TWI469484B - 熱能利用電路、電子裝置及方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種電路,特別涉及一種熱能利用電路、具有該熱能利用電路的電子裝置及方法。
眾所周知,電子裝置在工作時,由於電能的利用率不能達到百分之百,不可避免的產生熱量。該些熱量的產生不僅浪費了電能,而且一旦熱量過多,容易對電子裝置元件造成損壞。目前,雖然已經有電路能夠將熱能轉換成電能,然而,目前的電路難以達到熱量的最大利用效率或需要通過複雜的結構實現對熱量的最大效率利用。
有鑒於此,提供一種熱能利用電路,能夠以簡單的結構將熱量轉換成電能,並實現最大效率的利用。本發明還提供一種具有該熱能利用電路的電子裝置及方法。
一種熱能利用電路,用於將熱能轉換成電能而為耗電元件供電,該熱能利用電路包括一熱電轉換單元,該熱電轉換單元用於將熱能轉換成電能,其中,該熱能利用電路還包括PWM信號產生單元、比較單元以及控制單元。該PWM信號產生單元包括第一端與第二端,其中第一端電連接於該熱電轉換單元,第二端連接該耗電
元件,該PWM信號產生單元用於將熱電轉換單元產生的電能轉換成PWM電壓信號而為該耗電元件供電。比較單元與該PWM信號產生單元的第一端連接,用於獲取該耗電元件的輸入電壓,該比較單元並將該輸入電壓與一參考電壓值進行比較,在比較該輸入電壓大於參考電壓值時產生第一觸發信號,在比較該輸入電壓小於參考電壓值時產生第二觸發信號。該控制單元與該比較單元以及該PWM信號產生單元連接,用於在接收第一觸發信號時控制該PWM信號產生單元增大所輸出的PWM電壓信號的佔空比,並用於在接收到該第二觸發信號時控制該PWM信號產生單元降低所輸出的PWM電壓信號的佔空比。
一種電子裝置,包括一熱能利用電路以及耗電元件,熱能利用電路用於將熱能轉換成電能而為耗電元件供電,該熱能利用電路包括一熱電轉換單元,該熱電轉換單元用於將熱能轉換成電能,其中,該熱能利用電路還包括PWM信號產生單元、比較單元以及控制單元。該PWM信號產生單元包括第一端與第二端,其中第一端電連接於該熱電轉換單元,第二端連接該耗電元件,該PWM信號產生單元用於將熱電轉換單元產生的電能轉換成PWM電壓信號而為該耗電元件供電。比較單元與該PWM信號產生單元的第一端連接,用於獲取該耗電元件的輸入電壓,該比較單元並將該輸入電壓與一參考電壓值進行比較,在比較該輸入電壓大於參考電壓值時產生第一觸發信號,在比較該輸入電壓小於參考電壓值時產生第二觸發信號。該控制單元與該比較單元以及該PWM信號產生單元連接,用於在接收第一觸發信號時控制該PWM信號產生單元增大所輸出的PWM電壓信號的佔空比,並用於在接收到該第二觸發信號時控制該PWM信號產生單元降低所輸出的PWM電壓信號的佔空
比。
一種熱能利用方法,包括步驟:將熱能轉換成電能,並通過PWM信號產生單元轉換成PWM電壓信號為耗電元件供電;獲得耗電元件的輸入電壓,並將該輸入電壓與參考電壓值進行比較;若比較該輸入電壓大於參考電壓值,則控制增大PWM信號產生單元輸出的PWM電壓信號的佔空比;若比較該輸入電壓小於參考電壓值,則控制降低PWM信號產生單元輸出的PWM電壓信號的佔空比。
本發明的熱能利用電路、電子裝置及方法,通過簡單的結構即可最大效率地利用熱能。
100‧‧‧電子裝置
1‧‧‧熱能利用電路
2‧‧‧耗電元件
10‧‧‧熱電轉換單元
20‧‧‧PWM信號產生單元
30‧‧‧比較單元
40‧‧‧控制單元
50‧‧‧中值電壓獲取及輸出單元
21‧‧‧第一端
22‧‧‧第二端
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧參考電壓值
K1‧‧‧開關
Q1‧‧‧MOS管
L1‧‧‧電感
C1‧‧‧電容
A1‧‧‧比較器
31‧‧‧正相輸入端
32‧‧‧反相輸入端
33、11‧‧‧輸出端
圖1為本發明第一實施方式中具有熱能利用電路的電子裝置的電路框圖。
圖2為本發明第一實施方式中具有熱能利用電路的電子裝置的具體電路圖。
圖3為本發明第一實施方式中的熱能利用方法的流程圖。
請參閱圖1,為本發明第一實施方式中具有熱能利用電路1的電子裝置100的功能模組圖。該電子裝置100包括該熱能利用電路1以及耗電元件2。該熱能利用電路1用於將熱能轉換成電能而為耗電元件2供電。
該熱能利用電路1包括熱電轉換單元10、PWM(Pulse Width Modulation,脈寬調製)信號產生單元20、比較單元30以及控制單元40。該熱電轉換單元10用於將電子裝置100產生的熱能轉換
成電能。該PWM信號產生單元,包括第一端21與第二端22,其中第一端電連接於該熱電轉換單元10,第二端22連接該耗電元件2,該PWM信號產生單元20用於將熱電轉換單元10產生的電能轉換成PWM電壓信號而為該耗電元件2供電。從而,易知,該熱電轉換單元10以及該耗電元件2通過該PWM信號產生單元20構成一供電網路,該PWM信號產生單元20與耗電元件2連接的第二端22的電壓為輸出電壓Vout,該PWM信號產生單元20與熱電轉換單元10連接的第一端21的電壓為耗電元件2的輸入電壓Vin。
該比較單元30與該PWM信號產生單元20連接該熱電轉換單元10的第一端21連接,用於獲取該耗電元件2的輸入電壓Vin,該比較單元30並將該輸入電壓Vin與一參考電壓值Vref進行比較,在比較該輸入電壓Vin大於參考電壓值Vref時產生第一觸發信號,在比較該輸入電壓Vin小於參考電壓值Vref時產生第二觸發信號。該控制單元40與該比較單元30以及該PWM信號產生單元20連接,用於在接收到該第一觸發信號時控制該PWM信號產生單元20增大所輸出的PWM電壓信號的佔空比而降低該輸入電壓Vin,並用於在接收到該第二觸發信號時控制該PWM信號產生單元20降低所輸出的PWM電壓信號的佔空比而增大該輸入電壓Vin;直到該輸入電壓Vin與該參考電壓值Vref相等。顯然,若該比較單元30比較該輸入電壓Vin等於該輸入電壓,則不產生觸發信號,該控制單元40不對該PWM信號產生單元20輸出的PWM電壓信號的佔空比進行調整。
通常,輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之比為PWM信號產生單元20的佔空比,一般輸出電壓Vout可視為不變,通過改變PWM電壓信號
的佔空比而改變輸入電壓Vin的值,例如增大PWM電壓信號的佔空比而減小輸入電壓Vin、降低該PWM電壓信號的佔空比而增大輸入電壓Vin。在本實施方式中,該參考電壓值Vref為該熱能利用電路1空載時,即未連接耗電元件2時輸出的電壓的一半。通常,當該熱能利用電路1連接耗電元件2時,耗電元件2的輸入電壓Vin等於該熱能利用電路1空載時輸出的電壓的一半時,輸出功率最大。從而,本發明將該輸入電壓Vin與該參考電壓值Vref進行比較,在比較該輸入電壓Vin與該參考電壓值Vref不一致時對輸入電壓Vin進行調節,而得到最大的輸出功率。
在本實施方式中,該熱能利用電路1還包括一中值電壓獲取及輸出單元50,該中值電壓獲取及輸出單元50與熱電轉換單元10的輸出端11以及該比較單元30連接,用於在該熱能利用電路1空載時偵測該熱電轉換單元10的輸出電壓,並計算得到該輸出電壓的一半而將該輸出電壓的一半輸出至該比較單元30作為該參考電壓值Vref。在其他實施方式中,可在電子裝置100出廠時對該熱能利用電路1空載時的輸出電壓進行測量而得到該輸出電壓,並設置一參考電壓提供電路而為該比較單元30提供該參考電壓值Vref。例如,若測得該輸出電壓為5V,則通過一串聯在5V的電壓端以及地之間的兩個阻值相同的電阻分壓的到2.5V電壓,該兩個阻值相同的電阻的連接節點與該比較單元30連接而為該比較單元30提供該參考電壓值Vref。顯然,該熱能利用電路1還可包括一電壓端,在測得該熱能利用電路1空載時的輸出電壓後,也可以直接通過該電壓端提供輸出電壓的一半做為該參考電壓值Vref。
請參閱圖2,為本發明具有熱能利用電路1的電子裝置100的具體
電路圖。在該具體電路中,該PWM信號產生單元包括一開關K1,該開關K1電連接於該熱電轉換單元10的輸出端11以及耗電元件2之間,該控制單元40與該開關K1連接,用於輸出相應的信號控制該開關K1的導通截止,而使得該PWM信號產生單元20產生該PWM電壓信號。其中,該控制單元40控制該開關K1的導通截止的時間不同而產生具有不同佔空比的PWM電壓信號而調節該PWM電壓信號的佔空比。易知,該控制單元40控制該開關K1的導通時間增長,則增大該佔空比,控制該開關K1的導通時間減少,則降低該佔空比。
具體的,在本實施方式中,該開關K1可為一MOS管Q1,該控制單元40與MOS管Q1的柵極連接,該MOS管Q1的源極與漏極分別與該熱電轉換單元10的輸出端11以及耗電元件2電連接。該控制單元40用於交替輸出高電平與低電平而控制該MOS管Q1交替導通與截止而產生該PWM電壓信號,該控制單元40並通過改變輸出高電平與低電平的持續時間而改變該MOS管Q1的導通截止時間從而改變PWM電壓信號的佔空比。
在本實施方式中,該PWM信號產生單元20還包括一電感L1以及一電容C1。該電感L1電連接於該熱電轉換單元10的輸出端11以及該開關K1之間,該電容C1連接於該電感L1未連接該開關K1的一端以及地之間,該電容C1以及電感L1用於對熱電轉換單元10輸出的電壓進行穩壓處理。
該比較單元30包括一比較器A1,該比較器A1包括正相輸入端31、反相輸入端32以及輸出端33。其中該正相輸入端31用於接收該參考電壓值Vref,該反相輸入端32與該PWM信號產生單元20連接該
熱電轉換單元10的輸出端11的第一端21連接而獲得該輸入電壓Vin,該輸出端33與該控制單元40連接,而輸出該第一觸發信號或第二觸發信號至該控制單元40。
在本實施方式中,該第一觸發信號為低電平信號,該第二觸發信號為高電平信號。當該比較器A1比較該輸入電壓Vin大於該參考電壓值Vref時,則產生該一低電平信號,該控制單元40接收該低電平信號後控制增大該PWM信號產生單元20輸出的PWM電壓信號的佔空比,從而降低該輸入電壓Vin。該比較器A1比較該輸入電壓Vin小於該參考電壓值Vref時,則產生該一高電平信號,該控制單元40接收該低電平信號後控制降低該PWM信號產生單元20輸出的PWM電壓信號的佔空比,從而增大該輸入電壓Vin。
在本實施方式中,該熱電轉換單元10可為一鹼金屬熱電轉換器、一PN結熱電偶等。該耗電元件2可為音頻處理晶片、視頻處理晶片、記憶體等。
其中,在該具體電路中,該熱能利用電路1還包括一電阻R1,該電阻R1連接於該熱電轉換單元10的輸出端11以及該PWM信號產生單元20的第一端21之間。
其中,該熱電轉換單元10可貼附於該電子裝置100發熱量最大的元件上,例如中央處理晶片上。顯然,該熱電轉換單元10也可以不與電子裝置100的任何元件接觸。顯然,該些耗電元件2同時還與電子裝置100的其他電源連接,當熱電轉換單元10沒有輸出或電能不足以驅動該耗電元件2時,可從其他電源獲得電能而保持工作狀態。
其中,該電子裝置100可為電腦、電子書、手機等電子裝置。
請參閱圖3,為本發明第一實施方式中的熱能利用方法的流程圖。首先,熱電轉換單元10將熱能轉換成電能,並通過PWM信號產生單元20轉換成PWM電壓信號為耗電元件2供電(S301)。比較單元30獲得耗電元件2的輸入電壓Vin,並將該輸入電壓Vin與參考電壓值Vref進行比較(S302)。若比較單元30比較該輸入電壓Vin大於參考電壓值Vref則產生第一觸發信號至控制單元40,控制單元40接收該第一觸發信號而增大PWM信號產生單元20輸出的PWM電壓信號的佔空比(S303)。若比較單元30比較該輸入電壓Vin小於參考電壓值Vref則產生第二觸發信號至控制單元40,控制單元40接收該第二觸發信號而降低PWM信號產生單元20輸出的PWM電壓信號的佔空比(S304)。
本發明的熱能利用電路1、電子裝置及熱能利用方法通過簡單的結構即可實現對熱能的最大化利用。
S301‧‧‧將熱能轉換成電能,並通過PWM信號產生單元轉換成PWM電壓信號為耗電元件供電
S302‧‧‧獲得耗電元件的輸入電壓,將該輸入電壓與參考電壓值進行比較
S303‧‧‧控制增大PWM信號產生單元輸出的PWM電壓信號的佔空比
S304‧‧‧控制降低PWM信號產生單元輸出的PWM電壓信號的佔空比
Claims (9)
- 一種熱能利用電路,用於將熱能轉換成電能而為耗電元件供電,該熱能利用電路包括一熱電轉換單元,該熱電轉換單元用於將熱能轉換成電能,其改良在於,該熱能利用電路還包括:PWM信號產生單元,包括第一端與第二端,其中第一端電連接於該熱電轉換單元,第二端連接該耗電元件,該PWM信號產生單元用於將熱電轉換單元產生的電能轉換成PWM電壓信號而為該耗電元件供電;比較單元,與該PWM信號產生單元的第一端連接,用於獲取該耗電元件的輸入電壓,該比較單元並將該輸入電壓與一參考電壓值進行比較,在比較該輸入電壓大於參考電壓值時產生第一觸發信號,在比較該輸入電壓小於參考電壓值時產生第二觸發信號;控制單元,與該比較單元以及該PWM信號產生單元連接,用於在接收第一觸發信號時控制該PWM信號產生單元增大所輸出的PWM電壓信號的佔空比,並用於在接收到該第二觸發信號時控制該PWM信號產生單元降低所輸出的PWM電壓信號的佔空比;以及中值電壓獲取及輸出單元,與該熱電轉換單元的輸出端以及該比較單元連接,用於在該熱能利用電路空載時偵測該熱電轉換單元的輸出電壓,並計算得到該輸出電壓的一半而將該輸出電壓的一半輸出至該比較單元作為該參考電壓值。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱能利用電路,其中,該PWM信號產生單元包括一開關,該開關電連接於該熱電轉換單元的輸出端以及耗電元件之間,該控制單元與該開關連接,用於輸出相應的信號控制該開關的導通截止,而使得該PWM信號產生單元產生該PWM電壓信號,其中,該控制單 元控制該開關的導通截止的時間不同而調節PWM電壓信號的佔空比。
- 如申請專利範圍第2項所述之熱能利用電路,其中開關為一MOS管,該控制單元與該MOS管的柵極連接,該控制單元用於交替輸出高電平與低電平而控制該MOS管交替導通與截止而產生該PWM電壓信號,該控制單元並通過改變輸出高電平與低電平的持續時間而改變該MOS管的導通截止時間從而改變PWM電壓信號的佔空比。
- 如申請專利範圍第2項所述之熱能利用電路,其中該PWM信號產生單元還包括一電感以及一電容,該電感電連接於該熱電轉換單元的輸出端以及該開關之間,該電容連接於該電感未連接該開關的一端以及地之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱能利用電路,其中該比較單元包括一比較器,該比較器包括正相輸入端、反相輸入端以及輸出端,該正相輸入端用於接收該參考電壓值,該反相輸入端與該PWM信號產生單元連接該熱電轉換單元的第一端連接而獲得該輸入電壓,該輸出端與該控制單元連接,其中,該第一觸發信號為低電平信號,該第二觸發信號為高電平信號,當比較器比較該輸入電壓大於該參考電壓值時,則產生該低電平信號,當比較器比較該輸入電壓小於該參考電壓值時,則產生該高電平信號。
- 一種電子裝置,包括熱能利用電路以及耗電元件,該熱能利用電路用於將熱能轉換成電能而為耗電元件供電,該熱能利用電路包括一熱電轉換單元,該熱電轉換單元用於將熱能轉換成電能,其改良在於,該熱能利用電路還包括:PWM信號產生單元,連接於該熱電轉換單元以及耗電元件之間,用於PWM信號產生單元,包括第一端與第二端,其中第一端電連接於該熱電轉換單元,第二端連接該耗電元件,該PWM信號產生單元用於將熱電轉換單元產生的電能轉換成PWM電壓信號而為該耗電元件供電; 比較單元,與該PWM信號產生單元的第一端連接,用於獲取該耗電元件的輸入電壓,該比較單元並將該輸入電壓與一參考電壓值進行比較,在比較該輸入電壓大於參考電壓值時產生第一觸發信號,在比較該輸入電壓小於參考電壓值時產生第二觸發信號;以及控制單元,與該比較單元以及該PWM信號產生單元連接,用於在接收第一觸發信號時控制該PWM信號產生單元增大所輸出的PWM電壓信號的佔空比,並用於在接收到該第二觸發信號時控制該PWM信號產生單元降低所輸出的PWM電壓信號的佔空比;其中,該比較單元包括一比較器,該比較器包括正相輸入端、反相輸入端以及輸出端,其中該正相輸入端用於接收該參考電壓值,該反相輸入端與該PWM信號產生單元連接該熱電轉換單元的輸出端的端子連接而獲得該輸入電壓,該輸出端與該控制單元連接,該第一觸發信號為低電平信號,該第二觸發信號為高電平信號,當比較器比較該輸入電壓大於該參考電壓值時,則產生該低電平信號,當比較器比較該輸入電壓小於該參考電壓值時,則產生該高電平信號。
- 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置,其中該PWM信號產生單元包括一開關,該開關電連接於該熱電轉換單元的輸出端以及耗電元件之間,該控制單元與該開關連接,用於輸出相應的信號控制該開關的導通截止,而使得該PWM信號產生單元產生該PWM電壓信號,其中,該控制單元控制該開關的導通截止的時間不同而調節PWM電壓信號的佔空比。
- 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置,其中開關為一MOS管,該控制單元與該MOS管的柵極連接,該控制單元用於交替輸出高電平與低電平而控制該MOS管交替導通與截止而產生該PWM電壓信號,該控制單元並通過改變輸出高電平與低電平的持續時間而改變該MOS管的導通截止時間從而改變PWM電壓信號的佔空比。
- 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置,其中該電子裝置為手機、電子書、電腦中的一種。
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