加热/制冷模式的切换装置的制作方法

本发明属于热电组件技术领域，涉及一种切换装置，特别是涉及一种加热/制冷模式的切换装置。

背景技术：

利用温差电效应，可将电流转换为温差，从而既可以实现加热，又可以实现制冷。在工程应用中，通常采用半导体热电片实现既可以加热又可以制冷的装置，对热电片施加正向电流实现加热，施加反向电流实现制冷。如果单片热电片不能产生足够的温差，需要将热电片串联使用。串联后，即使每片热电片产生的温差较小，所有热电片产生的总温差可以做到较大。

现有技术加热、制冷装置一般区分加热模式和制冷模式，采用开关或继电器切换两种模式下的热电片电压分配方式。但是这种热电片电压分配方式无法实现加热和制冷的连续、无缝切换，并且难以适应变化的环境温度。

因此，如何提供一种加热/制冷模式的切换装置，以解决现有技术采用开关或继电器切换两种模式下的热电片电压分配方式，但是这种热电片电压分配方式无法实现加热和制冷的连续、无缝切换，并且难以适应变化的环境温度等缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种加热/制冷模式的切换装置，用于解决现有技术中采用开关或继电器切换两种模式下的热电片电压分配方式，但是这种热电片电压分配方式无法实现加热和制冷的连续、无缝切换，并且难以适应变化的环境温度的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种加热/制冷模式的切换装置，应用于对与所述控制装置贴合的目标物加热或制冷；所述加热/制冷模式的切换装置包括：电压分配组件，包括n个并列的电压分配子组件，用于在接收到一控制电压产生组件输出的控制电压后，将所述控制电压分配为与每个电压分配子组件匹配的分配电压；其中，所述控制电压包括加热模式下的控制电压和制冷模式下的控制电压；所述分配电压包括加热模式下的分配电压和制冷模式下的分配电压；热电片组件，包括n层热电片，分别与n个电压分配子组件一一对应连接，用于在所述加热模式下的分配电压的驱动下，将产生的热量逐层传入所述目标物；或在所述制冷模式下的分配电压的驱动下，将所述目标物所处环境中的热量逐层传导出去；其中，n为大于等于2的正整数。

于本发明的一实施例中，所述n层热电片包括依次叠放且相互贴合的第一层热电片，第二层热电片，…，第n层热电片；其中，所述第一层热电片与所述目标物贴合。

于本发明的一实施例中，所述加热/制冷模式的切换装置还包括与所述第n层热电片贴合，用于将所述n层热电片逐层传入或逐层传导的热量与外界环境进行交换的散热器。

于本发明的一实施例中，所述加热/制冷模式的切换装置还包括与n个电压分配子组件一一对应连接的n个功率放大器，用于放大所述加热模式下的分配电压或所述制冷模式下的分配电压；其中，n个功率放大器包括第一功率放大器，第二功率放大器，…，第n功率放大器。

于本发明的一实施例中，每个功率放大器包括一个输出端和两个输出端；所述功率放大器的两个输出端与对应的热电片的两端连接，所述功率放大器的输入端与对应的电压分配子组件连接。

于本发明的一实施例中，所述n个电压分配子组件包括：第一电压分配子组件，与所述第一层热电片对应，且与所述第一功率放大器连接；所述第一电压分配子组件包括第一输入单元和第一负向单元；当所述第一输入单元接收制冷模式下的控制电压时，所述第一负向单元将制冷模式下的控制电压分配为与第一负向单元匹配的，制冷模式下的分配电压，通过所述第一功率放大器放大与第一负向单元匹配的，制冷模式下的分配电压，以使所述第一层热电片的传热功率最小；当所述第一输入单元接收加热模式下的控制电压时，所述第一负向单元截止由所述加热模式下的控制电压所产生的电流，通过所述第一功率放大器放大所述加热模式下的控制电压，以使所述第一层热电片的传热功率最大；与所述第一电压分配子组件并列的第n电压分配子组件，与所述第n层热电片对应，且与所述第n功率放大器连接；所述第n电压分配子组件包括第n输入单元和第n正向单元；当所述第n输入单元接收制冷模式下的控制电压时，所述第n正向单元截止由所述制冷模式下的控制电压所产生的电流，通过所述第n功率放大器放大所述制冷模式下的控制电压，以使所述第n层热电片的传热功率最大；当所述第n输入单元接收加热模式下的控制电压时，第n正向单元将加热模式下的控制电压分配为与第n正向单元匹配的，加热模式下的分配电压，通过所述第n功率放大器放大加热模式下的分配电压，以使所述第n层热电片的传热功率最小。

于本发明的一实施例中，n大于等于3时，所述n个电压分配子组件还包括：分别与所述第一电压分配子组件和第n电压分配子组件并列的第二/第三/…/第n-1电压分配子组件，分别与所述第二/第三/…/第n-1层热电片对应，且与所述第二/第三/…/第n-1功率放大器连接；所述第二/第三/…/第n-1电压分配子组件包括第二/第三/…/第n-1输入单元，第二/第三/…/第n-1正向单元和与第二/第三/…/第n-1正向单元并联的第二/第三/…/第n-1负向单元；当所述第二/第三/…/第n-1输入单元接收加热模式下的控制电压时，所述第二/第三/…/第n-1负向单元截止由加热模式下的控制电压所产生的电流，所述第二/第三/…/第n-1正向单元将加热模式下的控制电压分配为与所述第二/第三/…/第n-1层热电片匹配的，加热模式下的分配电压，通过所述第二/第三/…/第n-1功率放大器放大加热模式下的分配电压，以使所述第二/第三/…/第n-1层热电片的传热功率逐层递减；当所述第二/第三/…/第n-1输入单元接收制冷模式下的控制电压时，所述第二/第三/…/第n-1正向单元截止由制冷模式下的控制电压所产生的电流，所述第二/第三/…/第n-1负向单元将制冷模式下的控制电压分配为与所述第二/第三/…/第n-1层热电片匹配的，制冷模式下的分配电压，通过所述第二/第三/…/第n-1功率放大器放大，以使所述第二/第三/…/第n-1层热电片的传热功率逐层递增。

于本发明的一实施例中，所述第二正向单元，…，第n-1正向单元，第n正向单元为非线性电子元件，且所述第二正向单元，…，第n-1正向单元，第n正向单元的阻抗值依次递减；所述第一负向单元，第二负向单元，…，第n-1负向单元为非线性电子元件，且所述第一负向单元，第二负向单元，…，第n-1负向单元的阻抗值依次递增。

于本发明的一实施例中，所述第二正向单元，…，第n-1正向单元，第n正向单元分别包括电阻，与该电阻连接的正向导通的二极管；所述第二正向单元，…，第n-1正向单元，第n正向单元中电阻的阻值依次递减；所述第一负向单元，第二负向单元，…，第n-1负向单元包括电阻，与该电阻连接的负向导通的二极管；所述第一负向单元，第二负向单元，…，第n-1负向单元中电阻的阻值依次递增。

于本发明的一实施例中，在所述加热/制冷模式的切换装置需对所述目标物加热时，所述控制电压产生组件输出的加热模式下的控制电压为正向控制电压；在所述加热/制冷模式的切换装置需对所述目标物制冷时，所述控制电压产生组件输出的制冷模式下的控制电压为负向控制电压。

如上所述，本发明的加热/制冷模式的切换装置，具有以下有益效果：

所述加热/制冷模式的切换装置可以实现较高的加热、制冷效率，同时使得加热和制冷过程可以连续地、无缝地切换。

附图说明

图1显示为本发明应用于一目标物上的加热/制冷模式的切换装置的原理结构示意图。

图2显示为本发明的加热/制冷模式的切换装置一具体实施方式结构示意图。

元件标号说明

1加热/制冷模式的切换装置

11控制电压产生组件

12电压分配组件

13功率放大器

14热电片组件

15散热器

121第一电压分配子组件

122第二电压分配子组件

123第三电压分配子组件

124第四电压分配子组件

……

12n第n电压分配子组件

131第一功率放大器

132第二功率放大器

133第三功率放大器

134第四功率放大器

……

13n第n功率放大器

141第一层热电片组件

142第二层热电片组件

143第三层热电片组件

144第四层热电片组件

……

14n第n层热电片组件

121a第一输入单元

122a第二输入单元

……

12na第n输入单元

122b第二正向单元

……

12nb第n正向单元

121c第一负向单元

12(n-1)c第n-1负向单元

2目标物

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的加热/制冷模式的切换装置利用由位于内层的目标物至外层设置依次叠放且贴合在一起的多片热电片。在需要对目标物制冷时，在热电片上施加的电压应由内向外依次递增，以确保外层热电片足以传出内层所产生和传递的总热量；在需要对目标物加热时，在多片热电片上施加的电压应由内向外依次递减，以避免外层热电片温度增高，从而提高加热效率。

本实施例提供一种加热/制冷模式的切换装置，其特征在于，用于对与所述控制装置贴合的目标物加热或制冷；所述加热/制冷模式的切换装置包括：

电压分配组件，包括n个并列的电压分配子组件，用于在接收到一控制电压产生组件输出的控制电压后，将所述控制电压分配为与每个电压分配子组件匹配的分配电压；其中，所述控制电压包括加热模式下的控制电压和制冷模式下的控制电压；所述分配电压包括加热模式下的分配电压和制冷模式下的分配电压；

热电片组件，包括n层热电片，与n个电压分配子组件一一对应连接，用于在所述加热模式下的分配电压的驱动下，将产生的热量逐层传入所述目标物；或在所述制冷模式下的分配电压的驱动下，将所述目标物所处环境中的热量逐层传导出去；其中，n为大于等于3的正整数。

以下将结合图示对本实施例所提供的加热/制冷模式的切换装置进行详细描述。请参阅图1，显示为应用于一目标物上的加热/制冷模式的切换装置的原理结构示意图。本实施例所述的加热/制冷模式的切换装置1用于对与所述控制装置贴合的目标物2加热或制冷。如图1所示，所述加热/制冷模式的切换装置1包括供电组件11、电压分配组件12、功率放大器13、热电片组件14、及散热器15。其中，所述电压分配组件12包括n个并列的电压分配子组件121～12n，即第一电压分配子组件121，第二电压分配子组件122，…，第n电压分配子组件12n；所述功率放大器13为分别与n个电压分配子组件121～12n一一对应连接的第一功率放大器131，第二功率放大器132，…，第n功率放大器13n，以放大所述加热模式下的分配电压或所述制冷模式下的分配电压。每个功率放大器包括一个输入端和两个输出端；所述功率放大器的两个输出端与对应的热电片的两端连接，所述功率放大器的输入端与对应的电压分配子组件连接。在本实施例中，所述功率放大器由d类放大器构成。热电片组件14包括贴近所述目标物的第一层热电片组件141，与所述第一层热电片组件141叠放且贴合的第二层热电片组件142，…，与第n-1层热电片组件14(n-1)叠放且贴合的第n层热电片组件14n。所述散热器15与所述第n层热电片组件14n贴合。在本实施例中，所述散热器15包括均热板、散热片和风扇，用以将所述n层热电片逐层传入或逐层传导的热量与外界环境进行交换。

所述控制电压产生组件11用于输出控制电压。所述控制电压是加热/制冷模式的切换装置1的输入信号，控制电压的正负极性决定组件加热或是制冷，控制电压值的大小决定加热/制冷模式的切换装置1整体的加热、制冷强度。在本实施例中，所述控制电压包括加热模式下的控制电压和制冷模式下的控制电压；在所述加热/制冷模式的切换装置1需对所述目标物加热时，所述控制电压产生组件11输出正向控制电压。在所述加热/制冷模式的切换装置1需对所述目标物制冷时，所述控制电压产生组件输出负向控制电压。

与所述控制电压产生组件11连接，n个并列的电压分配子组件121～12n用于在接收到所述控制电压产生组件11输出的控制电压后，将所述控制电压分配为与每个电压分配子组件匹配的分配电压。所述电压分配组件对控制电压产生组件11输出的控制电压进行非线性分配处理，使外层热电片制冷电压值较高、加热电压值较低；内层热电片制冷电压值较低、加热电压值较高；中层热电片制冷电压、加热电压值居中。对于由负至正的控制电压，非线性分配电路的响应是连续的，以便实现加热和制冷过程的连续、无缝切换。

所述第一电压分配子组件121与所述第一层热电片141对应，且与所述第一功率放大器131连接。具体地，所述第一电压分配子组件121与所述第一功率放大器131的输入端连接。在本实施例中，所述第一电压分配子组件121包括第一输入单元121a和第一负向单元121c。当所述第一输入单元121a接收制冷模式下的控制电压时，所述第一负向单元121c将制冷模式下的控制电压分配为与第一负向单元匹配的，制冷模式下的分配电压，通过所述第一功率放大器131放大与第一负向单元匹配的，制冷模式下的分配电压，以驱动所述第一层热电片141，以使所述第一层热电片141的传热功率最小；当所述第一输入单元121a接收加热模式下的控制电压时，所述第一负向单元121c截止所述加热模式下的控制电压所产生的电流，并分得所述加热模式下的控制电压，通过所述第一功率放大器131放大加热模式下的控制电压，以驱动所述第一层热电片141，以使所述第一层热电片141的传热功率最大。

分别与所述第一电压分配子组件141和第n电压分配子组件14n并列的第二电压分配子组件122/第三电压分配子组件123/…/第n-1电压分配子组件12(n-1)，分别与所述第二热电片142/第三热电片143/…/第n-1层热电片14(n-1)对应，且与所述第二功率放大器132/第三功率放大器133/…/第n-1功率放大器13(n-1)连接。具体地，所述第二电压分配子组件122与所述第二层热电片142对应，且与所述第二功率放大器132连接，具体地，所述第二电压分配子组件122与所述第二功率放大器132的输入端连接。所述第三电压分配子组件123与所述第三层热电片143对应，且与所述第三功率放大器133连接，具体地，所述第三电压分配子组件123与所述第三功率放大器133的输入端连接。…。所述第n-1电压分配子组件12(n-1)与所述第n-1层热电片14(n-1)对应，且与所述第n-1功率放大器13(n-1)连接，具体地，所述第n-1电压分配子组件12(n-1)与所述第n-1功率放大器13(n-1)的输入端连接。

在本实施例中，所述第二电压分配子组件122/第三电压分配子组件123/…/第n-1电压分配子组件12(n-1)包括第二输入单元122a/第三输入单元123a/…/第n-1输入单元12(n-1)a，第二正向单元122b/第三正向单元123b/…/第n-1正向单元12(n-1)b和与第二正向单元122b/第三正向单元123b/…/第n-1正向单元12(n-1)b并联的第二负向单元122c/第三负向单元123c/…/第n-1负向单元12(n-1)c；当所述第二/第三/…/第n-1输入单元接收加热模式下的控制电压时，所述第二/第三/…/第n-1负向单元截止加热模式下的控制电压所产生的电流，并分得加热模式下的控制电压，所述第二/第三/…/第n-1正向单元将加热模式下的控制电压分配为与所述第二/第三/…/第n-1层热电片匹配的，加热模式下的分配电压，通过所述第二/第三/…/第n-1功率放大器放大加热模式下的分配电压，以使所述第二/第三/…/第n-1层热电片的传热功率逐层递减；当所述第二/第三/…/第n-1输入单元接收制冷模式下的控制电压时，所述第二/第三/…/第n-1正向单元截止由制冷模式下的控制电压所产生的电流，所述第二/第三/…/第n-1负向单元将制冷模式下的控制电压分配为与所述第二/第三/…/第n-1层热电片匹配的，制冷模式下的分配电压，通过第二/第三/…/第n-1功率放大器放大制冷模式下的分配电压，以使所述第二/第三/…/第n-1层热电片的传热功率逐层递增。

与所述第一电压分配子组件121/第二电压分配子组件122/第三电压分配子组件123/…/第n-1电压分配子组件12(n-1)并列的第n电压分配子组件12n，与所述第n层热电片14n对应，且与所述第n功率放大器13n连接。具体地，所述第n电压分配子组件12n与所述第n功率放大器13n的输出端连接。所述第n电压分配子组件12n包括第n输入单元121n和第n正向单元12nb；当所述第n输入单元121n接收制冷模式下的控制电压时，所述第n正向单元12nb截止所述制冷模式下的控制电压所产生的电流，并分得所述制冷模式下的控制电压，所述第n功率放大器放大制冷模式下的控制电压，以使所述第n层热电片14n的传热功率最大；当所述第n输入单元121n接收加热模式下的控制电压时，第n正向单元12nb将加热模式下的控制电压分配为与第n正向单元12nb匹配的，加热模式下的分配电压，通过第n功率放大器放大加热模式下的分配电压，以使所述第n层热电片14n的传热功率最小。

在本实施例中，所述第二正向单元122b，…，第n-1正向单元12(n-1)b，第n正向单元12nb为非线性电子元件，且所述第二正向单元122b，…，第n-1正向单元12(n-1)b，第n正向单元12nb的阻抗值依次递减；所述第一负向单元121c，第二负向单元122c，…，第n-1负向单元12(n-1)c为非线性电子元件，且所述第一负向单元121c，第二负向单元122c，…，第n-1负向单元12(n-1)c的阻抗值依次递增。

在本实施例中，n最佳为3或4。请参阅图2，显示为加热/制冷模式的切换装置一具体实施方式结构示意图。如图2所示，所述第一电压分配子组件121中的第一输入单元121a为电阻r1，第一负向单元121c包括电阻r″1和与电阻r″1连接的负向导通的二极管d″1，即r1的一端与控制电压产生组件11的一端相连接，r1的另一端与r″1的一端相连接，r″1的另一端与二极管d″1的负极相连接，二极管d″1的正极接地。所述第二电压分配子组件122中的第二输入单元122a为电阻r2，第二正向单元122b包括电阻r′2和与电阻r′2连接的正相导通的二极管d′2，即r2的一端与控制电压产生组件11的一端相连接，r2的另一端与r′2的一端与相连接，r′2的另一端与二极管d′2的正极相连接，二极管d″2的负极接地；第二负向单元122c包括r″2和与r″2连接的负向导通的二极管d″2，即r2的另一端与r″2的一端与相连接，r″2的另一端与二极管d″2的负,相连接，二极管d″2的正极接地；所述第三电压分配子组件123中的第三输入单元123a为r3，第三正向单元123b包括电阻r′3和与电阻r′3连接的正向导通的二极管d′3，即r3的一端与供电组件11的一端相连接，r3的另一端与r′3的一端与相连接，r′3的另一端与二极管d′3的正极相连接，二极管d′3的负极接地；第三负向单元123c包括电阻r″3和与电阻r″3连接的负向导通的二极管d″3，即r3的另一端与r″3的一端与相连接，r″3的另一端与二极管d″3的负极相连接，二极管d″3的正极接地；所述第四电压分配子组件124的第四输入单元124a为电阻r4，第四正向单元124b包括电阻r′4和与电阻r′4连接的正向导通的二极管d′4，即r4的一端与供电组件11的一端相连接，r4的另一端与r′4的一端与相连接，r′4的另一端与二极管d′4的正极相连接，二极管d′4的负极接地。其中，电阻r′2，r′3，r′4的阻值依次递减；电阻r″1，r″2，r″3的阻值依次递增。

在本实施例中，在对所述目标物加热时，所述控制电压产生组件11输出加热模式下的控制电压时，将所述加热模式下的控制电压分配为与第一，二，三，四电压分配子组件中正向单元匹配的分配电压，与第一电压分配子组件121匹配的分配电压与所述加热模式下的控制电压保持一致；由于第二电压分配子组件122/第三电压分配子组件123/第四电压分配子组件124中的电阻r′2/r″3/r′4阻值依次递减，与第二电压分配子组件122/匹配，与第三电压分配子组件123/的分配电压，与第四电压分配子组件124的分配电压由内向外依次降低(第四电压分配子组件124最大程度的降低)，热电片组件的传热功率自目标物至外界环境逐层递减，以避免最外层热电片124(第四层热电片温度增高)，从而提高加热效率；在对所述目标物制冷时，所述控制电压产生组件11输出制冷模式下的控制电压时，将所述制冷模式下的控制电压分配为与第一，二，三，四电压分配子组件中负向单元匹配的分配电压，与第四电压分配子组件124匹配的分配电压与所述制冷模式下的控制电压保持一致，由于第一电压分配子组件121/第二电压分配子组件122/第三电压分配子组件123/中的电阻r″1/r″2/r″3的阻值依次递增，以确保外层热电平足以传导出内层热电平所产生和传递的总热量。

综上所述，本发明所述加热/制冷模式的切换装置可以实现较高的加热、制冷效率，同时使得加热和制冷过程可以连续地、无缝地切换。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。