CN214257022U - 用于工控机芯片的节能与散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种用于工控机芯片的节能与散热系统，包括芯片节能模块、芯片导热模块和电路板散热模块；芯片节能模块通过温差发电技术将工控机芯片工作产生的热量转化为电能，为电路板供电；芯片导热模块位于工控机芯片与芯片节能模块的温差发电片模组的热端之间，将工控机芯片产生的热量传导至芯片节能模块的温差发电片模组；电路板散热模块位于电路板与芯片封装下壳之间，将电路板上多余的热量传导至芯片封装下壳进行散热。该系统基于温差发电技术将芯片工作时产生的热量进行转化为电能，不仅对工控机芯片进行散热，还能减少市电的使用，达到节能目的。

Description

用于工控机芯片的节能与散热系统

技术领域

本实用新型涉及芯片节能和散热技术领域，具体是一种用于工控机芯片的节能与散热系统。

背景技术

工控机芯片在正常工作状态时的温度一般能够达到80摄氏度以上，远高于室温，因此工控机芯片用于散热造成的能量损耗占到了总能耗的很大比重，若芯片产生的热量不能及时排除，会对于电路和相关元件造成磨损，导致电路板的线路老化，使工控机芯片的寿命大大降低。现有的工控机芯片主要是利用安装在外壳上风扇进行散热，散热效果不佳。

而基于温差的发电技术经过多年发展，已经很成熟，被广泛应用各个领域。温差发电技术主要是利用温差发电片冷、热端的温差来进行发电，从而实现由热能转换为电能的目的。因此，本实用新型提出一种用于工控机芯片的节能与散热系统，将芯片产生的热量转换为电能，为散热的同时为芯片供电。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种用于工控机芯片的节能与散热系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，该系统包括芯片节能模块、芯片导热模块和电路板散热模块；芯片节能模块通过温差发电技术将工控机芯片工作产生的热量转化为电能，为电路板供电；芯片导热模块位于工控机芯片与芯片节能模块的温差发电片模组的热端之间，将工控机芯片产生的热量传导至芯片节能模块的温差发电片模组；电路板散热模块位于电路板与芯片封装下壳之间，将电路板上多余的热量传导至芯片封装下壳进行散热。

所述芯片节能模块包括温差发电片模组、升压模块和Type-C接口；温差发电片模组的热端贴于芯片导热模块的上层，温差发电片模组的冷端正对安装在芯片封装上壳上的风扇；温差发电片模组的两个电极与升压模块连接，升压模块的输出端与Type-C接口连接，Type-C接口通过Type-C二合一转接头插入电路板的接电口。

芯片导热模块由温差发电片模的组热端至工控机芯片之间依次为石墨烯导热层、硅胶垫片层和导热硅脂层；芯片导热模块的导热硅脂层涂于工控机芯片及其周围，温差发电片模组的热端贴于芯片导热模块的石墨烯导热层上。

芯片导热模块的石墨烯导热层的尺寸为40*40*0.1mm，芯片导热模块的硅胶垫片层的尺寸为40*40*0.5mm，芯片导热模块的导热硅脂层的尺寸为40*40*0.4mm。

电路板散热模块由电路板至芯片封装下壳之间依次为导热硅脂层、硅胶垫片层和石墨烯导热层，电路板散热模块的导热硅脂层涂覆在电路板底部，石墨烯导热层贴于芯片封装下壳的内壁。

电路板散热模块的导热硅脂层的尺寸为45*45*3mm，电路板散热模块的硅胶垫片层的尺寸为45*45*0.5mm，电路板散热模块的石墨烯导热层的尺寸为45*45*0.1mm。

所述工控机芯片为树莓派芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的芯片节能模块基于温差发电技术将芯片工作时产生的热量进行转化为电能，通过升压模块转化为稳定电压为电路板供电，不仅减少市电的使用，达到节能目的，还能够对工控机芯片进行散热，同时减少芯片工作期间产生的热量浪费，并具有便携性好、稳定性好、回收能量效率高等优点。

2.分别在温差发电片模组与芯片之间、电路板与芯片封装下壳之间插入芯片导热模块和电路板散热模块，通过芯片导热模块和电路板散热模块尽可能减少工控机芯片工作时产生的高温造成的线路快速老化问题，利用导热硅脂层和硅胶垫片层良好的导热性能将芯片工作时产生的多余热量进行转移。芯片导热模块用于将热量高效地传递给温差发电片模组，芯片导热模块的导热硅脂层避免芯片表面与温差发垫片热端之间形成空气夹层而导致热传导性能较差，电路板散热模块将电路板上的热量传递给芯片封装下壳，以达到散热目的，同时硅胶垫片层具有很好的绝缘效果，在传递热量的同时避免由于引脚连通而导致的短路现象，可以延缓电路的老化，延长工控机芯片的使用寿命。

3.本实用新型的结构简单实用，发电效率高，成本低廉，方便携带。

附图说明

图1为本实用新型的系统与工控机芯片的连接示意图；

图2为本实用新型的芯片导热模块的爆炸图；

图3为本实用新型的电路板散热模块的爆炸图；

图4为本实用新型的芯片封装后的结构示意图；

图中：1-导热硅脂层；2-硅胶垫片层；3-石墨烯导热层；4-芯片封装上壳；5-芯片封装下壳；6-温差发电片模组；7-升压模块；8-风扇；9-Type-C接口；10-杜邦线；11-电路板；12-芯片导热模块；13-电路板散热模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型的技术方案，不限制本申请的保护范围。

本实用新型提供了一种用于工控机芯片的节能与散热系统(简称系统，参见图1-4)，包括芯片节能模块、芯片导热模块12和电路板散热模块13；芯片节能模块通过温差发电技术将工控机芯片工作产生的热量转化为电能，从而为电路板供电；芯片导热模块12位于工控机芯片与芯片节能模块的温差发电片模组6之间，将工控机芯片产生的热量传导至芯片节能模块的温差发电片模组6；电路板散热模块13位于电路板11与芯片封装下壳5之间，将电路板11上多余的热量传导至芯片封装下壳5，有利于加速散热。

所述芯片节能模块包括温差发电片模组6、升压模块7和Type-C接口9；温差发电片模组6的热端贴于芯片导热模块12的上层，温差发电片模组6的冷端正对安装在芯片封装上壳4上的风扇8，芯片封装上壳4盖合在芯片封装下壳5上，实现工控机芯片的封装；温差发电片模组6的两个电极分别通过杜邦线10与升压模块7连接，升压模块7的输出端通过杜邦线12与Type-C接口9连接，Type-C接口9通过Type-C二合一转接头插入电路板11的接电口；

当芯片正常工作时，其温度达到80℃左右，芯片导热模块12具有良好的导热功能，能够将热能最大程度地传输给温差发电片模组6，使温差发电片模组6热端的温度将达到80℃，冷端的温度大约为15℃，因此温差发电片模组6的冷、热端之间可以形成60℃左右的温度差，温差发电片模组6的两个电极之间形成电压差，并通过杜邦线10传输至升压模块7，升压模块7中包含升压电路和稳压电路，可以将温差发电片模组6产生的电压进行升压和稳压，并输出给Type-C接口9，从而再次为电路板11供电，减少市电的使用，达到节能的目的。

所述芯片导热模块12和电路板散热模块13均包含导热硅脂层1、硅胶垫片层2和石墨烯导热层3，硅胶垫片层2采用硅胶制成，石墨烯导热层3采用石墨烯制成；

芯片导热模块12由温差发电片模的组热端至工控机芯片之间依次为石墨烯导热层3、硅胶垫片层2和导热硅脂层1，芯片导热模块12的石墨烯导热层3的尺寸为40*40*0.1mm，芯片导热模块12的硅胶垫片层2的尺寸为40*40*0.5mm，芯片导热模块12的导热硅脂层1的尺寸为40*40*0.4mm；芯片导热模块12的导热硅脂层1涂于工控机芯片及其周围部分，使得工控机芯片及其周围部分保持平整，使温差发电片模组6的热端与工控机芯片完全无缝隙接触，保证良好的导热性；温差发电片模组6的热端贴于芯片导热模块12的石墨烯导热层3上；由于工控机芯片周围存在较多引脚，硅胶垫片层2具有良好的导热性和绝缘性，因此利用硅胶垫片层2可以避免贴上石墨烯导热层3后可能将工控机芯片周围的引脚连通而导致的短路现象；芯片导热模块12的导热硅脂层1和硅胶垫片层2将工控机芯片产生的热量均匀地传递至温差发电片模组6，同时可以避免温差发电片模组6的热端和工控机芯片之间形成空气夹层，提高传热效率。

电路板散热模块13由电路板至芯片封装下壳之间依次为导热硅脂层1、硅胶垫片层2和石墨烯导热层3，电路板散热模块13的导热硅脂层1的尺寸为45*45*3mm，电路板散热模块13的硅胶垫片层2的尺寸为45*45*0.5mm，电路板散热模块13的石墨烯导热层3的尺寸为45*45*0.1mm；电路板散热模块13的导热硅脂层1涂覆在电路板11底部，石墨烯导热层3贴于芯片封装下壳5的内壁；硅胶垫片层2可以有效避免电路板11底面的引脚短路，通过电路板散热模块3可以将电路板11的余热传递给芯片封装下壳5，避免电路板11由于温度过高而造成的线路老化和电路元件的损坏，实现加速散热功能，延长电路板11的使用寿命。

本实用新型所用元器件的型号参考如下：工控机芯片为树莓派芯片，树莓派型号为Raspberrypi 4b 4GB；封装后树莓派的整体尺寸为95mm*69mm*26mm；升压模块7为MT3608DC-DC升压模块；温差发电片模组6的型号为SP1848-27145，尺寸为40mm*40mm*3.6mm。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

芯片封装上壳4上设有风扇8，将温差发电片模组6的热端贴于芯片导热模块12的石墨烯导热层3，温差发电片模组6的冷端正对风扇8。工控机芯片正常工作后，工控机芯片等电路板上的热源产生热量，芯片导热模块12收集到这些热源的热量后温度逐渐上升，也使温差发电片模组6的热端升温。风扇8开启，将热量从温差发电片模组6的冷端带出，对温差发电片模组6冷端进行降温，使得温差发电片模组6冷端的温度降低，使得温差发电片模组6的冷、热端之间产生电压差，并经过升压模块7的升压和稳压作用后形成5V的稳定电压，并通过Type-C接口9和Type-C二合一转换头将电压传输至电路板11的接电口，再次为电路板11供电；Type-C二合一转换头实现将升压模块7整合后的电压与市电供电电压并联，从而为电路板11供电，在散热的同时利用热量进行发电，减少市电的使用，达到节能目的。

工控机芯片正常工作时，达到了80摄氏度的高温，当工控机芯片温度达到80摄氏度的高温时，电路板11的温度也接近80摄氏度，长期高温下对电路板11上的各种电子元件都有损伤，因此将电路板散热模块13的导热硅脂层1涂于电路板11的底部，并涂抹平整。由于电路板11的底部有许多焊接好的引脚，如果直接连接石墨烯导热层3(石墨烯导热层3具有导电性，可能导致引脚之间直接连接)，可能会导致各种短路现象的发生，甚至会损坏电子器件，因此通过硅胶垫片层2将石墨烯导热层3和电路板11间隔开来，实现传热的同时进行绝缘。通过电路板散热模块13将电路板11上多余的热量排出，最终可以达到散热目的。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，该系统包括芯片节能模块、芯片导热模块和电路板散热模块；芯片节能模块通过温差发电技术将工控机芯片工作产生的热量转化为电能，为电路板供电；芯片导热模块位于工控机芯片与芯片节能模块的温差发电片模组的热端之间，将工控机芯片产生的热量传导至芯片节能模块的温差发电片模组；电路板散热模块位于电路板与芯片封装下壳之间，将电路板上多余的热量传导至芯片封装下壳进行散热。

2.根据权利要求1所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，所述芯片节能模块包括温差发电片模组、升压模块和Type-C接口；温差发电片模组的热端贴于芯片导热模块的上层，温差发电片模组的冷端正对安装在芯片封装上壳上的风扇；温差发电片模组的两个电极与升压模块连接，升压模块的输出端与Type-C接口连接，Type-C接口通过Type-C二合一转接头插入电路板的接电口。

3.根据权利要求2所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，芯片导热模块由温差发电片模的组热端至工控机芯片之间依次为石墨烯导热层、硅胶垫片层和导热硅脂层；芯片导热模块的导热硅脂层涂于工控机芯片及其周围，温差发电片模组的热端贴于芯片导热模块的石墨烯导热层上。

4.根据权利要求3所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，芯片导热模块的石墨烯导热层的尺寸为40*40*0.1mm，芯片导热模块的硅胶垫片层的尺寸为40*40*0.5mm，芯片导热模块的导热硅脂层的尺寸为40*40*0.4mm。

5.根据权利要求1所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，电路板散热模块由电路板至芯片封装下壳之间依次为导热硅脂层、硅胶垫片层和石墨烯导热层，电路板散热模块的导热硅脂层涂覆在电路板底部，石墨烯导热层贴于芯片封装下壳的内壁。

6.根据权利要求5所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，电路板散热模块的导热硅脂层的尺寸为45*45*3mm，电路板散热模块的硅胶垫片层的尺寸为45*45*0.5mm，电路板散热模块的石墨烯导热层的尺寸为45*45*0.1mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于工控机芯片的节能与散热系统，其特征在于，所述工控机芯片为树莓派芯片。

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