用于多个负载的共享开关制造技术

电路、方法、以及系统针对用开关来控制去往多个负载的电流的量和极性，其中这些负载共享开关组件。负载可以是热电元件，其基于开关的状态加热或冷却。这些开关在工作周期期间可以在单个模式下运行或者在工作周期期间在多个相继模式下运行以达成对负载的全控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多个负载的共享开关祖旦 冃尿本专利技术一般涉及热设备，且尤其涉及有多个热电负载的热设备。 使用热设备来控制样本可驻留其中的环境的温度。例如， 一类热设备是能调节诸如聚合酶链式反应(PCR)之类的生物或化学反应的温度的热循环仪。 在一些反应中，温度必须按离散的预编程步骤来升高或降低。由此，这些设备 必须能够冷却或加热样本。为了提供加热或冷却， 一些热设备使用热电冷却。热电冷却器或热泵使用 Peltier (珀尔帖)效应来创建两种不同类型的材料的结之间的热通量。Peltier 效应在电流经过在两个结(Peltier结)处彼此连接的两种相异金属或半导体 (n型和p型)时发生。所施加的电流驱动热从一个结传递到另一个，从 而冷却一个结同时另一个加热。热传递的方向由所施加的电流的极性或方 向控制；逆转极性改变所吸收/释放的热的符号。热梯度与通过该设备的电 流的量成比例。一些热循环仪装备有多个板和/或井以允许同时进行若干不同反应。 一些 装置还具有梯度功能，其允许在板的不同部分有不同温度。这两种配置都能利用多个Peltier结或负载，它们还可用于帮助达成温度均匀性。为了提供两种极性的电流，热电设备采用众多功率组件来控制电流的流动。在任何类型的放大器设计中，功率组件典型地是最昂贵的组件。此外，功率组件的数目随着具有多个热电(Peltier)负载而增加。相应地，在最小化功率组件数目的同时提供用于控制去往多个负载的电流的电路、方法、以及系统是可取的。概述因此，本专利技术的实施例提供涉及用于向具有共享开关组件的多个负载的设 备提供全电流控制的电路、方法、和系统。在本专利技术的一个示例性实施例中，电路具有N+1个半桥，其每一个具有 第一开关和第二开关以及中心抽头。该电路还具有N个通道，其中N是大于2的整数。每个通道如此使得第K通道包括负载、与第K半桥的中心抽头耦合 的第一端、以及与第(K+l)半桥的中心抽头耦合的第二端。每个通道的负载 可包括热电元件。可以在任何时间断开或闭合这些半桥的开关以形成一开关状 态。这些半桥的开关的状态决定电流是否流经每个通道以及电流的极性。在此， K是从1到N的整数。在一个实施例中，每个半桥的第一开关与第一电势耦合，并且每个半桥的 第二开关与第二电势耦合。这些半桥的每个开关可以包括晶体管。晶体管在反 电流方向上可以由二极管动作来保护。晶体管可以是许多类型的，包括金属氧 化物半导体场效应晶体管。在另一个实施例中，每个通道包括可充电电路。该 可充电电路可以包括电感器。在又一个实施例中，该电路包括用于控制这些半 桥的开关的控制电路。在本专利技术的另一个示例性实施例中，提供用于在第一工作周期期间配置半 桥的开关在第一模式下操作的方法。该方法向这些半桥中的一个的第一开关发 送第一信号以使得第一开关在第一模式的至少一部分期间处于闭合状态。该方 法还向这些半桥中的第二个的第二开关发送第二信号以使得第二开关在第一 模式的该至少一部分期间处于闭合状态。第一模式的开关配置决定电流是否流 经每个通道并且决定通过活跃通道的电流的极性。当该电路的每个通道都包括 可充电电路时，第一或第二信号可以是脉宽调制信号。在一个实施例中，对第一模式的每个活跃通道的可充电电路充电；在将这 些开关配置成第一模式之后，在第一工作周期期间配置这些半桥的开关以在一 个或更多个附加模式下操作。在后续工作周期期间可以重复配置这些半桥的开 关以在第一模式和后续模式下操作。在另一个实施例中，第一模式对第一通道充电，并且第二模式在第一通道处于空转状态时对第二通道充电。空转状态可以处于接地、正电压、或负电压。 与第一模式期间第一通道中的相同的电流极性可以在第二模式期间当第一通道处于空转状态时继续。第一模式可以用一种极性对一个通道充电，而第二模 式可以用相反极性对该通道充电。第一模式也可以对两个通道充电。在又一个实施例中，在一种模式期间仅对一个通道充电。在这些模式下配 置开关包括以闭合状态提供这些半桥的所有第二开关；断开第一半桥的第二开 关并且闭合其第一开关以在第一模式下操作；断开第K半桥的第二开关并且闭 合其第一开关以在第K模式下操作，其中每种模式具有O或有限持续期；以及 闭合第K半桥的每个第二开关并且断开其每个第一开关以作在第(N+K)模式 下操作。在本专利技术的另一个示例性实施例中，一种系统包括电路和控制该电路的逻 辑。该系统或逻辑可以包括误差电路、A/D和D/A转换器、存储器的存储、振 荡器、以及开关驱动器。参考说明书的其余部分，包括附图和权利要求书，将认识到本专利技术的其他 特征和优点。以下关于附图详细描述本专利技术的进一步特征和优点以及本专利技术的 各种实施例的结构和操作。附图简要说明附图说明图1图解能够发送两种极性的电流通过单个负载或通道的热电设备。 图2图解具有多个通道的热电设备。 图3图解根据本专利技术实施例的具有多个通道的热电设备。 图4图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备的稳态模式下加热 所有通道。图5图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备的稳态模式下冷却 所有通道。图6图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备的稳态模式下加热 两个通道并且冷却一个通道。图7图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备的稳态模式下冷却 两个通道并且加热一个通道。图8A-8D图解根据本专利技术实施例的用于对通道充电和空转的不同开关状态。图9图解根据本专利技术实施例的操作多通道热电设备的时间片方法。图10A-10C图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备时可能发生的3种相继稳态模式。图11A-B图解根据本专利技术实施例的其中一种模式对一个以上通道充电的 稳态模式序列。图12图解根据本专利技术实施例的用于操作多通道热电设备的双遍历方法。 图13A-13C图解根据本专利技术实施例的在操作多通道热电设备时发生的不 同开关状态。图14图解根据本专利技术实施例的系统。专利技术详细说明本专利技术的实施例提供用于控制去往多个负载的电流的量和极性的电路、方 法、和系统。本专利技术的实施例在例如要求两种极性的电流通过负载的热电冷却 器/热泵中有用。 一种极性导致负载在一个方向上传热，而另一极性导致在相反 方向上的热传递。本专利技术的实施例对于PCR热循环仪设备尤其有用。图1示出具有单个负载或热元件110的热电设备100。设备100的顶端连 接到正电压并且底端接地。电压可以在量和符号、以及彼此相比的相对值方面 变化。4个开关Ql-Q4控制通过热元件(TE) 110的电流的极性(方向)。当 开关被接通或即闭合时，电流可行进通过该开关。如果开关被关断或即断开时， 电流将不能行进通过该开关。Ql和Q2形成一个具有中心抽头120的半桥式开关装置。TE 110的端130 与中心抽头120耦合。Q3和Q4形成另一个具有中心抽头140的半桥式开关装 置。TE110的端150与中心抽头140耦合。如本文中所使用的，术语"耦合" 既允许相耦合的两个元件之间有居间电路元件，也允许两个元件之间的直接连 接。这两个半桥一起形成允许电流在任一方向上流经TE 110的全桥。如果Ql 和Q4闭合而Q2和Q3断开，则电流从左向右流动并且TE IIO被加热。更精 确来说，TE IIO传热以使得最接近TE IIO的样本或对象被加热。如果Q2和 Q3闭合而Ql本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：　Ｎ＋１个半桥，其每一个具有第一开关和第二开关以及中心抽头；以及　Ｎ个通道，其中第Ｋ通道包括：　负载；　与第Ｋ半桥的中心抽头耦合的第一端；以及　与第（Ｋ＋１）半桥的中心抽头耦合的第二端，其中所述这些半桥的开关的状态决定电流是否流经每个通道以及所述电流的极性，其中Ｋ和Ｎ是整数，其中Ｎ大于１，并且其中Ｋ从１到Ｎ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA伊凡尼，PE凯恩，DJ凯莉，
申请(专利权)人：生物辐射实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]