CN102082133A - 一种温控散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种温控散热装置，所述装置包括：热板和冷板平行放置；TEC模块位于热板和冷板之间，其热端与热板连接，其冷端与冷板连接；冷板用于接待散热热源；环形热管分别从热板和冷板中穿过；温度检测器用于检测得到冷板的温度值或所述待散热热源附近的环境温度值，作为检测值发送至TEC开关控制单元；TEC开关控制单元用于比较检测值与对应的预设临界温度值的大小，根据比较结果，控制TEC模块开启或关闭。采用本发明实施例，既能延长半导体散热器的使用寿命、又能节约电能。

Description

一种温控散热装置
技术领域
本发明涉及芯片散热领域，特别是涉及一种温控散热装置。
背景技术
目前，半导体制冷器(TEC：Thermo-electronic chip)得到了广泛的应用。TEC是利用半导体材料的帕尔贴效应制成的。
所谓帕尔贴效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。TEC包括若干N型及P型半导体，通过电极连接在一起，上下两侧焊接陶瓷片或金属片，当通有电流时，根据帕尔贴效应，N型及P型半导体的上下面产生温差，由此产生冷端和热端。
参照图1所示，为半导体制冷器的结构示意图。图1所示TEC包括：N型及P型半导体10a、冷端10b、热端10c。
其中，N型及P型半导体10a一般采用重掺杂的N型及P型碲化铋，采用电串联，且并行发热；冷端10b用于与热耗芯片接触；热端10c带一翅片散热器，其上安装有风扇。
当TEC工作时，冷端10b对热耗芯片散热，热端10c的散热器对TEC热端散热，保证TEC正常工作。
发明人在实现本发明的过程中发现，采用TEC对热耗芯片散热时，TEC必须长时间工作，由此导致TEC使用寿命降低，易损坏以致可靠性低；同时，TEC长期工作，消耗电能，不利于节能。
发明内容
本发明提供一种温控散热装置，既能延长半导体散热器的使用寿命、又能节约电能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种温控散热装置，所述装置包括：TEC模块、环形热管、热板、冷板、温度检测器、TEC开关控制单元；
所述热板和冷板平行放置；所述TEC模块位于所述热板和冷板之间，所述TEC模块的热端与所述热板连接，所述TEC模块的冷端与所述冷板连接；所述环形热管分别从所述热板和冷板中穿过；
所述冷板用于接待散热热源；
所述温度检测器用于检测所述冷板的温度值或所述待散热热源附近的环境温度值，作为检测值发送至TEC开关控制单元；
所述TEC开关控制单元用于当所述检测值低于对应的预设临界温度值时，关闭所述TEC模块，以通过所述环形热管的相变传热实现散热；当所述检测值高于或等于对应的预设临界温度值时，开启所述TEC模块，以通过所述TEC模块工作散热。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
与现有技术相比，本发明实施例中，为TEC模块增设环形热管，当温度检测器检测到的检测值低于对应的预设临界温度值时，关闭TEC模块，利用环形热管的相变传热实现散热；当检测值高于或等于对应的预设临界温度值时，开启TEC模块，通过TEC模块工作散热。
由此，能够实现TEC模块的间歇式工作，避免TEC模块长期工作，实现对TEC模块的保护，延长其使用寿命，增加其可靠性；同时，本发明实施例中，在温度较低时，利用环形热管，代替TEC模块，工作，缩短TEC模块，的工作时间，节省电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中半导体制冷器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的温控散热装置正视图；
图3为本发明实施例提供的温控散热装置仰视图；
图4为本发明实施例提供的温控散热装置竖直放置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种温控散热装置，既能延长半导体散热器的使用寿命、又能节约电能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图2和图3，分别为本发明实施例提供的温控散热装置正视图和仰视图。图2所示温控散热装置包括：TEC模块10、环形热管20、热板30、冷板40、温度检测器50、TEC开关控制单元60、以及散热翅片70。
热板30和冷板40平行放置；
TEC模块10位于热板30和冷板40之间，其热端101与热板30连接，其冷端102与冷板40连接；
冷板40用于接待散热热源；具体的，所述待散热热源可以为热耗芯片或发热模块等；
环形热管20分别从所述热板30和冷板40中穿过；环形热管20上设置有冷凝器201和蒸发器202；其中，冷凝器201置于热板30内部，蒸发器202置于冷板40内部；环形热管20的内部充有相变介质，如水或氨水或氟利昂；
具体的，环形热管20内部充有相变介质，当待散热热源温度升高时，其热量传递至冷板40，使得环形热管20位于冷板40内部分温度升高，环形热管20两端产生温差。此时，置于冷板40内部的蒸发器202内液体迅速气化，将热量带向置于热板30内的冷凝器201，经冷凝器201凝结液化后，再流回蒸发器201；如此循环往复，不断地将热量带向温度低的一端，实现散热。
温度检测器50用于实时检测冷板40的温度值或待散热热源附近的环境温度值，并将检测到的检测值传送给TEC开关控制单元60；
具体的，温度检测器50可以和冷板40相接触，实时检测冷板40的温度，作为检测值；温度检测器50也可以放置靠近待散热热源的地方，用于实时检测得到待散热热源附近的环境温度，作为检测值。
TEC开关控制单元60用于将接收到的检测值与对应的预设的临界温度值进行比较，根据比较结果，控制TEC模块10的开启或关闭。
需要说明的是，所述预设临界温度值可以根据实际应用情况具体选择。当温度检测器50的检测方式不同时，其对应的控制TEC模块10的开启或关闭的预设临界温度值取值并不相同。
具体的，当温度检测器50检测到的检测值为冷板40的温度或待散热热源附近环境温度时，其分别对应的预设临界温度值的取值不相同。
具体的，当所述检测值低于对应的预设临界温度值时，切断TEC模块10的电源，关闭TEC模块10，使其停止工作；当所述检测值高于或等于对应的预设临界温度值时，开启TEC模块10。
本发明实施例中，为TEC模块10增设环形热管20，当所述检测值低于对应的预设临界温度值时，说明待散热热源的热量并不是很高，可以关闭TEC模块10，使其停止工作，仅仅利用环形热管20的相变传热实现散热，此时，待散热热源的热量传递至冷板40，使得环形热管20两端产生温差，从而引起环形热管20内部的相变介质自动发生循环相变，实现散热；当检测值高于或等于对应的预设临界温度值时，说明待散热热源的热量较高，仅靠环形热管20实现散热是不够的，此时开启TEC模块10，通过TEC模块10工作散热。
优选地，本发明实施例中，还可以设定：
当所述检测值低于或等于对应的预设临界温度值时，关闭TEC模块10；当所述当前温度值高于对应的预设临界温度值时，开启TEC模块10。
与现有技术相比，本发明实施例中，为TEC模块10增设环形热管20，根据当前温度的高低，选择TEC模块10或环形热管20对待散热热管散热，实现TEC模块的间歇式工作。
由此，能够避免TEC模块10长期工作，实现对TEC模块10的保护，延长其使用寿命，增加其可靠性；同时，本发明实施例中，在温度较低时，利用环形热管20，代替TEC模块10工作，缩短TEC模块10的工作时间，节省电能。
需要说明的是，本发明实施例所述温控散热装置，在设计时，必须保证：在工作时，蒸发器202在重力方向上低于冷凝器201。
优选地，本发明实施例所述装置，还可以在热板30上设置散热翅片70。
具体的，本发明实施例中，可以通过多种途径实现在热板30上设置散热翅片70，例如，散热翅片70可以与热板30一体成型；或，通过导热胶实现散热翅片70与热板30的连接；或，将散热翅片70与热板30焊接在一起。
具体的，本发明实施例中，温度检测器50可以通过有线或无线方式将检测得到的检测值发送至TEC开关控制单元60。
需要说明的是，在实际应用中，TEC模块10可以通过外接电源供电；也可以通过待散热热源的主板电源供电。
当通过外接电源供电时，TEC开关控制单元60可以串接在TEC模块10与外接电源之间，直接根据接收到的检测值，控制TEC模块10与外接电源之间的通或断；也可以具体为外接电源的电源开关，直接根据接收到的检测值，控制外接电源的通或断。
当通过主板电源供电时，TEC开关控制单元60可以具体为该主板电源的开关电路，根据接收到的检测值，控制TEC模块10与主板电源之间的通或断。
值得说明的是，本发明实施例中，如图2所示，所述环形热管20夹在热板30和冷板40两端之间的部分呈U型弯曲。具体的，其U型弯曲内侧面可以呈弧形，也可以呈方形。
本发明实施例所述温控散热装置工作时，需要将其冷板40与待散热热源连接，温度检测器50实时检测冷板40的温度或所述待散热热源附近的环境温度值，并将检测得到的检测值传送至TEC开关控制单元60，控制TEC模块10的开启或关闭。
当温度检测器50检测得到的检测值低于对应的预设的临界温度值时，TEC开关控制单元60关闭TEC模块10，通过环形热管20对待散热热源进行散热；
当温度检测器50检测得到的检测值高于或等于对应的预设的临界温度值时，TEC开关控制单元60开启TEC模块10，通过TEC模块10实现对待散热热源的散热。
本发明实施例的温控散热装置在工作时，可以水平或竖直放置，只需保证其水平或竖直放置时，蒸发器202在重力方向上均低于冷凝器201即可。
下面分别对温控散热器水平放置和竖直放置时的工作原理进行详细介绍：
1)当温控散热器水平放置时，可参照图2。由图2可知，当温控散热装置水平放置时，在重力方向上，蒸发器202低于冷凝器201。
当温度检测器50检测到的温度值低于(或不高于)预先设定的临界温度值时，TEC开关控制单元60关闭TEC模块10。此时，待散热热源的热量向上传递至冷板40，处于冷板40内的环形热管20内部的相变液体受热气化；气化形成的热气体沿环形热管20两侧上升至热板30；热板30通过散热翅片70将热量散发出去进行降温；降温后的相变热气体被设置在热板30内的冷凝器201液化，在重力作用下回流至冷板40中的蒸发器202处。如此循环往复，完成散热。
当温度检测器50检测到的温度值高于(或不低于)预先设定的临界温度值时，TEC开关控制单元60开启TEC模块10。此时，由于TEC模块10的热端101与热板30连接，冷端102与冷板40连接；在TEC模块10作用下，冷端102的温度低于热端101的温度，使得冷板40的温度也要低于热板30的温度，置于冷板40内部的蒸发器202的温度低于置于热板30内部的冷凝器201的温度；此时，环形热管20的散热作用散失，待散热热源的热量完全通过TEC模块10运输至热板30和散热翅片70实现散热，且热端101的热量不扩散至冷端102。
2)当温控散热器竖直放置时，参照图4，为本发明实施例的温控散热装置竖直放置示意图。由图4可知，当温控散热装置竖直放置时，在重力方向上，蒸发器202低于冷凝器201。
当温度检测器50检测到的温度值低于(或不高于)预先设定的临界温度值时，TEC开关控制单元60关闭TEC模块10。此时，待散热热源的热量向上传递至冷板40，处于冷板40内的环形热管20内部的相变液体受热气化；气化形成的热气体上升，沿环形热管20运动至热板30；热板30通过散热翅片70将热量散发出去进行降温；降温后的相变热气体被设置在热板30内的冷凝器201液化，由于冷凝器201位置高于蒸发器202，在重力和虹吸作用下，冷凝后的液体被压回蒸发器202。如此循环往复，完成散热。
当温度检测器50检测到的温度值高于(或不低于)预先设定的临界温度值时，TEC开关控制单元60开启TEC模块10。此时，环形热管20处于失效状态，完全由TEC模块10实现对待散热热源的散热作用。TEC模块10的工作过程与水平放置时相同，不再赘述。
综上所述，本发明实施例所述温控散热装置，当温度检测器50检测到的温度低于对应的预设临界温度值时，TCE模块10停止工作，通过环形热管20实现对待散热热源的散热；只有当前温度过高，致使检测到的温度高于对应的预设临界温度值时，才开启TEC模块10，通过TEC模块10工作，实现散热。
采用本发明实施例，利用环境温度的变化，选择TEC模块10的开启或关闭，实现TEC模块10的间歇式工作，由此能够避免TEC模块10长期工作，实现对TEC模块10的保护，延长其使用寿命，增加其可靠性；同时，本发明实施例中，在温度较低时，利用环形热管20代替TEC模块10工作，缩短TEC模块10的工作时间，节省电能。
以上对本发明所提供的一种温控散热装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种温控散热装置，其特征在于，所述装置包括：TEC模块、环形热管、热板、冷板、温度检测器、TEC开关控制单元；
所述热板和冷板平行放置；所述TEC模块位于所述热板和冷板之间，所述TEC模块的热端与所述热板连接，所述TEC模块的冷端与所述冷板连接；所述环形热管分别从所述热板和冷板中穿过；
所述冷板用于接待散热热源；
所述温度检测器用于检测所述冷板的温度值或所述待散热热源附近的环境温度值，作为检测值发送至TEC开关控制单元；
所述TEC开关控制单元用于当所述检测值低于对应的预设临界温度值时，关闭所述TEC模块，以通过所述环形热管的相变传热实现散热；当所述检测值高于或等于对应的预设临界温度值时，开启所述TEC模块，以通过所述TEC模块工作散热。
2.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述环形热管上设置有冷凝器和蒸发器，其中，所述冷凝器置于所述热板内部，所述蒸发器置于所述冷板内部，所述环形热管的内部充有相变介质。
3.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述装置工作时，所述蒸发器在重力方向上低于所述冷凝器。
4.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述TEC模块通过外接电源或待散热热源的主板电源供电。
5.根据权利要求4所述的温控散热装置，其特征在于，当所述TEC模块通过外接电源供电时，
所述TEC开关控制单元串接在TEC模块与外接电源之间，根据所述比较结果，控制TEC模块与外接电源之间的通或断；
或，
所述TEC开关控制单元具体为外接电源的电源开关，根据所述比较结果，控制外接电源的通或断。
6.根据权利要求4所述的温控散热装置，其特征在于，所述TEC模块通过待散热热源的主板电源供电时，
所述TEC开关控制单元具体为所述主板电源的开关电路，根据所述比较结果，控制TEC模块与主板电源之间的通或断。
7.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述热板上的散热翅片。
8.根据权利要求7所述的温控散热装置，其特征在于，所述散热翅片与所述热板一体成型；
或，所述散热翅片通过导热胶与所述热板连接；
或，所述散热翅片与所述热板焊接在一起。
9.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述温度检测器通过有线或无线方式将检测值发送至TEC开关控制单元。
10.根据权利要求1所述的温控散热装置，其特征在于，所述相变介质具体为水、或氨水、或氟利昂。
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