CN1262599A - 控制可携带电子装置中的冷却装置的方法及其冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种用于可携带电子装置的冷却装置,包括用来辐射来自CPU的热量的一块辐射板和一个散热片。当外部电源的插头连接到可携带电子装置的机体上时,CPU可以以高时钟频率操作。例如通过操作引向散热片的一个通风扇,冷却装置实现一种高冷却性能。当从可携带电子装置的机体上除去插头时,CPU可以以低时钟频率操作。能减小功率消耗,从而能节省存储在内装电池中的电力。能延长操作的持续时间。

Description

控制可携带电子装置中的冷却装置的方法及其冷却装置

本发明涉及一种在诸如笔记本大小的个人计算机或膝上型个人计算机之类的可携带电子装置中采用的冷却装置。

笔记本大小的个人计算机一般包括在其机体内装配的内装电池。只要从电池供电，即使当个人计算机不能从电源插座接收电力时，笔记本大小的个人计算机也保持工作。在这种情况下，操作的持续时间取决于电池的容量。如果能减小在CPU(中央处理单元)处的功率消耗，则能节省存储在电池中的电力，从而可以延长操作的持续时间。

在CPU处的功率消耗取决于CPU的时钟频率。随着时钟频率变高，功率消耗变大。如果CPU在较低时钟频率下工作，则能减小在CPU处的功率消耗。然而，CPU的操作可能变慢。因而，非常难以同时满足冲突的要求，即延长用于笔记本大小个人计算机的操作持续时间的要求和在笔记本大小的个人计算机中加速操作的要求。

本发明者提出了一种笔记本大小的个人计算机，该计算机包括一个当从电池接收电力时以低时钟频率工作、而当从电源插座接收电力时以高时钟频率工作的CPU。因而，当在电源插座不能用的地方使用个人计算机时，能节省存储在电池中的电力，从而有可能延期个人计算机操作的终止。此外，如果CPU打算加速其操作，则可以把个人计算机简单地连接到插座上。电源插座通常连续向个人计算机供电而没有限制。来自连续插座的供电使个人计算机的CPU能以高处理速度连续操作，而不缩短操作的持续时间。

CPU时钟频率的变化导致在上述类型个人计算机中的CPU处发热量的变化。当CPU以低时钟频率操作时，低冷却性能可能足以抑制在CPU处的温度过分升高。另一方面，当CPU以高时钟频率操作时，应该达到较高的冷却性能以防止在CPU处的温度过分升高。至今，还没有实现一种冷却装置或一种控制冷却装置的方法，去实现可随CPU处发热量变化而变化的冷却性能。

因而本发明的一个目的在于提供一种控制冷却装置的方法，以便响应发热量的变化而改变冷却性能。本发明的目的还在于提供一种适于这种方法的冷却装置。

根据本发明，提供了一种控制冷却装置的方法，该方法包括：确定外部电源的插头是否连接到可携带电子装置的机体上；及当确定指示插头的连接时，改变布置在机体内的冷却装置的冷却性能。

上述方法适于根据稳定外部电源的插头是否连接到可携带电子装置的机体上的指示，接受在可携带电子装置的机体内布置的功率消耗电路处产生的发热量的变化。基于这种指示的冷却装置的冷却性能有意变化，可以用来允许冷却性能跟随在功率消耗电路处产生的发热量的变化。在这种方法中，可以在冷却装置中采用通风扇，以便改变冷却性能。

一般地说，认为在诸如CPU(中央处理单元)之类的功率消耗电路处产生的发热量会跟随功率消耗量变化。当插头被联接或连接到可携带电子装置上时，期望稳定外部电源向可携带电子装置供电。当可携带电子装置从外部电源接收电力时，设想在可携带电子装置中要消耗较大的电力。然而，即使当在可携带电子装置中消耗较大电力时，来自外部电源的电力也几乎不会耗尽。期望基于较大发热量可能性的冷却装置的高冷却性能，会可靠地避免在可携带电子装置的机体内的温度升高。

当检测到插头插在插座中时，确定可以指示插头的连接。如果检测到在插头与插座之间的连接或插头在插座中的接收，则设想从稳定外部电源向可携带电子装置供电。检测可用例如继电器开关或晶体管开关实现。此外，当检测到从插头供电时，可以确定插头的接收。这种检测可以用来证实从稳定外部电源向可携带电子装置供电。

上述控制方法可以进一步包括：当从插头向布置在机体内的功率消耗电路供电时，把冷却性能设置在第一级；及当从连接到机体上的电池向功率消耗电路供电时，把冷却性能设置在比第一级低的第二级。当从插头供电时，设想装在可携带电子装置中的功率消耗电路消耗较大电力，而当从电池供电时，则消耗较小电力。设想与其中实现较小功率消耗的情况相比较大功率消耗，导致在功率消耗电路处产生较大发热量。当在功率消耗电路处产生较大发热量时，期望实现由第一级规定的高冷却性能，以可靠地避免在可携带电子装置的机体内的温度升高。

此外，上述控制方法可以进一步包括：当功率消耗电路的时钟频率设置在第一频率时，把冷却性能设置在第一级；及当功率消耗电路的时钟频率设置在比第一频率低的第二频率时，把冷却性能设置在比第一级低的第二级。当CPU在较高时钟频率下操作时，通常假定诸如CPU之类的功率消耗电路产生较大发热量。当在功率消耗电路处产生较大发热量时，期望实现由第一级规定的高冷却性能，以可靠地避免在可携带电子装置的机体内的温度升高。在这种条件下，最好当从插头向可携带电子装置供电时，把时钟频率设置在第一频率，而当从电池向可携带电子装置供电时，设置在第二频率。

当在机体内检测的温度达到阈值温度范围时，冷却性能可以从第二级变换到第一级。因而即使当由第二级规定的低冷却性能不足以抑制温度升高时，也有可能用由第一级规定的高冷却性能避免温度升高。

在把冷却性能设置在第一级时，可以操作通风扇以把气流引向从功率消耗电路接收热传递的散热片。如上所述，当建立第一级时，假定功率消耗电路从插头接收电力。几乎不会耗尽来自稳定外部电源的电力，从而在通风扇处的功率消耗不会影响对功率消耗电路的供电。

在把冷却性能设置在第二级时，可以采用辐射板以辐射功率消耗电路的热量。如上所述，当建立第二级时，假定功率消耗电路从电池接收电力。辐射板的采用用来有效地辐射热量而不消耗电力，从而有可能抑制温度升高，而不会耗尽存储在电池中的电力。

当实现上述方法时，一种可携带电子装置可以包括：一个机体；一个冷却装置，布置在该机体内；及一个控制电路，当外部电源的插头连接到机体上时，能够改变冷却装置的冷却性能。

控制电路用来按照插头是否连接到可携带电子装置上来改变冷却装置的冷却性能。当可携带电子装置例如从稳定外部电源接收足够的电力时，冷却装置用于响应供电而实现高冷却性能。即使当在冷却装置处消耗较大电力时，也几乎不会耗尽来自稳定外部电源的电力。另一方面，当从电池供给有限量的电力时，能减小在冷却装置处的功率消耗，从而能节省存储在电池中的电力。例如借助于通风扇的采用，可以实现冷却性能的变换。

冷却装置可以包括一个接收从功率消耗电路传递的热量的散热片、和一个能够改变引向散热片的气流量的通风扇。当证实插头的连接时，这样的冷却装置适于增大来自通风扇的气流量。另一方面，当除去插头时，通风扇可以减小气流量。当冷却装置从稳定外部电源接收足够量的电力时，冷却装置可以响应供给电力的增大而实现高冷却性能。即使当在通风扇处消耗较大电力时，也几乎不会耗尽来自稳定外部电源的电力。另一方面，当从电池供给有限量的电力时，能减小在通风扇处的功率消耗，从而能节省存储在电池中的电力。

冷却装置可以进一步包括一块辐射在功率消耗电路处产生的热量的辐射板。辐射板用来高效地辐射功率消耗电路的热量，而不消耗电力。因而，辐射板可以有助于抑制温度升高，而不引起电力的耗尽。

适于上述控制的冷却装置可以包括：一块辐射板，布置在可携带电子装置的机体内，以便辐射来自高温元件的热量；一个散热片，布置在可携带电子装置的机体内，以便从高温元件接收热量；及一个通风扇，布置在可携带电子装置的机体内，以便产生引向散热片的气流。

上述冷却装置，借助于来自辐射板的辐射可以实现第一冷却性能，及借助于辐射板之外的散热片的采用，实现第二冷却性能。况且，辐射板可以用来保持最低冷却性能，而不消耗电力，由此有助于极力减小在通风扇处的功率消耗。

散热片最好面对着在机体的壳体中限定的一个开口。来自通风扇的气流在吸收散热片的热量之后，允许经开口流出可携带电子装置的机体。由散热片加热的气流几乎不保持在可携带电子装置的机体内，从而可以有效地避免在可携带装置机体内的温度上升。

导热元件最好布置在辐射板与散热片之间，以便把热量从高温元件分散到辐射板和散热片。导热元件可以用来可靠地把热量从高温元件或功率消耗电路分散到辐射板和散热片上。导热元件可以是热管。热管可以包括一个容器，如一根气密地封闭诸如水之类的易挥发流体的真空金属管。

由联系附图的最佳实施例的如下描述，将明白本发明的以上和其他目的、特征和优点，在附图中：

图1是立体图，表明盖打开的笔记本大小的个人计算机的整个结构；

图2是立体图，表明盖关闭的笔记本大小的个人计算机的后角部；

图3是平面图，示意表明笔记本大小的个人计算机的内部结构；

图4部分表明沿图3中线4-4取出的剖视图；

图5是分解视图，表明辐射板和印刷电路板的反面；

图6是方块图，示意表明冷却装置的控制系统；

图7是流程图，表明控制冷却装置的方法；及

图8是方块图，表明检测电路的另一个实施例。

图1表明一种笔记本大小的个人计算机10的外观，用作可携带电子装置的一个例子。个人计算机10包括一个包含电路板和包括一个中央处理单元(CPU)的元件的机体11、和一个连接到机体11上的盖12。一个液晶显示器(LCD)嵌在机体11中。当用户允许CPU处理安装在机体11中的软件时，用户可以经装在机体11中的一个键盘13和/或指点器14输入任何指令和信息数据。处理结果可以显示在盖12中的LCD上。

盖12能够绕支撑轴相对于机体11摆动。盖12的摇摆运动允许LCD的表面在闭合位置叠在机体11上。

如从图2看到的那样，一个交流适配器15可以连接到机体11上。交流适配器15用来把从诸如未表示的电源插座之类的外部电源接收的交流，转换成直流。当在嵌在机体11中的插座17中接收交流适配器15的一个插头16时，转换后的直流能供给到机体11内的电路板和元件。

图3示意地表明机体11的内部结构。机体11包括一块印刷电路板或母板20。一个包括CPU 18的外壳19安装在印刷电路板20的表面上。在电源插座17中接收的插头16电气引导到外壳19中的CPU 18上，以便向CPU 18供给电力或电压。一个装在机体11内的二次电池或蓄电池21也电气连接到CPU 18上，以便向CPU 18供给电力或电压。CPU 18由供给的电力或电压操作。

一个冷却装置22连接到CPU 18上。冷却装置22包括一块由诸如高导热率铝板之类的金属板制成的辐射板(或多块辐射板)23、和一个由一块铝板或多块隔开铝板形成的散热片24。辐射板23在整个宽度或在侧向延伸，以便覆盖在印刷电路板20上方，在板20上装有CPU 18的组合件19。散热片24定位成面对着限定在机体11的壳体中的一个开口25，也参照图2。

一个通风扇26产生引向散热片24的气流。通风扇26包括一个与散热片24相对着的通风开口27。通风开口27用来把气流引向散热片24。通风扇26包括一个带有多个叶片28的转子29。当转子29接收电力转动时，经与辐射板23相对着的一个引入窗口30吸入空气。吸入的空气允许流出通风开口27。跑出通风开口27的气流在吸收散热片24的热量之后经开口25离开壳体。在这种类型的冷却装置22中，允许冷却性能按照在通风扇26处消耗的电力量改变。

一个热量分布系统33布置在CPU 18与辐射板23以及散热片24之间，以便通过使用一根热管32把热量从作为一个高温元件的CPU18分布到辐射板23和散热片24。热量分布系统33进一步包括如图4和5中所示例如一块直接接触组合件19中的CPU 18的散热板34、和一个叠置在散热板34上的金属块35。热管32穿过金属块35。散热板34首先吸收CPU 18的热量。吸收的热量然后经金属块35传递到热管32。

金属块35借助于附件36用来把热管32固定在辐射板23的反面，如图5中所示。热管32至辐射板23的这种固定，允许热管32在沿从金属块35在一个方向延伸的一个第一导热路径37的整个长度处，与辐射板23均匀地接触。从金属块35传递的热量允许均匀地散布到辐射板23上。热管32在从金属块35在另一个方向或相反方向延伸的一个第二导热路径38中，与散热片24的相应铝板相接触。从金属块35传递的热量允许均匀地散布到散热片24上。热管32按常规可以包括一个容器，如一根气密地封闭诸如水之类的易挥发流体的真空金属管。热量分布系统33可以采用多根热管、或除一根热管之外的导热元件。

图6示意地表明冷却装置22的控制系统。该控制系统包括一个能够在第一级与比第一级低的第二级之间切换冷却装置22的冷却性能的控制电路40。当把冷却性能设置在第一级时，控制电路40用来向通风扇26供给电压，以便致动通风扇26。CPU 18的热量经冷却装置22中的辐射板23和散热片24同时辐射。当把冷却性能设置在第二级时，控制电路40用来抑制向通风扇26的电压供给，以便保持通风扇26静止。冷却装置22的冷却性能取决于辐射板23的表面面积。控制电路40例如可以由一个用固件可编程的微处理器单元(MPU)实现。

控制电路40能在一种性能模式与一种无噪声模式之间切换。当建立性能模式时，控制电路40准备致动通风扇26。另一方面，当建立无噪声模式时，控制电路40用来保持通风扇26静止。对于控制电路40，CPU 18指令在性能模式与无噪声模式之间切换。用户通过对键盘13和或指点器14的操纵选择性能和/或无噪声模式的任一种。

一个检测电路41连接到控制电路40上，以便当插头16接收在插座17中时输出一个检测信号。一个温度传感器42也连接到控制电路40上，以便检测CPU 18周围的温度。检测电路41可以包括一个比较器元件，当从插头16供给的电压例如超过一个预定值V时，该比较器元件输出检测信号。温度传感器42用来输出指示例如摄氏温标或开氏温标的温度。

一个时钟发生器43用来输出一个时钟信号，以便确定CPU 18的时钟频率。时钟信号能在一个第一频率与一个比第一频率低的第二频率之间变换。当把第一频率设置为时钟信号时，允许CPU 18在高速下以高发热量操作。当把第二频率设置为时钟信号时，CPU 18以较低操作速度产生较低的发热量。来自控制电路40的指令用来确定时钟信号的频率，即CPU 18的时钟频率。

当CPU 18操作时，CPU 18从一个DC/DC转换器44接收直流电压。DC/DC转换器44用来把从插头16和二次电池21供给的直流电压，转换成适于CPU 18的电压。

其次，将参照图7中所示的流程图，对控制电路40的操作进行描述。当笔记本大小的个人计算机10被引导时，控制电路40在步骤S1判断已经选择了哪种模式。当控制电路40确定性能模式的指定时，控制电路40然后在步骤S2确定插头16是否连接到或接收在嵌在机体11中的插座17中。如果从检测电路41供给检测信号，则控制电路40证实插头16对机体11的连接。由于从电源插座经插头16向机体11供电，所以允许用户使用笔记本大小的个人计算机10，而不用担心供给电力的耗尽。控制电路40然后在步骤S3，把在时钟发生器43处产生的时钟信号的频率设置为第一频率，因而在CPU 18中建立了高频模式。CPU 18以最大处理速度处理软件。

控制电路40适于在步骤S4致动通风扇26。来自CPU 18的热量能从辐射板23和散热片24辐射。冷却装置22能够实现由第一级规定的高冷却性能。来自CPU 18的热量能高效地辐射，从而能避免CPU 18周围的温度升高。由于笔记本大小的个人计算机10从电源插座经插头16接收电力，所以通风扇26的操作不会引起对CPU 18供电的耗尽。用户可以连续操作笔记本大小的个人计算机10，而不用担心电力供给的终止。

如果控制电路40在步骤S2确定从机体11除去插头16，则控制电路40在步骤S5，把在时钟发生器43处产生的时钟信号的频率设置为第二频率。因而在CPU 18中建立了低频模式。CPU 18仅从二次电池21接收电力。不从插头16向CPU 18供电。在CPU 18处消耗的电力直接影响从二次电池21供给电力的持续时间。CPU 18时钟频率的下降能够节省存储在二次电池21中的电力，从而能延长CPU 18的操作的持续时间。

在CPU 18的操作期间，控制电路40从温度传感器42连续接收指示CPU 18周围温度的信号。控制电路40在步骤S6比较在温度传感器42处检测的温度和一个预定阈值温度范围。考虑到在CPU 18周围的电子元件和器件允许的温度，能设置阈值温度范围。

当在CPU 18处检测的温度达到阈值温度范围时，控制电路40在步骤S7保持通风扇26静止。在冷却装置22中把冷却性能设置为第二级。由于CPU 18的时钟频率的降低用来按低频模式抑制在CPU18处产生的发热量，故低的冷却性能可以足够地抑制CPU 18周围温度的升高。此外，由于没有操作而使通风扇26处没有电力消耗，这有助于节省存储在二次电池21中的电力。冷却装置22达到足够的冷却性能，而不会加速存储在二次电池21中的电力的耗尽。

当在CPU 18处检测的温度达到阈值温度范围时，过程走到步骤S4，其中控制电路40致动通风扇26。冷却装置22达到由上述第一级定义的较高冷却性能。能高效地辐射来自CPU 18的热量，从而能降低CPU 18周围的温度。在CPU 18附近能保证电子元件和器件的操作。例如，如果辐射板23提供足够的表面面积，以辐射来自以比第一频率低的第二频率操作的CPU 18的热量，则能避免CPU 18周围的温度超过阈值温度范围。然而，在环境温度起升高CPU 18周围的温度的作用而超过期望值的情况下，通风扇26的操作有助于降低CPU 18周围的温度。通风扇26以这种方式断续操作，与通风扇26的恒定操作相比，可能有助于减小在通风扇26处的电力消耗。

当控制电路40在步骤S1证实无噪声模式的指示时，控制电路40然后在步骤S8把在时钟发生器43处产生的时钟信号的频率设置为第二频率。因而在CPU 18中建立了低频模式。CPU 18以低处理速度操作，从而使发热量受到抑制。控制电路40在步骤S7保持通风扇26静止。在冷却装置22中把冷却性能设置在第二级。由于CPU18的时钟频率的降低用来抑制在CPU 18处产生的发热量，故低冷却性能可以足够抑制CPU 18周围温度的升高。

在无噪声模式中保持通风扇26静止，而不顾电力经插头16的供给。通风扇26不工作，即转子28不转动不会引起噪声。因而，用户连续操作笔记本大小的个人计算机10，而没有噪声漏出机体11。

在以上方式中的控制电路40的管理最好在笔记本大小的个人计算机10的操作期间周期地实现。插头16的连接和CPU 18周围温度的变化的不断监视，允许冷却装置22响应CPU 18的状态变化而动态地改变其冷却性能。

如图8中所示，例如在一个用来检测在插头16与电源插座17之间的物理接触的开关46处，可以产生供给到控制电路40的检测信号。开关46可以采用例如继电器开关或晶体管开关。

应该注意，冷却装置22不仅如上述那样通过接通和断开通风扇26、而且通过以高和低转速改变通风扇26的转速，可以改变其冷却性能。

Claims (20)

1.一种控制冷却装置的方法，包括：

确定外部电源的插头是否连接到可携带电子装置的机体上；及

当确定指示插头的连接时，改变布置在机体内的冷却装置的冷却性能。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中在冷却装置中采用一个通风扇，以便改变冷却性能。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其中当检测到在电源插座中接收插头时，确定指示插头的连接。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其中当检测到从插头供电时，确定插头的接收。

5.根据权利要求3所述的控制方法，进一步包括：

当从插头向布置在机体内的功率消耗电路供电时，把冷却性能设置在第一级；及

当从连接到机体上的电池向功率消耗电路供电时，把冷却性能设置在比第一级低的第二级。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其中当在机体内检测的温度达到一个阈值温度范围时，把冷却性能从第二级切换到第一级。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其中在把冷却性能设置在第一级时，操作一个通风扇以把气流引向从功率消耗电路接收热传递的一个散热片。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其中在把冷却性能设置在第二级时，采用一块辐射板以辐射功率消耗电路的热量。

9.根据权利要求3所述的控制方法，进一步包括：

当把功率消耗电路的时钟频率设置在第一频率时，把冷却性能设置在第一级；及

当把功率消耗电路的时钟频率设置在比第一频率低的第二频率时，把冷却性能设置在比第一级低的第二级。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其中当在机体内检测的温度达到一个阈值温度范围时，把冷却性能从第二级切换到第一级。

11.根据权利要求9所述的控制方法，其中在把冷却性能设置在第一级时，操作一个通风扇以把气流引向从功率消耗电路接收热传递的一个散热片。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其中在把冷却性能设置在第二级时，采用一块辐射板以辐射功率消耗电路的热量。

13.一种可携带电子装置，包括：

一个机体；

一个冷却装置，布置在该机体内；及

一个控制电路，当把外部电源的插头连接到机体上时，能够改变冷却装置的冷却性能。

14.根据权利要求13所述的可携带电子装置，其中冷却装置包括一个用来改变冷却性能的通风扇。

15.根据权利要求13所述的可携带电子装置，其中冷却装置包括一个接收从功率消耗电路传递的热量的散热片、和一个能够改变引向散热片的气流量的通风扇。

16.根据权利要求15所述的可携带电子装置，其中冷却装置进一步包括一块辐射在功率消耗电路处产生的热量的辐射板。

17.一种用于可携带电子装置的冷却装置，包括：

一块辐射板，布置在可携带电子装置的机体内，以便辐射来自高温元件的热量；

一个散热片，布置在可携带电子装置的机体内，以便从高温元件接收热量；及

一个通风扇，布置在可携带电子装置的机体内，以便产生引向散热片的气流。

18.根据权利要求17所述的冷却装置，其中散热片面对着在机体的壳体中限定的一个开口。

19.根据权利要求17所述的冷却装置，进一步包括一个把热量从高温元件分布到辐射板和散热片的导热元件。

20.根据权利要求19所述的冷却装置，其中导热元件是一根热管。

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