一种集成控温的半导体制冷制热片的制作方法

1.本发明涉及半导体制冷制热技术领域，特别是一种集成控温的半导体制冷制热片。


背景技术：

2.半导体制冷片通上直流电以后，其冷端从周围吸收热量，可用于制冷；其热端释放热量至周围环境中，可用于制热。半导体制冷系统无机械转动，所以无噪音、无磨损、运行可靠、维护方便；通过改变电流方向达到冷却和加热的不同目的。与传统的蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式制冷技术相比，半导体制冷具有以下特点：不使用制冷剂、不污染环境、体积小、重量轻、结构简单、容易操作；冷却速度快，而且便于通过工作电流大小实现可控调节；可只冷却某一专门元件或指定空间；可在失重或超重等极端环境下运行。目前的半导体制冷制热片无法对制冷或制热的温度进行精准的检测和调控，半导体制冷制热片的电流无法根据恒温进行调节，半导体制冷制热片难以保持恒温的工作。


技术实现要素：

3.为此，需要提供一种集成控温的半导体制冷制热片，解决半导体制冷制热片无法对温度进行监控和调整的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种集成控温的半导体制冷制热片，包括pcba集成控温系统和半导体制冷制热片半导体制冷制热片包括两个绝缘陶瓷片，两个绝缘陶瓷片之间设有n型半导体、p型半导体和金属导体，所述金属导体连接n型半导体和p型半导体，
5.所述pcba集成控温系统包括供电模块、处理模块、正反驱动模块、电源极性检测模块、热端温度采样模块和冷端温度采样模块，所述供电模块、正反驱动模块、电源极性检测模块、热端温度采样模块和冷端温度采样模块均与处理模块电连接，所述电源极性检测模块与供电模块电连接，所述供电电路连接外部输入电源，所述正反驱动模块连接半导体制冷制热片的金属导体，所述电源极性检测模块检测与供电模块电连接，
6.上述技术方案具有以下有益效果：
7.本发明中，n型半导体和p型半导体组成p-n电偶对，两个绝缘陶瓷片作为半导体制冷制热片的冷端和热端，电源极性检测模块用于检测输入电流的极性并通过处理模块控制正反驱动模块切换相应的驱动电路，由此半导体制冷制热片进行制冷或者制热，热端、冷端温度采样模块能够及时的对温度进行采样，从而对温度进行实施监控，最终通过处理模块控制电流的大小和方向，该半导体制冷制热片可以按照pcba集成控温系统预先设定好一定温度区域完成制冷或加热，从而使得半导体制冷制热片进行恒温工作。
附图说明
8.图1为具体实施方式所述供电模块的电路图。
9.图2为具体实施方式所述处理模块的电路图。
10.图3为具体实施方式所述正反驱动模块的电路图。
11.图4为具体实施方式所述热端温度采样模块和冷端温度采样模块的电路图。
12.图5为具体实施方式所述电源极性检测模块的电路图。
13.图6为具体实施方式所述半导体制冷制热片的结构图。
14.附图标记说明：
15.1、缘陶瓷片；2、金属导体；3、p-n电偶对；4、外部输入电源。
具体实施方式
16.为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
17.请参阅图1-6，本实施例公开了一种集成控温的半导体制冷制热片，包括pcba集成控温系统和半导体制冷制热片，半导体制冷制热片包括两个绝缘陶瓷,1，两个绝缘陶瓷片1之间设有n型半导体、p型半导体和金属导体2，金属导体2连接n型半导体和p型半导体，n型半导体和p型半导体组成p-n电偶对3。
18.所述pcba集成控温系统包括供电模块、处理模块、正反驱动模块、电源极性检测模块、热端温度采样模块和冷端温度采样模块，所述供电模块、正反驱动模块、电源极性检测模块、热端温度采样模块和冷端温度采样模块均与处理模块电连接，所述电源极性检测模块与供电模块电连接，所述供电电路连接外部输入电源4，所述正反驱动模块连接半导体制冷制热片的金属导体，所述电源极性检测模块检测与供电模块电连接，
19.本实施例中，所述pcba集成控温系统包括两个温度采样模块，两个温度采样模块分别采集半导体制冷制热片的冷端和热端的温度信号，pcba集成控温系统通过控制n型半导体、p型半导体和金属导体的工作电缆的大小和方向，以控制半导体制冷制热片工作功率。
20.所述供电模块包括整流电路、可控恒流dc-dc变换电路、5v稳压电路和调控电路，所述整流电路与可控恒流dc-dc变换电路和5v稳压电路连接，所述5v稳压电路与处理模块连接，所述调控电路连接处理模块和可控恒流dc-dc变换电路，所述可控恒流dc-dc变换电路与正反驱动模块电连接，整流电路连接外部输入电源。整流电路对外部输入电源进行整流和滤波，5v稳压电路为处理模块提供温度的工作电压，处理模块通过调控电路pwm信号控制输出电流和工作电压的大小，由此对制冷或制热温度进行控制。
21.具体的，处理模块包括控制芯片u2，所述整流电路包括整流桥d1、电容c16、电容c7和连接器j1，连接器j1连接外部输入电源，整流桥d1的引脚3连接连接器j1的引脚2和电容c16，所述整流桥d1的引脚4连接连接器j1的引脚1和电容c16的另一端，整流桥d1的引脚2接地，整流桥d1的引脚1连接电容c7，电容c7的另一端接地，
22.所述5v稳压电路包括稳压器u1、电阻r11、电容c13、电容c8、电容c6,所述稳压器u1的引脚3连接整流桥d1的引脚1和电容c6，电容c6的另一端接地，稳压器u1的引脚2连接+5v输出端、电阻r11、电容c13和电容c8，电阻r11、电容c13和电容c8的另一端接地，+5v输出端连接控制芯片u2，
23.所述可控恒流dc-dc变换电路包括dc-dc变换器u3、电容c11、电感l1、电阻r21、电容c1和电容c14,dc-dc变换器u3引脚5连接整流桥d1的引脚1，dc-dc变换器u3引脚4连接控
制芯片u2引脚16，dc-dc变换器u3引脚2接地，dc-dc变换器u3引脚1连接电容c11，dc-dc变换器u3引脚6连接电容c11的另一端和电感l1，dc-dc变换器u3引脚3连接电阻r21和电容c1，电感l1的另一端、电阻r21的另一端和电容c1的另一端连接+vsw输出端和电容c14，电容c14的另一端连接接地，+vsw输出端连接正反驱动模块。
24.控制芯片u2为高速1t 51内核单片机，通过ntc温度采样经过内部pid算法，输出pwm信号来控制dc-dc变换器u3输出电流的大小，驱动半导体制冷制热片进行恒温控制。
25.所述调控电路包括电阻r17、电阻r18、电容c12、电容c15、电容c10、电阻r20、电阻r10,dc-dc变换器u3引脚3连接电阻r17，电阻r17的另一端连接电阻r18、电容c12和控制芯片u2的引脚3，电阻r18和电容c12的另一端连接控制芯片u2引脚2、电容c15、电容c10、电阻r20和电阻r10,电阻r20和电容c10的另一端接地，电容c15的另一端连接控制芯片u2引脚1，电阻r10的另一端连接控制芯片u2的引脚13。
26.所述整流桥d1的型号为abs10，稳压器u1的型号为h7550，所述dc-dc变换器u3的型号为jw5017s。
27.外部输入电源经整流桥d1，电容c7整流滤波后为整机提供电源，可控恒流dc-dc变换电路由控制芯片u2发出pwm信号经过调控电路传递给dc-dc变换器u3，由此完成输出电流大小的控制。
28.所述处理模块还包括电阻r26、电容c16和电容c2，所述控制芯片u1的型号为ca51f003t4，5v稳压电路的+5v输出端连接电阻r26，电阻r26的另一端连接电容c16和控制芯片u1的引脚4，电容c16的另一端接地，5v稳压电路的+5v输出端连接电容c2和控制芯片u1的引脚9，电容c2和控制芯片u1的引脚7接地。
29.所述正反驱动模块包括正反向驱动桥式输出电路和自举升压电路，所述正反向驱动桥式输出电路包括电阻r5、三极管q1、电阻r9、齐纳二极管d2、双nmos管q3、齐纳二极管d7、电阻r22、三极管q4、电阻r25、电阻r6、电阻r7、双nmos管q2、电阻r12、电阻r14、电阻r23、电阻r24和连接器j2，
30.控制芯片u2的引脚12连接电阻r5，电阻r5的另一端连接三极管q1的b极，三极管q1的e极接地，三极管q1的c极连接电阻r9，电阻r9的另一端连接双nmos管q3的引脚6和齐纳二极管d7的阴极，双nmos管q3的引脚1连接齐纳二极管d7的阳极、双nmos管q2的引脚5和连接器j2的引脚2，双nmos管q3的引脚2和引脚5连接可控恒流dc-dc变换电路的+vsw输出端，双nmos管q3的引脚4连接齐纳二极管d7的阴极和电阻r22，双nmos管q3的引脚3连接齐纳二极管d7的阳极、双nmos管q2的引脚6和连接器j2的引脚1，电阻r22的另一端连接三极管q4的c极，三极管q4的e极接地，三极管q4的b极连接电阻r25，电阻r25的另一端连接控制芯片u2引脚11，
31.控制芯片u2的引脚15连接电阻r6和电阻r7，电阻r6的另一端接地，电阻r7的另一端连接双nmos管q2的引脚1，双nmos管q2的引脚2连接引脚4、电阻r12和电阻r14，电阻r12的另一端接地，电阻r14的另一端连接控制芯片u2引脚1，双nmos管q2的引脚3连接电阻r23，电阻r23的另一端连接电阻r24和控制芯片u2的引脚14，电阻r24的另一端接地；
32.本实施例中，r12采用低温漂合金电阻，使得电流更稳定。
33.自举升压电路包括电容c3、电阻r13、肖特基二极管d3、电阻r8、电阻r15、电容c4和齐纳二极管d8，控制芯片u2的引脚17连接电容c3，电容c3的另一端连接电阻r13，电阻r13的
另一端连接肖特基二极管d3，肖特基二极管d3的阳极连接整流桥d1的引脚1，肖特基二极管d3的阴极连接电阻r8、电阻r15、电容c4和齐纳二极管d8，电阻r8的另一端连接电阻r9和三级管q3的c极，电阻r15的另一端连接电阻r22和三级管q4的c极，电容c4的另一端和齐纳二极管d8的阳极接地。
34.本实施例中，控制芯片u2通过sw引脚输出高频脉冲电压通过电容c3，电阻r13和肖特基二极管d3自举升压，用来驱动输出桥的上臂q3，降低q3的输出内阻，提高输出效率。
35.具体的，双nmos管q3的型号为8205a，双nmos管q2的型号为vb3222。单片机sw输出脉冲到自举升压电路完成驱动部分升压，正反向驱动桥式输出电路通过双nmos管q3和双nmos管q2能够根据电源的极性检测结果切换相应的驱动桥方向，从而半导体制冷制热片开始工作。
36.电源极性检测模块包括电阻r1、电阻r3、齐纳二极管d5、电阻r2、电阻r4和齐纳二极管d，电阻r1连接电阻r3、齐纳二极管d5阴极和控制芯片u2引脚5，电阻r3另一端和齐纳二极管d5阳极接地，电阻r1的另一端连接连接器j1的引脚1，电阻r2连接电阻r4、齐纳二极管d6阴极和控制芯片u2引脚6，电阻r4另一端和齐纳二极管d6阳极接地，电阻r2的另一端连接连接器j1的引脚2。齐纳二极管d5和齐纳二极管d6的型号为bzd27c05。
37.热端温度采样模块包括热敏电阻th1、电容c5和电阻r16，电阻r16连接5v稳压电路的+5v输出端，电阻r16的另一端连接热敏电阻th1、电容c5和控制芯片u2的引脚20，热敏电阻th1和电容c5的另一端接地，
38.所述冷端温度采样模块包括热敏电阻th2、电容c9和电阻r19，电阻r19连接5v稳压电路的+5v输出端，电阻r19的另一端连接热敏电阻th2、电容c9和控制芯片u2的引脚19，热敏电阻th2和电容c9的另一端接地。
39.本发明中，n型半导体和p型半导体通过金属导体连接组成p-n电偶对，两个绝缘陶瓷片作为半导体制冷制热片的冷端和热端，工作时外部输入电源接入连接器j1，电源极性检测模块检测外部输入电源的极性，控制芯片u1控制正反向驱动桥式输出电路切换对应驱动桥方向，外部输入电源经过入经整流器d1，电容c7整流滤波后为整机提供电源，其中5v稳压电路为控制芯片u1、热端温度采样模块和冷端温度采样模块提供电源，可控恒流dc-dc变换电路为正反驱动模块输出相应的工作电流和电压，半导体制冷制热片工作后，两个温度采样模块采样的温度信号经过控制芯片adc转换，通过pid算法，输出pwm信号通过调控电路至调控电路u3，从而控制半导体制冷制热片的工作电流，进而对半导体片的工作进行恒温控制。
40.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
或“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
41.尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。