CN111488010B - 一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，温度数据采集/传输模块对温度探测器上的实时温度数据进行实时采集传输，控制/测温模块对温度探测器积分时间进行实时修改，控制/测温模块中传热通道对采集的温度数据进行精准温度信号输出，外置功率计量信号模块对输出的精准温度信号进行分析对比，高维散热矩阵上通过时间同步约束模块来实现1～n组热电制冷芯片的大面积分布控制；本发明作为系统级精准温度控制技术，整体实现了热流密度大于10^6W/cm2、传热距离可以超过上百米、实验室阶段精准控制‑196℃至1200℃、首端和末端产品的温差只有0.5℃、散热结构设计可定制。

Description

一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法
技术领域
本发明涉及热管散热技术领域，尤其涉及一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法。
背景技术
温度控制在电气电器、食品冷冻、冷链物流、工业生产、医疗与日常生活中被广泛应用，在当前的技术中，氟利昂、热管等比较常用，无论何种散热方式，其最终散热媒体是空气，其他都是中间环节，空气自然对流冷却是最直接和简便的方式，热管使自冷的应用范围迅速扩大，因为热管自冷散热系统无需风扇、没有噪音、免维修、安全可靠，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资，此外，热管散热还能将发热件集中，甚至密封，从而将散热部分移到外部或远处，使设备更易做到防尘、防潮、防爆，提高设备的安全可靠性和应用范围；
该技术虽常用，但受限于沸腾极限、携带极限、冷凝极限、连续流动极限、冷启动极限等原因，热管技术传热效率、传输距离都较为有限，并且可工作的温度范围较低，结构也相对较为固定，无法满足多样的产品结构需求，因此，本发明提出一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，该基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，包括高维散热矩阵、时间同步约束模块、热电制冷芯片、温度数据采集/传输模块、温度探测器、控制/测温模块、传热通道和外置功率计量信号模块，所述温度数据采集/传输模块对温度探测器上的实时温度数据进行实时采集传输，所述控制/测温模块对温度探测器积分时间进行实时修改，所述控制/测温模块中传热通道对采集的温度数据进行精准温度信号输出，所述外置功率计量信号模块对输出的精准温度信号进行分析对比，所述高维散热矩阵上通过时间同步约束模块来实现1～n组热电制冷芯片的大面积分布控制。
进一步改进在于：所述温度数据采集/传输模块和外置功率计量信号模块均通过运算放大器和A/D转换芯片来实现低功耗、工作模式、转换速率和精度等要求。
进一步改进在于：所述A/D转换芯片以4路单端输入和2路差分输入模式对应n组电热制冷芯片，所述A/D转换芯片工作在差分模式时能获得的量化精度，所述A/D转换芯片每片能输入两路差分模拟信号，所述A/D转换芯片在电路中通过多组调理电路和滤波器来与其精确配合。
进一步改进在于：所述外置功率计量信号模块中的单路模拟信号接入模拟信号处理转换电路板后，分4个双向通道分别处理，以差分模式输入两组A/D转换芯片量化，每路信号经过的处理有输入反向跟随、直流偏置调整、动态范围调整、二阶低通滤波和反向跟随输出。
进一步改进在于：所述热电制冷芯片通过外接电阻网络或数模转换芯片设置目标温度点；反馈输出当前温度与热电制冷芯片两端电压，目标温度到达控温点±0.1°c时输出温度锁定指示信号；所述热电制冷芯片内置PID控制模块，通过外接电容、电阻设置PID参数；所述热电制冷芯片内置PWM输出模块、MOS管驱动模块、2.5V电压基准和晶体振荡电路，并设置短路指示信号。
本发明的有益效果为：本发明通过与原空调设备智能联动，常规天气仅需启动本换热设备即可保证基站内安全环温水平，并提高了室内循环风量，优化了基站热控要求，控热效果好；采用核心的高效传热技术，将室内热量高效传递到室外，维持室内外处于较小温差，换热效率高；采用无源传热系统，节能比例大；传热系统寿命长，只需要在基站寿命周期以内定期更换室内外风机，系统可靠性高；对围护结构改动小；不引入室外湿度和粉尘，保证室内洁净度及湿度，维护简单；产品价格低，性能高，性价比高。
附图说明
图1为本发明电路构架图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1所示，本实施例提供了一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，包括高维散热矩阵、时间同步约束模块、热电制冷芯片、温度数据采集/传输模块、温度探测器、控制/测温模块、传热通道和外置功率计量信号模块，所述温度数据采集/传输模块对温度探测器上的实时温度数据进行实时采集传输，所述控制/测温模块对温度探测器积分时间进行实时修改，所述控制/测温模块中传热通道对采集的温度数据进行精准温度信号输出，所述外置功率计量信号模块对输出的精准温度信号进行分析对比，所述高维散热矩阵上通过时间同步约束模块来实现1～n组热电制冷芯片的大面积分布控制，所述温度探测器输出信号幅度为0.5V～1.2V，且平均信噪比为300，则信号输出动态范围为1240：1。
所述温度数据采集/传输模块和外置功率计量信号模块均通过运算放大器和A/D转换芯片来实现低功耗、工作模式、转换速率和精度等要求，所述运算放大器选用AD8054，工作在±5V输入电压时，单位增益带宽100MHz，电压摆率120V/μs，建立时间100s，输入电压噪声
Figure BDA0002453690740000041
过载恢复时间正向反向分别为150ns和360ns，同时运算放大器的输入电阻30M欧姆，等效电容0.5pF。
所述A/D转换芯片选用THS1206，所述A/D转换芯片以4路单端输入和2路差分输入模式对应n组电热制冷芯片，所述A/D转换芯片工作在差分模式时能获得的量化精度，所述A/D转换芯片每片能输入两路差分模拟信号，所述A/D转换芯片在电路中通过多组调理电路和滤波器来与其精确配合。
所述A/D转换芯片集成FIFO数据接口和片选功能，直接采用逻辑电路进行匹配与调理，所述A/D转换芯片集成高精度转换基准，在传热通道的结构设计支撑下，实现无散热风扇散热，所述A/D转换芯片通过低功耗与精准温控相结合，实现大热量高热流密度传热。
所述外置功率计量信号模块中的单路模拟信号接入模拟信号处理转换电路板后，分4个双向通道分别处理，以差分模式输入两组A/D转换芯片量化，每路信号经过的处理有输入反向跟随、直流偏置调整、动态范围调整、二阶低通滤波和反向跟随输出；其中，直流偏置调整可实现温度数据通道偏置不均匀性的硬件初步校正，并将信号调整至A/D转换芯片7的差分输入范围内，通过反向比例放大和减法运算电路实现。
热电制冷芯片选用ADN8830，具有高效率、小封装、控温精度高、易操作等突出优点，所述热电制冷芯片可通过外接电阻网络或数模转换芯片设置目标温度点；反馈输出当前温度与热电制冷芯片两端电压，目标温度到达控温点±0.1°c时输出温度锁定指示信号；所述热电制冷芯片内置PID控制模块，通过外接电容、电阻设置PID参数；所述热电制冷芯片内置PWM输出模块、MOS管驱动模块、2.5V电压基准和晶体振荡电路，并设置短路指示信号，提高控温安全性。
由于此热电制冷芯片输出控温电压为3.3V和5.0V两种模式，均不能满足探测器制冷电压要求，在此热电制冷芯片的PWM输出端接入MOSFET驱动芯片以提高驱动电压。选择TI公司出产的双路高速MOSFET驱动芯片UCC27424，可输出最大电流4A，输入电压4V～15V，输入下降沿延迟时间25ns，输入上升沿延迟时间35ns。MOSFET选用Fairchild公司出产的FDS8958，单片集成两个N沟道和P沟道MOS管。其中N沟道芯片额定电压30V，额定电流7A；P沟道芯片额定电压-30V，额定电流-5A。
该基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法作为系统级精准温度控制技术，整体实现了热流密度大于10^6W/cm2、传热距离可以超过上百米、实验室阶段精准控制-196℃至1200℃、首端和末端产品的温差只有0.5℃、散热结构设计可定制。
该基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法通过与原空调设备智能联动，常规天气仅需启动本换热设备即可保证基站内安全环温水平，并提高了室内循环风量，优化了基站热控要求，控热效果好；采用核心的高效传热技术，将室内热量高效传递到室外，维持室内外处于较小温差，换热效率高；采用无源传热系统，节能比例大；传热系统寿命长，只需要在基站寿命周期以内定期更换室内外风机，系统可靠性高；对围护结构改动小；不引入室外湿度和粉尘，保证室内洁净度及湿度，维护简单；产品价格低，性能高，性价比高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，其特征在于：包括高维散热矩阵、时间同步约束模块、热电制冷芯片、温度数据采集/传输模块、温度探测器、控制/测温模块、传热通道和外置功率计量信号模块，所述温度数据采集/传输模块对温度探测器上的实时温度数据进行实时采集传输，所述控制/测温模块对温度探测器积分时间进行实时修改，所述控制/测温模块中传热通道对采集的温度数据进行精准温度信号输出，所述外置功率计量信号模块对输出的精准温度信号进行分析对比，所述高维散热矩阵上通过时间同步约束模块来实现1～n组热电制冷芯片的大面积分布控制；其中，
所述温度数据采集/传输模块和外置功率计量信号模块均通过运算放大器和A/D转换芯片来实现低功耗、工作模式、转换速率和精度要求；所述A/D转换芯片以4路单端输入和2路差分输入模式对应n组电热制冷芯片，所述A/D转换芯片工作在差分模式时能获得的量化精度，所述A/D转换芯片每片能输入两路差分模拟信号，所述A/D转换芯片在电路中通过多组调理电路和滤波器来与其精确配合；所述外置功率计量信号模块中的单路模拟信号接入模拟信号处理转换电路板后，分4个双向通道分别处理，以差分模式输入两组A/D转换芯片量化，每路信号经过的处理有输入反向跟随、直流偏置调整、动态范围调整、二阶低通滤波和反向跟随输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于高维热电的大热量高热流密度传热散热方法，其特征在于：所述热电制冷芯片通过外接电阻网络或数模转换芯片设置目标温度点；反馈输出当前温度与热电制冷芯片两端电压，目标温度到达控温点±0.1°c时输出温度锁定指示信号；所述热电制冷芯片内置PID控制模块，通过外接电容、电阻设置PID参数；所述热电制冷芯片内置PWM输出模块、MOS管驱动模块、2.5V电压基准和晶体振荡电路，并设置短路指示信号。
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