CN104602484A

CN104602484A - 便携式设备及其散热装置

Info

Publication number: CN104602484A
Application number: CN201310534436.4A
Authority: CN
Inventors: 王虎
Original assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Current assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN104602484B

Abstract

一种便携式设备及其散热装置，所述散热装置包括：第一、第二热电产生材料，第一、第二热电制冷材料；第一热电产生材料的第一端部与第二热电产生材料的第三端部相接触，第一热电产生材料的第二端部与第二热电产生材料的第四端部相接触；第一热电制冷材料的第五端部与第二热电制冷材料的第七端部相接触，第一热电制冷材料的第六端部与第二热电制冷材料的第八端部相接触，第二热电制冷材料的第三、第四端与电源相连接；第一、第三、第五和第七端部中的至少一端部与发热器件相接触，第二、第四、第六、第八端部中的至少一端部与壳体相接触。本发明技术方案有效解决了便携式设备的散热问题。

Description

便携式设备及其散热装置

技术领域

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种便携式设备及其散热装置。

背景技术

便携式设备已成为日常生活的必需品。以智能手机为例，伴随着智能手机的更新换代，手机芯片的计算能力越来越强大，芯片计算能力的提升也伴随着芯片的发热功耗持续增长。芯片开发人员正面临一个棘手的问题：芯片散热。采用稳定、可靠的散热技术为CPU等发热元器件的正常工作保驾护航，已经成为手机芯片设计人员必须要考虑的问题。

考虑到便携式设备体型小巧的特点，安装PC系统中的主动式散热系统（风扇+散热片）比较不现实。因此，常规的便携式设备散热途径是采用被动式散热，即自然冷却。通过敷设高导热系数的石墨膜，把热量从发热元器件传递到设备的其他部位，并最终通过外壳释放热量，达到芯片散热的目的。但是，伴随着便携式设备发热功耗的不断提升，采用以石墨膜为主的自然冷却方法，也遇到了瓶颈。因此，为便携式设备探寻更为安全、高效的散热方法已经迫在眉睫。

发明内容

本发明技术方案解决的问题是：如何高效地为便携式设备散热。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种便携式设备的散热装置，包括：

具有第一端部和第二端部的第一热电产生材料；

具有第三端部、第四端部、第一端和第二端的第二热电产生材料；

具有第五端部和第六端部的第一热电制冷材料；

具有第七端部、第八端部、第三端和第四端的第二热电制冷材料；

所述第一端部与第三端部相接触，所述第二端部与第四端部相接触；

所述第五端部与第七端部相接触，所述第六端部与第八端部相接触，所述第三端和第四端与所述便携式设备的电源相连接；

所述第一热电产生材料和第二热电产生材料为不同的材料，所述第一热电制冷材料和第二热电制冷材料为不同的材料；

所述第一端部、第三端部、第五端部和第七端部中的至少一端部与所述便携式设备内的发热器件相接触；所述第二端部、第四端部、第六端部和第八端部中的至少一端部与所述便携式设备的壳体相接触。

可选的，所述第二端部和第六端部为同一端部，所述第四端部和第八端部为同一端部。

可选的，所述第二端部、第四端部、第六端部和第八端部为所述壳体的一部分。

可选的，所述第二端部、第四端部、第六端部和第八端部设于所述壳体的内表面。

可选的，所述第一端部、第三端部、第五端部和第七端部均为薄片结构。

可选的，所述第一端部覆盖所述发热器件的表面，所述第三端部覆盖所述第一端部；或者，所述第三端部覆盖所述发热器件的表面，所述第一端部覆盖所述第三端部；或者，所述第一端部和第三端部均覆盖所述发热器件的表面。

可选的，所述第五端部覆盖所述发热器件的表面，所述第七端部覆盖所述第五端部；或者，所述第七端部覆盖所述发热器件的表面，所述第五端部覆盖所述第七端部；或者所述第五端部和第七端部均覆盖所述发热器件的表面。

可选的，所述第一端部覆盖所述发热器件，所述第三端部覆盖所述第一端部，所述第五端部覆盖所述第三端部，所述第七端部覆盖所述第五端部；或者，

所述第三端部覆盖所述发热器件，所述第一端部覆盖所述第三端部，所述第七端部覆盖所述第一端部，所述第五端部覆盖所述第七端部；或者，

所述第五端部覆盖所述发热器件，所述第七端部覆盖所述第五端部，所述第一端部覆盖所述第七端部，所述第三端部覆盖所述第一端部；或者，

所述第七端部覆盖所述发热器件，所述第五端部覆盖所述第七端部，所述第三端部覆盖所述第五端部，所述第一端部覆盖所述第三端部。

可选的，所述第一热电产生材料为半导体材料或金属材料，所述第二热电产生材料为半导体材料或金属材料，所述第一制冷材料为半导体材料或金属材料，所述第二制冷材料为半导体材料或金属材料。

可选的，所述第一端和第二端与负载相连接。

可选的，所述第一端和第二端用于为所述便携式设备的电池充电。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种便携式设备，包括壳体和设于所述壳体内的电路板，所述电路板上设有至少一发热器件；还包括如前所述的散热装置。

可选的，所述便携式设备为移动终端。

可选的，所述发热器件为CPU芯片或存储器芯片。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过第一热电制冷材料和第二热电制冷材料构成的热电制冷器（TEG，Thermoelectric Generator）冷却便携式设备内的发热器件；并且，因发热器件与便携式设备的壳体间存在温差，利用这一温差，结合第一热电发生材料和第二热电发生材料构成的热电发生器（TEC，Thermoelectric Cooler），将发热器件的热能转化为电能来供电或给电池充电，一方面辅助降温，简单、高效地解决了便携式设备的散热问题；另一方面回收能量，提高了便携式设备的电池的续航能力。

附图说明

图1是本发明实施例一的便携式设备的散热装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一的构成热电产生器的原理示意图；

图3是本发明实施例一的构成热电制冷器的原理示意图；

图4是本发明实施例二的便携式设备的散热装置的结构示意图；

图5是本发明实施例三的便携式设备的散热装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明技术方案结合TEG技术和TEC技术而形成一种结构简单的散热装置，所述散热装置可以应用于便携式设备中。所述便携式设备可以为移动终端，例如手机等，也可以为小型电子设备，例如多媒体播放器等。所述便携式设备包括壳体和设于所述壳体内的电路板（例如PCB板），所述电路板上布局有诸如电源电路、功能电路等电子电路，所述电路包含发热器件，所述散热装置包括至少一组热电发生器和热电制冷器，每组热电发生器和热电制冷器可以对应于一个发热器件，为所述发热器件进行散热。下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例的便携式设备的散热装置包括：用于构成TEG的第一热电产生材料X和第二热电产生材料Y，用于构成TEC的第一热电制冷材料x和第二热电制冷材料y。部分所述第一热电产生材料X、第二热电产生材料Y、第一热电制冷材料x和第二热电制冷材料y设于电路板P1上。

所述第一热电产生材料X具有第一端部X_A和第二端部X_B；所述第一热电产生材料可以是半导体材料，或者也可以是金属材料。在本实施例中，材料为X的第一端部X_A和材料为X的第二端部X_B通过材料为X的导线连接。

所述第二热电产生材料Y具有第三端部Y_A、第四端部Y_B、第一端a和第二端b；所述第二热电产生材料可以是半导体材料，或者也可以是金属材料。在本实施例中，所述第二热电产生材料Y分成两段：材料为Y的第三端部Y_A和材料为Y的第一端a通过材料为Y的导线连接；材料为Y的第四端部Y_B和材料为Y的第二端b通过材料为Y的导线连接。

所述第一热电产生材料X和第二热电产生材料Y为不同的材料。

所述第一热电制冷材料x具有第五端部x_C和第六端部x_D；所述第一热电制冷材料可以是半导体材料，或者也可以是金属材料。在本实施例中，材料为x的第五端部x_C和材料为x的第六端部x_D通过材料为x的导线连接。

所述第二热电制冷材料y具有第七端部y_C、第八端部y_D、第三端c和第四端d；所述第二热电制冷材料可以是半导体材料，或者也可以是金属材料。在本实施例中，所述第二热电产生材料y分成两段：材料为y的第七端部y_C和材料为y的第三端c通过材料为y的导线连接；材料为y的第八端部y_D和材料为y的第四端d通过材料为y的导线连接。

所述第一热电制冷材料x和第二热电制冷材料y为不同的材料。

所述第一热电产生材料和第一热电制冷材料可以为相同的材料，也可以为不同的材料。所述第二热电产生材料和第二热电制冷材料可以为相同的材料，也可以为不同的材料。

可以为便携式设备的每一发热器件对应配置一组散热结构，所述散热结构包括第一热电产生材料、第二热电产生材料、第一热电制冷材料和第二热电制冷材料。但考虑到成本的问题，本实施例仅为便携式设备中几个主要的发热器件分别配置散热结构，如图1所示，可以为CPU芯片C1和存储器芯片C2分别配置散热结构。

以CPU芯片C1的散热结构为例：

所述第一热电产生材料X的第一端部X_A与所述第二热电产生材料Y的第三端部Y_A相接触，所述第一端部X_A和第三端部Y_A中至少一端部与所述CPU芯片C1相接触；所述接触可以是点接触，也可以是面接触。本实施例中，所述第一端部X_A和第三端部Y_A做成薄片结构，所述第一端部X_A覆盖所述CPU芯片C1的表面（覆盖的区域可以称为第一区域），所述第三端部Y_A覆盖所述第一端部X_A，相比之下，面接触具有更好的散热效果。在其他实施例中，也可以是所述第三端部覆盖所述发热器件表面的第一区域，所述第一端部覆盖所述第三端部；或者也可以是所述第一端部和第三端部均覆盖所述发热器件的表面。

所述第一热电产生材料X的第二端部X_B与所述第二热电产生材料Y的第四端部Y_B相接触，所述第二端部X_B和第四端部Y_B与所述便携式设备的壳体相接触。本实施例中，所述第二端部X_B和第四端部Y_B做成薄片结构，所述第二端部X_B和第四端部Y_B相接，并贴附在壳体的内表面，以手机为例，可以贴附在手机背面壳体内侧的表面。在其他实施例中，所述第二端部和第四端部也可以叠成如所述第一端部和第三端部组成的层叠式结构；另外，所述第二端部和第四端部也可以作为便携式设备的壳体的一部分。

所述第一热电制冷材料x的第五端部x_C与所述第二热电制冷材料y的第七端部y_C相接触，所述第五端部x_C和第七端部y_C中至少一端部与所述CPU芯片C1相接触；所述接触可以是点接触，也可以是面接触。本实施例中，所述第五端部x_C和第七端部y_C做成薄片结构，所述第五端部x_C覆盖所述CPU芯片C1的表面（覆盖的区域可以称为第二区域，所述第二区域不同于第一区域），所述第七端部y_C覆盖所述第五端部x_C，相比之下，面接触具有更好的散热效果。在其他实施例中，也可以是所述第七端部覆盖所述发热器件表面的第二区域，所述第五端部覆盖所述第七端部；或者也可以是所述第五端部和第七端部均覆盖所述发热器件的表面。

所述第一热电制冷材料x的第六端部x_D与所述第二热电制冷材料y的第八端部y_D相接触，所述第六端部x_D和第八端部y_D与所述便携式设备的壳体相接触。本实施例中，所述第六端部x_D和第八端部y_D做成薄片结构，所述第六端部x_D和第八端部y_D相接，并贴附在壳体的内表面，以手机为例，可以贴附在手机背面壳体内侧的表面。在其他实施例中，所述第六端部和第八端部也可以叠成如所述第五端部和第七端部组成的层叠式结构；另外，所述第六端部和第八端部也可以作为便携式设备的壳体的一部分。

所述第二制冷材料y的第三端c和第四端d与所述便携式设备的电源Vin相连接。本实施例中，所述第三端c接电源Vin的正极，所述第四端d接电源Vin的负极。所述电源Vin可以是所述便携式设备的电池，也可以是电池经过电源电路处理后输出的供电电源。

所述第一热电产生材料和第二热电产生材料用于构成TEG，TEG技术的原理是赛贝克(Seebeck)效应。请结合参考图2，以端点A表示所述第一热电产生材料X的第一端部X_A和所述第二热电产生材料Y的第三端部Y_A相接触，以端点B表示所述第一热电产生材料X的第二端部X_B和所述第二热电产生材料Y的第四端部Y_B相接触。

在实际应用中，当发热器件工作产生热量，A端（也称为热端）被加热，B端（也称为冷端）保持在一个相对较低的温度，因此，在第一端a和第二端b之间会产生一个电压差V0，这个电压差V0也被称为塞贝克电动势，可以表示为：V0=a_xy×(Th–Tc)，其中，V0是输出电压，单位是伏特（V）；a_xy代表两种材料的塞贝克系数之差，单位是伏特/开尔文（V/K）；Th和Tc分别表示热端的温度和冷端的温度，单位是开尔文（K）。

因此，可以将所述第一端a和第二端b与负载相连接，利用产生的电压差V0为所述负载供电，以第一端a的电压高于第二端b的电压为例，可以将第一端a与电路板上的功能电路的电源端VDD电性连接，将第二端b与所述功能电路的接地端GND电性连接，这样所述功能电路可以不需要电池供电，节省了电池电量的消耗。或者，也可以通过所述第一端a和第二端b为所述便携式设备的电池充电，例如可以将所述第一端a和第二端b应用于电池的充电电路。

所述第一热电制冷材料和第二热电制冷材料用于构成TEC，TEC技术的原理是珀尔帖(Peltier)效应，是赛贝克效应的反效应。请结合参考图3，以端点C表示所述第一热电制冷材料x的第五端部x_C和所述第二热电产生材料y的第七端部y_C相接触，以端点D表示所述第一热电制冷材料x的第六端部x_D和所述第二热电制冷材料y的第八端部y_D相接触。

当设备工作时，在第三端c和第四端d输入一个电压Vin，回路中会产生一个相应的电流I，端点C处的热量即发热器件产生的热量会被吸收，从而产生一个微弱的制冷现象，而在另一个端点D处，随着热量流入，温度会升高。鉴于这个效应是可逆的，所以如果将电流反向，热流的方向也随之反向。可以根据第一热电制冷材料x和第二热电制冷材料y具体为什么材料，结合对热流方向的实际要求，确定第三端c、第四端d与电源正极、负极的连接。珀尔帖效应的数学公式可以表示成：Qc或者Qh=p_xy×I，其中，p_xy代表两种材料x和y的珀尔帖系数之差，单位是伏特（V）；I是电流，单位是安培（A）；Qc和Qh分别代表制冷的速率和加热的速率，单位是瓦特（W）。

本实施例的散热装置采用热电制冷技术冷却便携式设备内的发热器件；并且，因发热器件与便携式设备的壳体间存在温差，利用这一温差，结合热电发生技术，将发热器件的热能转化为电能来供电或给电池充电，一方面辅助降温，简单和高效地解决了便携式设备的散热问题；另一方面回收能量，提高了便携式设备的电池的续航能力。

实施例二

如图4所示，本实施例的便携式设备的散热装置中，第一热电产生材料和第一热电制冷材料是相同的材料，因此，所述第一热电产生材料的第二端部X_B和所述第一热电制冷材料的第六端部x_D可以共用，即所述第二端部和第六端部为同一端部；第二热电产生材料和第二热电制冷材料是相同的材料，因此，所述第二热电产生材料的第四端部Y_B和所述第二热电制冷材料的第八端部y_D可以共用，即所述第四端部和第八端部为同一端部。

本实施例的其他内容请参考实施例一中相应的说明。

本实施例的散热装置结合热电制冷技术和热电发生技术，一方面对发热器件进行简单和有效地降温，另一方面也提高了电池的续航能力。

并且，本实施例的散热装置采用端部共用，使散热装置的结构更为简单，也简化了电路板的布线，节省了电路板的布线面积。

实施例三

图2所示的发热器件上的两个层叠式结构还可以进一步简化成一个层叠式结构，如图5所示，本实施例仅以发热器件C1上的材料叠层结构进行说明，所述第一热电制冷材料的第五端部x_C覆盖所述发热器件C1，所述第二热电制冷材料的第七端部y_C覆盖所述第五端部x_C；所述第一热电产生材料的第一端部X_A覆盖所述第七端部y_C，所述第二热电产生材料的第三端部Y_A覆盖所述第一端部X_A。

可以理解，在其他实施例中，所述层叠式结构还可以列举如下：

例如，所述第一端部覆盖所述发热器件，所述第三端部覆盖所述第一端部；所述第五端部覆盖所述第三端部，所述第七端部覆盖所述第五端部。

或者，所述第三端部覆盖所述发热器件，所述第一端部覆盖所述第三端部；所述第七端部覆盖所述第一端部，所述第五端部覆盖所述第七端部。

或者，所述第七端部覆盖所述发热器件，所述第五端部覆盖所述第七端部；所述第三端部覆盖所述第五端部，所述第一端部覆盖所述第三端部。

本实施例的其他内容请参考实施例一和实施例二中相应的说明。另外，可以理解，与本实施例的第一端部、第三端部、第五端部和第七端部叠成的层叠式结构类似，实施例一中的第二端部、第四端部、第六端部和第八端部也可以叠成层叠式结构。

并且，本实施例的散热装置采用一个层叠式结构和端部共用，使散热装置的结构更为简单，也简化了电路板的布线，节省了电路板的布线面积。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种便携式设备的散热装置，其特征在于，包括：

具有第一端部和第二端部的第一热电产生材料；

具有第五端部和第六端部的第一热电制冷材料；

2.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第二端部和第六端部为同一端部，所述第四端部和第八端部为同一端部。

3.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第二端部、第四端部、第六端部和第八端部为所述壳体的一部分。

4.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第二端部、第四端部、第六端部和第八端部设于所述壳体的内表面。

5.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第一端部、第三端部、第五端部和第七端部均为薄片结构。

6.如权利要求5所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第一端部覆盖所述发热器件的表面，所述第三端部覆盖所述第一端部；或者，所述第三端部覆盖所述发热器件的表面，所述第一端部覆盖所述第三端部；或者，所述第一端部和第三端部均覆盖所述发热器件的表面。

7.如权利要求5所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第五端部覆盖所述发热器件的表面，所述第七端部覆盖所述第五端部；或者，所述第七端部覆盖所述发热器件的表面，所述第五端部覆盖所述第七端部；或者所述第五端部和第七端部均覆盖所述发热器件的表面。

8.如权利要求5所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，

所述第一端部覆盖所述发热器件，所述第三端部覆盖所述第一端部，所述第五端部覆盖所述第三端部，所述第七端部覆盖所述第五端部；或者，

所述第三端部覆盖所述发热器件，所述第一端部覆盖所述第三端部；所述第七端部覆盖所述第一端部，所述第五端部覆盖所述第七端部；或者，

9.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第一热电产生材料为半导体材料或金属材料，所述第二热电产生材料为半导体材料或金属材料，所述第一制冷材料为半导体材料或金属材料，所述第二制冷材料为半导体材料或金属材料。

10.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第一端和第二端与负载相连接。

11.如权利要求1所述的便携式设备的散热装置，其特征在于，所述第一端和第二端用于为所述便携式设备的电池充电。

12.一种便携式设备，包括壳体和设于所述壳体内的电路板，所述电路板上设有至少一发热器件，其特征在于，还包括权利要求1至11任一项所述的散热装置。

13.如权利要求12所述的便携式设备，其特征在于，所述便携式设备为移动终端。

14.如权利要求13所述的便携式设备，其特征在于，所述发热器件为CPU芯片或存储器芯片。