL, and the fourth switch SW4, and the cooling operation is continued. A current also flows through the capacitor C. That is, when the object is cooled, the driving current of the Peltier element PL is flattened to suppress the effective value, thereby reducing the power consumption of the element itself and improving the cooling effect. The flatness of the drive current can be improved by connecting the capacitor C in parallel to the Peltier element PL via the first switch SW1, but the capacitor C is eliminated as described above by sufficiently increasing the inductance value of the coil L. You can also.
次に、ペルチェ素子PLを対象物の温熱に用いる場合には、第1スイッチSW1をオフしてコンデンサCを非接続とし、第2スイッチSW2をオンしてコイルLの両端を短絡してコイルLに電流が流れないようにする。また、第3スイッチSW3を温熱切替端子c1に切り替え、第4スイッチSW4を温熱切替端子c2に切り替える。 Next, when the Peltier element PL is used to heat the object, the first switch SW1 is turned off to disconnect the capacitor C, the second switch SW2 is turned on to short-circuit both ends of the coil L, and the coil L So that no current flows in Further, the third switch SW3 is switched to the thermal switching terminal c1, and the fourth switch SW4 is switched to the thermal switching terminal c2.
すると、ペルチェ素子PLからコンデンサCが切り離される。このとき、直流電源Vccから第4スイッチSW4、ペルチェ素子PL、第3スイッチSW3を介してスイッチSWに電流が流れてペルチェ素子PLが温熱動作をする。即ち、対象物を温熱する場合には、ペルチェ素子PLの駆動電流の凹凸を大きくして実効値を増加させ素子自体の発熱を低減せず増やすことで温熱効率を向上することができる。 Then, the capacitor C is disconnected from the Peltier element PL. At this time, a current flows from the DC power source Vcc to the switch SW via the fourth switch SW4, the Peltier element PL, and the third switch SW3, and the Peltier element PL performs a heating operation. That is, when the object is heated, the heating efficiency of the Peltier element PL can be improved by increasing the unevenness of the drive current to increase the effective value without increasing the heat generation of the element itself.
図6は、本発明の実施例4に係る熱電素子駆動装置の回路構成図である。図6に示す実施例4に係る熱電素子駆動装置は、図5に示す実施例3に係る熱電素子駆動装置に対して、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2を削除したことを特徴とする。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a thermoelectric element driving apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The thermoelectric element driving apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 6 is characterized in that the first switch SW1 and the second switch SW2 are deleted from the thermoelectric element driving apparatus according to the third embodiment shown in FIG.
このように構成された実施例4に係る熱電素子駆動装置の動作を図6を参照しながら説明する。 The operation of the thus configured thermoelectric element driving apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
まず、ペルチェ素子PLを対象物の冷却に用いる場合には、第3スイッチSW3を冷却切替端子b1に切り替え、第4スイッチSW4を冷却切替端子b2に切り替える。 First, when the Peltier element PL is used for cooling an object, the third switch SW3 is switched to the cooling switching terminal b1, and the fourth switch SW4 is switched to the cooling switching terminal b2.
すると、ペルチェ素子PLに直列にコイルLが接続される。このとき、直流電源Vccから第3スイッチSW3、ペルチェ素子PL、第4スイッチSW4を介してコイルLから平坦化された駆動電流が流れてペルチェ素子PLが冷却動作する。即ち、対象物を冷却する場合には、ペルチェ素子PLの駆動電流を平坦化して実効値を抑制して素子自体の消費電力を低減し、冷却効果を向上させることができる。 Then, the coil L is connected in series with the Peltier element PL. At this time, the flattened drive current flows from the coil L through the third switch SW3, the Peltier element PL, and the fourth switch SW4 from the DC power source Vcc, and the Peltier element PL is cooled. That is, when the object is cooled, the driving current of the Peltier element PL is flattened to suppress the effective value, thereby reducing the power consumption of the element itself and improving the cooling effect.
次に、ペルチェ素子PLを対象物の温熱に用いる場合には、第3スイッチSW3を温熱切替端子c1に切り替え、第4スイッチSW4を温熱切替端子c2に切り替える。 Next, when the Peltier element PL is used for the temperature of the object, the third switch SW3 is switched to the temperature switching terminal c1, and the fourth switch SW4 is switched to the temperature switching terminal c2.
すると、ペルチェ素子PLからコイルLが切り離される。このとき、直流電源Vccから第4スイッチSW4、ペルチェ素子PL、第3スイッチSW3を介してスイッチSWによりパルス制御された駆動電流が流れてペルチェ素子PLが温熱動作する。即ち、対象物を温熱する場合には、ペルチェ素子PLの駆動電流の凹凸を大きくして実効値を増加させ素子自体の発熱を増やすことで効率を向上することができる。 Then, the coil L is disconnected from the Peltier element PL. At this time, the drive current pulse-controlled by the switch SW flows from the DC power source Vcc through the fourth switch SW4, the Peltier element PL, and the third switch SW3, and the Peltier element PL is operated by heat. That is, when the object is heated, the efficiency can be improved by increasing the unevenness of the drive current of the Peltier element PL to increase the effective value and increasing the heat generation of the element itself.
なお、本発明は、上述した実施例1乃至4に係る熱電素子駆動装置に限定されるものではない。図5に示す実施例3に係る熱電素子駆動装置、図6に示す実施例4に係る熱電素子駆動装置においては、図4に示す実施例2に係る熱電素子駆動装置に対して、スイッチSW1〜SW4を設けることにより、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合にコイルLを直列接続し、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にコイルLの影響を排除していた。図6に示す実施例においては、図5に示した実施例に対してスイッチ数を削減することにより、より低コストに実現されている。 In addition, this invention is not limited to the thermoelectric element drive device which concerns on Example 1 thru | or 4 mentioned above. In the thermoelectric element driving apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 5 and the thermoelectric element driving apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 6, the switches SW1 to SW1 are compared with the thermoelectric element driving apparatus according to the second embodiment shown in FIG. By providing SW4, the coil L is connected in series when the Peltier element PL is used for cooling, and the influence of the coil L is eliminated when the Peltier element PL is used for heating. The embodiment shown in FIG. 6 is realized at a lower cost by reducing the number of switches compared to the embodiment shown in FIG.
例えば、図1に示す実施例1に係る熱電素子駆動装置に対して、スイッチSW1〜SW4に相当するスイッチを設けることにより、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合にペルチェ素子PLにコンデンサCを並列接続しペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にペルチェ素子PLからコンデンサCを切り離しても良い。具体的な実施例を図7に示す。 For example, by providing switches corresponding to the switches SW1 to SW4 to the thermoelectric element driving apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, when the Peltier element PL is used for cooling, a capacitor C is connected in parallel to the Peltier element PL. When the Peltier element PL is used for heat, the capacitor C may be separated from the Peltier element PL. A specific embodiment is shown in FIG.
また、図4に示した実施例においても、ペルチェ素子PLを冷却に用いる場合にコイルLを接続し、ペルチェ素子PLを温熱に用いる場合にコイルLを短絡して、還流ダイオードDとコンデンサCを削除しても良い。 Also in the embodiment shown in FIG. 4, when the Peltier element PL is used for cooling, the coil L is connected, and when the Peltier element PL is used for heating, the coil L is short-circuited, and the free wheel diode D and the capacitor C are connected. It may be deleted.
本発明の実施例においては、直流電源Vccとペルチェ素子PL、還流ダイオードD、スイッチSWを構成する駆動素子の極性を反転した場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the embodiment of the present invention, it goes without saying that the same effect can be obtained even when the polarities of the DC power supply Vcc, the Peltier element PL, the free wheel diode D, and the drive elements constituting the switch SW are reversed.
本発明は、温度制御装置等に利用することができる。 The present invention can be used for a temperature control device or the like.
PL 熱電素子
Vcc 直流電源
C コンデンサ
L コイル
SW スイッチ
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
SW3 第3スイッチ
SW4 第4スイッチ
D 還流ダイオード
D1〜D4 ダイオード
Vac 交流電源
PL thermoelectric element Vcc DC power supply C capacitor L coil SW switch SW1 first switch SW2 second switch SW3 third switch SW4 fourth switch D freewheeling diodes D1 to D4 diode Vac AC power supply
Claims (6)
前記直流電源の一端に一端が接続された熱電素子と、
前記直流電源の一端に一端が接続されたコイルと、
前記熱電素子の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの他端に一端が接続され前記熱電素子の他端に他端が接続された還流ダイオードと、
前記コイルの他端と前記還流ダイオードの一端に一端が接続され、前記直流電源の他端に他端が接続され、前記熱電素子を駆動する駆動素子とを備え、
前記駆動素子が遮断時に前記還流ダイオードが導通し、前記駆動素子が導通時に前記還流ダイオードが遮断することを特徴とする熱電素子駆動装置。 DC power supply,
A thermoelectric element having one end connected to one end of the DC power supply;
A coil having one end connected to one end of the DC power supply;
A capacitor connected to both ends of the thermoelectric element;
A reflux diode having one end connected to the other end of the coil and the other end connected to the other end of the thermoelectric element;
One end is connected to the other end of the coil and one end of the reflux diode, the other end is connected to the other end of the DC power source, and a driving element for driving the thermoelectric element ,
The thermoelectric element driving device characterized in that the reflux diode is turned on when the drive element is turned off, and the return diode is turned off when the drive element is turned on .
前記交流電源の交流電圧を整流し且つ前記熱電素子の一端に整流出力端子の一端が接続された整流回路と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の熱電素子駆動装置。 The DC power source is an AC power source,
A rectifier circuit that rectifies an AC voltage of the AC power supply and has one end of a rectification output terminal connected to one end of the thermoelectric element ;
Thermoelectric element driving device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a.
前記直流電源の一端に一端が接続された熱電素子と、
前記熱電素子の他端に一端が接続されたコイルと、
前記コイルの他端に一端が接続され前記熱電素子の一端に他端が接続された還流ダイオードと、
前記コイルの他端と前記還流ダイオードの一端に一端が接続され、前記直流電源の他端に他端が接続され、前記熱電素子を駆動する駆動素子と、
前記熱電素子の両端に接続されたコンデンサと、
前記熱電素子と前記コンデンサとの間に設けられ、前記熱電素子を冷却に用いる場合に前記コンデンサを前記熱電素子に並列に接続し、前記熱電素子を温熱に用いる場合に前記コンデンサを前記熱電素子から電気的に切り離す切替部とを備えることを特徴とする熱電素子駆動装置。 DC power supply,
A thermoelectric element having one end connected to one end of the DC power supply;
A coil having one end connected to the other end of the thermoelectric element;
A free-wheeling diode having one end connected to the other end of the coil and the other end connected to one end of the thermoelectric element;
One end is connected to the other end of the coil and one end of the reflux diode, the other end is connected to the other end of the DC power source, and a driving element for driving the thermoelectric element,
A capacitor connected to both ends of the thermoelectric element;
The thermoelectric element is provided between the thermoelectric element and the capacitor. When the thermoelectric element is used for cooling, the capacitor is connected in parallel to the thermoelectric element. When the thermoelectric element is used for heating, the capacitor is removed from the thermoelectric element. A thermoelectric element driving device comprising: a switching unit for electrically disconnecting .
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