本發(fā)明涉及tec驅(qū)動(dòng)，特別是涉及一種大功率半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路和方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前商用化半導(dǎo)體制冷器(thermo?electric?cooler，簡寫為tec)驅(qū)動(dòng)芯片基本上負(fù)載電流不超過3a，主要由于tec驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部集成了開關(guān)mosfet(英文全稱為：metal-oxide-semiconductor?field-effect?transistor)，散熱面積有限，較大的負(fù)載電流會(huì)導(dǎo)致芯片過熱從而燒毀器件，所以一般用來驅(qū)動(dòng)小功率tec，如光模塊內(nèi)激光器溫控用tec驅(qū)動(dòng)器等。

2、目前大功率tec驅(qū)動(dòng)電路由于額定工作電流大，往往都超過3a，甚至有超過5a，因此傳統(tǒng)的tec驅(qū)動(dòng)芯片難以滿足需求。

3、鑒于此，克服該現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷是本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何解決傳統(tǒng)的tec驅(qū)動(dòng)芯片難以驅(qū)動(dòng)大功率tec的問題。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提供了一種大功率半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路，包括：控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊以及驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊和所述轉(zhuǎn)換模塊分別與所述控制模塊連接，所述轉(zhuǎn)換模塊與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述半導(dǎo)體制冷器連接；

4、所述控制模塊用于下發(fā)升降壓信號(hào)給所述轉(zhuǎn)換模塊，下發(fā)工作電壓信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)模塊；

5、所述轉(zhuǎn)換模塊用于接收輸入電壓，根據(jù)所述升降壓信號(hào)對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行升壓或者降壓得到輸出電壓，并將所述輸出電壓傳輸給所述驅(qū)動(dòng)模塊；

6、所述驅(qū)動(dòng)模塊用于接收所述輸出電壓，并根據(jù)所述工作電壓信號(hào)將所述輸出電壓傳輸給所述半導(dǎo)體制冷器，以驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行制冷或制熱。

7、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換模塊包括第一橋臂、第二橋臂、輸入電容cin、功率電感l(wèi)1和輸出電容cout；

8、所述輸入電容cin的一端與所述輸入電壓連接，所述輸入電容cin的另一端接地；所述第一橋臂的一端與所述輸入電壓連接，所述第一橋臂的另一端接地；所述第二橋臂的一端與所述輸出電壓連接，所述第二橋臂的另一端接地；

9、所述第一橋臂上的第一分壓點(diǎn)與所述功率電感l(wèi)1的一端連接，所述功率電感l(wèi)1的另一端與所述第二橋臂上的第二分壓點(diǎn)連接；所述控制模塊分別與所述第一橋臂和所述第二橋臂的控制端連接；

10、所述輸出電容cout的一端與所述輸出電壓連接，所述輸出電容cout的另一端接地。

11、優(yōu)選的，所述第一橋臂包括依次連接的開關(guān)q1和開關(guān)q2，所述第二橋臂包括依次連接的開關(guān)q3和開關(guān)q4；所述開關(guān)q1的一端與所述輸入電壓連接，所述開關(guān)q3的一端與輸出電壓連接；所述開關(guān)q1、所述開關(guān)q2、所述開關(guān)q3和所述開關(guān)q4的控制端分別與所述控制模塊連接；

12、在降壓模式下，所述開關(guān)q3導(dǎo)通，所述開關(guān)q4截止，所述開關(guān)q1和所述開關(guān)q2根據(jù)第一預(yù)設(shè)開關(guān)頻率輪流導(dǎo)通，所述輸出電壓vout＝vin*d；

13、在升壓模式下，所述開關(guān)q1導(dǎo)通，所述開關(guān)q2截止，所述開關(guān)q3和所述開關(guān)q4根據(jù)第二預(yù)設(shè)開關(guān)頻率輪流導(dǎo)通，所述輸出電壓vout＝vin/(1-d)，其中d為所述轉(zhuǎn)換電路的有效電平的占空比，vin為所述輸入電壓。

14、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括開關(guān)q5、開關(guān)q6、開關(guān)q7和開關(guān)q8；所述開關(guān)q5的一端與所述輸出電壓連接，所述開關(guān)q5的另一端與所述開關(guān)q6的一端連接，所述開關(guān)q6的另一端接地；所述開關(guān)q7的一端與所述輸出電壓連接，所述開關(guān)q7的另一端與所述開關(guān)q8的一端連接，所述開關(guān)q8的另一端接地；

15、所述開關(guān)q5和所述開關(guān)q6之間的第三分壓點(diǎn)與所述半導(dǎo)體制冷器的一端連接，所述半導(dǎo)體制冷器的另一端與所述開關(guān)q7和所述開關(guān)q8之間的第四分壓點(diǎn)連接；

16、所述開關(guān)q5、所述開關(guān)q6、所述開關(guān)q7和所述開關(guān)q8的控制端分別與所述控制模塊連接；

17、當(dāng)所述開關(guān)q5和所述開關(guān)q8導(dǎo)通，所述開關(guān)q6和所述開關(guān)q7截止時(shí)，為所述半導(dǎo)體制冷器提供第一方向的驅(qū)動(dòng)電流；當(dāng)所述開關(guān)q6和所述開關(guān)q7導(dǎo)通，所述開關(guān)q5和所述開關(guān)q8截止時(shí)，為所述半導(dǎo)體制冷器提供第二方向的驅(qū)動(dòng)電流，其中，所述第一方向和所述第二方向相反。

18、優(yōu)選的，還包括電流監(jiān)測(cè)保護(hù)模塊，所述電流監(jiān)測(cè)保護(hù)模塊包括依次連接的采集放大單元、比較單元和判斷單元；所述控制模塊分別與所述比較單元以及所述判斷單元連接；所述判斷單元與所述轉(zhuǎn)換模塊中各個(gè)開關(guān)的控制端連接；

19、所述采集放大單元用于將所述輸出電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行放大，以得到采樣電壓；所述比較單元用于對(duì)所述采樣電壓與所述控制模塊發(fā)出的參考電壓進(jìn)行比較，以得到過流指示信號(hào)；

20、所述判斷單元用于根據(jù)所述過流指示信號(hào)控制所述轉(zhuǎn)換模塊中每個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，以將所述輸入電壓進(jìn)行升壓或者降壓。

21、優(yōu)選的，所述采集放大單元包括采樣電阻rs和放大器a1，所述比較單元包括比較器a2，所述判斷單元包括邏輯門電路以及驅(qū)動(dòng)電路；

22、所述采樣電阻rs的一端與輸出電壓連接，所述采樣電阻rs的另一端與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接；所述放大器a1的正向輸入端與所述采樣電阻rs的一端連接，所述放大器a1的反向輸入端與所述采樣電阻rs的另一端連接；

23、所述放大器a1的輸出端與所述比較器a2的正向輸入端連接，所述比較器a2的反向輸入端與所述控制模塊連接；

24、所述比較器a2的輸出端分別與所述邏輯門電路中的各個(gè)邏輯門的一個(gè)輸入端以及所述控制模塊連接，所述邏輯門電路中的各個(gè)邏輯門的另一個(gè)輸入端與所述控制模塊連接，所述邏輯門電路中的各個(gè)邏輯門的輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與所述轉(zhuǎn)換模塊中各個(gè)開關(guān)的控制端連接。

25、優(yōu)選的，所述電流監(jiān)測(cè)保護(hù)模塊還包括延時(shí)單元，所述邏輯門電路包括或非門g1以及或非門g2；所述驅(qū)動(dòng)電路包括第一驅(qū)動(dòng)單元、第二驅(qū)動(dòng)單元、第三驅(qū)動(dòng)單元和第四驅(qū)動(dòng)單元；

26、所述比較器a2的輸出端與所述延時(shí)單元的輸入端連接，所述延時(shí)單元的輸出端分別與所述或非門g1和所述或非門g2的一個(gè)輸入端連接；所述或非門g1和所述或非門g2的另一個(gè)輸入端與所述控制模塊連接；

27、所述或非門g1的輸出端與所述第一驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，所述第一驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與所述轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)q1的控制端連接；

28、所述或非門g2的輸出端與所述第二驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，所述第二驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與所述轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)q3的控制端連接；

29、所述第三驅(qū)動(dòng)單元的輸入端與所述控制模塊連接，所述第三驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與所述轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)q2的控制端連接；

30、所述第四驅(qū)動(dòng)單元的輸入端與所述控制模塊連接，所述第四驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與所述轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)q4的控制端連接。

31、優(yōu)選的，所述過流指示信號(hào)還通過所述延時(shí)單元分別傳輸至所述或非門g1和所述或非門g2的一個(gè)輸入端，所述或非門g1和所述或非門g2的另一個(gè)輸入端分別接收所述控制模塊發(fā)出的第一控制信號(hào)和第三控制信號(hào)；所述第三驅(qū)動(dòng)單元接收所述控制模塊發(fā)出的第二控制信號(hào)，以控制所述開關(guān)q2的通斷，所述第四驅(qū)動(dòng)單元接收所述控制模塊發(fā)出的第四控制信號(hào)，以控制開關(guān)q4的通斷；

32、當(dāng)所述過流指示信號(hào)為低電平時(shí)，由所述第一控制信號(hào)控制開關(guān)q1的通斷，由所述第三控制信號(hào)控制所述開關(guān)q3的通斷；

33、當(dāng)所述過流指示信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，所述或非門g1輸出低電平的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述第一驅(qū)動(dòng)單元，以關(guān)斷所述開關(guān)q1；所述或非門g2輸出低電平的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述第二驅(qū)動(dòng)單元，以關(guān)斷所述開關(guān)q3，以斷開所述半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動(dòng)電流。

34、第二方面，提供了一種大功率半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)方法，所述方法實(shí)現(xiàn)于如第一方面所述的大功率半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路中，包括：

35、所述控制模塊下發(fā)升降壓信號(hào)給所述轉(zhuǎn)換模塊，下發(fā)工作電壓信號(hào)給所述驅(qū)動(dòng)模塊；

36、所述轉(zhuǎn)換模塊接收輸入電壓，根據(jù)所述升降壓信號(hào)對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行升壓或者降壓得到輸出電壓，并將所述輸出電壓傳輸給所述驅(qū)動(dòng)模塊；

37、所述驅(qū)動(dòng)模塊接收所述輸出電壓，并根據(jù)所述工作電壓信號(hào)將所述輸出電壓傳輸給所述半導(dǎo)體制冷器，以驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行制冷或制熱。

38、優(yōu)選的，所述大功率半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)方法還包括：

39、獲取與所述半導(dǎo)體制冷器串聯(lián)的采樣電阻兩端的壓降，并對(duì)所述壓降進(jìn)行放大以得到采樣電壓；

40、當(dāng)所述采樣電壓超過設(shè)定閾值時(shí)，過流指示信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，延時(shí)單元對(duì)所述過流指示信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，以輸出高電平的延時(shí)信號(hào)；

41、或非門g1根據(jù)高電平的延時(shí)信號(hào)輸出低電平的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元，以關(guān)閉開關(guān)q1；

42、或非門g2根據(jù)高電平的延時(shí)信號(hào)輸出低電平的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)單元，以關(guān)閉開關(guān)q3；

43、當(dāng)所述采樣電壓低于設(shè)定閾值后，所述過流指示信號(hào)翻轉(zhuǎn)為低電平，所述延時(shí)單元用于將低電平的過流指示信號(hào)的下降沿延時(shí)，以使所述開關(guān)q1和所述開關(guān)q3關(guān)斷預(yù)設(shè)時(shí)間；當(dāng)所述開關(guān)q1和所述開關(guān)q3關(guān)斷預(yù)設(shè)時(shí)間過后，所述延時(shí)單元重新輸出低電平的延時(shí)信號(hào)，由所述第一控制信號(hào)控制所述開關(guān)q1的通斷，由所述第三控制信號(hào)控制所述開關(guān)q3的通斷。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

45、本發(fā)明采用分立器件構(gòu)成轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大功率半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動(dòng)。由于在分立方案下的散熱面積更大，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的tec驅(qū)動(dòng)芯片方案下較小的封裝散熱面積，在同樣的半導(dǎo)體材料最高結(jié)溫的限制下，分立方案可以承受更大的電流與功耗；本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的tec驅(qū)動(dòng)芯片可以對(duì)轉(zhuǎn)換模塊中的功率器件進(jìn)行靈活選型，以為半導(dǎo)體制冷器提供超過5a的負(fù)載電流。

46、同時(shí)，采用驅(qū)動(dòng)模塊靈活控制半導(dǎo)體制冷器的上電流的方向分別進(jìn)行加熱和制冷，實(shí)現(xiàn)了大功率半導(dǎo)體制冷器的驅(qū)動(dòng)功能，完成了大功率tec驅(qū)動(dòng)電路架構(gòu)的搭建，彌補(bǔ)了業(yè)界當(dāng)前該功能電路架構(gòu)的缺失。