CN102647893A - 纵向级联式集成恒温散热器模块 - Google Patents

Abstract

本发明纵向级联式集成恒温散热器模块属于电子设备技术领域，结构有：恒温模块(1)、恒温控制电路(2)、热沉(3)、风扇(4)；恒温模块(1)和恒温控制电路(2)固定于热沉(3)的光滑面，风扇(4)固定于热沉(3)带鳍片的一面，恒温模块(1)与恒温控制电路(2)通过电气连接。本发明各部分有机的集成在一起，使恒温散热器的体积更小，安装使用更加方便；在热电制冷器的使用上采用纵向级联的方式，提高了恒温散热器模块恒温端和散热器端间的温差，从而有效的增大控温范围；在工作模式上采用主动散热的方式，利用恒温控制电路驱动热电制冷器将被制冷器件发出的热量受控地抽取出来，从而确保被制冷器件温度的恒定。

Description

纵向级联式集成恒温散热器模块

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种纵向级联式集成恒温散热器模块。

背景技术

随着光通信技术、计算机技术和电子技术的高速发展，精密光、电设备及器件的使用越来越广泛。由温度波动给这些设备和器件的性能带来的不利影响已经成为了不可忽视的问题，例如：温度变化会对半导体激光器的输出特性产生很多不利的影响，随着温度的升高激光器的阈值电流增加、瞬态啁啾变大、调制带宽减小并且中心波长降低。温度波动对电子器件的影响更为严重，随温度的升高三极管集电结反向偏置漏电流会大幅增大，电流放大倍数β也随之增加，BE结间电压减小，管子的功耗增加；对于大功率MOS管来说，当漏极电流一定时，随着温度升高，栅-源电压降低，并且温度对开态电阻的影响很大，温度从25℃升高到125℃时，开态电阻提高近一倍。因此，急需解决对精密光、电设备及器件的恒温度控制问题，使其由温度变化所带来的干扰得到最大程度的抑制。 

传统的用于控制器件温度的散热器都属于被动散热设备，其结构简单，一般由热沉和风扇组成。这种散热器不能够保证被制冷器件的温度恒定，只能控制在极限温度上，且该温度值还会随着被制冷器件发热量的变化而变化，所以，这种传统的被动散热器不能满足上述特定散热条件的需求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服传统的被动散热设备不能够保证被制冷器件的温度恒定，只能控制在极限温度上以及控温平台的冷热端温差不能太大等不足，设计了一种纵向级联式集成恒温散热器模块。 

本发明在结构上采用集成的方式，将热沉、风扇、热电制冷器(TEC)、温度传感器和恒温控制电路有机的结合起来，使恒温散热器的体积更小，安装使用更加方便；本发明在热电制冷器的使用上采用纵向级联的方式，大大提高了恒温散热器模块恒温端和散热器端间的温差，从而有效的增大控温范围；本发明在工 作模式上采用主动散热的方式，利用恒温控制电路驱动热电制冷器将被制冷器件发出的热量受控地抽取出来，从而确保被制冷器件温度的恒定。 

本发明的技术问题通过以下技术方案解决： 

一种纵向级联式集成恒温散热器模块，其结构有恒温模块1、恒温控制电路2、热沉3、风扇4；其中恒温模块1和恒温控制电路2用螺丝固定于热沉3的光滑面，风扇4用螺丝固定于热沉3带鳍片的一面，恒温模块1与温度控制电路2通过电气连接； 

所述的恒温模块1包括：恒温平台11的侧面开孔，直达恒温平台11的重心位置，通过该孔将温度传感器15塞入到恒温平台11的中心；恒温平台11的一面与第一热电制冷器12的冷端贴在一起；第一热电制冷器12的热端与导热金属块13的一面贴在一起；导热金属块13的另一个相对面与第二热电制冷器14的冷端之间，有0～2级由热电制冷器和导热金属块组成的中间导热级；第二热电制冷器14的热端与热沉3的光滑面贴在一起；在每一个热电制冷器和相邻的导热金属块、恒温平台11及热沉3的接触面处，涂抹导热硅脂；温度传感器15的输出端与恒温控制电路2的温度传感器输入端连接；第一热电制冷器12的正极与恒温控制电路2的输出端TEC+连接，第二热电制冷器14的负极与恒温控制电路2的输出端TEC-连接，上述各热电制冷器依次串联。 

所述的第一热电制冷器12和第二热电制冷器14以及各中间级热电制冷器的型号都是相同的，且所有热电制冷器的总制冷功率要大于恒温模块1的总散热功率。 

所述的恒温平台11的尺寸要大于各热电制冷器的尺寸；恒温平台11的材质应选取导热系数高的银、铝或纯铜。 

所述的恒温控制电路2的最大输出功率要大于所有热电制冷器的额定功率总和。 

所述的热沉3的光滑面的形状为矩形，尺寸要大于恒温模块1和恒温控制电路2并排平铺后的总的横向尺寸。 

所述的风扇4的尺寸要小于热沉3的宽度，用螺丝将风扇4与热沉3固定后应使风扇4与热沉3中心对齐。 

本发明纵向级联式集成恒温散热器模块有以下有益效果： 

1、本发明在结构上采用集成的方式，将热沉、风扇、热电制冷器(TEC)、温度传感器和恒温控制电路有机的结合起来，体积小，安装使用方便。 

2、本发明在TEC的使用上采用纵向级联的方式，能够使恒温散热器模块恒温端和散热器端的温差得到大幅提高，从而有效的增大本发明纵向级联式集成恒温散热器模块的控温范围。 

3、本发明在工作模式上采用主动散热的方式，利用恒温控制电路驱动TEC将被制冷器件发出的热量受控地抽取出来，从而确保被制冷器件温度的恒定。 

附图说明：

图1是本发明纵向级联式集成恒温散热器模块的整体结构示意图。 

图2是本发明纵向级联式集成恒温散热器模块的侧视图。 

图3是本发明纵向级联式集成恒温散热器模块的俯视图。 

图4是本发明纵向级联式集成恒温散热器模块的仰视图。 

图5是实施例2的具体结构示意图。 

具体实施方式

结合附图2，说明本发明各部分具体结构。各实施例中，各器件优选的参数已标注于器件后面的括号中。 

实施例1结合附图说明本发明纵向级联式集成恒温散热器模块在采用两块TEC级联时的具体实施方案 

将恒温平台11(长×宽×高为60mm×60mm×10mm；材质为铝)的一个60mm×60mm面与第一热电制冷器12(TEC12705)的冷端贴在一起，其间均匀涂抹导热硅脂(长隆CL-1125)。第一热电制冷器12的热端与导热金属块13(长×宽×高为60mm×60mm×6mm；材质为铝)的一个60mm×60mm的面贴在一起，其间均匀涂抹导热硅脂(长隆CL-1125)。导热金属块13的另一个60mm×60mm的面与第二热电制冷器14(TEC12705)的冷端贴在一起，其间均匀涂抹导热硅脂(长隆CL-1125)。第二热电制冷器14的热端与热沉3(长×宽×高为60mm×60mm×20mm；鳍片高15mm，宽4mm，鳍片间隔6mm；材质为铝)的光滑面贴在一起，其间均匀涂抹导热硅脂(长隆CL-1125)。 

为将所述的恒温模块1与热沉3固定，在恒温平台11朝向热沉3一面的四角开四个带内螺纹的孔(规格为M3，深度为6mm)，在导热金属块13及热沉3 上与上述四个带内螺纹的孔相对应的位置开四个通孔(规格为M4)，利用四个螺丝(规格均为Φ3，长度均为25mm)将恒温模块1与热沉3固定在一起；在每个螺丝通过导热金属块13的通孔时，在通孔和螺丝之间加隔热塑料垫圈(内径为3mm，外径为4mm，长度为6mm)；在每个螺丝通过热沉3的通孔时，在通孔和螺丝之间加隔热塑料垫圈(内径为3mm，外径为4mm，长度为5mm)。热沉3带鳍片的一面的中间位置加装风扇4(PCCOOLER旋风F-62)，并用四个螺丝(规格为Φ3，长度为30mm)固定。 

为了监测恒温平台11的温度，在其侧面开孔，直达恒温平台11的重心位置，通过该孔将温度传感器15(常州精达电子公司生产的MF51C-3950-103)塞入到恒温平台11的中心。 

将恒温控制电路2(长春集舒科技有限责任公司生产的WK2500M恒温控制器)用螺丝(规格为Φ3，长度为15mm)固定在热沉3上，以保证恒温控制电路2本身的散热。将恒温控制电路2的NTC+和NTC-分别接在温度传感器15的两端，接线时不用区分正负极，恒温控制电路2的恒流输出端TEC+与第一热电制冷器12的正极相连，第一热电制冷器12的负极接第二热电制冷器14的正极，第二热电制冷器14的负极接恒温控制电路2的恒流输出端TEC-。 

本实施例中采用两块热电制冷器纵向级联，恒温平台11和热沉3之间的温差最大可达120℃，因此控温范围比传统的采用单块热电制冷器的方式得到了大幅度的提高； 

实施例2结合附图5说明本发明纵向级联式集成恒温散热器模块在采用四块TEC级联时的具体实施方案 

将恒温平台11(长×宽×高为60mm×60mm×10mm；材质为铜)的一个60mm×60mm面与第一热电制冷器12(TEC12705)的冷端贴在一起，第一热电制冷器12的热端与导热金属块13(长×宽×高为60mm×60mm×3mm；材质为铜)的一个60mm×60mm的面贴在一起，导热金属块13的另一个60mm×60mm的面与第二热电制冷器14(TEC12705)的冷端之间，依次插入两组由热电制冷器(TEC12705)和导热金属块(长×宽×高为60mm×60mm×3mm；材质为铜)组成的中间导热级，第二热电制冷器14的热端与热沉3(长×宽×高 为60mm×60mm×20mm；鳍片高15mm，宽4mm，鳍片间隔6mm；材质为铝)的光滑面贴在一起，在每个热电制冷器与各导热金属块、热沉3及导热平台11的各个接触面处，均匀涂抹导热硅脂(长隆CL-1125)。 

为将所述的恒温模块1与热沉3固定，在恒温平台11朝向热沉3一面的四角开四个带内螺纹的孔(规格为M3，深度为6mm)，在各个导热金属块及热沉3上与上述四个带内螺纹的孔相对应的位置开四个通孔(规格为M4)，利用四个螺丝(规格均为Φ3，长度均为36mm)将恒温模块1与热沉3固定在一起；在每个螺丝通过各个导热金属块通孔时，在通孔和螺丝之间加隔热塑料垫圈(内径为3mm，外径为4mm，长度为3mm)；在每个螺丝通过热沉3的通孔时，在通孔和螺丝之间加隔热塑料垫圈(内径为3mm，外径为4mm，长度为5mm)。热沉3带鳍片的一面的中间位置加装风扇4(PCCOOLER旋风F-62)，并用四个螺丝(规格为Φ3，长度为30mm)固定。 

为了监测恒温平台11的温度，在其侧面开孔，直达恒温平台11的重心位置，通过该孔将温度传感器15(常州精达电子公司生产的MF51C-3950-103)塞入到恒温平台11的中心。 

将恒温控制电路2(美国Wavelength Electronics公司生产的MPT-1000恒温控制器)用螺丝(规格为Φ3，长度为15mm)固定在热沉3上，以保证恒温控制电路2本身的散热。将恒温控制电路2的Sensor+和Sensor-分别接在温度传感器15的两端，接线时不用区分正负极，恒温控制电路2的恒流输出端TEC+与第一热电制冷器12的正极相连，恒温控制电路2的恒流输出端TEC-与第二热电制冷器14的负极相连，四个热电制冷器之间顺次串联。 

本实施例中采用四块热电制冷器纵向级联，恒温平台11和热沉3之间的温差最大可超过200℃，因此控温范围比传统的采用单块热电制冷器的方式得到了大幅度的提高。 

Claims (6)

1.一种纵向级联式集成恒温散热器模块，其结构有恒温控制电路(2)、热沉(3)、风扇(4)；其特征在于，还有恒温模块(1)；其中恒温模块(1)和恒温控制电路(2)用螺丝固定于热沉(3)的光滑面，风扇(4)用螺丝固定于热沉(3)带鳍片的一面，恒温模块(1)与温度控制电路(2)通过电气连接；

所述的恒温模块(1)包括：恒温平台(11)的侧面开孔，直达恒温平台(11)的重心位置，通过该孔将温度传感器(15)塞入到恒温平台(11)的中心；恒温平台(11)的一面与第一热电制冷器(12)的冷端贴在一起；第一热电制冷器(12)的热端与导热金属块(13)的一面贴在一起；导热金属块(13)的另一个相对面与第二热电制冷器(14)的冷端之间，有0～2级由热电制冷器和导热金属块组成的中间导热级；第二热电制冷器(14)的热端与热沉(3)的光滑面贴在一起；在每一个热电制冷器和相邻的导热金属块、恒温平台(11)及热沉(3)的接触面处，涂抹导热硅脂；温度传感器(15)的输出端与恒温控制电路(2)的温度传感器输入端连接；第一热电制冷器(12)的正极与恒温控制电路(2)的输出端TEC+连接，第二热电制冷器(14)的负极与恒温控制电路(2)的输出端TEC-连接，上述各热电制冷器依次串联。

2.根据权利要求1所述的纵向级联式集成恒温散热器模块，其特征在于：所述的第一热电制冷器(12)和第二热电制冷器(14)以及各中间级热电制冷器的型号都是相同的，且所有热电制冷器的总制冷功率要大于恒温模块(1)的总散热功率。

3.根据权利要求1所述的纵向级联式集成恒温散热器模块，其特征在于：所述的恒温平台(11)的尺寸要大于各热电制冷器的尺寸；恒温平台(11)的材质应选取导热系数高的银、铝或纯铜。

4.根据权利要求1所述的纵向级联式集成恒温散热器模块，其特征在于：所述的恒温控制电路(2)，最大输出功率要大于所有热电制冷器的额定功率总和。

5.根据权利要求1所述的纵向级联式集成恒温散热器模块，其特征在于：所述的热沉(3)的光滑面的形状为矩形，尺寸要大于恒温模块(1)和恒温控制电路(2)并排平铺后的总的横向尺寸。

6.根据权利要求1所述的纵向级联式集成恒温散热器模块，其特征在于：所述的风扇(4)的尺寸要小于热沉(3)的宽度，用螺丝将风扇(4)与热沉(3)固定后应使风扇(4)与热沉(3)中心对齐。

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