專利名稱：微處理器控制的加熱器/冷卻器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一便攜的、完備的加熱器/冷卻器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱電模塊是眾所周知的可互換的加熱/冷卻元件。所述熱電模塊典型地具有由半導(dǎo)電材料分開的兩個熱傳送板，當(dāng)電流施加到所述半導(dǎo)電材料時，其將熱從一個板傳送到另一個板。所述板之一是充當(dāng)加熱板或者冷卻板取決于所述電流通過所述熱電模塊的方向。例如，當(dāng)所述電流以第一方向流過所述熱電模塊時，熱從第一板傳送到第二板，使得第二板變熱而第一板變冷。當(dāng)電流被反向以相反方向流動時，熱從第二板傳送到第一板，使得第一板變熱而第二板變冷。
很多常規(guī)的加熱/冷卻系統(tǒng)使用熱電模塊與風(fēng)扇組合以用于空氣冷卻/加熱操作。但是在這些系統(tǒng)中，所述風(fēng)扇速度以及電流流過所述熱電模塊的速率是固定的。由于風(fēng)扇速度以及電流流過所述熱電模塊的速率固定，這些系統(tǒng)不能適應(yīng)變化的系統(tǒng)條件，并且在獲取所需系統(tǒng)條件方面是低效率的。
因此，需要一種便攜的完備的加熱器/冷卻器系統(tǒng)，其根據(jù)變化的系統(tǒng)條件調(diào)節(jié)各種系統(tǒng)參數(shù)，以便以有效方式達(dá)到所需的系統(tǒng)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一典型的實施方式中提供了一便攜的加熱器/冷卻器系統(tǒng)，其包括熱電模塊，其傳導(dǎo)電流通過所述模塊；連接到所述熱電模塊的加熱器/冷卻器腔；可變速風(fēng)扇，用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；連接到所述熱電模塊的第一溫度傳感器，用于測量所述模塊的溫度；連接到所述加熱器/冷卻器腔的第二溫度傳感器，用于測量所述腔中的溫度；以及微處理器，用于將所述風(fēng)扇的速度以及流過所述熱電模塊的電流作為所述熱電模塊以及所述腔的測量溫度的函數(shù)來調(diào)節(jié)。
在另一典型的實施方式中，所述加熱器/冷卻器系統(tǒng)包括限定腔的外殼；與所述腔相聯(lián)系的熱電模塊；可調(diào)節(jié)速度的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇被配置用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；向所述風(fēng)扇以及向所述熱電模塊供電的電源；第一溫度傳感器，其被配置用于測量所述熱電模塊的溫度；第二溫度傳感器，其被配置用于測量所述腔中的溫度；以及微處理器，接收所述熱電模塊以及所述腔的所述測量溫度，并且根據(jù)所述腔中的溫度，所述熱電模塊的溫度，以及流過所述熱電模塊的電流中的至少一個來控制供應(yīng)到所述風(fēng)扇的功率以及供應(yīng)到所述熱電模塊的功率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，用于控制加熱器/冷卻器的腔中的溫度，包括向熱電模塊提供模塊驅(qū)動信號；向可調(diào)節(jié)速度風(fēng)扇提供風(fēng)扇驅(qū)動信號；用所述風(fēng)扇吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；檢測所述熱電模塊的溫度；檢測所述腔中的溫度；根據(jù)所述腔中的溫度調(diào)節(jié)所述模塊驅(qū)動信號；根據(jù)所述熱電模塊的溫度調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇驅(qū)動信號；本發(fā)明的更多的特征和優(yōu)點，以及本發(fā)明的各種實施方式的結(jié)構(gòu)和操作在下面結(jié)合附圖詳細(xì)地描述。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的微處理器控制的加熱器/冷卻器系統(tǒng)；圖2示出了熱-冷開關(guān)，其改變施加到圖1的熱電模塊上的電壓的極性，其中所述開關(guān)被切換到第一位置；以及圖3示出了熱-冷開關(guān)，其改變施加到圖1的熱電模塊上的電壓的極性，其中所述開關(guān)被切換到第二位置。
具體實施例方式
下面將詳細(xì)討論本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中類似的參考號通常指示相同的，功能類似的，和/或結(jié)構(gòu)類似的元件。盡管討論了特定的典型實施方式，應(yīng)該理解的是這只是為了說明的目的。本專業(yè)技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用其他的組件和配置。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的微處理器控制的加熱器/冷卻器系統(tǒng)的例子。所述加熱器/冷卻器系統(tǒng)包括一常規(guī)絕緣的外殼5a，其限定了一加熱器/冷卻器腔5。所述加熱器/冷卻器腔5適合于容納要加熱或者冷卻的物體。熱電模塊1被提供以加熱或者冷卻所述腔中的空氣。所述加熱或者冷卻是通過從所述熱電模塊1向所述加熱器/冷卻器腔5中輸送熱或冷空氣而獲得的?？梢允褂靡伙L(fēng)扇2將熱或冷空氣從所述熱電模塊1吹進(jìn)所述加熱器/冷卻器腔5中。
電源10為所述風(fēng)扇2以及所述熱電模塊1提供電源。施加到所述模塊1以及所述風(fēng)扇2的電量由一微處理器6分別通過開關(guān)8和9來調(diào)節(jié)。所提供的電量根據(jù)所述加熱器/冷卻器系統(tǒng)的操作條件來控制。所述操作條件可以包括所述熱電模塊1的溫度以及所述加熱器/冷卻器腔5中的溫度。溫度傳感器4測量所述加熱器/冷卻器腔5的溫度以及溫度傳感器3測量所述熱電模塊1的溫度。所述溫度傳感器可以是電熱調(diào)節(jié)器。所述微處理器6接收所述測量溫度并且從而控制所提供的電量。所述微處理器6的控制操作在下面更詳細(xì)地描述。
電源10為所述微處理器6提供電源。電源10可以是電池或者其他DC電源。電壓調(diào)節(jié)器(V-Reg)11逐步降低從所述電源10供應(yīng)的電壓并且提供所述逐步降低的電壓以為所述微處理器6供電。所述電壓調(diào)節(jié)器11向所述微處理器6提供比從電源10供應(yīng)的電壓更低的電壓(例如5v)。所述逐步降低的電壓也可以被所述微處理器6使用，以通過監(jiān)視所述逐步降低的電壓電平而檢測所述電源10的低電壓條件。
所述低電壓條件可以通過連接到所述微處理器6的顯示器12指示給操作員。所述顯示器12也可以顯示來自所述微處理器的各種其他信息，包括所述腔5的測量溫度，操作員輸入的所述腔的所需溫度等。輸入裝置，例如連接到所述微處理器6的鍵板13可以被提供，以便操作員輸入所述加熱器/冷卻器腔的所需溫度或者其他信息。
如上面所提到的，所述熱電模塊1包括由半導(dǎo)電材料分開的兩個板(沒有示出)。所述熱電模塊1的所述兩個板的第一個被連接到加熱器/冷卻器腔5，并且操作為一冷卻板或者一加熱板。所述熱電模塊操作為一加熱器或者冷卻器取決于電流流過這兩個板的方向。在圖1中，所述電流流過所述熱電模塊1的方向是通過加熱-冷卻開關(guān)7而改變的。所述加熱-冷卻開關(guān)7改變施加到所述熱電模塊1上的電壓的極性，下面將結(jié)合圖2-3對其進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的一典型實施方式的加熱器/冷卻器系統(tǒng)的操作的例子。當(dāng)連接到所述腔5的所述熱電模塊1的第一板變熱或變冷時，所述風(fēng)扇2吹動空氣越過所述第一板并且進(jìn)入所述腔5，使得熱空氣或者是冷空氣被吹入到所述腔5中。所述風(fēng)扇2優(yōu)選是一可變速度的風(fēng)扇。所述風(fēng)扇2的風(fēng)扇速度以及進(jìn)入所述模塊1的電流流動速率被控制，以使所述風(fēng)扇速度被改變以與模塊1的所述第一板的變化的表面溫度保持一最佳關(guān)系。例如，當(dāng)所述腔5被用作冷卻器并且所述熱電模塊1的第一板的表面溫度不夠冷時，所述風(fēng)扇2的風(fēng)扇速度被設(shè)置在一低速度以允許第一板的表面變冷。否則，被從第一板的熱表面帶走的熱空氣將被吹入所述腔5中。當(dāng)?shù)谝话宓谋砻鏈囟茸兊米銐蚶鋾r，則所述風(fēng)扇速度被增加以將冷空氣吹入所述腔5中。所述熱電模塊1以及所述腔5的溫度被經(jīng)常地分別由所述電熱調(diào)節(jié)器3和4測量。該測量溫度被用于改變所述風(fēng)扇2的風(fēng)扇速度以及電流流過所述熱電模塊1的速率(安培/秒)，以最佳化該值以達(dá)到如通過鍵板13輸入的所述腔5的所需溫度。
所述微處理器6可以包括一個存儲區(qū)域14，其存儲查找表，其中包括用于所述熱電模塊1的測量溫度，所述加熱器/冷卻器腔5的測量溫度，以及由操作員通過鍵板13輸入到所述微處理器的所述腔5的所需溫度的每個組合的風(fēng)扇2的速度以及到所述模塊1的電流流動速率的最佳值。所述微處理器6不斷地在所述查找表中查找用于在所述測量溫度的最佳風(fēng)扇速度以及最佳電流流動速率的值，并且將所述風(fēng)扇速度以及所述電流速率調(diào)節(jié)到所述查找的值。例如，當(dāng)通過所述鍵板13輸入的所述腔5的所需溫度是40°F時，所述熱電模塊1的第一板的表面溫度是50°F，并且所述腔5的測量溫度是75°F，那么如存儲在所述查找表中的所述風(fēng)扇速度以及所述電流流動速率的最佳值可能分別是2轉(zhuǎn)/秒以及0.5安培/秒。所述微處理器6控制所述系統(tǒng)的操作以達(dá)到所述查找的值。
作為第二個例子，當(dāng)所述模塊1的第一板的表面溫度是15°F，并且所述腔5的測量溫度以及所述操作員輸入的所需溫度與前面例子中的相同時，如存儲在所述查找表中的所述風(fēng)扇速度以及所述電流流動速率的最佳值可能分別是6轉(zhuǎn)/秒以及0.5安培/秒。所述風(fēng)扇速度在第一例子中較慢以允許所述系統(tǒng)等待第一板的表面變得更冷。當(dāng)?shù)谝话遄兊酶鋾r，如所述第二例子中那樣，所述風(fēng)扇速度被增加以使更冷的空氣能夠從第一板的表面被吹離并且被吹進(jìn)所述腔5。
為了控制所述系統(tǒng)的操作，所述微處理器6產(chǎn)生用于所述風(fēng)扇2的風(fēng)扇控制信號以及用于所述熱電模塊1的模塊控制信號。所述風(fēng)扇控制信號以及所述模塊控制信號可以用于分別改變從電源10供應(yīng)到所述風(fēng)扇2以及熱電模塊1的電量，從而改變所述風(fēng)扇速度以及所述熱電模塊1的溫度。所述電量的改變可以通過對從電源10供應(yīng)的功率信號的脈寬調(diào)制而完成。
在所公開的實施方式中，從所述電源來的所述功率信號的脈寬調(diào)制是通過開關(guān)8，9而達(dá)到的。開關(guān)8，9被分別連接在電源10和熱電模塊1以及所述風(fēng)扇2之間。所述開關(guān)8，9可以是分別控制功率信號到所述模塊1以及所述風(fēng)扇2的通道的晶體管，例如場效應(yīng)晶體管(FETs)，或者其他的電子開關(guān)，以響應(yīng)所述風(fēng)扇控制信號以及所述熱電模塊控制信號。由所述微處理器6產(chǎn)生的風(fēng)扇控制信號控制開關(guān)9的打開和閉合，以根據(jù)所述查找表14中的查找到的最佳風(fēng)扇速度適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)所述功率信號。例如，當(dāng)來自所述查找表的所述最佳風(fēng)扇速度大于所述風(fēng)扇的測得速度時，則用于所述風(fēng)扇的所述功率信號的脈沖寬度被所述微處理器增加。當(dāng)用于所述風(fēng)扇2的所述功率信號的脈沖寬度被增加時，被施加到所述風(fēng)扇2用于增加所述風(fēng)扇速度的旋轉(zhuǎn)力被施加更長的周期。隨著所述旋轉(zhuǎn)力的施加周期的變長，所述風(fēng)扇速度增加。
類似地，由所述微處理器6產(chǎn)生的所述模塊控制信號控制所述開關(guān)8的打開和閉合，以根據(jù)來自所述查找表的所述最佳電流流動速率來適當(dāng)?shù)卣{(diào)制所述功率信號。例如，當(dāng)所述查找最佳電流流動速率大于所述模塊1的測得電流速率時，那么用于所述熱電模塊1的功率信號的脈沖寬度被所述微處理器6增加。當(dāng)用于所述熱電模塊1的功率信號的占空比高時，所述控制信號接通所述開關(guān)8更長的時間周期，以使來自所述電源10的供應(yīng)電壓以及伴隨電流被施加到所述模塊1相應(yīng)的更長的時間周期。當(dāng)用于所述熱電模塊1的功率信號的占空比被降低時，所述開關(guān)8被斷開更長一段時間，并且更少的電流通過所述開關(guān)8施加到所述模塊1。
圖2-3示出了加熱-冷卻開關(guān)7的一個例子，其改變了施加到圖1的所述熱電模塊1的電壓的極性。通過將所述開關(guān)15滑動到圖2中的第一位置，第一極性的電壓被供應(yīng)到所述熱電模塊1。通過將所述開關(guān)15滑動到圖3中的第二位置，與第一極性相反的第二極性的電壓被供應(yīng)到所述模塊1。
盡管上面描述了本發(fā)明的各種實施方式，應(yīng)該理解的是它們僅為通過舉例而非限制的方式提出。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)理解為被任何一個上面描述的典型實施方式所限制，而應(yīng)僅根據(jù)下面的權(quán)利要求以及它們的等效內(nèi)容而限定。
權(quán)利要求
1.一種便攜的加熱器/冷卻器系統(tǒng)，包括熱電模塊，其傳導(dǎo)電流通過所述模塊；連接到所述熱電模塊的加熱器/冷卻器腔；可變速風(fēng)扇，用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；連接到所述熱電模塊的第一溫度傳感器，用于測量所述模塊的溫度；連接到所述加熱器/冷卻器腔的第二溫度傳感器，用于測量所述腔中的溫度；以及微處理器，用于將所述風(fēng)扇的速度以及流過所述熱電模塊的電流作為所測量的所述熱電模塊以及所述腔的溫度的函數(shù)來調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述微處理器產(chǎn)生用于控制所述風(fēng)扇速度的第一脈沖寬度控制信號，以及用于控制所述熱電模塊的溫度的第二脈沖寬度控制信號，所述第一和第二控制信號的占空比是所述熱電模塊和所述腔的測量溫度的函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述微處理器具有一個用于存儲查找表的存儲區(qū)域，所述查找表包括用于所述熱電模塊的測量溫度以及所述腔的測量溫度的每個組合的與所述風(fēng)扇速度相關(guān)的到所述熱電模塊的電流流動的多個速率值；并且其中當(dāng)所述腔的測量溫度與所需的腔溫度不同時，所述微處理器在所述查找表中查找用于所述模塊的風(fēng)扇速度以及電流流動，并且將所述風(fēng)扇速度和電流流動改變到所查找的風(fēng)扇速度以及電流流動值。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括連接到所述熱電模塊的加熱/冷卻開關(guān)，其中所述加熱/冷卻開關(guān)處于可操作使所述熱電模塊加熱的第一位置。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括連接到所述熱電模塊的加熱/冷卻開關(guān)，其中所述加熱/冷卻開關(guān)處于可操作使所述熱電模塊冷卻的第二位置。
6.一種加熱器/冷卻器系統(tǒng)，包括限定腔的外殼；與所述腔相聯(lián)系的熱電模塊；可調(diào)節(jié)速度的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇被配置用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；向所述風(fēng)扇以及向所述熱電模塊供電的電源；第一溫度傳感器，其被配置用于測量所述熱電模塊的溫度；第二溫度傳感器，其被配置用于測量所述腔內(nèi)的溫度；以及微處理器，接收所述熱電模塊以及所述腔的所述測量溫度，并且根據(jù)所述腔中的溫度，所述熱電模塊的溫度，以及流過所述熱電模塊的電流中的至少一個來控制供應(yīng)到所述風(fēng)扇的功率以及供應(yīng)到所述熱電模塊的功率。
7.如權(quán)利要求6所述的加熱器/冷卻器，還包括連接在所述電源和所述風(fēng)扇之間的第一開關(guān)；連接在所述電源和所述熱電模塊之間的第二開關(guān)，其中所述微處理器控制所述第一和第二開關(guān)的打開和閉合，以對供應(yīng)到所述風(fēng)扇以及所述熱電模塊的電源進(jìn)行脈寬調(diào)制。
8.如權(quán)利要求6所述的加熱器/冷卻器，還包括連接到所述微處理器的一顯示器。
9.如權(quán)利要求6所述的加熱器/冷卻器，還包括一輸入裝置，用于從一操作員接收輸入以及將所述操作員輸入傳送到所述微處理器。
10.如權(quán)利要求7所述的加熱器/冷卻器，還包括連接在所述熱電模塊以及所述電源之間的第三開關(guān)，所述第三開關(guān)可以在第一和第二位置之間移動，在所述第一位置，第三開關(guān)向所述熱電模塊供應(yīng)第一極性的電壓，并且在所述第二位置，第三開關(guān)向所述熱電模塊供應(yīng)與第一極性相反極性的電壓。
11.如權(quán)利要求6所述的加熱器/冷卻器，還包括連接在所述電源和所述微處理器之間的一電壓調(diào)節(jié)器。
12.如權(quán)利要求7所述的加熱器/冷卻器，其中所述第一和第二開關(guān)是功率晶體管。
13.如權(quán)利要求6所述的加熱器/冷卻器，其中所述第一和第二溫度傳感器是電熱調(diào)節(jié)器。
14.在一加熱器/冷卻器系統(tǒng)中，其中所述系統(tǒng)包括與所述腔相聯(lián)系的熱電模塊；可調(diào)節(jié)速度的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇被配置用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；向所述風(fēng)扇以及向所述熱電模塊供電的電源；以及微處理器，一種用于控制所述腔中溫度的方法，所述方法包括從所述電源向所述熱電模塊提供一模塊功率信號；向所述風(fēng)扇提供一風(fēng)扇功率信號；用所述風(fēng)扇吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔檢測所述熱電模塊的溫度；檢測所述腔內(nèi)的溫度；根據(jù)所述腔內(nèi)的溫度通過所述微處理器調(diào)節(jié)所述模塊功率信號；以及根據(jù)所述熱電模塊的溫度以及流過所述熱電模塊的電流中的至少一個，通過所述微處理器調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇功率信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括從輸入裝置輸入一選擇的腔溫度到所述微處理器；以及根據(jù)所選擇的腔溫度調(diào)節(jié)所述模塊功率信號以及風(fēng)扇功率信號。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述模塊功率信號以及風(fēng)扇功率信號是脈寬調(diào)制的功率信號。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在所述微處理器中存儲一個表格，其中包括根據(jù)所述腔中測量溫度的最佳的風(fēng)扇速度以及最佳的電流流動速率。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，包括當(dāng)所述熱電模塊的溫度太冷以至于不能獲得所述腔的所需溫度時，降低所述風(fēng)扇的速度直到所述模塊的溫度變暖。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，包括當(dāng)所述熱電模塊的溫度太暖以至于不能獲得所述腔的所需溫度時，放慢所述風(fēng)扇的速度直到所述模塊的溫度變涼。
全文摘要
一種便攜的加熱器/冷卻器系統(tǒng)，包括一熱電模塊，其通過所述模塊傳導(dǎo)電流；連接到所述熱電模塊的加熱器/冷卻器腔；可變速風(fēng)扇，用于吹動所述熱電模塊上的空氣并將其吹進(jìn)所述腔；連接到所述熱電模塊用于測量所述模塊溫度的第一溫度檢測器；連接到所述加熱器/冷卻器腔用于測量所述腔中的溫度的第二溫度檢測器；以及微處理器，用于將所述風(fēng)扇的速度以及流過所述熱電模塊的電流作為所述熱電模塊和所述腔的測量溫度的函數(shù)來調(diào)節(jié)。
文檔編號H05B1/02GK1810063SQ03814033
公開日2006年7月26日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者邁克爾·克里格, 布魯斯·倫道夫 申請人:維克多產(chǎn)品公司