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一种低功耗的制冷片系统

阅读：18发布：2024-01-12

专利汇可以提供一种低功耗的制冷片系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种低功耗的制冷片系统，包括电源电路、电源管理电路、控制电路、反馈电路；电源管理电路的输入端连接市电，输出端连接制冷片，为制冷片提供直流电；电源管理电路输出开关控制信号至电源管理电路的半导体开关的控制端；控制电路具有比例积分调节功能，输出调节电压至反馈电路；反馈电路输出调节信号至电源管理电路的输入端。本发明通过合理的控制电路、反馈电路的设置，使得制冷片能够实现低功耗、高效能的工作；另外，由于增设了温度保护电路，并使之与反馈电路关联，从而实现了可靠的制冷片的过热保护。，下面是一种低功耗的制冷片系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低功耗的制冷片系统，包括电源电路、开关电源控制器、控制电路和制冷片；
所述控制电路具有第一输入端(IN11)、第二输入端(IN12)和一输出端(OUT1)；
所述电源电路的输入端连接市电；所述电源电路的输出端连接制冷片，为制冷片提供直流电；所述电源电路还包括一半导体开关(Q1)；所述开关电源控制器具有一输入端(IN3)和一输出端(OUT3)，该输出端(OUT3)输出开关控制信号至所述电源电路的所述半导体开关(Q1)的控制端；
其特征在于：
所述控制电路的第一输入端(IN11)、第二输入端(IN12)分别连接第一参考电压和第一检测电压；所述第一检测电压与所述制冷片系统的实际温度相关；所述第一参考电压与所述制冷片系统的目标温度相关；所述控制电路具有比例积分调节功能；
所述制冷片系统还包括反馈电路；所述反馈电路具有第一输入端(IN21)和一输出端(OUT2)；
所述反馈电路的第一输入端(IN21)与所述控制电路的输出端(OUT1)连接；
所述反馈电路的输出端(OUT2)与所述开关电源控制器的输入端(IN3)连接。
2.根据权利要求1所述的制冷片系统，其特征在于，
所述反馈电路还具有第二输入端(IN22)；
所述制冷片系统还包括温度保护电路，所述温度保护电路包括第一输入端(IN41)、第二输入端(IN42)和输出端(OUT4)；所述第一输入端(IN41)和第二输入端(IN42)分别连接第二参考电压和第二检测电压，所述第二参考电压；所述第二参考电压与所述制冷片的极限温度相关，所述第二检测电压与所述制冷片的实际温度相关；所述输出端(OUT4)输出过温保护信号；当发生温度过高的故障时，所述过温保护信号有效；当未发生温度过高的故障时，所述过温保护信号无效。
3.根据权利要求1或2所述的制冷片系统，其特征在于，
所述电源电路包括变压器，所述变压器具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组与所述半导体开关(Q1)的第一端连接，所述半导体开关(Q1)的第二端经过检测电阻(RS1)接地；
所述副边绕组输出所述直流电。
4.根据权利要求1或2所述的制冷片系统，其特征在于，
所述开关电源控制器包括开关电源控制器芯片，所述开关电源控制器芯片的输入端为所述开关电源控制器的输入端，该输入端与所述反馈电路的输出端(OUT2)连接；所述开关电源控制器芯片的输出端为所述开关电源控制器的输出端，该输出端与所述半导体开关(Q1)的控制端连接。
5.根据权利要求1或2所述的制冷片系统，其特征在于，
所述控制电路包括运算放大器(U6A)，所述运算放大器(U6A)的同相输入端为所述控制电路的第二输入端(IN12)，所述运算放大器(U6A)的反相输入端为所述控制电路的第一输入端(IN11)；所述运算放大器(U6A)的输出端为所述控制电路的输出端(OUT1)；
所述第一输入端(IN11)与所述控制电路的输出端(OUT1)之间连接有第四电阻(R54)和第一电容(C14)，所述第四电阻(R54)和第一电容(C14)并联连接。
6.根据权利要求5所述的制冷片系统，其特征在于，
所述制冷片系统还包括连接在直流电源和地之间的第一检测电压产生电路；所述第一检测电压产生电路包括依次串联连接在直流电源和地之间的并联连接的第二电阻(R57)和第三电阻(R58)、第一负温度系数热敏电阻(NTC1)；
所述第二电阻(R57)和第三电阻(R58)构成的并联电路与所述第一负温度系数热敏电阻(NTC1)的连接节点与所述控制电路的第二输入端(IN12)连接；和/或
所述制冷片系统还包括由直流电源和地之间连接的第一参考电压产生电路；所述第一参考电压产生电路包括依次串联连接在直流电源和地之间的第一电阻(R56)、可调电阻(CN13)、并联连接的电阻R61和R62；第一电阻(R56)和可调电阻(CN13)之间的连接节点与所述控制电路的第二输入端(IN12)连接。
7.根据权利要求1或2所述的制冷片系统，其特征在于，
所述反馈电路包括第五电阻(R44)、光耦器件、可调稳压器件(U3)、第六电阻；
所述第五电阻(R44)的一端与所述电源电路的输出端连接，所述第五电阻(R44)的另一端与所述光耦器件初级的发光二极管的阳极连接，所述发光二极管的阴极与所述可调稳压器件(U3)的阴极连接，所述可调稳压器件(U3)的阳极与连接；所述第六电阻的一端与所述可调稳压器件(U3)的控制端连接，同时经过第七电阻(R43)与所述电源电路的输出端连接，所述第六电阻的另一端接地；
所述第六电阻的一端为所述反馈电路的第一输入端(IN21)；
所述光耦器件次级的三极管的集电极与所述开关电源控制器的输入端(IN3)连接，发射极接地。
8.根据权利要求7所述的制冷片系统，其特征在于，
所述第六电阻包括并联连接的2个电阻；和/或
所述第六电阻的一端经过串联连接的第八电阻(R40)与第二电容(C12)后与所述可调稳压器件(U3)的阴极连接；和/或
所述发光二极管两端并联连接第九电阻(R37)。
9.根据权利要求7所述的制冷片系统，其特征在于，
所述温度保护电路包括比较器(U6B)，所述比较器(U6B)的同相输入端为所述温度保护电路的第一输入端(IN41)，反相输入端为所述温度保护电路的第二输入端(IN42)，输出端为所述温度保护电路的输出端(OUT4)；
所述反馈电路还包括三极管(Y1)，所述三极管(Y1)的基极为所述反馈电路的第二输入端(IN22)，集电极与所述发光二极管的阳极连接，发射极接地。
10.根据权利要求9所述的制冷片系统，其特征在于，
所述制冷片系统还包括连接在直流电源和地之间的第二检测电压产生电路；
所述第二检测电压产生电路包括依次串联连接的第十电阻(R60)和第二负温度系数热敏电阻(NTC2)；所述第十电阻(R60)和第二负温度系数热敏电阻(NTC2)之间的连接节点与所述温度保护电路的第二输入端(IN42)连接。

说明书全文

一种低功耗的制冷片系统

技术领域

[0001] 本发明涉及制冷装置用制冷片，尤其涉及一种低功耗的制冷片系统。

背景技术

[0002] 半导体制冷片是一种热泵。半导体制冷片因为没有滑动部件，非常适合应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。然而半导体制冷片耗能高、同时在过热时容易损坏。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种运行时具备低功耗、或者具有过热保护的制冷片系统，以解决上述现有技术问题。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：一种低功耗的制冷片系统，包括电源电路、开关电源控制器、控制电路；

[0005] 所述控制电路具有第一输入端、第二输入端和一输出端；

[0006] 所述电源电路的输入端连接市电；所述电源电路的输出端连接制冷片，为制冷片提供直流电；所述电源电路还包括一半导体开关；所述开关电源控制器具有一输入端和一输出端，该输出端输出开关控制信号至所述电源电路的所述半导体开关的控制端；

[0007] 所述控制电路的第一输入端、第二输入端分别连接第一参考电压和第一检测电压；所述第一检测电压与所述制冷片系统的实际温度相关；所述第一参考电压与所述制冷片系统的目标温度相关；所述控制电路具有比例积分调节功能；

[0008] 所述制冷片系统还包括反馈电路；所述反馈电路具有第一输入端和一输出端；

[0009] 所述反馈电路的第一输入端与所述控制电路的输出端连接；所述反馈电路的输出端与所述开关电源控制器的输入端连接。

[0010] 作为进一步解决方案，所述反馈电路还具有第二输入端；所述制冷片系统还包括温度保护电路，所述温度保护电路包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述第一输入端和第二输入端分别连接第二参考电压和第二检测电压，所述第二参考电压；所述第二参考电压与所述制冷片的极限温度相关，所述第二检测电压与所述制冷片的实际温度相关；所述输出端输出过温保护信号；当发生温度过高的故障时，所述过温保护信号有效；当未发生温度过高的故障时，所述过温保护信号无效。

[0011] 作为进一步解决方案，所述电源电路包括变压器，所述变压器具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组与所述半导体开关的第一端连接，所述半导体开关的第二端经过检测电阻接地；所述副边绕组输出所述直流电。

[0012] 作为进一步解决方案，所述开关电源控制器包括用于开关电源控制的开关电源控制器芯片，所述开关电源控制器芯片的输入端为所述开关电源控制器的输入端，该输入端与所述反馈电路的输出端连接；所述开关电源控制器芯片的输出端为所述开关电源控制器的输出端，该输出端与所述半导体开关的控制端连接。

[0013] 作为进一步解决方案，所述控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端为所述控制电路的第二输入端，所述运算放大器的反相输入端为所述控制电路的第一输入端；所述运算放大器的输出端为所述控制电路的输出端；

[0014] 所述第一输入端与所述控制电路的输出端间连接有第四电阻和第一电容，所述第四电阻和第一电容并联连接。

[0015] 作为进一步解决方案，所述制冷片系统还包括连接在直流电源和地之间的第一检测电压产生电路；所述第一检测电压产生电路包括依次串联连接在直流电源和地之间的并联连接的第二电阻和第三电阻、第一负温度系数热敏电阻；

[0016] 所述第二电阻和第三电阻构成的并联电路与所述第一负温度系数热敏电阻的连接节点与所述控制电路的第二输入端连接；和/或

[0017] 所述制冷片系统还包括由直流电源和地之间连接的第一参考电压产生电路；所述第一参考电压产生电路包括依次串联连接在直流电源和地之间的第一电阻、可调电阻、并联连接的电阻R61和R62；第一电阻和可调电阻之间的连接节点与所述控制电路的第二输入端连接。

[0018] 作为进一步解决方案，所述反馈电路包括第五电阻、光耦器件、可调稳压器件、第六电阻；

[0019] 所述第五电阻的一端与所述电源电路的输出端连接，所述第五电阻的另一端与所述光耦器件初级的发光二极管的阳极连接，所述发光二极管的阴极与所述可调稳压器件的阴极连接，所述可调稳压器件的阳极与连接；所述第六电阻的一端与所述可调稳压器件的控制端连接，同时经过第七电阻与所述电源电路的输出端连接，所述第六电阻的另一端接地；

[0020] 所述第六电阻的一端为所述反馈电路的第一输入端；

[0021] 所述光耦器件次级的三极管的集电极与所述开关电源控制器的输入端连接，发射极接地。

[0022] 作为进一步解决方案，所述第六电阻包括并联连接的2个电阻；和/或[0023] 所述第六电阻的一端经过串联连接的第八电阻与第二电容后与所述可调稳压器件的阴极连接；和/或

[0024] 所述发光二极管两端并联连接第九电阻。

[0025] 作为进一步解决方案，所述温度保护电路包括比较器，所述比较器的同相输入端为所述温度保护电路的第一输入端，反相输入端为所述温度保护电路的第二输入端，输出端为所述温度保护电路的输出端；

[0026] 所述反馈电路还包括三极管，所述三极管的基极为所述反馈电路的第二输入端，集电极与所述发光二极管的阳极连接，发射极接地。

[0027] 作为进一步解决方案，所述制冷片系统还包括连接在直流电源和地之间的第二检测电压产生电路；

[0028] 所述第二检测电压产生电路包括依次串联连接的第十电阻和第二负温度系数热敏电阻；所述第十电阻和第二负温度系数热敏电阻之间的连接节点与所述温度保护电路的第二输入端连接。

[0029] 本发明具有以下效益：

[0030] 通过合理的控制电路、反馈电路的设置，使得制冷片能够实现低功耗、高效能的工作；另外，由于增设了温度保护电路，并使之与反馈电路关联，从而实现了可靠的制冷片的过热保护。附图说明

[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0032] 附图1为第一实施例低功耗制冷片系统的结构图。

[0033] 附图2为第二实施例低功耗制冷片系统的结构图。

[0034] 附图3为低功耗制冷片系统的电路图。

具体实施方式

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0036] 实施例1

[0037] 请参阅附图1，一种制冷片系统，包括电源电路、制冷片、开关电源控制器、反馈电路和控制电路。电源电路的主电路的输入端接市电，输出端输出经过调整后的直流电，为制冷片供电。电源电路还包括具有开关管Q1的部分。比如可以利用开关管Q1和变压器构成开关电源。Q1的控制端即为电源电路的控制端。

[0038] 控制电路主要具有两个输入端IN11和IN12。第一输入端IN11连接参考电压，该参考电压为制冷片所在制冷装置内的理想温度相关。第二输入端IN12提供一检测电压，该检测电压与制冷装置的实际温度相关。控制电路接收上述参考电压和检测电压后，经过运算，输出一调整电压。制冷片系统将会根据该调整电压输出合适的直流电，为制冷片供电。具体的，调整电压经过反馈电路、开关电源控制器后输出控制信号至电源电路中的开关管Q1，通过控制开关管Q1的通断实现对输出直流电的调节。控制电路采用PI调节器，在实际温度和理想温度之间的差异比较大时实现快速的调节，在实际温度和理想温度之间的差异比较小时实现微小的精准调节。比如在制冷装置启动之处，实际温度往往不能够远远高于理想温度，经过控制电路的调节，能够控制制冷片处于高功率模式，实现快速的制冷。在制冷装置启动一段时间后，实际温度和理想温度的差值缩小到一定范围时，制冷片处于低功率模式，实现精准的调节，使得制冷装置内的温度不至于变化过大，浪费功耗。通过这样的控制电路来进行调节，从而实现功耗相对低的制冷片系统。

[0039] 反馈电路具有一输入端IN21，该输入端接收控制电路的输出端输出的调整电压，并在其输出端OUT2输出一反馈信号。反馈电路将调整电压反馈至开关电源控制器的输入端。

[0040] 开关电源控制器具有一输入端IN3，该输入端IN3与反馈电路的输出端OUT2连接，接收反馈电路输出端OUT2输出的反馈信号。开关电源控制器还具有一输出端OUT3，该输出端OUT3输出开关控制信号。开关电源控制器往往包含一开关电源控制器芯片。

[0041] 电源电路为一开关电源，其中包括开关管Q1。开关电源控制器输出的开关控制信号控制该开关管Q1的导通和闭合，从而为控制电源电路输出合适的直流电，来为制冷片供电。

[0042] 图1中的功能模块的框图给出了信号传递的关系或流程。这是一因为信号的传递和转换体现了本发明的主要发明构思。各模块还需要供电电压，这在图中并未显示。

[0043] 实施例2

[0044] 参考图2，制冷片对过热故障比较敏感，超过一定温度后，制冷片可能会快速损坏。因此，在该实施例中，增加了温度保护电路。其具有输入端IN41和IN42，以及输出端OUT4。输入端IN41连接参考电压信号，该参考电压信号与制冷片的极限温度相关。输入端IN42连接检测电压信号，该检测电压与制冷片的实际温度相关。当温度保护电路检测到温度过高时，将在输出端OUT4输出过温保护信号至反馈电路。

[0045] 反馈电路具有第二输入端IN22，该输入端接收输出端OUT4输出的过温保护信号。并根据该信号使能或者禁止反馈信号输出。

[0046] 实施例3

[0047] 参阅图3，给出了具体的各电路模块的具体构成。电源电路的输入端接收市电，经过滤波单元后，至变压器单元。变压器单元的原边绕组连接有开关管Q1，变压器的副边绕组输出直流电，为制冷片供电。

[0048] 控制电路的主要原件为运算放大器U6A及其外围电路构成的PI调节器。图3中的运算放大器选用了LM358，当然也可以选用其他型号的运算放大器单元。运算放大器U6A的同相输入端即为IN12，反相输入端即为输入端IN11。运算放大器U6A的同相输入端连接检测电压，该检测电压与制冷装置的实际温度相关。图3中该检测电压由+8V直流电源、并联连接的电阻R57和R58、负温度系数热敏电阻NTC1构成的串联电路提供。检测电压经由并联连接的电阻R57和R58与负温度系数热敏电阻NTC1的连接节点输出。运算放大器U6A的反相输入端连接参考电压。参考电压经由直流电源+8V、电阻R56可调电阻(图3中的CN13代表可调电阻)、并联连接的电阻R61和R62构成的串联电路提供。参考电压经由可调电阻与并联连接的电阻R61和R62的连接点输出。运算放大器U6A的反相输入端经过电阻R54和电容C14构成的并联电路后，连接至运算放大器U6A的输出端。运算放大器U6A的输出端输出调节电压经过顺向二极管后输出至反馈电路。

[0049] 反馈电路具有电源端，该电源端连接一直流供电电压，为整个反馈电路供电。反馈电路包括与该供电电压串联连接的电阻R44、光耦器件的发光二极管、可调稳压器件U3，该发光二极管顺序连接在该串联电路中，且该串联电路的另一端接地。可调稳压器件U3的控制端通过电阻R51与控制电路的输出端OUT1连接，可调稳压器件U3的控制端即为该反馈电路的输入端IN21。

[0050] 反馈电路进一步的还可以具有如下设置。在发光二极管两端并联连接一电阻R37，以实现对二极管的保护作用。直流电源、电阻R43、并联连接的电阻R41和R42构成的串联电路，电阻R43与并联接的电阻R41和R42之间的连接节点与可调稳压器件U3的控制端连接。并联接的电阻R41和R42也可以用一个电阻来替代。但并联连接的电路结构使得电路的稳定性增强。

[0051] 反馈电路进一步的还可以具有如下设置。电阻R43与并联接的电阻R41和R42之间的连接节点与可调稳压器件U3的阴极连接。

[0052] 开关电源控制器包括一开关电源控制器芯片。开关电源控制器芯片采用反激控制器或初级侧控制器。比如RICHTEK TECHNOLOGY公司的反激控制器芯片R7731A等等。或初级侧控制器芯片，比如Pump ExpressTM系列的初级侧控制器芯片。当然也可以是其他公司的其他型号的芯片。只要具有形似的控制功能即可。本领域中任何开关电源控制器芯片几乎都具有控制输入端、输出端和保护输入端。在这里定义光耦器件的三极管部分连接在开关电源控制器芯片的控制输入端和地之间。其集电极与开关电源控制器芯片的控制输入端连接，发射极与地连接。图3中的控制输入端显示的引脚为DMAG，当然也可以是COM，根据不同型号的芯片而具有不同定义。开关电源控制器芯片的输出端GATE即为开关电源控制器的输出端OUT3。该输出端连接至电源电路中开关管Q1的控制端。开关管Q1的型号为NMOS管。NMOS管Q1的漏极与变压器的原边绕组连接，源极通过电阻RS1与地连接。电源RS1的另一端与开关电源控制器芯片的反馈端(图3中的CS端)连接。

[0053] 实施例4

[0054] 参考图3。温度保护电路包括比较器U7及其外围电路。比较器U7的同相输入端IN41，反相输入端为输入端IN42。直流电源+8V与电阻R66、R63和R59构成的并联电路，构成串联电路。R63和R59构成的并联电路与电阻R66的连接节点与比较器U7的同相输入端连接，提供参考电压。直流电源+8V与电阻R60和负温度系数热敏电阻NTC2构成串联电路，电阻R60和负温度系数热敏电阻NTC2之间的连接节点与比较器U7的反相输入端连接，提供检测电压。负温度系数热敏电阻NTC2也可以采用正温度系数热敏电阻替代，相应的将检测电压和参考电压与比较器的正反相输入端的连接关系替换即可。或者相应的，输出的温度保护信号的高低点评的有效性进行替换即可。

[0055] 比较器U7的输出端即为输出端OUT4，输出温度保护信号，该温度保护信号通过三极管Y1与反馈电路连接。温度保护信号与NPN三极管Y1的基极连接，NPN三极管Y1的集电极与发光二极管的阳极连接，NPN三极管Y1的发射机与可调稳压器件U3的阴极连接。因此，当温度保护信号为高(有效)时，三极管Y1导通，从而发光二极管无法导通，反馈电路输出低电平信号，光耦器件的三极管断开。温度保护电路通过反馈电路与开关电源控制器芯片通信，从而使得保护更加稳定可靠。

[0056] 综上，本发明通过合理的控制电路、反馈电路的设置，使得制冷片能够实现低功耗、高效能的工作；另外，由于增设了温度保护电路，并使之与反馈电路关联，从而实现了可靠的制冷片的过热保护。

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一种低功耗的制冷片系统

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