CN103123509A - 一种单板控温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单板控温装置及方法，属于电子通信领域。所述装置包括安装在所述外壳上的散热器、设于所述光模块上的热敏电阻和温控模块，所述散热器包括至少一个热电制冷散热器，所述热电制冷散热器至少安装在位于所述单板的出风口侧的所述外壳上，所述温控模块分别与所述热电制冷散热器和所述热敏电阻电连接，用于根据所述热敏电阻的测量值控制对应的所述热电制冷散热器的输入功率。本发明实施例可以根据光模块的温度调节其对应的热电制冷散热器的输入功率，进而有效地控制光模块的工作温度，使其能正常工作，并且便于安装、不影响光模块的插拔。

Description

一种单板控温装置及方法

技术领域

本发明涉及电子通信领域，特别涉及一种单板控温装置及方法。

背景技术

随着通信技术的发展，为了满足设备带宽和传输距离等指标的提升需求，单板的集成度越来越高，一块单板上通常会设置有多片光模块，比如100G单板，其上设置有10片光模块。由于光模块在通信的同时会产生大量的热量，因此需要对单板进行及时散热以控制光模块的温度，从而保证单板设备的正常运行。

现有技术中，主要采用散热风扇与散热器相配合的方式来解决单板散热问题。其中，散热风扇设置于单板一侧，用于提供冷却流体。而散热器通常采用连体散热器，如金属板散热器或热管散热器等，这类连体散热器通常共面安装在多个光模块上，通过减小入风口位置的光模块和出风口位置的光模块的温度差，使各个光模块均温，以减小单板的热级联现象。所谓热级联现象是指，从入风口位置到出风口位置，冷却流体温度持续增加，靠近出风口位置的光模块温度过高的现象。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：

对于具有多个光模块的单板而言，其自身器件的集成度较高，要将连体散热器与多个光模块共面安装，安装难度很大，同时可能会导致安装压力过大、使得光模块的插拔难度增加。此外，由于各个光模块本身存在加工误差，所以各个光模块与连体散热器基板的接触面积不同，高度较低的光模块会无法通过散热器进行良好的散热，从而导致温度过高。

发明内容

为了解决现有单板控温装置的散热器安装困难、对光模块温度控制不佳的问题，本发明实施例提供了一种单板控温装置，所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种单板控温装置，适用于具有多个光模块的单板，所述单板上设置有供所述光模块插拔的外壳，所述装置包括安装在所述外壳上的散热器、设于所述光模块上的热敏电阻和温控模块，所述散热器包括至少一个热电制冷散热器，所述热电制冷散热器至少安装在位于所述单板的出风口侧的所述外壳上，所述温控模块分别与所述热电制冷散热器和所述热敏电阻电连接，用于根据所述热敏电阻的测量值控制对应的所述热电制冷散热器的输入功率。

另一方面，本发明实施例还提供了一种使用前述单板控温装置的单板控温装方法，所述方法包括：

获取光模块的温度；

根据所述光模块的温度调节所述光模块的外壳上安装的热电制冷散热器的输入功率。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例通过根据热敏电阻的测量值控制所述热电制冷散热器的输入功率，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来控制所述热电制冷散热器的散热能力，从而可以有效地调节光模块的工作温度。由于热电制冷散热器为单体散热器，可以根据其对应的光模块的温度单独进行调节，不会对其他光模块造成影响。此外，热电制冷散热器可以通过常规扣具安装在光模块的外壳上，安装简单。同时，由于热电制冷散热器结构小、质量轻，安装后，对光模块的压力小，不会影响光模块的插拔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中提供的单板控温装置的结构框图；

图2a是本发明实施例2中提供的单板控温装置的俯视结构示意图；

图2b是本发明实施例2中提供的单板控温装置的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例2中提供的单板控温装置的连接关系示意图；

图4是本发明实施例2中提供的热电制冷散热器的结构示意图；

图5是本发明实施例3中提供的单板控温方法的流程图；

图6a是本发明实施例4中提供的单板控温方法的流程图；

图6b是本发明实施例4中提供的单板控温方法的详细流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种单板控温装置，适用于具有多个光模块13的单板，该单板上设置有供光模块13插拔的外壳，该装置包括：安装在外壳上的散热器、设于光模块13上的热敏电阻13a、和温控模块11，散热器包括至少一个热电制冷散热器12，热电制冷散热器12至少安装在位于单板的出风口侧的外壳上，温控模块11分别与热电制冷散热器12和热敏电阻13a电连接，用于根据热敏电阻13a的测量值控制对应的热电制冷散热器12的输入功率。

具体地，热敏电阻13a可以是光模块13自带的器件。容易知道，由于热电制冷散热器通常为单体散热器，所以一个外壳上安装有一个热电制冷散热器12。

本发明实施例通过根据热敏电阻的测量值控制所述热电制冷散热器的输入功率，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来控制所述热电制冷散热器的散热能力，从而可以有效地调节光模块的工作温度。由于热电制冷散热器为单体散热器，可以根据其对应的光模块的温度单独进行调节，不会对其他光模块造成影响。此外，热电制冷散热器可以通过常规扣具安装在光模块的外壳上，安装简单。同时，由于热电制冷散热器结构小、质量轻，安装后，对光模块的压力小，不会影响光模块的插拔。

实施例2

为便于对本实施例的理解，下面先结合图2a-2b和图3简单介绍单板及光模块的组成结构。如图2a-2b所示，单板1上设置有多个供光模块3插拔的外壳2。单板1一侧设置有散热风扇4，用于提供冷却气流，图中粗箭头所示方向为散热风扇4的气流方向。气流经过各个光模块带走光模块产生的热量，为光模块3散热。结合图3，光模块3通常包括光通讯器件31、第二热电制冷芯片33和热敏电阻32，其中，光通讯器件31为发热器件，热敏电阻32用于检测光模块3的工作温度，第二热电制冷芯片32用于调节光模块3的温度。为了进一步加强散热效果，通常外壳3上还设置有散热器。

如图2a-2b和图3所示，本发明实施例提供了一种单板控温装置，该装置包括第二热电制冷芯片33、热敏电阻32、散热风扇4、散热器和温控模块6。前述散热器包括至少一个热电制冷散热器5，热电制冷散热器5至少安装在位于单板的出风口侧的外壳3上，也就是说，热电制冷散热器5安装在位于散热风扇4的气流末端的外壳3上，温控模块6分别与前述热电制冷散热器5、散热风扇4、热敏电阻32和第二热电制冷芯片33电连接，用于根据热敏电阻32的测量值控制热电制冷散热器5的输入功率、第二热电制冷芯片33的输入功率和散热风扇4的风速。

进一步地，本发明实施例并没有改变外壳3和卡具的结构，前述热电制冷散热器5可以通过常规卡具固定在外壳3上，具体固定方式为本领域技术人员熟知，故省略详细描述。

优选地，热电制冷散热器5的数量小于光模块3的数量，前述散热器还包括其它散热器，如热管散热器、蒸汽腔散热器中的一种或两种。在本实施例中，热电制冷散热器5为四个，分别安装在位于散热风扇4的气流末端的四个外壳3上，该数量仅为举例，并不能作为对本发明实施例的限制。其它散热器位于散热风扇4的气流前端，也就是入风口位置，可以为连体散热器，也可以为单体散热器，本发明不做限制。也就是说，热电制冷散热器5可以仅针对热级联现象中位于气流末端的光模块进行设置，也可以为每个光模块安装一个热电制冷散热器。容易知道，由于热电制冷散热器通常为单体散热器，所以一个外壳3上安装有一个热电制冷散热器5。

具体地，如图4所示，热电制冷散热器5包括：第一热电制冷芯片53、固定在第一热电制冷芯片53一侧面的散热翅片51、和设于第一热电制冷芯片53侧边的隔热部件54，隔热部件54的一端面与散热翅片51连接。

具体地，隔热部件54可以由发泡材料制成。前述第二热电制冷芯片33和第一热电制冷芯片53是利用半导体材料的帕尔帖效应制成的。所谓帕尔帖效应，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。热电制冷散热芯片的半导体材料主要为重掺杂的N型和P型的碲化铋，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。热电制冷散热芯片包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，上下两侧焊接陶瓷片或金属片；当通有电流时，根据帕尔贴效应原理，上下面将产生温差，由此产生“热”侧和“冷”侧，这就是热电制冷芯片的加热与制冷原理，从而本发明实施例可以通过控制热电制冷芯片的输入功率来调节光模块的工作温度，进一步地，可以通过改变电流的大小和方向、或者改变电压来控制热电制冷芯片的输入功率。

优选地，该热电制冷散热器5还包括导热结构件55，导热结构件55固定在第一热电制冷芯片52的另一侧面，且该导热结构件55的侧边固定在隔热部件54上。该导热结构件55固定在隔热部件54上，从而该隔热部件54使导热结构件55与散热翅片51间隔开，在热电制冷散热器5工作过程中，可以防止热量从散热翅片51回流到光模块3。并且当光模块3插入外壳2时，该导热结构件55可以防止光模块3与第一热电制冷芯片53发生直接接触碰撞冲击。具体地，该导热结构件55由高导热金属材料制成，如铝、铜或者石墨等。导热结构件55的边缘优选设有倒角55a，易于光模块插入。

进一步地，导热结构件55与第一热电制冷芯片53之间、以及第一热电制冷芯片53与散热翅片51之间设有界面导热层52。该界面导热层52可以保证导热结构件55与第一热电制冷芯片53、以及第一热电制冷芯片53与散热翅片51的良好接触，减小热阻，增强导热性能。具体地，界面导热层52可以由导热垫、导热膏、相变材料等制成。

需要说明的是，在本发明的另一实施例中，前述热电制冷散热器5也可以仅包括第一热电制冷芯片53、散热翅片51、和隔热部件54。隔热部件54采用具有合适硬度的隔热材料制成，且隔热部件54的另一端面，即离散热翅片51较远的端面与第一热电制冷芯片53的另一侧面平齐。这样，第一热电制冷芯片53同样可以将制冷量传递给光模块3。隔热部件54的边缘同样可以设有倒角，以防止光模块碰撞损坏。

值得注意的是，本实施例的单板控温装置作为本发明的优选实施例，其包括第二热电制冷芯片33、热敏电阻32、散热风扇4、热电制冷散热器5和温控模块6，温控模块6分别与第二热电制冷芯片33、热敏电阻32、散热风扇4和热电制冷散热器5电连接，从而协调控制第二热电制冷芯片33、散热风扇4和热电制冷散热器5；而在本发明的另一实施例中，单板控温装置可以仅包括热敏电阻、第二热电制冷芯片、热电制冷散热器和温控模块，温控模块分别与第二热电制冷芯片、热敏电阻和热电制冷散热器电连接，温控模块对第二热电制冷芯片和热电制冷散热器进行协调控制。

在本发明的又一实施例中，单板控温装置可以仅包括热敏电阻、散热风扇、热电制冷散热器和温控模块，温控模块分别与散热风扇、热敏电阻和热电制冷散热器电连接，温控模块对散热风扇和热电制冷散热器进行协调控制。

本发明实施例通过根据热敏电阻的测量值控制所述热电制冷散热器的输入功率，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来控制所述热电制冷散热器的散热能力，从而可以有效地调节光模块的工作温度。并且由于本发明实施根据热敏电阻的测量值协调控制所述热电制冷散热器、第二热电制冷芯片的输入功率和散热风扇的风速，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来协调控制所述热电制冷散热器的第一热电制冷芯片、第二热电制冷芯片和散热风扇的散热能力，从而可以有效地将光模块的工作温度控制在其额定温度范围内，确保其能正常工作。由于热电制冷散热器为单体散热器，可以根据其对应的光模块的温度单独进行调节，不会对其他光模块造成影响。此外，热电制冷散热器可以通过常规扣具安装在光模块的外壳上，安装简单。同时，由于热电制冷散热器结构小、质量轻，安装后，对光模块的压力小，不会影响光模块的插拔。

实施例3

本发明实施例中提供了一种采用实施例1中的单板控温装置的单板控温方法，如图5所示，该方法包括：

步骤501：通过热敏电阻获取光模块的温度。

具体地，该热敏电阻可以为光模块自带的器件。

步骤502：根据光模块的温度调节该光模块的外壳上安装的热电制冷散热器的输入功率。

具体地，如前所述，可以通过改变电流的大小和方向、或者改变电压来控制热电制冷芯片的输入功率。

进一步地，该单板温控装置还可以包括：设于光模块上的第二热电制冷芯片，温控模块还与第二热电制冷芯片电连接，则本实施例的方法还包括：

根据该光模块的温度调节该光模块的第二热电制冷芯片的输入功率。

更进一步地，该单板温控装置还包括：安装在单板一侧的散热风扇，温控模块还与该散热风扇电连接，则本实施例的方法还包括：

根据光模块的温度调节散热风扇的风速。

本发明实施例通过根据热敏电阻的测量值控制所述热电制冷散热器的输入功率，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来控制所述热电制冷散热器的散热能力，从而可以有效地调节光模块的工作温度。由于热电制冷散热器为单体散热器，可以根据其对应的光模块的温度单独进行调节，不会对其他光模块造成影响。此外，热电制冷散热器可以通过常规扣具安装在光模块的外壳上，安装简单。同时，由于热电制冷散热器结构小、质量轻，安装后，对光模块的压力小，不会影响光模块的插拔。

实施例4

本发明实施例中提供了一种采用实施例2中的单板控温装置的单板控温方法，如图6a所示，该方法包括：

步骤601：通过热敏电阻获取光模块的温度。

具体地，该热敏电阻可以为光模块自带的器件。

步骤602：根据光模块的温度调节该光模块的第二热电制冷芯片和该光模块的外壳上安装的热电制冷散热器的第二制冷芯片的输入功率、以及散热风扇的风速。

容易知道，调节光模块的第二热电制冷芯片和热电制冷散热器的第一制冷芯片的输入功率可以通过调节电流的大小和方向以及电压来实现，散热风扇的风速也可以通过调节其电流大小来控制。

优选地，该步骤具体包括：若光模块的温度不在光模块的额定温度范围内，则依次调节光模块的第二热电制冷芯片的输入功率、该光模块的外壳上安装的热电制冷散热器的第一制冷芯片的输入功率和散热风扇的风速，当第二热电制冷芯片到达极限后再调节热电制冷散热器的输入功率，当热电制冷散热器到达极限后再调节散热风扇的风速。

下面结合图6b，对本发明实施例的单板控温装方法进行进一步详细描述。如图6b所示，该方法的详细流程如下：

步骤S1：检测光模块是否插入外壳，若插入，则执行步骤S2；若没有，则退出本次流程。定时重复步骤S1。

步骤S2：是否处于检测时间内，若是，则执行步骤S3；若否，则返回步骤S1。

步骤S3：判断光模块的温度是否处于额定温度范围内，若是，则返回步骤S2，若否，则执行步骤S4。光模块的温度由前述热敏电阻获取，判断过程由前述温控模块执行，下文中的判断和控制过程均由前述温控模块进行。

步骤S4：判断光模块的温度是否大于额定温度范围的最大值；若是，则执行步骤S5a；若否，则执行步骤S5b；

步骤S5a：使光模块的第二热电制冷芯片制冷。具体地，可以采用步进控制的方法来控制第二热电制冷芯片中的电流。然后，执行步骤S6a。

步骤S6a：判断是否达到第二热电制冷芯片的能力极限，若是，则执行步骤S7a；若否，则返回步骤S2。

具体地，可以通过判断第二热电制冷芯片中的电流是否超过其额定电流，或者判断第二热电制冷芯片的功率是否超过其额定功率来判断是否达到第二热电制冷芯片的能力极限。

步骤S7a：使热电制冷散热器制冷，同样地，可以采用步进控制的方法来控制热电制冷散热器的第一热电制冷芯片中的电流，使热电制冷散热器的制冷效果逐渐增强，然后，执行步骤S8a。

步骤S8a：判断是否达到第一热电制冷芯片的能力极限，若是，则执行步骤S9a；若否，则返回步骤S2。

同样地，可以通过判断第一热电制冷芯片中的电流是否超过其额定电流，或者判断第一热电制冷芯片的功率是否超过其额定功率来判断是否达到第一热电制冷芯片的能力极限。

S9a：增大散热风扇的转速。同样地，可以通过步进控制的方法控制散热风扇的电流，从而控制其转速。每调节一次后，返回步骤S2。

S5b～S9b与前述过程S5a～S9a相似，不同之处仅在于S5a～S9a为制冷，而S5b～S9b为加热。

步骤S5b：使光模块的第二热电制冷芯片加热。具体地，可以采用步进控制的方法来控制第二热电制冷芯片中的电流。然后，执行步骤S6b。

步骤S6b：判断是否达到第二热电制冷芯片的能力极限：若是，则执行步骤S7b；若否，则返回步骤S2。

步骤S7b：使热电制冷散热器加热，同样地，可以采用步进控制的方法来控制热电制冷散热器的第一热电制冷芯片中的电流，使热电制冷散热器的制冷效果逐渐增强，然后，执行步骤S8b。

步骤S8b：判断是否达到第一热电制冷芯片的能力极限，若是，则执行步骤S9b；若否，则返回步骤S2。

S9b：减小散热风扇的转速。同样地，可以通过步进控制的方法控制散热风扇的电流，从而控制其转速。执行完后，返回步骤S2。

以上流程仅用于对本发明实施例的方法进行详细说明，并不作为本发明实施例的限制，实际使用过程中，可以对光模块的第二热电制冷芯片的输入功率、热电制冷散热器的第二制冷芯片的输入功率、以及散热风扇的风速的控制顺序进行调整，对于同一单板上的不同光模块，三者的调整顺序可以不同。

本发明实施例通过根据热敏电阻的测量值控制所述热电制冷散热器的输入功率，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来控制所述热电制冷散热器的散热能力，从而可以有效地调节光模块的工作温度。并且由于本发明实施根据热敏电阻的测量值协调控制所述热电制冷散热器、第二热电制冷芯片的输入功率和散热风扇的风速，即根据热敏电阻测得的光模块的工作温度来协调控制所述热电制冷散热器的第一热电制冷芯片、第二热电制冷芯片和散热风扇的散热能力，从而可以有效地将光模块的工作温度控制在其额定温度范围内，确保其能正常工作。由于热电制冷散热器为单体散热器，可以根据其对应的光模块的温度单独进行调节，不会对其他光模块造成影响。此外，热电制冷散热器可以通过常规扣具安装在光模块的外壳上，安装简单。同时，由于热电制冷散热器结构小、质量轻，安装后，对光模块的压力小，不会影响光模块的插拔。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种单板控温装置，适用于具有多个光模块的单板，所述单板上设置有供所述光模块插拔的外壳，所述装置包括安装在所述外壳上的散热器，其特征在于，所述散热器包括至少一个热电制冷散热器，所述热电制冷散热器至少安装在位于所述单板的出风口侧的所述外壳上，所述装置还包括温控模块和设于所述光模块上的热敏电阻，所述温控模块分别与所述热电制冷散热器和所述热敏电阻电连接，用于根据所述热敏电阻的测量值控制对应的所述热电制冷散热器的输入功率。

2.根据权利要求1所述的单板控温装置，其特征在于，所述热电制冷散热器包括：第一热电制冷芯片、固定在所述第一热电制冷芯片一侧面的散热翅片、和设于所述第一热电制冷芯片侧边的隔热部件，所述隔热部件的一端面与所述散热翅片连接。

3.根据权利要求2所述的单板控温装置，其特征在于，所述隔热部件的边缘设有倒角，所述隔热部件的另一端面与所述第一热电制冷芯片的另一侧面平齐。

4.根据权利要求2所述的单板控温装置，其特征在于，所述热电制冷散热器还包括导热结构件，所述导热结构件固定在所述第一热电制冷芯片的另一侧面且所述导热结构件的侧边固定在所述隔热部件上。

5.根据权利要求3所述的单板控温装置，其特征在于，所述导热结构件的边缘设有倒角。

6.根据权利要求3所述的单板控温装置，其特征在于，所述导热结构件与所述第一热电制冷芯片之间、以及所述第一热电制冷芯片与所述散热翅片之间设有界面导热层。

7.根据权利要求3所述的单板控温装置，其特征在于，所述导热结构件由导热金属材料制成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的单板控温装置，其特征在于，所述热电制冷散热器的数量小于所述光模块的数量，所述散热器还包括热管散热器、蒸汽腔散热器中的一种或两种。

9.根据权利要求1-7任一项所述的单板控温装置，其特征在于，所述装置还包括：设于所述光模块上的第二热电制冷芯片，所述温控模块还与所述第二热电制冷芯片电连接。

10.根据权利要求9所述的单板控温装置，其特征在于，所述装置还包括：安装在所述单板一侧的散热风扇，所述温控模块还与所述散热风扇电连接。

11.一种采用如权利要求1所述的单板控温装置的单板控温方法，其特征在于，包括：

通过热敏电阻获取光模块的温度；

根据所述光模块的温度调节所述光模块的外壳上安装的热电制冷散热器的输入功率。

12.根据权利要求11所述的单板控温方法，其特征在于，所述单板温控装置还包括：

设于所述光模块上的第二热电制冷芯片，所述温控模块还与所述第二热电制冷芯片电连接，

则所述方法还包括：

根据所述光模块的温度调节所述光模块的第二热电制冷芯片的输入功率。

13.根据权利要求12所述的单板控温方法，其特征在于，所述单板温控装置还包括：

安装在所述单板一侧的散热风扇，所述温控模块还与所述散热风扇电连接，

则所述方法还包括：

根据所述光模块的温度调节所述散热风扇的风速。

14.根据权利要求13所述的单板控温方法，其特征在于，所述根据所述光模块的温度调节所述光模块的外壳上安装的所述热电制冷散热器的输入功率；所述根据所述光模块的温度调节所述光模块的第二热电制冷芯片的输入功率；以及所述根据所述光模块的温度调节所述散热风扇的风速，具体包括：

若所述温度不在所述光模块的额定温度范围内，则依次调节所述光模块的所述第二热电制冷芯片的输入功率、所述光模块的外壳上安装的所述热电制冷散热器的输入功率和所述散热风扇的风速，当所述第二热电制冷芯片到达极限后再调节所述热电制冷散热器的输入功率，当所述热电制冷散热器到达极限后再调节所述散热风扇的风速。

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