一种热电直流变压器制造技术

本发明专利技术公开一种热电直流变压器，包括初级回路及次级回路；初级回路包括发热半导体电臂，发热半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，发热半导体电臂与电源连接产生热量；次级回路包括吸热发电半导体电臂，吸热发电半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，吸热发电半导体电臂与发热半导体电臂绝缘导热连接，吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段吸热转换为电能并输出。本发明专利技术基于非均匀掺杂半导体的热电转换实现变压输出，其结构简单，且热电转换效率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体热电转换
，尤其是指一种热电直流变压器。
技术介绍
现有技术中，变压器一般包括磁芯线圈变压器及PWM方式的DC/DC变压器两种。其都需要借助交变电流或脉冲电流，以变化的电流为基础，无法实现恒温直流条件下的直接电压变换。所述以变化电流为基础的变压器，其输出电流需要经过整流、滤波等，然后输出波形较为平直的稳态电流，然而，其输出仍然存在微幅波动。而且，所述磁芯变压器体积大，重量大，耗材多；而DC/DC变压器需要配合相应的电容、电感元件，电路比较复杂，不适宜大功率场合，开关频率较高，电磁干扰比较严重。有鉴于此，本专利技术基于非均匀掺杂半导体的热电转换装置，本身既可以实现电能→热能的转换，也可以实现热能→电能的转换，两者相结合，可以实现电功率的转移，进而实现输入、输出端电压的调控转变，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热电直流变压器，基于非均匀掺杂半导体的热电转换实现变压输出，其结构简单，且热电转换效率较高。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种热电直流变压器，包括初级回路及次级回路；初级回路包括发热半导体电臂，发热半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，发热半导体电臂与电源连接产生热量；次级回路包括吸热发电半导体电臂，吸热发电半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，吸热发电半导体电臂与发热半导体电臂绝缘导热连接，吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段吸热转换为电能并输出。进一步，发热半导体电臂的直流电阻值与初级回路中其它电路部分的等效直流电阻值之比大于等于4。进一步，发热半导体电臂与吸热发电半导体电臂靠近隔开或经绝缘导热介质间隔开之后相互贴合形成热连接，相互贴合的形式包括相互层叠，或相互扭转，或相互卷绕，或相互靠近；发热半导体电臂和吸热半导体电臂沿工作电流方向的分布形状包括直线、弧线、折线、圆形、椭圆形、盘绕的螺旋线形状。进一步，发热半导体电臂与吸热发电半导体电臂外围包覆隔热层，同时，发热半导体电臂与吸热发电半导体电臂绝缘导热连接处也包覆隔热层。进一步，隔热层内部填充电绝缘导热材料；绝缘导热材料是固体，或液体，或半流动的胶体。进一步，发热半导体电臂故意非均匀掺杂段沿宏观电流矢量正方向半导体属性从P到N或从N-到N+，或从P+到P-单调变化的半导体属性分布；吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段沿宏观电流矢量正方向半导体属性从N到P或从N+到N-，或从P-到P+单调变化的半导体属性分布。进一步，与同一个发热半导体电臂进行绝缘导热连接的半导体电臂配置为相互层叠的两层或两层以上；各层半导体电臂之间实现电绝缘的热连接；各层半导体电臂全部或部分进行电连接之后输出；更靠近发热半导体的前一层吸热发电半导体电臂在工作过程中的全部或部分放热部位，与更远离发热半导体方向的另一侧的绝缘导热介质接触。进一步，发热半导体电臂和吸热发电半导体电臂与二者之间的绝缘导热介质连接的接触表面为平整面，或者为锯齿状，或者为梳妆，或者为凹凸形状的相互契合的结构；层叠的相邻层吸热发电半导体电臂与它们之间的绝缘导热介质连接的接触表面为平整面，或者为锯齿状，或者为梳妆，或者为凹凸形状的相互契合的结构。进一步，通过控制初级回路中发热半导体电臂的基础掺杂浓度，以及控制各非均匀掺杂段单位长度内杂质浓度沿电流矢量方向的变化率，使得在次级输出开路状态下，初级输入电流大小稳定之后，变压器内部发热半导体表面某个参考位置的温度与预设温度的偏差≤±100℃。进一步，通过控制次级回路中吸热发电半导体电臂的基础掺杂浓度，以及控制各非均匀掺杂段单位长度内杂质浓度沿电流矢量方向的变化率，使得在输出开路状态下，初级输入电流大小稳定之后，输出开路电压Uo(c)与初级电源电压Ui之间的比值等于预设变压比N，或者Uo(c)/Ui的比值与N的误差范围≤±30％；在最大额定输出功率条件下，初级输入电流大小稳定之后，次级输出电压Uo(s)与初级电源电压Ui之间的比值等于预设变压比N，或者Uo(s)/Ui的比值与N的误差范围≤±30％。进一步，设工作过程中，初级回路电源电压恒定为Ui，变压器隔热层内部某一固定测温点处于额定工作温度范围内任意某个T0温度时，扣除导线电阻损耗之后，实际加载在所有发热半导体电臂两端的实际输入电压为Usi(T0)，次级回路吸热发电半导体的总输出电压为Uso(T0)，该温度条件下变压器变压比为当负载阻抗变化导致该测温点的温度分别处于T0+dT和T0-dT时，初级发热半导体两端实际输入电压的对应波动幅度的绝对值|Usi(T0+dT)-Usi(T0-dT)|，大于等于次级输出电压的对应波动幅度绝对值的倍， | Usi ( T 0 + dT ) - Usi ( T 0 - dT ) | ≥ 1 N ( T 0 ) ]]> * [ | Uso ( T 0 + dT ) - Uso ( T 0 - dT ) | ] ; ]]>其中所述的|dT|≤10℃。进一步，变压器内部有一个或更多个独立的次级回路；每一个独立回路都配置各自的吸热发电半导体和相应的输出引线，对应相同或不同的输出电压变压比；某一个或某多个次级回路中有多个吸热发电半导体串联，引线从某一个或某多个不同半导体端部位置抽头引出，对应不同的输出电压变压比。采用上述方案后，本专利技术发热半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，连接电源后产生热量，而吸热发电半导体电臂与发热半导体电臂绝缘导热连接，吸热发电半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段吸热转换为电能并输出。本专利技术基于非均匀掺杂半导体的热电转换实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电直流变压器，其特征在于：包括初级回路及次级回路；初级回路包括发热半导体电臂，发热半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，发热半导体电臂与电源连接产生热量；次级回路包括吸热发电半导体电臂，吸热发电半导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，吸热发电半导体电臂与发热半导体电臂绝缘导热连接，吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段吸热转换为电能并输出。

【技术特征摘要】
1.一种热电直流变压器，其特征在于：包括初级回路及次级回
路；初级回路包括发热半导体电臂，发热半导体电臂设置至少一段故
意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，发热半导体电臂与
电源连接产生热量；次级回路包括吸热发电半导体电臂，吸热发电半
导体电臂设置至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性
分布，吸热发电半导体电臂与发热半导体电臂绝缘导热连接，吸热发
电半导体电臂的故意非均匀掺杂段吸热转换为电能并输出。
2.如权利要求1所述的一种热电直流变压器，其特征在于：发
热半导体电臂的直流电阻值与初级回路中其它电路部分的等效直流
电阻值之比大于等于4。
3.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
发热半导体电臂与吸热发电半导体电臂靠近隔开或经绝缘导热介质
间隔开之后相互贴合形成热连接，相互贴合的形式包括相互层叠，或
相互扭转，或相互卷绕，或相互靠近；发热半导体电臂和吸热半导体
电臂沿工作电流方向的分布形状包括直线、弧线、折线、圆形、椭圆
形、盘绕的螺旋线形状。
4.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
发热半导体电臂与吸热发电半导体电臂外围包覆隔热层，同时，发热
半导体电臂与吸热发电半导体电臂绝缘导热连接处也包覆隔热层。
5.如权利要求4所述的一种热电直流变压器，其特征在于：隔
热层内部填充电绝缘导热材料；绝缘导热材料是固体，或液体，或半
流动的胶体。
6.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
发热半导体电臂故意非均匀掺杂段沿宏观电流矢量正方向半导体属

\t性从P到N或从N-到N+，或从P+到P-单调变化的半导体属性分布；
吸热发电半导体电臂的故意非均匀掺杂段沿宏观电流矢量正方向半
导体属性从N到P或从N+到N-，或从P-到P+单调变化的半导体属性
分布。
7.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
与同一个发热半导体电臂进行绝缘导热连接的半导体电臂配置为相
互层叠的两层或两层以上；各层半导体电臂之间实现电绝缘的热连
接；各层半导体电臂全部或部分进行电连接之后输出；更靠近发热半
导体的前一层吸热发电半导体电臂在工作过程中的全部或部分放热
部位，与更远离发热半导体方向的另一侧的绝缘导热介质接触。
8.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
发热半导体电臂和吸热发电半导体电臂与二者之间的绝缘导热介质
连接的接触表面为平整面，或者为锯齿状，或者为梳妆，或者为凹凸
形状的相互契合的结构；层叠的相邻层吸热发电半导体电臂与它们之
间的绝缘导热介质连接的接触表面为平整面，或者为锯齿状，或者为
梳妆，或者为凹凸形状的相互契合的结构。
9.如权利要求1或2所述的一种热电直流变压器，其特征在于：
通过控制初级回路中发热半导体电臂的基础掺杂浓度，以及控制各非
均匀掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶磊，
申请(专利权)人：厦门兰智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35