專利名稱：用于熱電元件的電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于熱電元件的電源。
背景技術：
通常，作為用于冷熱設備的熱電元件的電源，為穩態DC電源的開關模式電源 (SMPS)已經得到了應用。開關模式電源(SMPS)是對商業電源所提供的AC功率進行轉換以便適用于各種設備(諸如計算機、通信設備、家用電器等)的模塊型電源。此外，開關模式電源(SMPQ使用高速功率半導體來以高頻執行開/關控制，并使用整流和平滑電路來獲得各種穩定的DC電壓。考慮熱電元件的特性，熱電元件不使用AC功率而是使用穩態DC功率的原因是要一直將它的一個表面保持為熱側并將它的另一表面保持為冷側。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和冷側就被改變，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)。出于這個原因，如上所述，為了穩定地將熱電元件的一個表面保持為熱側并將它的另一表面保持為冷側，已經將具有穩定地保持電流的內置恒定電流電路的開關模式電源 (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候，開關模式電源(SMPS)需要大的功率。例如，如果開關模式電源(SMPS)將0. 4L/min的水從25°C轉變成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，開關模式電源(SMPS)就需要大的功率，以及開關模式電源(SMPS)中的變壓器也能夠轉換大量的功率。需要大功率的變壓器是相當貴的，這是增加開關模式電源(SMPS)的成本的因素。因此，需要一種能夠穩定地向需要大功率的熱電元件提供穩態DC功率的廉價的電源。
發明內容
本發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候提供廉價且穩定的穩態DC功率。根據本發明優選實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功率轉換成DC功率；充電設備，用于為從DC電源單元提供的DC功率充電；以及控制單元，用于監控充電設備的充電狀態以根據充電狀態來控制充電設備并執行對DC 電源單元的開啟和關閉操作的控制。DC電源單元可以包括整流器，用于對從外部輸入的AC功率執行全波整流以將AC 功率轉換成具有全波整流器波形的DC功率；DC-DC轉換器，用于將全波整流器波形轉換成方波；脈寬調制，該脈寬調制包含半導體設備并根據半導體設備的開關速度來控制方波的脈寬以生成DC功率的波形；脈沖頻率調制，該脈沖頻率調制在脈寬調制的控制下操作并根據半導體設備的開關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制和脈沖頻率調制的方波的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 轉換器之間，并在通過整流器執行全波整流的時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，該全開關用于在控制單元的控制下開啟/關閉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二極管連接成橋形。充電設備可以包括充電電路，用于將從DC電源單元輸入的DC功率轉換成電池充電功率以控制充電；電池，用于對要通過充電電路提供的功率進行充電并對充電后的功率進行放電；以及充電狀態檢測器，用于監控電池的充電狀態。充電設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。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檢測器來檢測電池的已充電量。當檢測到的電池已充電量為最大設置值時，控制單元可以關閉DC電源單元的操作，以及當檢測到的電池已充電量為最小設置值或更小時，控制單元可以開啟DC電源單元的操作。
圖1是根據本發明優選實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電源單元的詳細框圖；以及圖3是圖1所示的充電單元的詳細框圖。
具體實施例方式通過下述參考附圖對實施方式的描述，本發明的各種目的、特征和優點將變得顯而易見。本說明書和權利要求書中所使用的術語和詞語不應當被解釋為局限于通常的含義或字典定義，而應基于發明人能適當地定義術語的概念以最恰當地描述他或她知道的實施本發明的最佳方法的原則被解釋為具有與本發明的技術范圍相關的含義和概念。結合附圖根據下面的詳細描述，將更加清楚地理解本發明的上述以及其它目標、 特征和優點。在說明書中，向全部附圖中的部件添加附圖標記，應當注意，相似的附圖標記表示相似的部件，即使部件在不同的圖中被示出。此外，當確定對與本發明相關的公知技術的詳細描述可能會模糊本發明的主旨時，將省略該詳細描述。下文中，將參考附圖來詳細描述根據本發明的優選實施方式。圖1是根據本發明優選實施方式的用于熱電元件的電源的框圖。參考圖1，根據本發明示例性實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功率轉換成DC功率，以及充電單元20對轉換后的DC功率進行充電。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監控充電單元20的充電狀態，以根據充電狀態來控制充電單元20并控制DC電源單元10的開啟/關閉操作。圖2是圖1所示的DC電源單元的詳細框圖。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轉換器15、變壓器16、脈寬調制(PWM) 17、脈沖頻率調制(PFM) 18和全開關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的干擾和噪聲。可以使用例如電磁干擾濾波器來作為線路濾波器11。整流器12對從外部輸入的AC功率執行全波整流并將其轉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，四個二極管連接成橋形。該橋式全波整流器電路對以正負方向周期性地改變的AC 功率進行全波整流，并將其轉換成在一個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執行全波整流的時候最小化因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轉換器15之間，這將在下面描述。DC-DC轉換器15將全波整流器波形轉換成方波，以便將具有不規則大小的全部整流器波形的DC功率轉換成具有固定大小的DC功率。可以使用例如準共振反激式轉換器(quasi-resonant flyback converter，)、正向轉換器、全橋轉換器以及半橋轉換器等來作為DC-DC轉換器15。同時，在DC-DC轉換器15中所轉換的方波可以通過脈寬調制(PWM) 17和脈沖頻率調制(PFM) 18來控制方波的寬度和頻率，這將在下面描述。具體地，脈寬調制(PWM) 17包括半導體設備并根據半導體設備的開關速度來控制方波中電壓或電流波形的脈寬。另一方面，脈沖頻率調制(PFM) 18根據半導體設備的開關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轉換器15所轉換的方波的脈寬和脈沖頻率由脈寬調制(PWM) 17和脈沖頻率調制(PFM) 18控制。在該情況中，首先由脈寬調制(PWM) 17來執行脈寬調制，然后需要時由脈沖頻率調制(PFM) 18根據脈寬調制(PWM) 17的控制來執行頻率控制。變壓器16提升或降低DC功率，該DC功率具有要被控制到預定大小的所生成的輸出電壓波形。配有主線圈和次級線圈的變壓器16能夠通過主線圈和次級線圈的匝數比 (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本發明的變壓器16。為了向熱電元件提供大容量功率，這明顯低于現有技術中提供至少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框圖。參照圖3，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功率轉換成電池充電功率以控制充電；電池22，用于對通過充電電路21提供給熱電元件的功率進行充電并對充電后的功率進行放電；以及充電狀態檢測器23，用于監控電池 22的充電狀態。在該配置中，電池22使用高容量可充電電容器。可以使用例如雙電層電容器 (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。電池狀態檢測器23周期性地檢測電池22的容量并將其提供給控制單元30，以便監控電池22的充電狀態。同時，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。再次參考圖1，控制單元30根據充電單元20所提供的電池22的充電狀態來控制 DC電源單元10和充電單元20。具體地，控制單元30可以控制充電狀態檢測器23以檢測電池22的已充電量。然后，控制單元30根據檢測到的電池22的已充電量來控制全開關19以開啟/關閉DC電源單元10的操作。例如，當檢測到的電池22的已充電量為最大設置值時，控制單元30控制全開關19 來關閉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，當檢測到的電池22的已充電量為最小設置值或更小時，控制單元30控制全開關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中對變壓器16所變換的功率進行充電，從而能夠穩定地向需要大功率的熱電元件提供穩態DC功率。本發明包括大容量可充電雙電層電容器(EDLC)，從而能夠穩定地提供大容量穩態 DC電源。另外，本發明能夠使用具有小變換容量的廉價變壓器來代替昂貴的變壓器，從而能夠節省制造成本。雖然出于示出的目的公開了關于觸摸板的本發明的實施方式，但是本領域技術人員應當意識到，在不背離所附權利要求書中公開的本發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、添加和替換也應當落入本發明的范圍內。
權利要求
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功率轉換成DC功率；充電設備，該充電設備用于為從所述DC電源單元提供的所述DC功率進行充電；以及控制單元，該控制單元用于監控所述充電設備的充電狀態以根據所述充電狀態來控制所述充電設備并執行對所述DC電源單元的開啟和關閉操作的控制。
2.根據權利要求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，該整流器用于對從外部輸入的所述AC功率執行全波整流以將所述AC功率轉換成具有全波整流器波形的DC功率；DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器用于將所述全波整流器波形轉換成方波；脈寬調制，該脈寬調制包含半導體設備并根據所述半導體設備的開關速度來控制所述方波的脈寬以生成所述DC功率的波形；脈沖頻率調制，該脈沖頻率調制在所述脈寬調制的控制下操作并根據所述半導體設備的開關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制和所述脈沖頻率調制的方波的所述DC功率。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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轉換器之間，并在通過所述整流器執行所述全波整流的時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轉換器之間以防止電流流入所述功率因子控制。
6.根據權利要求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/關閉所述DC電源單元的操作的全開關。
7.根據權利要求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，四個二極管連接成橋形。
8.根據權利要求1所述的用于熱電元件的電源，其中，所述充電設備包括充電電路，該充電電路用于將從所述DC電源單元輸入的DC功率轉換成電池充電功率以控制充電；電池，該電池用于對要通過所述充電電路提供的功率進行充電并對充電后的功率進行放電；以及充電狀態檢測器，該充電狀態檢測器用于監控所述電池的充電狀態。
9.根據權利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述充電設備還包括用于顯示所述電池的充電狀態的顯示單元。
10.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求8所述的用于熱電元件的電源，其中，所述電池為電容器。
14.根據權利要求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檢測器以檢測所述電池的已充電量。
15.根據權利要求14所述的用于熱電元件的電源，其中，當檢測到的電池已充電量為最大設置值時，所述控制單元關閉所述DC電源單元的操作，以及當檢測到的電池已充電量為最小設置值或更小時，所述控制單元開啟所述DC電源單元的操作。
全文摘要
本發明公開了一種用于熱電元件的電源。根據本發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功率轉換成DC功率；充電設備，用于為DC電源單元所提供的DC功率充電；以及控制單元，用于監控充電設備的充電狀態以根據充電狀態來控制充電設備并執行對DC電源單元的開啟和關閉操作的控制，從而能夠穩定地向需要大容量的熱電元件提供穩態DC電源并節省制造成本。
文檔編號H02J7/02GK102403774SQ20101059967
公開日2012年4月4日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年9月15日
發明者尹貞皓, 張修逢, 金柱澔 申請人:三星電機株式會社