專利名稱：用于熱電元件的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熱電元件的電源。
背景技術(shù)：
通常，作為用于冷熱設(shè)備的熱電元件的電源，為穩(wěn)態(tài)DC電源的開關(guān)模式電源 (SMPS)已經(jīng)得到了應(yīng)用。開關(guān)模式電源(SMPS)是對(duì)商業(yè)電源所提供的AC功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換以便適用于各種設(shè)備(諸如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、家用電器等)的模塊型電源。此外，開關(guān)模式電源(SMPQ使用高速功率半導(dǎo)體來以高頻執(zhí)行開/關(guān)控制，并使用整流和平滑電路來獲得各種穩(wěn)定的DC電壓?？紤]熱電元件的特性，熱電元件不使用AC功率而是使用穩(wěn)態(tài)DC功率的原因是要一直將它的一個(gè)表面保持為熱側(cè)并將它的另一表面保持為冷側(cè)。如果將AC功率而非DC功率施加給熱電元件，則電流的方向不是恒定而是變化的， 這樣熱電元件的熱側(cè)和冷側(cè)就被改變，從而每秒都將熱沖擊施加給熱電元件。在這種情況中，熱電元件的可靠性被降低了，或者沒有產(chǎn)生熱電元件兩端之間的熱差異(其是熱電元件的特性)。出于這個(gè)原因，如上所述，為了穩(wěn)定地將熱電元件的一個(gè)表面保持為熱側(cè)并將它的另一表面保持為冷側(cè)，已經(jīng)將具有穩(wěn)定地保持電流的內(nèi)置恒定電流電路的開關(guān)模式電源 (SMPS)用作熱電元件的電源。然而，在被操作以向熱電元件提供功率的時(shí)候，開關(guān)模式電源(SMPS)需要大的功率。例如，如果開關(guān)模式電源(SMPS)將0. 4L/min的水從25°C轉(zhuǎn)變成5°C，則需要大約 Ikff的功耗。換言之，在1. 5L/min水的情況中，需要超過3kW的功耗。這樣，開關(guān)模式電源(SMPS)就需要大的功率，以及開關(guān)模式電源(SMPS)中的變壓器也能夠轉(zhuǎn)換大量的功率。需要大功率的變壓器是相當(dāng)貴的，這是增加開關(guān)模式電源(SMPS)的成本的因素。因此，需要一種能夠穩(wěn)定地向需要大功率的熱電元件提供穩(wěn)態(tài)DC功率的廉價(jià)的電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種用于熱電元件的電源，該電源能夠在向需要大功率的熱電元件提供功率的時(shí)候提供廉價(jià)且穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)DC功率。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的用于熱電元件的電源包括DC電源單元，用于將從外部輸入的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率；充電設(shè)備，用于為從DC電源單元提供的DC功率充電；以及控制單元，用于監(jiān)控充電設(shè)備的充電狀態(tài)以根據(jù)充電狀態(tài)來控制充電設(shè)備并執(zhí)行對(duì)DC 電源單元的開啟和關(guān)閉操作的控制。DC電源單元可以包括整流器，用于對(duì)從外部輸入的AC功率執(zhí)行全波整流以將AC 功率轉(zhuǎn)換成具有全波整流器波形的DC功率；DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將全波整流器波形轉(zhuǎn)換成方波；脈寬調(diào)制，該脈寬調(diào)制包含半導(dǎo)體設(shè)備并根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制方波的脈寬以生成DC功率的波形；脈沖頻率調(diào)制，該脈沖頻率調(diào)制在脈寬調(diào)制的控制下操作并根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制方波的頻率以生成DC功率的波形；以及變壓器，用于提升或降低具有受到脈寬調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制的方波的DC功率。該變壓器可以是具有提供大約100W功率的變換容量的低容量變壓器。DC電源單元還可以包括安裝在整流器的前端以去除AC功率的電磁干擾和噪聲的線路濾波器。DC電源單元還可以包括功率因子控制，該功率因子控制安裝在整流器和DC-DC 轉(zhuǎn)換器之間，并在通過整流器執(zhí)行全波整流的時(shí)候控制功率因子以最小化AC功率的相位損失；以及防反向電流二極管，該防反向電流二極管安裝在功率因子控制和DC-DC轉(zhuǎn)換器之間以防止電流流入功率因子控制。DC電源單元還可以包括全開關(guān)，該全開關(guān)用于在控制單元的控制下開啟/關(guān)閉DC 電源單元的操作。整流器可以包括橋式全波整流器電路，在該橋式全波整流器電路中四個(gè)二極管連接成橋形。充電設(shè)備可以包括充電電路，用于將從DC電源單元輸入的DC功率轉(zhuǎn)換成電池充電功率以控制充電；電池，用于對(duì)要通過充電電路提供的功率進(jìn)行充電并對(duì)充電后的功率進(jìn)行放電；以及充電狀態(tài)檢測(cè)器，用于監(jiān)控電池的充電狀態(tài)。充電設(shè)備還可以包括顯示單元，該顯示單元用于顯示電池的充電狀態(tài)。電池可以是高容量充電電容器并且高容量充電電容器可以是雙電層電容器 (EDLC)。該電池可以是二次電池以及該電池可以是電容器。控制單元可以控制充電狀態(tài)檢測(cè)器來檢測(cè)電池的已充電量。當(dāng)檢測(cè)到的電池已充電量為最大設(shè)置值時(shí)，控制單元可以關(guān)閉DC電源單元的操作，以及當(dāng)檢測(cè)到的電池已充電量為最小設(shè)置值或更小時(shí)，控制單元可以開啟DC電源單元的操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的用于熱電元件的電源的框圖；圖2是圖1所示的DC電源單元的詳細(xì)框圖；以及圖3是圖1所示的充電單元的詳細(xì)框圖。
具體實(shí)施例方式通過下述參考附圖對(duì)實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的各種目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。本說明書和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和詞語不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于通常的含義或字典定義，而應(yīng)基于發(fā)明人能適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語的概念以最恰當(dāng)?shù)孛枋鏊蛩赖膶?shí)施本發(fā)明的最佳方法的原則被解釋為具有與本發(fā)明的技術(shù)范圍相關(guān)的含義和概念。結(jié)合附圖根據(jù)下面的詳細(xì)描述，將更加清楚地理解本發(fā)明的上述以及其它目標(biāo)、 特征和優(yōu)點(diǎn)。在說明書中，向全部附圖中的部件添加附圖標(biāo)記，應(yīng)當(dāng)注意，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件，即使部件在不同的圖中被示出。此外，當(dāng)確定對(duì)與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)的詳細(xì)描述可能會(huì)模糊本發(fā)明的主旨時(shí)，將省略該詳細(xì)描述。下文中，將參考附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的用于熱電元件的電源的框圖。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的用于熱電元件的電源1被配置為包括DC 電源單元10、充電單元20和控制單元30。DC電源單元10將輸從外部輸入的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率，以及充電單元20對(duì)轉(zhuǎn)換后的DC功率進(jìn)行充電。在該情況中，充電后的DC功率被提供給熱電元件2。控制單元30監(jiān)控充電單元20的充電狀態(tài)，以根據(jù)充電狀態(tài)來控制充電單元20并控制DC電源單元10的開啟/關(guān)閉操作。圖2是圖1所示的DC電源單元的詳細(xì)框圖。參考圖2，DC電源單元10被配置為包括線路濾波器11、整流器12、功率因子控制 (PFC) 13、防反向電流二極管14、DC-DC轉(zhuǎn)換器15、變壓器16、脈寬調(diào)制(PWM) 17、脈沖頻率調(diào)制(PFM) 18和全開關(guān)19。線路濾波器11去除從外部輸入的AC電源的不需要的電磁信號(hào)的干擾和噪聲?？梢允褂美珉姶鸥蓴_濾波器來作為線路濾波器11。整流器12對(duì)從外部輸入的AC功率執(zhí)行全波整流并將其轉(zhuǎn)換成具有全波整流器波形的DC功率。在該情況中，整流器12被實(shí)施為包括橋式全波整流器電路，在該橋式全波整流器電路中，四個(gè)二極管連接成橋形。該橋式全波整流器電路對(duì)以正負(fù)方向周期性地改變的AC 功率進(jìn)行全波整流，并將其轉(zhuǎn)換成在一個(gè)方向的具有全波整流其波形的DC功率。功率因子控制(PFC) 13控制功率因子以在通過整流器12執(zhí)行全波整流的時(shí)候最小化因AC功率的電流波形和電壓波形之間的相位差異而導(dǎo)致的相位損失。在該情況中，為了避免電流流入功率因子控制(PFC) 13中，可以將防反向電流二極管14布置在功率因子控制(PFC) 13和DC-DC轉(zhuǎn)換器15之間，這將在下面描述。DC-DC轉(zhuǎn)換器15將全波整流器波形轉(zhuǎn)換成方波，以便將具有不規(guī)則大小的全部整流器波形的DC功率轉(zhuǎn)換成具有固定大小的DC功率?？梢允褂美鐪?zhǔn)共振反激式轉(zhuǎn)換器(quasi-resonant flyback converter，)、正向轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器以及半橋轉(zhuǎn)換器等來作為DC-DC轉(zhuǎn)換器15。同時(shí)，在DC-DC轉(zhuǎn)換器15中所轉(zhuǎn)換的方波可以通過脈寬調(diào)制(PWM) 17和脈沖頻率調(diào)制(PFM) 18來控制方波的寬度和頻率，這將在下面描述。具體地，脈寬調(diào)制(PWM) 17包括半導(dǎo)體設(shè)備并根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制方波中電壓或電流波形的脈寬。另一方面，脈沖頻率調(diào)制(PFM) 18根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制方波中電壓或電流波形的頻率。因此，為了生成具有期望方波的DC功率，通過DC-DC轉(zhuǎn)換器15所轉(zhuǎn)換的方波的脈寬和脈沖頻率由脈寬調(diào)制(PWM) 17和脈沖頻率調(diào)制(PFM) 18控制。在該情況中，首先由脈寬調(diào)制(PWM) 17來執(zhí)行脈寬調(diào)制，然后需要時(shí)由脈沖頻率調(diào)制(PFM) 18根據(jù)脈寬調(diào)制(PWM) 17的控制來執(zhí)行頻率控制。變壓器16提升或降低DC功率，該DC功率具有要被控制到預(yù)定大小的所生成的輸出電壓波形。配有主線圈和次級(jí)線圈的變壓器16能夠通過主線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)比 (turning ratio)來控制提升和降低大小。在該情況中，可以使用具有能夠提供大約100W功率的變換容量的低容量變壓器來作為根據(jù)本發(fā)明的變壓器16。為了向熱電元件提供大容量功率，這明顯低于現(xiàn)有技術(shù)中提供至少3kW或更多功率的變換容量。圖3是圖1所示的充電單元的詳細(xì)框圖。參照?qǐng)D3，充電單元20被配置為包括充電電路21，用于將從DC電源單元10輸入的DC功率轉(zhuǎn)換成電池充電功率以控制充電；電池22，用于對(duì)通過充電電路21提供給熱電元件的功率進(jìn)行充電并對(duì)充電后的功率進(jìn)行放電；以及充電狀態(tài)檢測(cè)器23，用于監(jiān)控電池 22的充電狀態(tài)。在該配置中，電池22使用高容量可充電電容器?？梢允褂美珉p電層電容器 (EDLC)來作為高容量可充電電容器。此外，可以使用二次電池或電容器來作為電池22。電池狀態(tài)檢測(cè)器23周期性地檢測(cè)電池22的容量并將其提供給控制單元30，以便監(jiān)控電池22的充電狀態(tài)。同時(shí)，充電單元20還可以包括顯示單元(未示出)，用于顯示電池22的充電狀態(tài)。再次參考圖1，控制單元30根據(jù)充電單元20所提供的電池22的充電狀態(tài)來控制 DC電源單元10和充電單元20。具體地，控制單元30可以控制充電狀態(tài)檢測(cè)器23以檢測(cè)電池22的已充電量。然后，控制單元30根據(jù)檢測(cè)到的電池22的已充電量來控制全開關(guān)19以開啟/關(guān)閉DC電源單元10的操作。例如，當(dāng)檢測(cè)到的電池22的已充電量為最大設(shè)置值時(shí)，控制單元30控制全開關(guān)19 來關(guān)閉DC電源單元10的操作以便不再提供在電池22中被充電的DC功率。相反地，當(dāng)檢測(cè)到的電池22的已充電量為最小設(shè)置值或更小時(shí)，控制單元30控制全開關(guān)19開啟DC電源單元10的操作以便向電池22提供DC功率并在電池22中充電。如上所述，用于熱電元件的電源1可以使用具有小變換容量的低容量變壓器16以降低制造成本，并在充電單元20的高容量電池22中對(duì)變壓器16所變換的功率進(jìn)行充電，從而能夠穩(wěn)定地向需要大功率的熱電元件提供穩(wěn)態(tài)DC功率。本發(fā)明包括大容量可充電雙電層電容器(EDLC)，從而能夠穩(wěn)定地提供大容量穩(wěn)態(tài) DC電源。另外，本發(fā)明能夠使用具有小變換容量的廉價(jià)變壓器來代替昂貴的變壓器，從而能夠節(jié)省制造成本。雖然出于示出的目的公開了關(guān)于觸摸板的本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在不背離所附權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以做出各種不同的修改、添加和替換。因此，這些修改、添加和替換也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于熱電元件的電源，該電源包括DC電源單元，該DC電源單元用于將從外部輸入的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率；充電設(shè)備，該充電設(shè)備用于為從所述DC電源單元提供的所述DC功率進(jìn)行充電；以及控制單元，該控制單元用于監(jiān)控所述充電設(shè)備的充電狀態(tài)以根據(jù)所述充電狀態(tài)來控制所述充電設(shè)備并執(zhí)行對(duì)所述DC電源單元的開啟和關(guān)閉操作的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱電元件的電源，其中，所述DC電源單元包括整流器，該整流器用于對(duì)從外部輸入的所述AC功率執(zhí)行全波整流以將所述AC功率轉(zhuǎn)換成具有全波整流器波形的DC功率；DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將所述全波整流器波形轉(zhuǎn)換成方波；脈寬調(diào)制，該脈寬調(diào)制包含半導(dǎo)體設(shè)備并根據(jù)所述半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制所述方波的脈寬以生成所述DC功率的波形；脈沖頻率調(diào)制，該脈沖頻率調(diào)制在所述脈寬調(diào)制的控制下操作并根據(jù)所述半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)速度來控制所述方波的頻率以生成所述DC功率的波形；以及變壓器，該變壓器用于提升或降低具有受到所述脈寬調(diào)制和所述脈沖頻率調(diào)制的方波的所述DC功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱電元件的電源，其中，所述變壓器為具有能夠提供大約100W功率的變換容量的低容量變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱電元件的電源，其中，所述DC電源單元還包括安裝在所述整流器的前端以用于去除所述AC功率的電磁干擾和噪聲的線路濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱電元件的電源，其中，所述DC電源單元還包括功率因子控制，該功率因子控制安裝在所述整流器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器之間，并在通過所述整流器執(zhí)行所述全波整流的時(shí)候控制功率因子以最小化所述AC功率的相位損失; 以及防反向電流二極管，該防反向電流二極管安裝在所述功率因子控制和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器之間以防止電流流入所述功率因子控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱電元件的電源，其中，所述DC電源單元還包括在所述控制單元的控制下開啟/關(guān)閉所述DC電源單元的操作的全開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱電元件的電源，其中，所述整流器包括橋式全波整流器電路，在該橋式全波整流器電路中，四個(gè)二極管連接成橋形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱電元件的電源，其中，所述充電設(shè)備包括充電電路，該充電電路用于將從所述DC電源單元輸入的DC功率轉(zhuǎn)換成電池充電功率以控制充電；電池，該電池用于對(duì)要通過所述充電電路提供的功率進(jìn)行充電并對(duì)充電后的功率進(jìn)行放電；以及充電狀態(tài)檢測(cè)器，該充電狀態(tài)檢測(cè)器用于監(jiān)控所述電池的充電狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述充電設(shè)備還包括用于顯示所述電池的充電狀態(tài)的顯示單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述電池為高容量充電電容
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于熱電元件的電源，其中，所述高容量充電電容器為雙電層電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述電池為二次電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述電池為電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述控制單元控制所述充電狀態(tài)檢測(cè)器以檢測(cè)所述電池的已充電量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于熱電元件的電源，其中，當(dāng)檢測(cè)到的電池已充電量為最大設(shè)置值時(shí)，所述控制單元關(guān)閉所述DC電源單元的操作，以及當(dāng)檢測(cè)到的電池已充電量為最小設(shè)置值或更小時(shí)，所述控制單元開啟所述DC電源單元的操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于熱電元件的電源。根據(jù)本發(fā)明的用于熱電元件的電源包括DC電源單元，用于將從外部輸入的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率；充電設(shè)備，用于為DC電源單元所提供的DC功率充電；以及控制單元，用于監(jiān)控充電設(shè)備的充電狀態(tài)以根據(jù)充電狀態(tài)來控制充電設(shè)備并執(zhí)行對(duì)DC電源單元的開啟和關(guān)閉操作的控制，從而能夠穩(wěn)定地向需要大容量的熱電元件提供穩(wěn)態(tài)DC電源并節(jié)省制造成本。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102403774SQ20101059967
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者尹貞?zhàn)? 張修逢, 金柱澔 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社