CN201266326Y

CN201266326Y - 一种温度和温变速率控制补偿装置

Info

Publication number: CN201266326Y
Application number: CNU2008201362601U
Authority: CN
Inventors: 靳林芳; 杨志国; 林基
Original assignee: Shenzhen Huawei Communication Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Device Co Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2018-09-19

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种温度和温变速率控制补偿装置，包括器件、测温模块、控制模块以及热电半导体制冷模块。本实用新型的实施例提供的方案中，根据器件的温度和变化状况通过热电半导体制冷对器件的温度和温变速率进行快速准确的调整，并由导热材料和储热材料辅助，提高了器件的效率和可靠性。与传统方法相比，设计灵活适应性强，且适用于对体积有严格限制的无线终端产品内。

Description

一种温度和温变速率控制补偿装置

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种温度和温变速率控制补偿装置。

背景技术

随着电子和芯片封装技术的发展，电子产品的热流密度呈现快速增加的趋势。尤其是目前的3G(3^rd Generation，第三代)手机。在使用最大功率发射时，3G手机热耗比2G手机增加50％以上。其主要原因是采用CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000，码分多址2000)或WCDMA(WidebandCDMA，宽带码分多址)技术的PA(Power Amplifier，功放)芯片效率远低于采用GSM技术的2G手机PA。对CDMA2000手机在最大发射功率下各芯片功耗测试结果表明，PA功耗(包括与其效率相关的差损)占总功耗的60.9％，由于功放效率与工作温度成反比。但

来考虑到某些PA器件在低温下会发生自激而发生损坏影响性能。同时，PA在高温时不仅效率大幅下降，而且可能发生烧毁现象。所以，为保证最佳性能，应设计保证PA工作在一定温度范围内。另外，由于热流密度迅速增加和功耗的快速变化，会使得产品单板和单板上器件的温度会随产品工作状态和信号强度而迅速变化。而某些器件(如晶振)对温度变化速率有极严格要求，当高于一定的温变速度(如达到0.5℃/Sec)会引起无线指标超标(如无线灵敏度大幅下降等)。

现有技术中，通常在产品内部使用金属壳体、石墨等高导热系数材料用于对PA器件进行散热；或通过PA器件下的Thermal PAD(导热盘)与PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)上的热过孔/热埋孔/热盲孔连接，把热量传导扩善到整个PCB上，在散热的同时稳定温度变化速率。

设计人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术中的实现方式存在以下问题：通常带来体积和成本的大幅增加，而且已无法满足热流密度不断提高带来的要求。一旦前期设计出现问题，后期无回旋余地往往要更改ID造型。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种温度和温变速率控制补偿装置，用于对器件的温度和温变速率进行快速准确的控制。

本实用新型的实施例提供一种温度和温变速率控制补偿装置，包括器件、测温模块、控制模块以及热电半导体制冷模块，

所述器件，与所述测温模块连接和热电半导体制冷模块连接；

所述测温模块，与所述器件和控制模块连接，将所述器件的温度状态发送到所述控制模块；

所述控制模块，与所述测温模块和热电半导体制冷模块连接，根据所述测温模块发送的所述器件的温度状态，控制所述热电半导体制冷模块对所述器件进行加热或制冷；

所述热电半导体制冷模块，与所述器件和控制模块连接，用于在所述控制控制模块的控制下对所述器件进行加热或制冷。

与现有技术相比，本实用新型的实施例具有以下优点：

本实用新型的实施例提供的方案中，根据器件的温度状况通过热电半导体制冷对器件的温度和温变速率进行快速准确的调整，提高了器件的效率和可靠性。与传统方法相比，设计灵活适应性强，且适用于对体积有严格限制的无线终端产品内。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中温度控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型的另一实施例中温度控制装置的结构示意图；

图3是本实用新型的的实施例中单极TEC的结构示意图；

图4是本实用新型的的实施例中多极TEC的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的实施例提供一种温度和温变速率控制补偿装置，如图1所示，包括器件10、测温模块20、控制模块30以及热电半导体制冷模块40，其中：

器件10，与所述测温模块20连接和热电半导体制冷模块40连接；

测温模块20，与所述器件10和控制模块30连接，将所述器件10的温度状态发送到所述控制模块30；

控制模块30，与所述测温模块20和热电半导体制冷模块40连接，根据所述测温模块20发送的所述器件10的温度状态，控制所述热电半导体制冷模块40对所述器件10进行加热或制冷；

热电半导体制冷模块40，与所述器件10和控制模块30连接，用于在所述控制控制模块30的控制下对所述器件10进行加热或制冷。

本实用新型的另一实施例提供一种温度和温变速率控制补偿装置，如图2所示，包括：

器件10，与所述测温模块20连接和热电半导体制冷模块40连接；该器件10可以为功放器件或热敏感器件

热电半导体制冷模块40，与所述器件10和控制模块30连接，用于在所述控制控制模块30的控制下对所述器件10进行加热或制冷。器件10位于所述热电半导体制冷模块40构成的半封闭空间或封闭空间内。器件10与所述热电半导体制冷模块40之间具有一导热层。热电半导体制冷模块40为单极热电半导体结构、或多极热电半导体结构。

直流电产生模块50，与所述控制模块30和热电半导体制冷模块40连接，在所述控制模块30的控制下对向所述热电半导体制冷模块40传输的直流电进行控制，控制所述热电半导体制冷模块40对所述器件10进行加热或制冷。

门限设定模块60，用于设定温度状态的门限并提供给所述控制模块30控制所述热电半导体制冷模块40对所述器件10进行加热或制冷，所述温度状态的门限包括温度门限、和/或温度变化速率门限。该门限设定模块60设定的温度门限包括：温度上门限和温度下门限；所述温度变化速率门限包括：温度变化速率上门限和温度变化速率下门限。

具体的：测温模块20进一步包括：

第一测温子模块21，对所述器件10的温度进行检测并发送到所述控制模块30；或第二测温子模块22，对所述器件10的温度变化速率进行检测并发送到所述控制模块30。

具体的：控制模块30进一步包括：

第一控制子模块31，根据所述测温模块20发送的所述器件10的温度、以及所述或门限设定模块设定的温度门限，控制所述热电半导体制冷模块40对所述器件10进行加热或制冷；或第二控制子模块32，根据所述测温模块20发送的所述器件10的温度变化速率、以及所述或门限设定模块设定的温度变化速率门限，控制所述热电半导体制冷模块40对所述器件10进行加热或制冷。

以下对本实用新型中使用的热电半导体制冷模块40进行说明。

热电半导体制冷器TEC(Thermo-Electronic Cooler)对器件的加热或制冷通过加载的直流电流进行控制，并通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热。其原理在于热电半导体的热电效应，热电半导体制冷器通常由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料(如碲化铋)，这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成。工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；电流由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。由于其重量轻，尺寸小及反应快，非常适用于在空间受限制的致冷装置中。由于它的低噪音，耐振动，抗冲击，长寿命和易维护性，可以应用在一些空间受到限制、可靠性要求高、需要精确控制、且无制冷剂污染的场合。

热电半导体制冷器TEC具有以下特性：

(1)不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应；没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

(2)同时具有两种功能，既能制冷，又能加热。且制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

(3)是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

(4)热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

(5)半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

(6)半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

基于上述特性，本实用新型的实施例中利用热电半导体制冷器对器件进行温度控制。具体的，以对功放器件PA的温度进行控制为例：

在PA周围设置测温模块；当PA工作温度高于设定制冷上门限时(如70度)，控制模块启动对PA制冷功能，制冷能力由流过TEC的电流决定；为避免制冷的乒乓效应，当PA温度低至下门限时(如65度)，控制模块停止TEC制冷功能。当PA工作温度低于设定制热上门限时(-10度)，控制模块启动对PA加热功能，制热能力由流过TEC的电流决定。因其制热效率高于1，故优于单纯加热电阻或加热膜。在某些特殊场合下，如室外寒冷且风大，需TEC连续制热。为避免制热时的乒乓效应，当PA温度高于下门限时(如-5度)，TEC停止制热功能；

考虑到传统TEC通常有恒定的热面和冷面，设计目的是保证恒定的温度。应用在无线终端产品上是控制温度变化不超过一定范围，要保证实现快速加热、冷却。为延长TEC工作寿命，避免频繁启动关闭，本实用新型的实施例中：

控制模块除了根据器件的温度进行控制外，还可以根据器件的温度变化速率进行温度控制。为避免乒乓效应，TEC启动工作有温度变化上门限和下门限。门限中心点决绝于具体PA要求和效率-温度关系；门限宽度取决于TEC制冷/加热能力，热设计结构。另外，为延长TEC工作寿命，避免频繁启动关闭，PA、TEC及其附件部有相变储热材料。利用相变材料的高等效比热(发生相变时大量吸热或放热)，延长PA、TEC及其附件的温度变化。最后，为保证减小TEC工作负荷和控制精度，要减小冷量/热量在TEC和PA之间的热阻。通常可用导热垫，导热硅胶等导热材料和储热材料。

以下再以对热敏感器件TSC(Thermal Sensitive Component)的温度控制为例：

在热敏感器件TSC周围设置测温模块，可直接检测或推算TSC温度变化速率。当TSC温升速率超过设定门限时，控制模块控制TEC启动对TSC制冷功能，制冷能力由流过TEC的电流决定；当TSC温降速率超过设定门限时，控制模块控制TEC启动对TSC加热功能，制热能力由流过TEC的电流决定。因其制热效率高于1，故优于单纯加热电阻或加热膜。当TSC不对温升速率敏感时，TEC可简化为加热电阻或加热膜；

考虑到传统TEC通常有恒定的热面和冷面，设计目的是保证恒定的温度。应用在无线终端产品上是控制温度变化速率不超过一定范围，要保证实现快速加热、冷却及其可能的来回转换，本实用新型的实施例中：

控制模块除了根据器件的温度进行控制外，还可以根据器件的温度变化速率进行温度控制。为避免乒乓效应，TEC启动工作有温度变化上门限和下门限。门限中心点决绝于TSC要求；门限宽度取决于TEC制冷/加热能力，热设计结构。热敏感器件TSC在TEC构成的半封闭或封闭体内。另外，为保证减小TEC工作负荷和控制精度，要减小冷量/热量在TEC和TSC之间的热阻，通常可用导热垫，导热硅胶等导热材料。为减小温度变化速率，减少TEC启动关闭次数，可在TEC和TSC间填以相变储热材料。为提高相变储热材料导热系数，可用导热泡沫铝为骨架灌注相变储热材料。最后，TEC结构可采用图3所示的单极TEC或图4所示的多极TEC结构，其中1为热面，2为冷面，3为导热垫或硅胶。

本实用新型的实施例提供的方案中，根据器件的温度状况通过热电半导体制冷对器件的温度和温变速率进行快速调整，并由导热材料和储热材料辅助，提高了器件的效率和可靠性。与传统方法相比，设计灵活适应性强，且适用于对体积有严格限制的无线终端产品内。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种温度和温变速率控制补偿装置，其特征在于，包括器件、测温模块、控制模块以及热电半导体制冷模块，

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：直流电产生模块，与所述控制模块和热电半导体制冷模块连接，在所述控制模块的控制下对向所述热电半导体制冷模块传输的直流电进行控制，控制所述热电半导体制冷模块对所述器件进行加热或制冷。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测温模块包括：

第一测温子模块，对所述器件的温度进行检测并发送到所述控制模块；或

第二测温子模块，对所述器件的温度变化速率进行检测并发送到所述控制模块。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

门限设定模块，用于设定温度状态的门限并提供给所述控制模块控制所述热电半导体制冷模块对所述器件进行加热或制冷，所述温度状态的门限包括温度门限、和/或温度变化速率门限。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：

第一控制子模块，根据所述测温模块发送的所述器件的温度、以及所述或门限设定模块设定的温度门限，控制所述热电半导体制冷模块对所述器件进行加热或制冷；或

第二控制子模块，根据所述测温模块发送的所述器件的温度变化速率、以及所述或门限设定模块设定的温度变化速率门限，控制所述热电半导体制冷模块对所述器件进行加热或制冷。

6、如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述门限设定模块设定的温度门限包括：温度上门限和温度下门限；所述温度变化速率门限包括：温度变化速率上门限和温度变化速率下门限。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述器件位于所述热电半导体制冷模块构成的半封闭空间或封闭空间内。

8、如权利要求1或7所述的装置，其特征在于，所述器件与所述热电半导体制冷模块之间具有一导热层或储热层。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述储热层为相变材料，并以泡沫铝为骨架浇注相变材料。

10、如权利要求1或7所述的装置，其特征在于，所述热电半导体制冷模块为单极热电半导体结构、或多极热电半导体结构。

11、如权利要求1或7所述的装置，其特征在于，所述器件为功放器件或热敏感器件。