CN110161638A - 光模块散热系统及板卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光模块散热系统及板卡，涉及散热设备的技术领域。光模块散热系统包括散热组件和温度调控组件；散热组件用于与光模块组件接触；温度调控组件包括制冷部，制冷部与散热组件连接，且制冷部能够用于对散热组件的降温，以提高散热组件对光模块组件的散热效率。解决了现有集成式板卡的大功率的光模块的热量无法快速驱散，影响板卡使用性能的问题。通过设置散热组件与温度调控组件，不仅散热组件能够与光模块组件接触散热，而且温度调控组件的制冷部能够与散热组件接触辅助散热，维持光模块组件在较佳温度条件下工作，提高光模块的使用寿命。

Description

光模块散热系统及板卡

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，尤其是涉及一种光模块散热系统及板卡。

背景技术

光通信的OTN(光传送网)设备用于进行城域信息数据的接收和放大发送。其中，光模块CFP(光通讯界，支持热插拔的模块)是光通信的OTN设备中最重要的元件。由于光模块CFP在工作过程中会产生热量需要散热，随着光通信的发展，传输容量越来越大，相应的光模块发热量也越来越大。

随着光通信设备要求的集成度越来越高，光通信OTN设备的板卡高度在进行集成式设计时，高度大大缩减；传统的散热器在板卡高度为0.5～1U(1U＝44.45mm)条件下，仅能满足单个光模块20W以内热功耗的散热的散热器，无法满足驱散现有的大功率的光模块产生的热量，板卡又无法在非预设的温度内进行工作，导致光模块的使用性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供光模块散热系统及板卡，以解决了现有导致大功率的光模块的热量无法快速驱散，影响板卡使用性能的问题。

本发明提供的光模块散热系统，包括：散热组件和温度调控组件；

所述散热组件用于与光模块组件接触；

所述温度调控组件包括制冷部，所述制冷部与所述散热组件连接，且所述制冷部能够用于对所述散热组件的降温，以提高所述散热组件对所述光模块组件的散热效率。

进一步的，所述温度调控组件还包括制热部，所述制热部与所述散热组件连接，且所述制热部能够用于对散热组件加热，以使所述散热组件加热所述光模块组件。

进一步的，所述温度调控组件包括半导体制冷片，所述半导体制冷片能够与散热组件连接，用于为所述散热组件散热和加热。

进一步的，所述温度调控组件还包括第一散热器、连接板和隔热框架；

所述第一散热器设置在所述半导体制冷片上；

所述隔热框架套设在所述半导体制冷片的外周上，所述隔热框架的一侧与所述连接板连接，另一侧与第一散热器的底面连接，所述连接板用于与PCB板固定连接。

进一步的，所述温度调控组件还包括控制板、第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器和所述第二继电器分别与所述半导体制冷片连接，且所述第一继电器用于控制所述制冷部工作，所述第二继电器用于控制所述制热部工作；

所述第一继电器和第二继电器分别与所述控制板连接，所述控制板能够根据光模块组件的温度控制所述第一继电器和第二继电器择一导通。

进一步的，所述散热组件包括第二散热器和传热构件；

所述第二散热器位于所述光模块组件上，所述传热构件位于所述第二散热器和光模块组件之间，且所述传热构件能够与所述温度调控组件贴合连接。

进一步的，所述传热构件包括热管以及热管延伸部；

所述热管延伸部设置在所述热管的一端部，所述热管位于所述光模块组件和第二散热器之间，所述热管延伸部与所述温度调控组件连接，以使所述温度调控组件产生的热量通过热管延伸部输送至所述光模块组件上。

进一步的，所述光模块组件包括光模块、壳体和弹性扣具；

所述壳体的前端面设置有放置开口，所述光模块设置在所述壳体内，且所述放置开口用于取放所述光模块；

所述壳体的上端面设置有镂空部，所述散热组件能够穿过所述镂空部与所述光模块接触；

所述弹性扣具设置在所述壳体和散热组件之间，且所述弹性扣具上设置有固定爪，所述固定爪朝向所述壳体设置，所述弹性扣具用于将所述散热组件固定在所述壳体上。

进一步的，所述散热组件和所述光模块之间设置有传热金属板，且所述散热组件的下端面设置有凸起部，所述凸起部与所述镂空部卡接。

本发明提供的板卡，包括：端面板、风扇、PCB板和所述的光模块散热系统；

所述光模块散热系统连接在所述PCB板上，所述端面板设置在所述PCB板的一端部，所述风扇连接在所述PCB板的另一端部，且所述端面板上设置有进风孔。

本发明提供的光模块散热系统，散热组件和温度调控组件；散热组件用于与光模块组件接触；温度调控组件包括制冷部，制冷部与散热组件连接，且制冷部能够用于对散热组件的降温，以提高散热组件对光模块组件的散热效率。通过设置散热组件与温度调控组件，不仅散热组件能够与光模块组件接触散热，而且温度调控组件的制冷部能够与散热组件连接辅助散热，维持光模块组件在较佳温度条件下工作，提高光模块的使用寿命。

本发明提供的板卡，端面板、风扇、PCB板和光模块散热系统；光模块散热系统连接在所述PCB板上，所述端面板设置在所述PCB板的一端部，风扇连接在PCB板的另一端部，且端面板上设置有进风孔。连接在PCB板上的光模块散热系统的散热组件和制冷部对光模块组件双重进行散热，而且在PCB板尾端部设置有背设的风扇，以使外部空气能够从PCB板的前面设置的端面板的进风口吸入，实现对板卡散热，提高对板卡的散热效果，保证板卡的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1提供的光模块散热器的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的光模块组件的分解图；

图3为本发明实施例1提供的散热组件与温度调控组件连接的俯视图；

图4为本发明实施例1提供的散热组件与温度调控组件连接的仰视图；

图5为本发明实施例1提供的散热组件与温度调控组件连接的分解图；

图6为本发明实施例1提供的温度调控组件的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的温度调控组件与光模块组件连接的结构示意图；

图8为本发明实施例1提供的温度调控组件的制冷状态的电路图；

图9为本发明实施例1提供的温度调控组件的制热状态的电路图；

图10为本发明实施例1提供的温度调控组件的断电状态的电路图；

图11为本发明实施例1提供的板卡的正视图；

图12为本发明实施例1提供的板卡的背视图；

图13为本发明实施例1提供的板卡的部分示意图。

图标：1-光模块散热系统；2-端面板；3-风扇；4-PCB板；11-光模块组件；12-散热组件；13-温度调控组件；14-传热金属板；15-弹性扣具；111-光模块；112-壳体；113-放置开口；114-镂空部；121-第二散热器；122-热管；123-热管延伸部；131-半导体制冷片；132-第一散热器；133-连接板；134-隔热框架；135-控制板；136-第一继电器；137-第二继电器；138-供电端子；151-固定爪。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1-图7所示，本发明提供的光模块散热系统1，包括：散热组件12和温度调控组件13；散热组件12用于与光模块组件11接触；温度调控组件13包括制冷部，制冷部与散热组件12连接，且制冷部能够用于对散热组件12的降温，以提高散热组件12对光模块组件11的散热效率。

通过设置散热组件12与温度调控组件13，不仅散热组件12能够与光模块组件11接触散热，而且温度调控组件13的制冷部能够与散热组件12连接辅助散热，维持光模块组件11在较佳温度条件下工作，提高光模块111的使用寿命。

其中，通过将散热组件12与光模块组件11接触设置，实现散热组件12与光模块组件11贴合散热，散热效果好。

其中，散热组件12可以是散热翅片，多个散热翅片形成散热翅片组为与光模块组件11上，对光模块组件11进行散热。

其中，温度调控组件13的制冷部与散热组件12连接，实现散热组件12在对光模块组件11散热效果差时，对散热组件12散热，保证散热组件12对光模块组件11具有较好的散热效果。

其中，温度调控组件13的制冷部启动制冷散热组件12，使光模块组件11工作温度更低，提高光模块组件11的性能，散热量提高，进一步选用性能更加的光模块组件11，例如可以支持光模块111的热功耗超过四十瓦，超过五十瓦。

进一步的，温度调控组件13还包括制热部，制热部与散热组件12连接，且制热部能够用于对散热组件12加热，以使散热组件12加热光模块组件11。

由于光模块组件11在较低工作温度以下(一般指零度以下)，通常无法启动工作，通过温度调控组件13的制热部可以对散热组件12加热，进而对光模块组件11加热，提高光模块组件11的温度，以使光模块组件11的温度能够在对较低工作温度以上，保证光模块组件11多样的温度使用场景。

进一步的，温度调控组件13包括半导体制冷片131，半导体制冷片131能够与散热组件12连接，用于为所述散热组件12散热和加热。

通过将温度调控组件13为半导体制冷片131，即对半导体制冷片131接正向电流，以使半导体与散热组件12连接的端面制冷，对应的与第一散热器132贴合的半导体制冷片131的散热面被第一散热器132吸收；对半导体制冷片131接反向电流，以使半导体与散热组件12连接的端面制热，对应的与第一散热器132贴合的半导体制冷片131的制冷面的热量被第一散热器132吸收。

其中，半导体制冷片131，也叫热点制冷片，是一种热泵。其优点是无滑动部件，应用在空间受到限制的场合，可靠性要求高。当直流电通过两种不同半导体材料串联成电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量。即对半导体制冷片131电源正负极反向通电时，半导体制冷片131的下端面处于放出热量状态，通过传热构件对光模块组件11进行加热；对半导体制冷片131电源正负极正向通电时，半导体制冷片131的下端面处于吸收热量状态，光模块组件11的热量通过热管输送至半导体制冷片处进行冷却散热。

进一步的，所述温度调控组件13还包括第一散热器132、连接板133和隔热框架134；第一散热器132设置在半导体制冷片131上；隔热框架134套设在半导体制冷片131的外周上，隔热框架134的一侧与所述连接板133连接，另一侧与第一散热器132的底面连接，以隔绝半导体制冷片131的制冷部和制热部之间的热量传递，连接板133用于与PCB板4固定连接。

第一散热器132和半导体制冷片131通过连接在最下端的连接板133固定连接在PCB板4，连接板133提供了一个连接平面；热管延伸部123连接在PCB板4和连接板133之间，实现将热管延伸部123固定连接，且在半导体制冷片131的外周上套设有隔热框架134，隔绝半导体制冷片131的上端面的制冷断面和下端面的制热端面之间的热量传递，保证温度调控组件13的工作效率。

其中，光模块111温度过高时，第二散热器121无法驱散光模块111的热量，半导体制冷片131供电极性为正负，半导体制冷片131的下端面制冷，光模块111的热量通过热管122输出至半导体制冷片131处进行冷却散热，第一散热器132位于半导体制冷片131上端面，将半导体制冷片131上端面的热量吸收，间接实现对光模块组件11进行降温。

其中，连接板133可以是铜板；选用连接板133为铜板具有较好的传热性能，且成本低。

其中，第一散热器132位于半导体制冷片131上，第一散热器132用于对半导体制冷片131进行热量传导。

进一步的，温度调控组件13还包括控制板135、第一继电器136和第二继电器137；光模块组件11内设置有热敏电阻，所述光模块组件11与PCB板4电连接，控制板135与PCB板4电连接，以使PCB板4能够读取所述光模块组件11的温度值，并将温度值反馈至控制板135；第一继电器136和所述第二继电器137分别与半导体制冷片131连接，且第一继电器136用于控制制冷部工作，第二继电器137用于控制制热部工作；第一继电器136和第二继电器137分别与所述控制板135连接，控制板135能够根据光模块组件11的温度控制第一继电器136和第二继电器137择一导通。

光模块111内的光敏电阻感应光模块111的温度，并将温度信号传递至PCB板4，PCB板4根据485通信协议读取光模块111的温度，并将温度值反馈至控制板135，控制板135根据温度值发出指令，控制第一继电器136和第二继电器137的连通，进而控制半导体制冷片131是处于制冷状态还是制热状态。具体的，光敏电阻没有温度值反馈，默认无光模块111工作，第一继电器136和第二继电器137均断开，半导体制冷片131不供电；当温度值低于较低工作温度值，第二继电器137吸合，半导体制冷片131供电极性相反为负正，半导体制冷片131与热管122连接的端面制热，即半导体制冷片131的下端面处于散热状态；温度值为较低工作温度值时，第二继电器137断开，即制冷片处于不工作状态；当温度值达到甚至超过较高工作温度值，第一继电器136吸合，半导体制冷片131供电极性为正负，半导体制冷片131与热管122连接的端面制冷，即半导体的下端面处于吸热状态；温度值逐渐降低至正常工作温度值时，第一继电器136断开，即制冷片处于不工作状态；综上所述，当光模块111处于不同温度值阶段内，半导体制冷片131可以相应调整的工作状态，不仅能够保证光模块111处于最佳的工作温度，而且能够节约能源，避免半导体制冷片131长时间处于工作状态。

其中，光模块111的使用环境温度范围为-40℃-65摄氏度；光模块111较低工作温度值指0℃以下的温度范围，光模块111较高工作温度值指70℃以上的温度范围，光模块111的正常工作温度阈值处于0℃-50℃之间时，散热组件12对光模块111散热效果，能够保证光模块111的散热效果，因此不需要启动温度调控组件13的制冷部。

其中，控制板135上连接有显示屏、负载、第一继电器136、第二继电器137和供电端子138；PCB板4根据485通信协议读取光模块111的温度，并将温度值反馈至控制板135；如图8所示，电源产生的电压接入供电端子138，通过连通的第一继电器136连通半导体制冷片131的制冷部，即制冷部为与热管122连接的端面；如图9所示，电源产生的电压通过连通的第二继电器137连通半导体制冷片131的制热部，即制热部为与热管122连接的端面；如图10所示，电路处于断开状态，即半导体制冷片131处于未启动状态。

进一步的，散热组件12包括第二散热器121和传热构件；第二散热器121位于所述光模块组件11上，传热构件位于第二散热器121和光模块组件11之间，且传热构件能够与温度调控组件13贴合连接。

通过将第二散热器121设置在光模块组件11上，即第二散热器121直接与光模块组件11贴合散热，传热构件位于第二散热器121和光模块111之间，用于将光模块111产生的热量输送至温度调控组件13上，也能将温度调控组件13的热量传送至光模块组件11上，作为热量传输的媒介。

进一步的，传热构件包括热管122以及热管延伸部123；热管延伸部123设置在所述热管122的一端部，热管122位于所述光模块组件11和半导体制冷片131之间，热管延伸部123与半导体制冷片131的下端面贴合，以使产生半导体制冷片131的下端面的热量通过热管延伸部123输送至光模块组件11上，并且光模块111产生的热量通过热管122能够传导至半导体制冷片131的下端面。

通过将热管延伸部123设置在热管122的一端，实现位于光模块组件11和第一散热器132之间的热管122的热管延伸部123可以与半导体制冷片131的下端面贴合，实现将半导体制冷片131下端面产生的热量通过热管延伸部123直接输送至光模块组件11上，提高半导体制冷片131的制热部对光模块组件11的制热效果，也能将光模块组件11产生的热量通过热管122传送至半导体制冷片131的下端面，半导体制冷片131的下端面产生的冷温度也能对光模块组件11进行散热。

进一步的，光模块组件11包括光模块111和壳体112；壳体112的前端面设置有放置开口113，光模块111设置在所述壳体112内，且放置开口113用于取放光模块111；壳体112的上端面设置有镂空部114，第二散热器121能够穿过镂空部114与光模块111接触。

通过在壳体112的前端面设置有放置开口113，以使光模块组件11能够在放置开口113处取放，满足光模块111在使用过程中经常插拔和更换，操作更加简单方便。通过在壳体112的上端面设置有镂空部114，以使第二散热器121能够通过镂空部114直接与光模块111接触散热，提高散热效果。

其中，放置开口113向壳体112内设置有滑轨，以使光模块组件11能够沿滑轨在放置开口113处取放光模块组件11。

进一步的，第二散热器121和光模块111之间设置有传热金属板14。

通过在第一散热器132和光模块111之间设置有传热金属板14，既能保证第二散热器121和光模块111之间是平面接触，又能保证光模块111产生的热量能够快速传递至第一散热器132。

其中，传热金属板14可以是铜板，铜板具有较好的传热性能，且成本低。

进一步的，还包括弹性扣具15；弹性扣具15设置在壳体112和散热组件12之间，且弹性扣具15上设置有固定爪151，固定爪151朝向所述壳体112设置，弹性扣具15用于将散热组件12固定在壳体112上。

通过在壳体112和第二散热器121之间设置有弹性扣具15，实现将第二散热器121固定在壳体112上，固定爪151朝向壳体112固定，并且在光模块111取放时，释放弹性，实现将光模块组件11紧固固定。

进一步的，第二散热器121的下端面设置有凸起部，凸起部与镂空部114卡接。

通过在第二散热器121的下端面设置有凸起部，以使凸起部与镂空部114卡接，实现将第二散热器121稳定的固定在壳体112上端。

如图11-图13所示，本发明提供的板卡，包括：端面板2、风扇3、PCB板4和如所述的光模块散热系统1；光模块散热系统1连接在所述PCB板4上，端面板2设置在PCB板4的一端部，风扇3连接在所述PCB板4的另一端部，且端面板2上设置有进风孔。

连接在PCB板4上的光模块散热系统1的散热组件12和制冷部对光模块组件11双重进行散热，而且在PCB板4尾端部设置有背设的风扇3，以使外部空气能够从PCB板4的前面设置的端面板2的进风口吸入，实现对板卡散热，提高对板卡的散热效果，保证板卡的使用寿命。

其中，端面板2上均布设置于进风口，以使外部的空气能够均布的被吸入进入到板卡内，对板卡内的光模块111进行风冷散热。

组装本发明提供的板卡的操作如下：

壳体112焊接固定在PCB板4上，光模块111从壳体112的前端面取放，且固定在壳体112内；

第二散热器121通过弹性扣具15固定在壳体112上，第二散热器121的底面与光模块111上表面贴平；

将多个热管122通过锡膏焊接在第二散热器121和壳体112之间，热管延伸部123通过锡膏焊接在连接板133下端；

再将套接有隔热框架134的半导体制冷片131和第一散热器132装配用螺丝锁合在连接板133上。

本发明提供的板卡的散热原理为：

首先TEC(半导体制冷片131)和机箱风扇3接电，然后插入光模块111，光模块111工作过程中产生热量，5～40W不等，本方案主要解决30～40W功耗的光模块111：

光模块111的第一种使用工况：光模块111温度低于0℃时，控制板135给半导体制冷片131接反向电流，此时半导体制冷片131的下端面加热，热量通过热管122传导到第二散热器121，进一步传导到光模块111，从而达到光模块111的启动温度要求，光模块111正常工作，半导体制冷片131控制板135断电。

光模块111的第二种使用工况：光模块111温度值处于0～50℃，正常工作，TEC处于断电状态，不工作，第二散热器121对光模块111散热；

光模块111的第二种使用工况使用工况：光模块111温度值达到70℃，第二散热器121的散热性能不足，TEC通电制冷，此时半导体制冷片131的下端面制冷，第二散热器121的热量通过热管122传导到与半导体制冷片131的下端面进行散热，半导体制冷片131的上端面产生的热量通过第一散热器132进行散热；当光模块111温度逐渐降低至50℃，TEC断电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光模块散热系统，其特征在于，包括：散热组件和温度调控组件；

所述散热组件用于与光模块组件接触；

所述温度调控组件包括制冷部，所述制冷部与所述散热组件连接，且所述制冷部能够用于对所述散热组件的降温，以提高所述散热组件对所述光模块组件的散热效率。

2.根据权利要求1所述的光模块散热系统，其特征在于，所述温度调控组件还包括制热部，所述制热部与所述散热组件连接，且所述制热部能够用于对散热组件加热，以使所述散热组件加热所述光模块组件。

3.根据权利要求2所述的光模块散热系统，其特征在于，所述温度调控组件包括半导体制冷片，所述半导体制冷片能够与散热组件连接，用于为所述散热组件散热和加热。

4.根据权利要求3所述的光模块散热系统，其特征在于，所述温度调控组件还包括第一散热器、连接板和隔热框架；

所述第一散热器设置在所述半导体制冷片上；

所述隔热框架套设在所述半导体制冷片的外周上，所述隔热框架的一侧与所述连接板连接，另一侧与第一散热器的底面连接，所述连接板用于与PCB板固定连接。

5.根据权利要求4所述的光模块散热系统，其特征在于，所述温度调控组件还包括控制板、第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器和所述第二继电器分别与所述半导体制冷片连接，且所述第一继电器用于控制所述制冷部工作，所述第二继电器用于控制所述制热部工作；

所述第一继电器和第二继电器分别与所述控制板连接，所述控制板能够根据光模块组件的温度控制所述第一继电器和第二继电器择一导通。

6.根据权利要求1所述的光模块散热系统，其特征在于，所述散热组件包括第二散热器和传热构件；

所述第二散热器位于所述光模块组件上，所述传热构件位于所述第二散热器和光模块组件之间，且所述传热构件能够与所述温度调控组件贴合连接。

7.根据权利要求6所述的光模块散热系统，其特征在于，所述传热构件包括热管以及热管延伸部；

所述热管延伸部设置在所述热管的一端部，所述热管位于所述光模块组件和第二散热器之间，所述热管延伸部与所述温度调控组件连接，以使所述温度调控组件产生的热量通过热管延伸部输送至所述光模块组件上。

8.根据权利要求6所述的光模块散热系统，其特征在于，所述光模块组件包括光模块、壳体和弹性扣具；

所述壳体的前端面设置有放置开口，所述光模块设置在所述壳体内，且所述放置开口用于取放所述光模块；

所述壳体的上端面设置有镂空部，所述散热组件能够穿过所述镂空部与所述光模块接触；

所述弹性扣具设置在所述壳体和散热组件之间，且所述弹性扣具上设置有固定爪，所述固定爪朝向所述壳体设置，所述弹性扣具用于将所述散热组件固定在所述壳体上。

9.根据权利要求8所述的光模块散热系统，其特征在于，所述散热组件和所述光模块之间设置有传热金属板，且所述散热组件的下端面设置有凸起部，所述凸起部与所述镂空部卡接。

10.一种板卡，其特征在于，包括：端面板、风扇、PCB板和如权利要求1-9任一项所述的光模块散热系统；

所述光模块散热系统连接在所述PCB板上，所述端面板设置在所述PCB板的一端部，所述风扇连接在所述PCB板的另一端部，且所述端面板上设置有进风孔。