KR20130014120A - Power supplier for thermoelectric module - Google Patents

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KR20130014120A
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Abstract

PURPOSE: A power supplier for a thermoelectric module is provided to supply high constant voltage and low variable voltage to the thermoelectric module. CONSTITUTION: A constant voltage generating unit(210) produces a first voltage. A variable voltage generating unit(220) produces a second or third voltage according to a second control signal. A control unit(230) transfers the second control signal to the variable voltage generating unit. The first voltage is higher than the third voltage. The second voltage is lower than the third voltage.

Description

열전 모듈을 위한 전원 공급 장치{Power supplier for thermoelectric module}Power supply for thermoelectric module {Power supplier for thermoelectric module}

본 발명은 열전 현상을 이용하는 열전 모듈의 구동에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply for supplying a voltage required for driving a thermoelectric module using a thermoelectric phenomenon.

열전현상(Thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 에너지 변환을 의미하며 변환소자의 양단에 온도차이가 있을 때 소자 내부의 carrier가 이동함으로 기전력이 발생하는 현상이다.The thermoelectric effect refers to the conversion of energy between heat and electricity. An electromotive force is generated when the carrier inside the device moves when there is a temperature difference between both ends of the conversion device.

열전현상은 1900년도 초부터 연구가 시작되어 구소련의 Ioffe가 약 4%의 변환효율을 얻을 수 있게 연구가 진행되어 현재 약 10%이상의 변환효율을 가지고 있다. 이러한 열전은 양단간의 온도 차를 이용하여 기전력을 얻어내는 Seebeck 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 Peltier 효과, 도체의 선상의 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 Tomson 효과로 나눌 수 있으며 재료분야가 핵심기술이나 제품화 과정의 시스템기술이 더욱 부각되고 있다.Thermoelectric phenomena began in the early 1900's, and research was carried out so that the former Soviet Union's Ioffe could obtain about 4% conversion efficiency. These thermoelectrics can be divided into Seebeck effect of obtaining electromotive force by using temperature difference between both ends, Peltier effect of cooling and heating by electromotive force, Tomson effect of generating electromotive force by temperature difference between conductors. However, the system technology of the commercialization process is more prominent.

열전재료는 열전특성이 우수한 온도 범위에 따라 상온용, 중온용 및 고온용으로 나눌 수 있으며, 상온부근에서 는 (Bi,Te)2 Te3 및 Bi2(Te,Se)3 조성의 Bi2Te3 계 고용체 합금의 열전특성이 우수하다. 이러한 열전재료들을 이용한 열전 냉각 및 발전 모듈은 n형 열전소자와 p형 열전소자들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열 적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다.Thermoelectric materials can be divided into room temperature, medium temperature, and high temperature according to the temperature range with excellent thermoelectric characteristics, and in the vicinity of room temperature, Bi2Te3 solid solution alloy of (Bi, Te) 2 Te3 and Bi2 (Te, Se) 3 composition Excellent thermoelectric properties. The thermoelectric cooling and power generation module using these thermoelectric materials has a structure in which n-type and p-type thermoelectric elements are electrically connected in series and thermally connected in parallel.

열전 모듈은 양단에서의 온도 차에 의해 고온단 부위에서 저온단 부위로 열 이동시 n형 열전소자와 p형 열전소자에서 각각 전자와 hole이 고온 단에서 저온 단으로 이동함으로써 발전이 가능하며, 열전 모듈은 전류를 흘려줌으로써 캐리어(carrier)의 이동에 의해 한쪽 면에서는 냉각이 다른 면에서는 발열이 일어남으로써 냉각 및 가열이 가능하게 된다.The thermoelectric module can generate electricity by moving electrons and holes from the hot end to the low end in the n-type and p-type thermoelectric elements when the heat moves from the hot end region to the cold end region due to the temperature difference at both ends. By flowing a current, the cooling of one side is caused by the movement of the carrier, and heat generation occurs on the other side, thereby allowing cooling and heating.

열전모듈의 효율은 n형 및 p형 열전재료의 열기전력, 열전도도 및 전기 비 저항과 같은 열전특성과 열전소자 커플(couple) 수에 의해 결정된다.
The efficiency of thermoelectric modules is determined by thermoelectric characteristics such as thermoelectric power, thermal conductivity and electrical resistivity of n-type and p-type thermoelectric materials and the number of thermoelectric couples.

또한 열전 모듈을 이용한 냉각 방식은 열 응답 감도가 높으며 국부적으로 선택적 냉각이 가능하고 작동부분이 없어 구조가 간단하기 때문에 고출력 파워 트랜지스터, 레이저 다이오드 등과 같은 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며 자동차용 냉장박스, 가정용 냉장고, 에어컨 등의 민생용으로도 사용이 가능하다.
In addition, the cooling method using thermoelectric module has high thermal response sensitivity, local selective cooling, and simple structure because there is no operation part. It can also be used for public life such as home refrigerator and air conditioner.

또한 최근 환경보호를 위해 자동차나 가정용 에어컨, 냉장고 등에 CFC의 사용이 규제됨에 따라, 냉매의 사용 없이 냉각이 가능한 열전재료를 이용한 각종 냉방 시스템의 개발도 유망한 분야로 각광 받고 있다. In addition, as the use of CFCs for automobiles, home air conditioners, refrigerators, and the like is recently regulated to protect the environment, development of various cooling systems using thermoelectric materials that can be cooled without using refrigerants has also been in the limelight as a promising field.

열전 모듈은 서로 다른 물질간의 접합을 포함하는 회로에 전류가 흐를 때 Peltier 효과에 의해 저온 부에서 고온 부로 열이 운반될 수 있는 점을 이용한다. 만일 이와 같은 접합을 다수직렬로 연결하면 열전 냉장고를 만들 수 있다. Thermoelectric modules take advantage of the fact that when current flows in a circuit that includes a junction between different materials, heat can be transferred from the cold to the hot by the Peltier effect. If these junctions are connected in multiple series, a thermoelectric refrigerator can be made.

본 발명은 열전 현상을 이용하는 열전 모듈의 구동에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply for supplying a voltage required for driving a thermoelectric module using a thermoelectric phenomenon.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈 양단에 전압을 인가하는 전원 공급 장치는 전압원으로부터 전력을 공급받아 제1 전압을 생성하는 정전압 생성부; 상기 제1 전압을 전달받아 제2 제어 신호에 따라 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 생성하는 가변전압 생성부; 상기 제2 제어 신호를 생성하여 상기 가변전압 생성부로 전달하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 전압 또는 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 상기 열전 모듈 양단에 인가하며, 상기 제1 전압은 상기 제3 전압보다 높고 고정 전압이고, 제2 전압은 제3전압 보다 낮다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply device for applying a voltage across a thermoelectric module, the constant voltage generating unit generating a first voltage by receiving power from a voltage source; A variable voltage generator configured to receive the first voltage and generate one of a second voltage and a third voltage according to a second control signal; And a controller configured to generate the second control signal and transmit the generated second control signal to the variable voltage generator, wherein one of the first voltage or the second voltage to the third voltage is applied to both ends of the thermoelectric module. It is higher than the third voltage and fixed voltage, and the second voltage is lower than the third voltage.

상기 전원 공급 장치는 상기 정전압 생성부 및 상기 가변전압 생성부의 출력단을 연결하고 상기 출력단이 연결된 점에 상기 열전 모듈로 전압을 출력한다.The power supply device connects an output terminal of the constant voltage generator and the variable voltage generator and outputs a voltage to the thermoelectric module at the point where the output terminal is connected.

상기 전원 공급 장치는 상기 정전압 생성부의 출력단과 상기 출력단이 연결된 점의 사이에 전류 흐름을 차단할 수 있는 스위치기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 스위치기의 동작을 제어하는 제1 제어 신호를 더 생성한다.The power supply device further includes a switch that can block current flow between an output terminal of the constant voltage generator and a point at which the output terminal is connected, and the controller further generates a first control signal for controlling an operation of the switch. .

상기 스위치기는 파워 트랜지스터 또는 파워 FET을 이용해서 구현된다.The switch is implemented using a power transistor or a power FET.

전원 공급 장치는 상기 가변전압 생성부의 출력단과 상기 출력단이 연결된 점의 사이에 전류가 상기 가변전압 생성부의 출력단에서 상기 출력단이 연결된 점으로만 형성되도록 하는 전류 방향 제어기를 더 포함한다.The power supply device further includes a current direction controller such that a current is formed only between the output terminal of the variable voltage generator and the point where the output terminal is connected between the output terminal of the variable voltage generator and the point where the output terminal is connected.

상기 전류 방향 제어기는 다이오드 또는 트랜지스터를 이용해 구현된다.The current direction controller is implemented using a diode or transistor.

상기 해결 수단에 의한 본 발명의 열전 모듈을 위한 전원 공급 장치는, 고전압인 정전압 또는 비교적 낮은 전압 대역의 가변 전압을 열전 모듈로 공급할 수 있어, 열전 모듈의 정밀한 온도 제어시 전원공급장치로부터 열전모듈에서 소모되는 소비전력을 현저하게 감소시킬 수 있다.The power supply device for a thermoelectric module of the present invention by the above-described solution, can supply a constant voltage of a high voltage or a variable voltage of a relatively low voltage band to the thermoelectric module, from the power supply to the thermoelectric module during precise temperature control of the thermoelectric module The power consumption consumed can be significantly reduced.

도 1은 일반적인 냉각기나 히터들의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 전자식 온도 조절 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 전원 공급 장치의 일 구현예에 의한 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 적용예에 의한 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7는 본 발명의 다른 적용예에 의한 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 적용예에 의한 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 또 다른 적용예에 의한 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도간의 관계를 도시한 그래프이다.1 is a view for explaining a temperature control method of a typical cooler or heaters.
2 is a view schematically showing the configuration of the electronic temperature control system of the present invention.
3 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the power supply apparatus of the present invention.
4 is a timing diagram for explaining the operation of the power supply of the present invention.
5 is a diagram illustrating a circuit according to an embodiment of the power supply apparatus of the present invention.
6 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to another application example of the present invention.
8 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to another exemplary embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to another application example of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

도 1은 일반적인 냉각기나 히터들의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a temperature control method of a typical cooler or heaters.

일반적인 냉각기나 히터들은 냉각부 또는 히팅부를 가지고 있고, 냉각부와 히팅부는 전력을 공급받으면 주위의 열을 흡수하거나 주위로 열을 방출한다. 이때, 냉각 정도나 히팅 정도는 결국 냉각부나 히팅부에 공급되는 전력에 비례한다. 따라서, 일반적인 냉각기나 히터들의 온도 제어는 냉각부 또는 히팅부에 공급되는 전압 또는 전류의 크기를 조절함으로써 달성할 수 있다.Typical coolers or heaters have a cooling unit or heating unit, and the cooling unit and the heating unit absorb heat from or emit heat to the surroundings when electric power is supplied. At this time, the degree of cooling or heating is proportional to the power supplied to the cooling unit or the heating unit. Therefore, the temperature control of the common cooler or heaters can be achieved by adjusting the magnitude of the voltage or current supplied to the cooling unit or the heating unit.

도 1(a)를 참조하면, 온도 조절을 위해 PWM(pulse width modulation) 방식으로 전압을 냉각부나 히팅부에 인가함을 알 수 있다.Referring to Figure 1 (a), it can be seen that the voltage is applied to the cooling unit or the heating unit by PWM (pulse width modulation) method for temperature control.

또한, 도 1(b)는 위상 제어 방식으로 전압을 냉각부나 히팅부에 인가함을 알 수 있고, 도 1(c)는 제로 크로싱 방식으로 전압을 냉각부나 히팅부에 인가함을 알 수 있다.In addition, FIG. 1 (b) shows that the voltage is applied to the cooling unit or the heating unit by the phase control method, and FIG. 1 (c) shows that the voltage is applied to the cooling unit or the heating unit by the zero crossing method.

그런데, 도 1(b)나 도 1(c)와 같은 방식은 교류 전원을 이용할 때 사용되는 방법이며, 도 1(a)는 직류 전원을 이용할 때 사용되는 방법이다. 도 1에 도시된 제어 방법들은 모두 전압을 인가하는 시간을 조절하여 온도를 제어한다.By the way, the method as shown in Fig. 1 (b) and Fig. 1 (c) is a method used when using an AC power supply, and Fig. 1 (a) is a method used when using a DC power supply. The control methods shown in FIG. 1 all control the temperature by adjusting the time for applying the voltage.

그런데, 상기와 같이 전압 인가 시간을 조절하는 경우에는 전압을 불연속적으로 인가하기 위해서 스위칭이 필요하다. 이것은 종래의 냉각을 위해 사용했던 압축기의 제어 방식이었으며 본 발명의 전원 공급장치는 전력소모 감소를 감소하기 위하여 출력 전압을 가변시켜 On/Off시 항상 전력을 전부 소모하지 않고 냉각 유지 시에는 낮은 전압을 출력하여 소모전력을 낮추어 불필요한 전력소모를 방지한다.However, when adjusting the voltage application time as described above, switching is necessary to apply the voltage discontinuously. This was the control method of the compressor used for the conventional cooling, and the power supply of the present invention varies the output voltage in order to reduce the power consumption, so that it does not always consume all the power when turning on and off, Output power consumption is reduced to prevent unnecessary power consumption.

일반적으로 히팅부나 냉각부가 필요로 하는 전력은 상당히 높은 수준인 경우가 많으며, 공급되는 전압이나 전류에 리플이 적게 발생하여야 한다. 때문에 온도 조절 시스템들에는 SMPS(switching-mode power supply)와 같은 고전력을 안정적으로 공급하는 장비가 사용된다.In general, the power required by the heating or cooling section is often very high, and there must be less ripple in the supplied voltage or current. Because of this, temperature control systems use equipment that provides a stable supply of high power, such as a switching-mode power supply (SMPS).

다만, SMPS는 고전력을 안정적으로 공급하기 위해서 일정한 전압이 출력되는 것이 일반적이며, 가변 전압을 출력하는 SMPS는 상당히 고가이다. 따라서, 일반적으로 히터부나 냉각부의 가열 또는 냉각 정도를 제어하는 방법은 SMPS와 히터부 또는 냉각부 간의 연결 여부를 제어하는 방식이 적용된다. 즉, 히터부나 냉각부의 가열 또는 냉각 정도는 PWM 제어를 이용해서 제어하는 경우가 많다.However, in order to stably supply high power, SMPS generally outputs a constant voltage, and SMPS that outputs a variable voltage is quite expensive. Therefore, in general, the method of controlling the heating or cooling degree of the heater unit or the cooling unit is a method of controlling whether the connection between the SMPS and the heater unit or the cooling unit is applied. That is, the heating or cooling degree of the heater section or the cooling section is often controlled using PWM control.

그렇지만, 상기한 바와 같이 PWM 제어를 사용할 경우 스위칭에 따른 손실이 크기 때문에 소형 가전 등에서 중요시 되는 절전 능력이 많이 열화된다.
However, as described above, when the PWM control is used, the loss due to switching is large, and thus the power saving capability, which is important in small household appliances, is much deteriorated.

이에, 본 발명의 열전 모듈을 위한 전원 공급 장치는 정전압 및 가변 전압을 유연하게 공급함으로써, 열전 모듈을 이용한 정밀한 온도 제어 시 발생할 수 있는 스위칭 로스를 줄여 절전이 가능하도록 한다.
Thus, the power supply device for the thermoelectric module of the present invention by supplying a constant voltage and a variable voltage flexibly, it is possible to save power by reducing the switching loss that can occur during precise temperature control using the thermoelectric module.

도 2는 본 발명의 전원 공급 장치가 적용되는 열전 모듈을 포함하는 온도 조절 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing a configuration of a temperature control system including a thermoelectric module to which a power supply device of the present invention is applied.

도 2를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치가 적용되는 열전 모듈을 포함하는 온도 조절 시스템은 열전 모듈(100), 전원 공급 장치(200) 및 제어 장치(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 팬(400)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the temperature control system including the thermoelectric module to which the power supply device of the present invention is applied may include a thermoelectric module 100, a power supply device 200, and a control device 300. In addition, if necessary, the fan 400 may be further included.

열전 모듈(100)은 제1 금속(110) 및 제2 금속(120)을 포함하여 구성되며, 제1 금속(110)과 제2 금속(120)은 서로 접합되어 있어 상호 전류가 흐를 수 있고 열전달이 가능하다. 제1 금속(110)의 타단과 제2 금속(120)의 일단이 접합되어 있는 것으로 가정한다. 제1 금속(110)의 일단은 온도 조절이 필요한 대상체에 접촉되어 있다. 제1 금속(110)의 일단 및 제2 금속(120)의 타단에 전압을 인가하면, 제1 금속(110)과 제2 금속(120) 사이에 전류가 흐르고 열전달이 일어날 수 있다. 제1 금속(110)의 일단 및 제2 금속(120)의 타단에 전압을 인가할 수 있는 제1 단자 및 제2 단자가 설치될 수 있다. 열전 모듈(100)에서 열전달의 방향은 제1 금속(110)의 일단 및 제2 금속(120)의 타단에 인가되는 전위 차에 따라 결정될 수 있다. 즉, 제1 금속(110)의 일단 및 제2 금속(120)의 타단의 전위의 높이에 따라 결정될 수 있다.The thermoelectric module 100 includes a first metal 110 and a second metal 120, and the first metal 110 and the second metal 120 are bonded to each other so that mutual current may flow and heat transfer may occur. This is possible. It is assumed that the other end of the first metal 110 and one end of the second metal 120 are joined. One end of the first metal 110 is in contact with an object requiring temperature control. When voltage is applied to one end of the first metal 110 and the other end of the second metal 120, current may flow between the first metal 110 and the second metal 120 and heat transfer may occur. First and second terminals capable of applying voltage to one end of the first metal 110 and the other end of the second metal 120 may be installed. The direction of heat transfer in the thermoelectric module 100 may be determined according to a potential difference applied to one end of the first metal 110 and the other end of the second metal 120. That is, it may be determined according to the height of the potential of one end of the first metal 110 and the other end of the second metal 120.

전원 공급 장치(200)는 열전 모듈(100)에 제1 전압을 공급하거나 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 공급할 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(200)는 정전압인 제1 전압을 공급하거나, 제2 전압 내지 제3 전압 사이의 가변 전압을 공급할 수 있다. 특히, 제1 전압은 가변 전압의 가변 최대치인 제3 전압보다 높은 것이 바람직하다. 즉, 전원 공급 장치(200)는 고전압은 정전압으로 공급하고 저전압은 가변 전압으로 공급할 수 있다. 가변 전압의 범위와 가변 전압의 전압대가 높아질수록 전원 공급 장치(200)의 설계가 어려워지고 전원 공급 장치(200)의 제작 단가가 높아짐을 고려하면 고전압은 정전압으로 공급하고 저전압은 가변 전압으로 공급하는 것이 바람직하다.The power supply device 200 may supply a first voltage to the thermoelectric module 100 or a voltage of one of the second to third voltages. That is, the power supply device 200 may supply a first voltage that is a constant voltage or a variable voltage between the second voltage and the third voltage. In particular, the first voltage is preferably higher than the third voltage, which is a variable maximum of the variable voltage. That is, the power supply device 200 may supply a high voltage as a constant voltage and a low voltage as a variable voltage. Considering that the range of the variable voltage and the voltage band of the variable voltage are higher, the design of the power supply device 200 becomes more difficult and the manufacturing cost of the power supply device 200 becomes higher. It is preferable.

제어 장치(300)는 대상체 또는 제1 금속(110)의 온도와 목표 온도 간의 차에 따라서 전원 공급 장치(200)가 열전 모듈(100)에 공급하는 전압을 제어할 수 있다. 즉, 제어 장치(300)는 온도 조절의 대상이 되는 대상체의 온도에 따라서 전원 공급 장치(200)의 공급 전압을 달리하여 대상체의 온도를 제어할 수 있고, 대상체의 온도를 직접 측정하기 힘든 경우에는 대상체와 온도 평행을 이루게 되는 제1 금속(110)의 온도에 따라서 전원 공급 장치(200)의 공급 전압을 달리하여 제1 금속(110)의 온도를 제어할 수 있다.The control device 300 may control the voltage supplied by the power supply device 200 to the thermoelectric module 100 according to the difference between the temperature of the object or the first metal 110 and the target temperature. That is, the control device 300 may control the temperature of the object by varying the supply voltage of the power supply device 200 according to the temperature of the object to be controlled by temperature, and when it is difficult to directly measure the temperature of the object The temperature of the first metal 110 may be controlled by varying the supply voltage of the power supply device 200 according to the temperature of the first metal 110 which is in parallel with the object.

특히, 제어 장치(300)는 대상체 또는 제1 금속(110)의 온도와 목표 온도 간의 차가 기설정치를 넘는지 여부에 따라서 전원 공급 장치(200)의 출력 전압의 양상을 달리할 수 있으며, 제어 장치(300)는 전원 공급 장치(200)가 가변 전압을 공급할 때 대상체 또는 제1 금속(110)의 온도와 목표 온도 간의 차에 따라 전압의 크기를 조절할 수 있다.In particular, the control device 300 may vary the aspect of the output voltage of the power supply device 200 according to whether the difference between the temperature of the object or the first metal 110 and the target temperature exceeds a preset value. When the power supply device 200 supplies the variable voltage, the voltage 300 may adjust the magnitude of the voltage according to the difference between the temperature of the object or the first metal 110 and the target temperature.

나아가, 제어 장치(300)는 제2 금속(120)의 온도 또는 제2 금속(120) 주변의 외기 온도와 목표 온도를 더 비교하여 전원 공급 장치(200)가 열전 모듈(100)에 공급하는 전압을 조절할 수 있다. 즉, 제어 장치(300)는 대상체에서 전달되는 열을 방출하거나 대상체로 전달될 열을 흡수하는 제2 금속(120)과 그 주변부의 온도를 더 반영하여 열전 모듈(100)의 동작을 제어한다.Furthermore, the control device 300 further compares the temperature of the second metal 120 or the ambient air temperature around the second metal 120 with the target temperature to supply the voltage to the thermoelectric module 100 by the power supply device 200. Can be adjusted. That is, the control device 300 controls the operation of the thermoelectric module 100 by further reflecting the temperature of the second metal 120 and its surroundings that emit heat transmitted from the object or absorb heat to be transmitted to the object.

또한, 제어 장치(300)는 제2 금속(120)의 타단측에 배치된 팬(400)의 속도를 대상체 또는 제1 금속(110)의 온도와 목표 온도 간의 차에 따라서 제어할 수 있다. 팬(400)의 속도에 따라서 제2 금속(120) 주변의 외기의 순환 속도가 달라지기 때문이다.
In addition, the control device 300 may control the speed of the fan 400 disposed at the other end side of the second metal 120 according to the difference between the temperature of the object or the first metal 110 and the target temperature. This is because the circulation speed of the outside air around the second metal 120 varies according to the speed of the fan 400.

이하에서는 본 발명의 전원 공급 장치의 구성 및 동작을 도면과 함께 설명한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the power supply of the present invention will be described with the drawings.

도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.3 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the power supply apparatus of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(200)는 정전압 생성부(210), 가변전압 생성부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있고, 스위치기(240) 및 전류 방향 제어기(250) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the power supply device 200 of the present invention may include a constant voltage generator 210, a variable voltage generator 220, and a controller 230, and include a switch 240 and a current. It may further comprise one or more of the direction controller 250.

정전압 생성부(210)는 전압원(source)로부터 전력을 공급받아 제1 전압(out1)을 생성할 수 있다. 정전압 생성부(210)에서 생성하여 출력하는 제1 전압(out1)은 리플이 적으며, 정전압 생성부(210)는 고전력을 공급할 수 있다. 즉, 정전압 생성부(210)는 고품질의 정전압을 제공하는 구성이다. 정전압 생성부(210)는 필요에 따라서는 SMTP를 이용해서 구현될 수 있다.The constant voltage generator 210 may receive power from a voltage source to generate a first voltage out1. The first voltage out1 generated and output by the constant voltage generator 210 has less ripple, and the constant voltage generator 210 may supply high power. That is, the constant voltage generator 210 is configured to provide high quality constant voltage. The constant voltage generator 210 may be implemented using SMTP as needed.

가변전압 생성부(220)는 정전압 생성부(210)에서 생성한 제1 전압(out1)을 전달받아 제2 제어 신호(ctrl2)에 따라 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압(out2)을 생성할 수 있다. 즉, 제1 전압(out1)을 제2 제어 신호(ctrl2)에 대응하는 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압(out2)으로 변환할 수 있다. 필요에 따라서, 가변전압 생성부(220)는 DCDC 컨버터를 이용해서 구현될 수 있으며, 제2 제어 신호(ctrl2)는 DCDC 컨버터의 전압 변환비를 제어하는 신호가 될 수 있다.The variable voltage generator 220 receives the first voltage out1 generated by the constant voltage generator 210 and outputs one of the second to third voltages out2 according to the second control signal ctrl2. Can be generated. That is, the first voltage out1 may be converted into one of the second to third voltages out2 corresponding to the second control signal ctrl2. If necessary, the variable voltage generator 220 may be implemented using a DCDC converter, and the second control signal ctrl2 may be a signal for controlling the voltage conversion ratio of the DCDC converter.

제1 전압은 제3 전압보다 높은 전압이면서 정전압이 될 수 있다. 즉, 본 발명의 전원 공급 장치는 열전 모듈에 고전압인 정전압을 공급하거나 상대적으로 낮은 전압 대역의 가변 전압을 공급할 수 있다.The first voltage may be a constant voltage while being higher than the third voltage. That is, the power supply device of the present invention can supply a constant voltage of high voltage or a variable voltage of a relatively low voltage band to the thermoelectric module.

필요에 따라서, 정전압 생성부(210) 및 가변전압 생성부(220)의 출력단이 서로 연결되어 or ring 형태로 출력단에 구성되며, 두 출력단이 연결된 점에서 열전 모듈로 전압이 출력될 수 있다. 즉, 두 출력단이 연결된 점에서는 제1 전압(out1) 또는 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압(out2) 중 하나의 전압이 출력될 수 있다. If necessary, the output terminals of the constant voltage generator 210 and the variable voltage generator 220 are connected to each other and configured in the output terminal in the form of an or ring, the voltage can be output to the thermoelectric module at the two output terminals are connected. That is, at the point at which the two output terminals are connected, one of the first voltage out1 or one of the voltages out2 of the second to third voltages may be output.

스위치기(240)는 정전압 생성부(210)의 출력단과 상기 두 출력단이 연결된 점의 사이에 배치되어 정전압 생성부(210)에서 출력된 제1 전압(out1)이 상기 두 출력단이 연결된 점으로 전달 되는 것을 제어할 수 있다. 특히, 두 출력단이 연결된 경우에는 제1 전압(out1)이 상대적으로 고전압이므로 가변 전압과 동시에 제1 전압(out1)이 전달되면 더 높은 전압인 제1 전압(out1)만이 전달되게 되므로, 제1 전압의 전달을 제어할 필요가 있다. 스위치기(240)는 고전압 고전력의 제1 전압 (out1)의 통전 여부를 제어하기 위해서 파워 트랜지스터 또는 파워 FET으로 구현될 수 있다. 고전력의 신호에 의해서 스위치기(240)가 파괴되거나 단락되는 것을 방지하기 위함이다.The switch 240 is disposed between the output terminal of the constant voltage generator 210 and the point at which the two output terminals are connected, and transfers the first voltage out1 output from the constant voltage generator 210 to the point at which the two output terminals are connected. Can be controlled. In particular, when the two output terminals are connected, since the first voltage out1 is relatively high voltage, when the first voltage out1 is transmitted at the same time as the variable voltage, only the first voltage out1, which is higher voltage, is transferred. It is necessary to control the passing of. The switch 240 may be implemented as a power transistor or a power FET to control whether the first voltage out1 of the high voltage and high power is energized. This is to prevent the switch 240 from being broken or shorted by a high power signal.

전류 방향 제어기(250)는 가변전압 생성기(220)와 상기 두 출력단이 연결된 점 사이에 배치되어 전류가 가변전압 생성기(220)에서 상기 두 출력단이 연결된 점으로만 생성되도록 제어할 수 있다. 즉, 단방향성 전류 패스를 형성할 수 있는 소자로 전류 방향 제어기(250)가 구현될 수 있다. 단방향성 전류 패스를 형성하는 소자의 예로는 다이오드 또는 트랜지스터를 들 수 있다. The current direction controller 250 may be disposed between the variable voltage generator 220 and the point at which the two output terminals are connected to control the current to be generated only at the point at which the two output terminals are connected at the variable voltage generator 220. That is, the current direction controller 250 may be implemented as a device capable of forming a unidirectional current path. Examples of devices forming unidirectional current paths include diodes or transistors.

특히, 정전압 생성부(210)에서 제1 전압이 상기 두 출력단이 연결된 점으로 전달되고 있는 경우에 가변전압 생성부(220)의 출력단 또는 가변전압 생성부(220)의 내부 회로를 고전압인 제1 전압(out1)으로부터 보호할 필요가 있다. 나아가, 제1 전압이 고전압으로 전류 방향 제어기(250)는 고전압 고전력을 견딜 수 있는 특성을 가진 소자를 사용함이 바람직하다.In particular, when the first voltage is transmitted from the constant voltage generator 210 to the point at which the two output terminals are connected, the output circuit of the variable voltage generator 220 or the internal circuit of the variable voltage generator 220 may be a high voltage. It is necessary to protect against the voltage out1. Furthermore, it is preferable that the current direction controller 250 uses a device having a characteristic capable of withstanding high voltage and high power with the first voltage being high.

제어부(230)는 제1 제어 신호(out1)를 생성 및 출력하여 스위치기(240)의 제1 전압(out1) 차단 여부를 제어할 수 있고, 제2 제어 신호(out2)를 생성 및 출력하여 가변전압 생성부(220)에서 생성할 전압을 제어할 수 있다. 필요에 따라서, 제2 제어 신호(out2)의 전압 레벨을 이용해서 가변전압 생성부(220)에서 생성할 전압을 제어할 수 있다. 또한, 제2 제어 신호가 다수 비트의 데이터 신호로 출력되어 가변전압 생성부(220)에서 생성할 전압 레벨의 정보를 제공할 수도 있다.
The control unit 230 may generate and output a first control signal out1 to control whether the switch 240 blocks the first voltage out1, and generate and output a second control signal out2 to vary it. The voltage generated by the voltage generator 220 may be controlled. If necessary, the voltage to be generated by the variable voltage generator 220 may be controlled using the voltage level of the second control signal out2. In addition, the second control signal may be output as a data signal of a plurality of bits to provide information of the voltage level to be generated by the variable voltage generator 220.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 전원 공급 장치(200)에 따르면, 고전압인 정전압과 상대적으로 낮은 전압 대역의 가변 전압을 선택적으로 열전 모듈로 제공할 수 있다.
According to the power supply device 200 of the present invention having the configuration as described above, it is possible to selectively provide a constant voltage, a high voltage and a variable voltage of a relatively low voltage band to the thermoelectric module.

이하에서는 본 발명의 전원 공급 장치(200)가 적용되는 열전 모듈을 포함하는 온도 조절 시스템의 온도 조절 방식의 다양한 실시예를 설명한다. 이하에서, 열전 모듈에 공급되는 전압은 본 발명의 전원 공급 장치(200)에서 출력되는 전압이며, 제1 전압의 출력 여부나 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압이 결정되는 것은 제어부(230)에서 출력되는 제1 제어 신호(ctrl1)나 제2 제어 신호(ctrl2)에 의해서 이루어질 수 있다. 또한 필요에 따라서는 제어부(230)은 제어 장치(300)에 포함되는 구성일 수 있다.
Hereinafter, various embodiments of a temperature control method of a temperature control system including a thermoelectric module to which the power supply device 200 of the present invention is applied will be described. Hereinafter, the voltage supplied to the thermoelectric module is a voltage output from the power supply device 200 of the present invention, it is determined whether the output of the first voltage or one of the second voltage to the third voltage is determined by the controller 230 It may be made by the first control signal (ctrl1) or the second control signal (ctrl2) output from. In addition, if necessary, the controller 230 may be a component included in the control device 300.

도 4는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다. 4 is a timing diagram for explaining the operation of the power supply of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(200)는 제1 제어 신호(ctrl1) 및 제2 제어 신호(ctrl2)에 따라서 두 출력단이 연결된 점의 전압(Vo)을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 4, the power supply device 200 of the present invention may control the voltage Vo of a point at which two output terminals are connected according to the first control signal ctrl1 and the second control signal ctrl2.

정전압(out1)은 제1 제어 신호(ctrl1) 및 제2 제어 신호(ctrl2)에 상관없이 제1 전압(V1)으로 출력된다.The constant voltage out1 is output as the first voltage V1 regardless of the first control signal ctrl1 and the second control signal ctrl2.

가변전압(out2)은 제2 제어 신호(ctrl2)에 대응되어 제2 전압(V2) 내지 제3 전압(V3) 중 하나의 전압으로 가변적으로 출력될 수 있다.The variable voltage out2 may be variably output as one of the second voltage V2 to the third voltage V3 in response to the second control signal ctrl2.

두 출력단이 연결된 점의 전압(Vo)은 제1 제어 신호가 인가되는 경우에는 제1 전압(V1)이 출력되고, 제1 제어 신호가 인가되지 않고 제2 제어 신호(ctrl2)가 인가되는 경우에는 제2 전압(V2) 내지 제3 전압(V3) 중 하나의 전압으로 가변적으로 출력될 수 있다.
When the first control signal is applied, the voltage Vo at the point where the two output terminals are connected is output when the first voltage V1 is output, and when the first control signal is not applied and the second control signal ctrl2 is applied. The voltage may be variably output as one of the second voltage V2 to the third voltage V3.

도 5는 본 발명의 전원 공급 장치의 일 구현예에 의한 회로를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a circuit according to an embodiment of the power supply apparatus of the present invention.

도 5를 참조하면, 정전압 생성부(210)는 SMPS로 구현될 수 있고, 가변전압 생성부(220)는 레귤레이터(regulator)인 DCDC 컨버터로 구현될 수 있다. 또한, 스위치기(240)는 파워 FET과 파워 FET의 게이트 단을 구동하기 위한 트랜지스터로 구현될 수 있고, 가변전압 생성부(220)의 출력단쪽에는 전류 방향 제어기(250)로 다이오드가 배치될 수 있다.Referring to FIG. 5, the constant voltage generator 210 may be implemented as an SMPS, and the variable voltage generator 220 may be implemented as a DCDC converter that is a regulator. In addition, the switch 240 may be implemented as a transistor for driving a power FET and a gate terminal of the power FET, and a diode may be disposed at the output end of the variable voltage generator 220 as the current direction controller 250. have.

제1 제어 신호(ctrl1)에 의해서 파워 FET의 드레인-소스간의 연결 여부가 제어될 수 있고, 제2 제어 신호(ctrl2)에 의해서 DCDC 컨버터의 출력 전압을 제어할 수 있다.
The connection between the drain and the source of the power FET may be controlled by the first control signal ctrl1, and the output voltage of the DCDC converter may be controlled by the second control signal ctrl2.

도 6은 본 발명의 일 적용예에 의한 온도 조절 시스템의 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도간의 관계를 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 일 적용예의 온도 조절 시스템을 이용해서 냉각을 하는 경우의 공급 전압과 대상체의 온도간의 관계를 확인할 수 있고, 일 적용예의 온도 조절 시스템의 열전 모듈(100)에 공급되는 전압은 대상체의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 대상체의 온도에 따라 제어될 수 있다. 대상체의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우에는 전압을 공급하지 않도록 하여 절전 및 소음 감소를 도모할 수 있다.Referring to FIG. 6, a relationship between a supply voltage and a temperature of an object when cooling using a temperature control system according to an application example may be confirmed, and the voltage supplied to the thermoelectric module 100 of the temperature control system according to an application example may be When the temperature of the object is higher than the target temperature, the object may be controlled according to the temperature of the object. When the temperature of the object is lower than the target temperature, power can be reduced and noise can be reduced by not supplying a voltage.

도 6을 참조하면, 일 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 이상인 경우(a)에는 정전압인 제1 전압을 열전 모듈(100)에 공급하고 제1 설정치 미만(b, c, d)이면 가변 전압인 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 열전 모듈(100)에 공급하여 대상체를 냉각할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the difference between the temperature of the object and the target temperature is greater than or equal to the first set value (a), the temperature control system according to an application example supplies the thermoelectric module 100 with a first voltage that is a constant voltage and is less than the first set value (b). , c, and d), one of the second to third voltages, which are variable voltages, may be supplied to the thermoelectric module 100 to cool the object.

b 구간을 살펴보면, 일 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 미만인 경우에 대상체의 온도와 목표 온도의 차에 비례하여 전압의 크기를 조절하여 열전 모듈(100)에 공급할 수 있다.Referring to section b, the temperature control system according to an application example may adjust the magnitude of the voltage in proportion to the difference between the temperature of the object and the target temperature to supply the thermoelectric module 100 when the difference between the temperature of the object and the target temperature is less than the first set value. Can be.

c 구간을 살펴보면, 일 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도가 목표 온도에 도달한 경우에는 목표 온도로부터 일정치가 벗어나기 전까지는 동작하지 않다가 일정치를 벗어나면 대상체의 온도와 목표 온도의 차에 비례하여 전압을 인가할 있다. 이는 잦은 전원 공급 장치(200) 동작에 다른 에너지 손실 및 소음 발생을 감소시키기 위함이다.Looking at the section c, the temperature control system of one application does not operate until the target temperature deviates from the target temperature when the target temperature reaches the target temperature. Voltage can be applied in proportion. This is to reduce other energy loss and noise generation in the frequent power supply 200 operation.

d 구간을 살펴보면, 일 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도가 목표 온도와 상이하면 대상체의 온도와 목표 온도의 차에 비례하여 전압을 인가하고, 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 이상이 되면 정전압인 제1 전압을 열전 모듈(100)에 공급할 수 있다.Looking at the section d, the temperature control system of the application example applies a voltage in proportion to the difference between the temperature of the object and the target temperature when the temperature of the object is different from the target temperature, and the difference between the temperature of the object and the target temperature is greater than or equal to the first set value. In this case, the first voltage, which is a constant voltage, may be supplied to the thermoelectric module 100.

또한, 제1 설정치는 제3 전압이 열전 모듈(100)에 공급되는 경우에 일정 시간 내에 대상체의 온도가 목표 온도에 도달할 수 있는 정도의 온도일 수 있다. 즉, 제1 설정치는 제3 전압 및 열전 모듈(100)의 열전달 능력을 고려하여 설정할 수 있다.
In addition, when the third voltage is supplied to the thermoelectric module 100, the first set value may be a temperature such that the temperature of the object can reach the target temperature within a predetermined time. That is, the first set value may be set in consideration of the third voltage and the heat transfer capability of the thermoelectric module 100.

도시하지는 않았으나, 제어 장치(300)는 전원 공급 장치(200)에서 열전 모듈(100)로 공급되는 전압을 센싱하여 전원 공급 장치(200)가 열전 모듈(100)에 공급하는 전압을 피드백 제어할 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(200)에서 출력되는 전압을 제어하는 신호를 보내더라도 다양한 요인에 의해서 전원 공급 장치(200)에서 열전 모듈(100)로 공급되는 전압은 상이할 수 있는 바, 열전 모듈(100)에 목적하는 전압이 인가될 수 있도록 피드백 제어를 할 수 있다.
Although not shown, the control device 300 may sense a voltage supplied from the power supply device 200 to the thermoelectric module 100 to feedback control the voltage supplied from the power supply device 200 to the thermoelectric module 100. have. That is, even though a signal for controlling the voltage output from the power supply device 200 is sent, the voltage supplied from the power supply device 200 to the thermoelectric module 100 may be different due to various factors. Feedback control may be performed to apply a desired voltage.

상기의 제어 방법을 종합하면, 일 적용예의 온도 조절 시스템의 제어 장치(300)는 대상체의 온도와 목표 온도의 차를 분석하여, 고전압의 정전압을 공급하여 급속으로 냉각할 것인지 또는 저전압 대역의 가변 전압을 공급하여 저속으로 냉각할 것인지를 결정하며, 가변 전압의 전압을 대상체의 온도와 목표 온도의 차를 이용하여 도출할 수 있다.
Summarizing the above control method, the control device 300 of the temperature control system of one application example analyzes the difference between the temperature of the object and the target temperature, and supplies a high voltage constant voltage to cool rapidly or a variable voltage of a low voltage band. It is determined whether to cool by low speed by supplying the voltage, and the voltage of the variable voltage can be derived by using the difference between the temperature of the object and the target temperature.

도 7은 본 발명의 다른 적용예에 의한 온도 조절 시스템의 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도 간의 관계를 도시한 그래프이다.7 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to another application of the present invention.

도 7을 참조하면, 다른 적용예의 온도 조절 시스템을 이용해서 냉각을 하는 경우의 공급 전압과 대상체의 온도간의 관계를 확인할 수 있고, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템의 열전 모듈(100)에 공급되는 전압은 대상체의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 대상체의 온도에 따라 제어될 수 있다. 대상체의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우에는 전압을 공급하지 않도록 하여 절전 및 소음 감소를 도모할 수 있다.Referring to FIG. 7, a relationship between a supply voltage and a temperature of an object when cooling using a temperature control system according to another application example may be confirmed, and a voltage supplied to the thermoelectric module 100 of the temperature control system according to another application example. May be controlled according to the temperature of the object when the temperature of the object is higher than the target temperature. When the temperature of the object is lower than the target temperature, power can be reduced and noise can be reduced by not supplying a voltage.

도 7을 참조하면, 다른 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 이상인 경우(a)에는 정전압인 제1 전압을 열전 모듈(100)에 공급하고 대상체의 온도가 목표 온도에 도달하면 가변 전압인 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 열전 모듈(100)에 공급하여 대상체를 냉각할 수 있다. 즉, 목표 온도에 도달할 때까지는 지속적으로 정전압을 공급하여 빠른 냉각을 도모할 수 있고, 목표 온도에 도달하면, 가변 전압을 공급하여 냉각 상태 유지를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7, when the difference between the temperature of the object and the target temperature is greater than or equal to the first set value (a), the temperature control system according to another application may supply the thermoelectric module 100 with a first voltage that is a constant voltage and the temperature of the object may be a target temperature. When it reaches, the object may be cooled by supplying one of the second voltage to the third voltage, which is a variable voltage, to the thermoelectric module 100. That is, it is possible to achieve rapid cooling by continuously supplying a constant voltage until reaching the target temperature, and maintaining the cooling state by supplying a variable voltage when reaching the target temperature.

b 구간을 살펴보면, 다른 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 미만인 경우에 대상체의 온도와 목표 온도의 차에 비례하여 전압의 크기를 조절하여 열전 모듈(100)에 공급할 수 있다.Referring to section b, the temperature control system according to another application adjusts the magnitude of the voltage in proportion to the difference between the object temperature and the target temperature when the difference between the temperature of the object and the target temperature is less than the first set value to supply the thermoelectric module 100. Can be.

또한, 제1 설정치는 제3 전압이 열전 모듈(100)에 공급되는 경우에 일정 시간 내에 대상체의 온도가 목표 온도에 도달할 수 있는 정도의 온도일 수 있다. 즉, 제1 설정치는 제3 전압 및 열전 모듈(100)의 열전달 능력을 고려하여 설정할 수 있다.
In addition, when the third voltage is supplied to the thermoelectric module 100, the first set value may be a temperature such that the temperature of the object can reach the target temperature within a predetermined time. That is, the first set value may be set in consideration of the third voltage and the heat transfer capability of the thermoelectric module 100.

상기의 제어 방법을 종합하면, 다른 적용예의 온도 조절 시스템의 제어 장치(300)는 대상체의 온도와 목표 온도의 차 및 냉각 이력을 분석하여, 고전압의 정전압을 공급하여 급속으로 냉각할 것인지 또는 저전압 대역의 가변 전압을 공급하여 저속으로 냉각할 것인지를 결정하며, 가변 전압의 전압을 대상체의 온도와 목표 온도의 차를 이용하여 도출할 수 있다.
Integrating the above control method, the control device 300 of the temperature control system according to another application analyzes the difference between the temperature of the object and the target temperature and the cooling history to supply a high voltage constant voltage to cool rapidly or to a low voltage band. It is determined whether to cool at a low speed by supplying a variable voltage of, and the voltage of the variable voltage may be derived using the difference between the temperature of the object and the target temperature.

도 8은 본 발명의 또 다른 적용예에 의한 온도 조절 시스템의 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도 간의 관계를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to another application example of the present invention.

도 8을 참조하면, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템을 이용해서 냉각을 하는 경우의 공급 전압과 대상체의 온도간의 관계를 확인할 수 있다. 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템의 열전 모듈(100)에 공급되는 전압은 대상체의 온도가 목표 온도보다 높은 경우 정전압이 공급되고, 대상체의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우 가변 전압이 공급될 수 있다. 또한, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템의 열전 모듈(100)에 공급되는 전압은 대상체의 온도가 목표 온도에 도달한 후 대상체의 온도가 목표 온도보다 제1 설정치 이상 높아진 경우에는 다시 정전압을 공급할 수 있다.Referring to FIG. 8, it is possible to check the relationship between the supply voltage and the temperature of the object when cooling using the temperature control system according to another application example. In another application example, the voltage supplied to the thermoelectric module 100 of the temperature control system may be supplied with a constant voltage when the temperature of the object is higher than the target temperature, and may be supplied with a variable voltage when the temperature of the object is lower than the target temperature. In addition, the voltage supplied to the thermoelectric module 100 of the temperature control system according to another application may again supply a constant voltage when the temperature of the object is higher than the target temperature by more than the first set value after reaching the target temperature. .

즉, 대상체의 온도가 목표 온도보다 높은 경우에는 급속 냉각을 위해서 고전압인 정전압을 공급하고, 목표 온도에 도달한 경우에는 냉각 상태를 유지하기 위해 제3 전압을 공급하며, 목표 온도보다 낮은 경우에는 과냉각을 막기 위해서 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 공급할 수 있다. 특히, 대상체의 온도와 목표 온도의 차이에 비례하여 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 선택할 수 있다. 그리고, 대상체의 온도가 목표 온도보다 제1 설정치 이상 높아진 경우에는 제3 전압의 공급만으로는 냉각 상태를 유지하기 힘든 것으로 판정하고 다시 정전압을 공급할 수 있다.
That is, when the temperature of the object is higher than the target temperature, a constant voltage, which is high voltage, is supplied for rapid cooling, and when the target temperature is reached, a third voltage is supplied to maintain the cooling state. In order to prevent this, one of the second to third voltages may be supplied. In particular, one of the second voltage to the third voltage may be selected in proportion to the difference between the temperature of the object and the target temperature. When the temperature of the object becomes higher than the target temperature by the first set value or more, it may be determined that it is difficult to maintain the cooling state only by supplying the third voltage, and the constant voltage may be supplied again.

도 9는 본 발명의 또 다른 적용예에 의한 온도 조절 시스템의 열전 모듈에 공급되는 전압과 대상체의 온도 간의 관계를 도시한 그래프이다.9 is a graph illustrating a relationship between a voltage supplied to a thermoelectric module and a temperature of an object according to still another application of the present invention.

도 9를 참조하면, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템을 이용해서 가열을 하는 경우의 공급 전압과 대상체의 온도간의 관계를 확인할 수 있고, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템의 열전 모듈(100)에 공급되는 전압은 대상체의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우 대상체의 온도에 따라 제어될 수 있다. 대상체의 온도가 목표 온도보다 높은 경우에는 전압을 공급하지 않도록 하여 절전 및 소음 감소를 도모할 수 있다.Referring to FIG. 9, it is possible to check a relationship between a supply voltage and a temperature of an object when heating is performed using a temperature control system according to another application example, and supplied to the thermoelectric module 100 of the temperature control system according to another application example. The voltage may be controlled according to the temperature of the object when the temperature of the object is lower than the target temperature. When the temperature of the object is higher than the target temperature, power can be reduced and noise can be reduced by not supplying a voltage.

도 9를 참조하면, 또 다른 적용예의 온도 조절 시스템은 대상체의 온도와 목표 온도의 차가 제1 설정치 이상인 경우에는 정전압인 제1 전압을 열전 모듈(100)에 공급하고 대상체의 온도가 목표 온도에 도달하면 가변 전압인 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 열전 모듈(100)에 공급하여 대상체를 가열할 수 있다. 즉, 목표 온도에 도달할 때까지는 지속적으로 정전압을 공급하여 빠른 가열을 도모할 수 있고, 목표 온도에 도달하면, 가변 전압을 공급하여 가열 상태 유지를 수행할 수 있다.
Referring to FIG. 9, if the difference between the temperature of the object and the target temperature is greater than or equal to the first set value, the temperature control system of another application may supply the thermoelectric module 100 with a first voltage that is a constant voltage and the temperature of the object reaches the target temperature. The object may be heated by supplying one of the second to third voltages, which are variable voltages, to the thermoelectric module 100. That is, it is possible to achieve rapid heating by continuously supplying a constant voltage until the target temperature is reached, and maintaining the heating state by supplying a variable voltage when the target temperature is reached.

상기의 제어 방법을 종합하면, 본 발명의 적용예에 의한 온도 조절 시스템의 제어 장치(300)는 대상체의 온도와 목표 온도의 차 및 가열 이력을 분석하여, 고전압의 정전압을 공급하여 급속으로 가열할 것인지 또는 저전압 대역의 가변 전압을 공급하여 저속으로 가열할 것인지를 결정하며, 가변 전압의 전압을 대상체의 온도와 목표 온도의 차를 이용하여 도출할 수 있다.
In summary, the control device 300 of the temperature control system according to the application example of the present invention analyzes the difference between the temperature of the object and the target temperature and the heating history, and supplies a high voltage constant voltage to rapidly heat it. It is determined whether to heat at a low speed by supplying a variable voltage of the low voltage band or a low voltage band, and the voltage of the variable voltage can be derived using the difference between the temperature of the object and the target temperature.

상기한 방식의 가열 및 냉각 방법 이외에도 높은 전압의 정전압과 비교적 낮은 최대치를 가지는 가변 대역의 전압을 대상체의 온도 또는 제1 금속(110)의 온도에 따라서 제공함으로써, 온도 조절 속도를 높이면서도 절전을 도모할 수 있다. 즉, 종래의 방법에 따를 경우 목표 온도 근처에서 온도 유지를 위해서는 잦은 전압은 인가 및 전압 인가 차단이 필요하기 때문에 맞은 스위칭 로스가 발생한다. 특히, 이러한 스위칭 시에는 전원 공급 장치(200)에서 큰 발열이 발생할 수 있다.In addition to the heating and cooling methods described above, by providing a constant voltage of a high voltage and a voltage of a variable band having a relatively low maximum value according to the temperature of the object or the temperature of the first metal 110, power saving can be achieved while increasing the temperature control speed. can do. That is, according to the conventional method, since the frequent voltage needs to be applied and the voltage applied cut-off to maintain the temperature near the target temperature, a correct switching loss occurs. In particular, during such switching, a large heat generation may occur in the power supply device 200.

다만, 상기 도 6 내지 도 9에 제시된 것과 달리 대상체의 온도를 목표 온도의 상하로 기설정 범위내에서 제어해야 하는 경우에는 냉각 및 가열을 열전 모듈(100)과 전원 공급 장치(200)의 연결 상태를 변경하면서 수행할 수 있다. 열전달의 방향은 전위차에 의해서 결정되는 바 열전 모듈(100) 제1 금속(110)의 일단 및 제2 금속(120)의 타단과 전원 공급 장치(200)의 +극 및 -극의 연결을 변경하면 냉각과 가열이 변경될 수 있다.However, in contrast to those shown in FIGS. 6 to 9, when the temperature of the object needs to be controlled within a preset range above and below a target temperature, cooling and heating are performed in a connection state between the thermoelectric module 100 and the power supply device 200. You can do this by changing. The direction of the heat transfer is determined by the potential difference, so if one end of the first metal 110 of the thermoelectric module 100 and the other end of the second metal 120 and the + and − poles of the power supply device 200 are changed. Cooling and heating can be changed.

또한, 냉각 방법의 각 실시예들은 가열 방법에도 설계 변경하여 적용이 가능하다.
In addition, the embodiments of the cooling method can be applied to the heating method by changing the design.

또한, 도시하지는 않았으나 제2 금속(120)의 온도 또는 제2 금속(120)의 타단에 접촉되는 외기의 온도가 목표 온도와 지나치게 차이가 큰 경우에는 보다 큰 온도 조절 능력이 필요하게 된다. 따라서, 이 경우에는 온도 조절 시스템의 전원 공급 장치(200)에서 열전 모듈(100)로 공급되는 전압치를 보정할 필요가 있다. 즉, 공급 전압치를 일정량 또는 비율로 증가시키거나, 고전압이 정전압이 인가되는 구간을 더 크게 할 수 있다. In addition, although not shown, when the temperature of the second metal 120 or the temperature of the outside air contacting the other end of the second metal 120 is too different from the target temperature, greater temperature control capability is required. Therefore, in this case, it is necessary to correct the voltage value supplied from the power supply device 200 of the temperature control system to the thermoelectric module 100. That is, it is possible to increase the supply voltage value by a certain amount or ratio, or to increase the interval where the high voltage is applied with the constant voltage.

정전압이 인가되는 구간을 더 크게 하기 위해서, 제1 설정치를 낮출 수 있다. 다시 말하면, 제2 금속(120) 또는 외기의 온도와 목표 온도의 차가 제2 설정치 초과인 경우에는 제1 설정치를 낮출 수 있다. 나아가, 제2 금속(120) 또는 외기의 온도와 목표 온도의 차가 적은 경우에는 제1 설정치를 높일 수 있다.
In order to further increase the interval where the constant voltage is applied, the first set value may be lowered. In other words, when the difference between the temperature of the second metal 120 or the outside air and the target temperature is greater than the second set value, the first set value may be lowered. Furthermore, when the difference between the temperature of the second metal 120 or the outside air and the target temperature is small, the first set value may be increased.

이하에서는 본 발명의 전원 공급 장치(200)가 적용된 온도 조절 시스템의 구체적인 실시예를 들어 설명한다.Hereinafter, a specific embodiment of a temperature control system to which the power supply device 200 of the present invention is applied will be described.

냉수의 목표 온도는 5.5도씨가 되도록 제어하고, 제1 설정치는 2도씨, 제1 전압은 21V, 제2 전압은 8.5V, 제3 전압은 12V로 설정하는 것을 가정한다. 냉수의 목표 온도는 필요에 따라서 0도씨 내지 7도씨 중 하나의 값으로 설정할 수 있다. 또한, 제1 설정치는 0도씨 내지 2도씨에서 설정할 수 있다. 다만, 냉수의 온도가 10도씨를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. It is assumed that the target temperature of the cold water is controlled to be 5.5 degrees Celsius, and the first set value is set to 2 degrees Celsius, the first voltage is 21V, the second voltage is 8.5V, and the third voltage is 12V. The target temperature of cold water can be set to a value of 0 degreeC-7 degreeC as needed. In addition, a 1st set value can be set in 0 degreeC-2 degreeC. However, it is desirable that the temperature of cold water does not exceed 10 degrees Celsius.

냉각을 시작할 때의 정수 탱크 내의 정수의 온도는 실온과 동일하다. 따라서, 목표 온도와 상이한 온도이므로 열전 모듈(100)에 제1 전압을 인가하여 정수를 급속으로 냉각할 수 있다. 일정 시간이 도과된 후 정수의 온도가 목표 온도에 도달하면, 제2 전압을 열전 모듈(100)에 인가하여 냉수의 온도를 유지할 수 있다.The temperature of the purified water in the purified water tank at the start of cooling is equal to room temperature. Therefore, since the temperature is different from the target temperature, the first voltage may be applied to the thermoelectric module 100 to rapidly cool the purified water. After a predetermined time has elapsed, when the temperature of the purified water reaches the target temperature, the second voltage may be applied to the thermoelectric module 100 to maintain the temperature of the cold water.

다만, 주변 온도 등의 다양한 요인에 의해서 냉수의 온도가 변화할 수 있는데, 냉수의 온도가 목표 온도보다 낮아져서 2 도씨가 된 경우에는 전압 공급을 차단할 수 있다. 냉수의 온도가 5 내지 7도씨인 경우에는 여전히 제3 전압을 인가할 수 있다.However, the temperature of the cold water may be changed by various factors such as the ambient temperature. When the temperature of the cold water is lower than the target temperature to reach 2 degrees Celsius, the voltage supply may be cut off. If the temperature of the cold water is between 5 and 7 degrees Celsius, the third voltage can still be applied.

그러나, 냉수의 온도가 7도씨가 되면, 다시 정전압인 제1 전압을 인가하여 냉수를 냉각할 수 있다.However, when the temperature of the cold water reaches 7 degrees Celsius, the cold water can be cooled again by applying a constant first voltage.

나아가, 제2 전압은 필요에 따라서 5V로 하향조정 될 수 있다.Furthermore, the second voltage can be adjusted down to 5V as needed.

필요에 따라서는 열전모듈에 공급되는 전압이 목적한 전압이 되도록 피드백 제어할 수 있고, 열전 모듈(100)의 열전달 능력이 목적한 수준으로 이루어지도록 소비 전류를 측정하여 피드백 제어할 수 있다.
If necessary, feedback control may be performed such that the voltage supplied to the thermoelectric module becomes a desired voltage, and feedback control may be performed by measuring the current consumption so that the heat transfer capability of the thermoelectric module 100 is achieved at a desired level.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

100: 열전 모듈 110: 제1금속
120: 제2금속
200: 전원공급장치 210: 정전압 생성부
220: 가변전압 생성부 230: 제어부
240: 스위치기 250: 전류 방향 제어기
300: 제어장치
400: 팬100: thermoelectric module 110: the first metal
120: second metal
200: power supply device 210: constant voltage generator
220: variable voltage generation unit 230: control unit
240: switch device 250: current direction controller
300: controller
400: fan

Claims (6)

열전 모듈 양단에 전압을 인가하는 전원 공급 장치에 있어서,
전압원으로부터 전력을 공급받아 제1 전압을 생성하는 정전압 생성부;
상기 제1 전압을 전달받아 제2 제어 신호에 따라 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 생성하는 가변전압 생성부;
상기 제2 제어 신호를 생성하여 상기 가변전압 생성부로 전달하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 전압 또는 제2 전압 내지 제3 전압 중 하나의 전압을 상기 열전 모듈 양단에 인가하며,
상기 제1 전압은 상기 제3 전압보다 높고 고정 전압이고, 제2 전압은 제3전압 보다 낮은 전원 공급 장치.
In the power supply for applying a voltage across the thermoelectric module,
A constant voltage generator configured to receive power from a voltage source and generate a first voltage;
A variable voltage generator configured to receive the first voltage and generate one of a second voltage and a third voltage according to a second control signal;
A control unit generating the second control signal and transferring the generated control signal to the variable voltage generation unit;
Applying one of the first voltage or one of the second voltage to the third voltage across the thermoelectric module,
And the first voltage is higher than the third voltage and is a fixed voltage, and the second voltage is lower than the third voltage.
제1항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는
상기 정전압 생성부 및 상기 가변전압 생성부의 출력단을 연결하고 상기 출력단이 연결된 점에 상기 열전 모듈로 전압을 출력하는 전원 공급 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the power supply is
A power supply device connecting the output terminal of the constant voltage generator and the variable voltage generator and outputting a voltage to the thermoelectric module at the point where the output terminal is connected.
제2항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는
상기 정전압 생성부의 출력단과 상기 출력단이 연결된 점의 사이에 전류 흐름을 차단할 수 있는 스위치기를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 스위치기의 동작을 제어하는 제1 제어 신호를 더 생성하는 전원 공급 장치.
The power supply of claim 2, wherein the power supply is
It further comprises a switch that can block the current flow between the output terminal of the constant voltage generating unit and the output terminal,
The control unit further generates a first control signal for controlling the operation of the switch.
제3항에 있어서, 상기 스위치기는 파워 트랜지스터 또는 파워 FET을 이용해서 구현되는 전원 공급 장치.
4. The power supply of claim 3, wherein the switch is implemented using a power transistor or a power FET.
제2항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는
상기 가변전압 생성부의 출력단과 상기 출력단이 연결된 점의 사이에 전류가 상기 가변전압 생성부의 출력단에서 상기 출력단이 연결된 점으로만 형성되도록 하는 전류 방향 제어기를 더 포함하는 전원 공급 장치.
The power supply of claim 2, wherein the power supply is
And a current direction controller configured to form a current only between a point at which the output terminal is connected at the output terminal of the variable voltage generator and an output terminal at the output terminal of the variable voltage generator.
제5항에 있어서, 상기 전류 방향 제어기는 다이오드 또는 트랜지스터를 이용해 구현되는 전원 공급 장치.6. The power supply of claim 5, wherein the current direction controller is implemented using a diode or a transistor.
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