Thermoelectric cooler is a device that transfers heat by using electrical energy with Peltier effect. Thermoelectric cooler can be applied to many application due to its rapid change of temperature and ability to set certain degree of temperature by controlling the amount of current flow. Conventional thermoelectric cooler, however, has limit in its application variety since its operation is restricted with heating up or cooling down just one plate.
If there is a system that divides a thermoelectric cooler to numerous small thermoelectric coolers and controls each of them independently and simultaneously, it is possible to make various thermal expression in two dimensional plane and used in multiple applications. Since thermoelectric device is current-driven device, as the number of small thermoelectric cooler to control increases, amount of required current increases, resulting overcurrent issue. Also because small thermoelectric device has low resistance, power dissipation problem occurs with parasitic resistance.
In this study, a system of controlling multiple thermoelectric coolers in two-dimensional array independently and simultaneously is developed by using bypass circuit to prevent overflowing current and low on-resistance power switch to minimize power dissipation. Finally, a cane-shape blind assisting equipment for object detection is fabricated by attaching the developed two dimensional thermal expression method on the handle of white cane and use it to explain the position and distance of objects around the user.
열전 냉각 소자는 팰티어 효과를 이용하여 전기 에너지로 열에너지를 이동시키는 소자로 국부적인 부위를 급속도로 냉각시키거나 가열할 수 있고, 전류 값만을 조절하여 온도를 조절할 수 있어, 온도 변화를 이용한 다양한 응용 장치에 적용될 수 있다. 그러나 상용 열전 소자는 동작 시 소자 전면적을 동일한 온도로 가열하거나 냉각하시는 단순한 구동 밖에 할 수 없어 도입 가능한 어플리케이션에 한계가 있다.
열전 소자를 다수의 소형 열전 소자로 나누어 각 소형 열전 소자들이 독립적으로 구동하는 시스템을 제작한다면 하나의 소자를 이용하여 이차원 평면에서의 다양한 온도 제어가 가능하며 이를 통해 다양한 어플리케이션에 활용될 수 있다. 그러나 열전 소자는 전류로 구동되는 장치이므로 소형 열전 소자의 수의 증가에 따라 소비 전류 또한 비례하여 증가하여 과전류 문제를 직면하게 되고, 소형 열전 소자의 저항 값이 작아 전력 손실 문제가 발생하게 된다.
본 연구에서는 저저항 전원 스위치 소자들을 이용한 우회로 설계를 통해 소량의 전류로 전력 소산을 최소화하여 다수의 열전 소자를 독립적으로 구동하는 시스템을 개발하였으며, 위 기술을 시각 장애인용 지팡이의 손잡이에 도입하여 물체의 위치와 거리를 지팡이 손잡이의 이차원 온도 제어를 통해 맹인에게 정보를 전달하는 지팡이 어플리케이션을 제작하였다.
