CN110062556B - 具有时分复用散热能力的装置 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例公开一种具有时分复用散热能力的设备以及I/O卡，该设备包括：以不同方位布置的第一部件和第二部件；以及散热器，被配置为在不同的时间段内将流过所述散热器的气流分别引导向所述第一部件和所述第二部件。因此，本公开的具有时分复用散热能力的设备可以减少设备中的散热器的数量并且因此减少设备的整体尺寸。

Description

具有时分复用散热能力的装置

技术领域

本公开的各实施例涉及散热领域，并且更具体地涉及一种具有时分复用散热能力的装置以及包括该装置的设备。

背景技术

随着电子、电气设备集成程度越来越高，以及小型化的趋势，散热成为一个至关重要的问题。在某些情况中，电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性。要让例如电子设备中各部件的工作温度保持在合理的范围内，除了保证电子设备所处的外部工作环境的温度处于合理范围内之内，还必须在电子设备的内部对所产生的热量进行热管理。尤其是对热量比较敏感的器件而言，就必须进行有效地散热。

发明内容

在本公开的一个方面，提供了一种具有时分复用散热能力的装置。该装置包括：以不同方位布置的第一部件和第二部件；以及散热器，被配置为在不同的时间段内将流过所述散热器的气流分别引导向所述第一部件和所述第二部件。

根据本公开的一些实施例，所述散热器包括可旋转的一组散热片，所述散热片被配置为通过旋转所述散热片的定向来控制气流方向。

根据本公开的一些实施例，所述散热器被配置为响应于所述气流的气压超过阈值，将所述气流切换为引导向所述第二部件。

根据本公开的一些实施例，所述散热器还被配置为响应于所述气流的气压低于阈值，将所述气流切换为引导向所述第一部件。

根据本公开的一些实施例，所述散热器包括卷簧，所述卷簧被配置为响应于所述气流的气压低于或高于阈值而可操作以驱动所述散热器旋转以改变引导气流的方向。

根据本公开的一些实施例，所述散热器包括固定底板和可旋转底板，所述卷簧被布置在所述固定底板和所述可旋转底板之间并且可操作以驱动所述可旋转底板。

根据本公开的一些实施例，还包括第三部件，所述散热器被设置在所述第三部件上并且所述固定底板接触所述第三部件以便对所述第三部件进行散热。

根据本公开的一些实施例，所述装置是输入/输出(I/O)卡。

根据本公开的一些实施例，所述第一部件是M.2卡，其中所述第二部件是电池。

根据本公开的一些实施例，所述第三部件是中央处理单元。

在本公开的另一个方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括上述第一方面中所述的装置。

在本公开的又一个方面，提供了一种电气设备。该电气设备包括上述第一方面中所述的装置。

附图说明

在附图中，相似/相同的附图标记贯穿不同视图通常指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本发明的原理的图示。在附图中：

图1和图2分别示出了现有技术的I/O卡内部的两种不同散热路径的结构示意图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的I/O卡中的散热器处于第一引导位置的结构示意图；

图4示出根据本公开的一个实施例的I/O卡中的散热器处于第二引导位置的结构示意图；以及

图5的(a)至图5的(c)示出了根据本公开的一个实施例的散热器的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本发明的原理。

现有的诸如I/O卡的电子设备通常需要散热，以保证诸如I/O卡的电子设备的寿命和稳定性。因此，热问题对于这种电子设备而言是至关重要的。本公开涉及对现有的电子设备的散热性能的改进。

特别地，为了描述方便起见，下文将以I/O卡作为需要散热的电子设备的示例来分析传统方案中存在的问题以及描述根据本公开的若干示例实施例。但是应当理解，这仅仅是示例性的，无意以任何方式限制本公开的范围，这里所描述的思想和原理适用于任何目前已知或者将来公开的其他需要散热的设备。

图1和图2分别示出了现有技术的I/O卡的两种散热路径的结构示意图。如图1和图2所示，I/O卡100＇包括第一部件110＇、第二部件120＇和散热器130＇，其中第一部件110＇可以为M.2卡，第二部件120＇可以为电池。为了对I/O卡中的发热部件(例如CPU)进行散热，散热器130＇可以固定地安装在第三部件CPU上，同时，外部的冷却气流从I/O卡的一侧进入(如箭头A所示)，并经过CPU上方的散热器130＇，然后从I/O卡的另一侧离开(如箭头B或C所示)。在图1中，散热器130＇被布置成将冷却气流引导至第二部件120＇，从而散热器130＇与第二部件120＇处于同一气流路径。图2和图1的区别在于，散热器130＇被布置成将冷却气流引导至第一部件110＇，从而使得散热器130＇与第二部件120＇处于同一气流路径中。如下将要讨论的，将散热器130＇与第一部件110＇或第二部件120＇始终布置在同一气流路径中可能是不利的。

根据I/O卡的散热设计规范，需要使得I/O卡内的部件在至少90％的工作时间内在低于35℃的环境温度下工作，以及在至多10％的时间内在35℃-40℃的环境温度范围下工作。某些部件对于环境温度的要求可能更为苛刻。例如，对于电池而言，虽然容许电池在高至35℃-40℃的环境温度下短时间地进行工作，但是将电池长时间地暴露于35℃-40℃，甚至是低于35℃的温热环境温度范围内都是不期望的，因为这会导致电池的寿命和可靠性的降低；而对于M.2卡而言，其要求必需在35℃以下的较低环境温度下工作，否则将导致M.2卡发生故障；也就是说M.2卡并不能耐受任何长时间或短时间的大于35℃的较热环境温度。需要注意的是，上述的数值均仅仅是示例，不构成任何的限制。

然而，如图1和图2所示的现有的I/O卡的散热路径设计，对于具有上述热要求的电池和M.2卡而言均是不利的。具体地，现有的I/O卡除了电池和M.2卡之外，还设计有CPU。当CPU处于工作状态时，冷却气流在通过CPU上方的散热器130＇之后变热，这将导致散热器130＇下游的气流的温度有可能达到例如35℃以上，甚至是例如35℃-40℃的环境温度。上述图1或图2的散热路径布置意味着：当散热器130＇下游的气流温度达到例如35℃以上，甚至是例如35℃-40℃的较高环境温度时，第一部件110＇或第二部件120＇将不得不经受上述所产生的较高环境温度，而无法利用第一部件110＇或第二部件120＇之间的热耐受差异来最大程度地避免热环境温度对于I/O卡工作的影响。

此外，由于I/O卡的小型化设计的趋势，在小型I/O卡的有限空间内增加额外的散热器来对电池和M.2卡进行散热并不可行。因此，在现有的I/O卡仅允许有限散热器，甚至仅一个散热器的情况下，如何对I/O卡内部的散热性能进行改进以有利地促进I/O卡的正常工作成为本领域所要解决的一个技术问题。

图3和图4示出了根据本公开的一个实施例的具有改进的散热性能的I/O卡100的结构示意图。类似于图1和图2所示出的现有技术的I/O卡的结构，图3和图4所示出的本公开的I/O卡100包括第一部件110、第二部件120和散热器130，其中第一部件110可以为M.2卡，第二部件120可以为电池。为了对I/O卡中的发热部件(例如CPU)进行散热，散热器130安装在第三部件CPU上，同时，外部的冷却气流从I/O卡的一侧进入(如箭头A所示)，并经过CPU上方的散热器130，然后从I/O卡的另一侧离开(如箭头B或C所示)。图3和图4所示出的本公开的I/O卡的结构与图1和图2所示出的现有技术的I/O卡的结构的不同之处在于：本公开的散热器130被布置成使得可以在图1和2中所示出的两条散热路径之间切换。

根据本公开的一个实施例，该两条散热路径之间的切换可以通过使得散热器处于不同的引导位置来实现。为此，图3示出了根据本公开的一个实施例的I/O卡100中的散热器130处于第一引导位置P1的结构示意图；图4示出根据本公开的一个实施例的I/O卡100中的散热器处于第二引导位置P2的结构示意图。

如图3所示，当散热器130处于第一引导位置P1时，散热器130的散热片相对于气流成一角度，由此散热器130的散热片将气流引导向第一部件110；如图4所示，当散热器130处于第二引导位置P2时，散热器130的散热片与气流平行，由此散热器130的散热片将气流引导向第二部件120。

上述第一引导位置P1和第二引导位置P2的切换，可以根据第一部件110和第二部件120的热性能需求，或者用户的实际需要来控制。因此，在一些实施例中，在第一时间段期间，可以使得散热器130处于第一引导位置P1，从而将流过散热器130的气流引导向第一部件110；而在第二时间段期间将流过散热器130的气流引导向第二部件120。

在I/O卡100的实施例中，在第一部件110为M.2卡，第二部件120为电池的情况下，可以进一步根据流过散热器130的气流的温度或者第三部件(例如CPU)的温度来控制散热器130的散热路径的切换。为此，I/O卡100还可以设置温度传感器，来检测流过散热器130的气流的温度或者第三部件(例如CPU)的温度。

如前所述的，在I/O卡中，电池仅允许短时间地暴露于较高的环境温度(例如大于35℃)，而M.2卡则不允许短时间或长时间地暴露于较高的环境温度(例如大于35℃)。

因此，在I/O卡100的实施例中，如果检测到流过散热器130的气流的温度或者第三部件(例如CPU)的温度大于预定温度(例如35℃)，则可以在第一预定时间(例如短时间)内将散热器130切换至第二引导位置P2，从而将气流引导向电池120，以保护M.2卡并且维持I/O卡继续进行工作。如果检测到流过散热器130的气流的温度或者第三部件(例如CPU)的温度小于预定温度(例如35℃)，则可以将散热器130旋转至第一引导位置P1，从而在第二预定时间(例如长时间)内将气流引导向M.2卡110，从而避免经过散热器130的热气流较长时间地吹向电池120，导致电池性能的劣化，其中第二预定时间大于或远大于第一预定时间。在上述实施例中，上述预定温度和第一预定时间(例如短时间)的长度是依据对第一部件(例如电池)的热学实验或经验所确定的，该预定温度和时间长度可以确保第一部件(例如电池)的寿命和稳定性基本上不受影响，而仍然可以维持整个设备的正常工作。

因此，在本公开的实施例中，散热器130可以根据不同部件的不同散热需求，在不同的时间段将气流引导向不同的部件。譬如，可以在第一时间段内将气流引导向第一部件和第二部件中的一个，以及在第二时间段内将气流引导向第一部件和第二部件中的另一个。上述散热器在不同时间段内将气流引导向不同部件的能力，即时分复用的散热能力，提高了有散热需求的设备的散热性能和工作性能。

下面详细介绍在本公开的散热器的具体实现方式。图5的(a)至图5的(c)示出了根据本公开的一个实施例的散热器的结构示意图。

如图5的(a)所示，散热器130包括固定底板131、可旋转底板132、一组散热片134和卷簧135。固定底板131安装在第三部件(例如CPU)上，以便直接对第三部件进行散热。可旋转底板132相对于固定底板131是可旋转的，从而能够带动安装在可旋转底板132上的散热片134一起旋转。一组散热片134布置在可旋转底板132上，以限定气流从其通过的通道，由此可通过旋转散热片134的定向来控制气流方向。

在一些实施例中，一组散热片134为多个平行的散热片。然而，在其他实施例中，其他形状的散热片布置也是可能的。

卷簧135被布置在可旋转底板132和固定底板131之间，其中卷簧135所产生的保持力被设计成等于冷却气流的某个气压阈值施加到散热片134所产生的力。因此，当冷却气流施加到散热片134的气压低于上述阈值时(即，气流施加散热片134的力小于卷簧135所产生的保持力)，散热片134可以保持在第一引导位置P1，在该第一引导位置P1，散热片134可以相对于气流成预定角度(例如大约30°)，从而可以将气流引导向第一部件110。当冷却气流施加到散热片134的气压超过上述阈值时(即，气流施加散热片134的力大于卷簧135所产生的保持力)，卷簧135将迫使散热片134切换至第二引导位置P2，在该第二引导位置P2，散热片134可以保持与气流方向大致平行(例如大约0°)，从而可以将气流引导向第二部件120。

在I/O卡100的实施例中，上述第三部件可以为CPU，散热器130的固定底板131可以直接安装在该CPU上。更进一步地，流过散热器130的冷却气流的气压大小可以根据所监测的CPU温度或者散热器130直接下游所检测到的气流温度自动地调整。例如，当监测到的CPU温度升高，或者散热器130直接下游所检测到的气流温度升高时，可以自动地提高冷却气流的流速，从而增加气压的大小。反之，可以相应地自动地降低冷却气流的流速，从而降低气压的大小。

因此，随着CPU温度升高，或者散热器130直接下游所检测到的气流温度的升高，施加到散热片134的气压可以随之增加。当施加到散热片134的冷却气流的气压超过上述阈值(即，气流施加散热片134的力将大于卷簧135所产生的保持力)时，该气流将迫使散热片134切换至第二引导位置P2，从而散热片134将气流引导至第二部件120。反之，随着CPU温度降低，或者散热器130直接下游所检测到的气流温度的降低，施加到散热片134的气压可以随之降低。当冷却气流施加到散热片134的气压低于上述阈值时(即，气流施加散热片134的力小于卷簧135所产生的保持力)，散热片134可以切换回第一引导位置P1，从而散热片134将气流引导至第一部件120。由此，与冷却气流施加到散热片134的气压的值相配合，卷簧135可以实现散热器130在不同散热路径的切换，这赋予了在设备中时分复用单个散热器130的能力。

尽管上面主要针对I/O卡100的应用场景描述了上述时分复用的散热方案，但本领域技术人员将理解，上述时分复用的散热方案也可以应用于其他需要散热的场景(例如，电子设备或电气设备中)，并且特别有利地应用于空间有限的散热场景中。通过本公开的时分复用的散热方案，这可以减少设备中所需散热器的数量，降低产品的成本，并且减小产品的整体设计尺寸。

此外，尽管上面描述了利用卷簧来控制散热器在不同散热路径的切换，但应理解，在其他实施例中，上述散热器也可以不具有卷簧，而代之以类似卷簧的部件、或者通过诸如致动器的方式进行控制。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变型。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种具有时分复用散热能力的装置，包括：

以不同方位布置的第一部件(110)和第二部件(120)；以及

散热器(130)，所述散热器位于第三部件上以便散掉来自所述第三部件的热量，并且被配置为根据所述第一部件(110)和所述第二部件(120)的不同散热需求在不同的时间段内将携带有所述热量的气流分别引导向所述第一部件(110)和所述第二部件(120)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热器(130)包括可旋转的一组散热片(134)，所述散热片(134)被配置为通过旋转所述散热片的定向来控制气流方向。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热器(130)被配置为响应于所述气流的气压超过阈值，将所述气流切换为引导向所述第二部件(120)。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热器还被配置为响应于所述气流的气压低于阈值，将所述气流切换为引导向所述第一部件(110)。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述散热器(130)包括卷簧(135)，所述卷簧(135)被配置为响应于所述气流的气压低于或高于阈值而可操作以驱动所述散热片(134)旋转以改变引导气流的方向。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述散热器(130)包括固定底板(131)和可旋转底板(132)，所述卷簧(135)被布置在所述固定底板(131)和所述可旋转底板(132)之间并且可操作以驱动所述可旋转底板(132)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，所述装置是输入/输出(I/O)卡(100)。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一部件(110)是M.2卡，所述第二部件(120)是电池。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热器(130)包括固定底板(131)，所述固定底板(131)接触所述第三部件以便对所述第三部件进行散热。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第三部件是中央处理单元(CPU)。

11.一种电子设备，包括根据权利要求1-10中任一项所述的装置。

12.一种电气设备，包括根据权利要求1-10中任一项所述的装置。

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