TWI756295B - 熱管理的控制器及設備 - Google Patents
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Abstract
一種熱管理的控制器及設備,可確保設備的使用者的安全。控制器被配置成:獲取第一元件的溫度及第二元件的溫度;以及基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的第一溫度限值、及所述第二元件的第二溫度限值來調整所述第一元件與所述第二元件之間的媒介的熱阻。
Description
本發明一些示例性實施例涉及熱管理,且更具體來說,涉及使用自我調整性熱阻及/或熱容量的熱管理設備及/或控制器。本申請主張在2017年1月26日在韓國智慧財產權局提出申請的韓國專利申請第10-2017-0012970號的權利,所述韓國專利申請的公開內容全文併入本案供參考。
包括發熱元件的設備可具有至少一個溫度限值。舉例來說,設備可具有對於所述設備中所包括的元件的正常操作來說的溫度限制或者可具有基於使用所述設備的環境而確定的溫度限值。當設備或所述設備中所包括的元件的溫度達到其溫度限值時,可能期望避免或防止進一步的溫度升高。舉例來說,可停止或限制所述設備中所包括的至少一個元件的操作。在設備中進行的熱管理可涉及設備的性能。
本發明一些示例性實施例涉及熱管理,且提供具有可變熱阻及/或熱容量的設備以及由所述設備執行的熱管理方法。
根據一些示例性實施例,提供一種熱管理的控制器,所述控制器被配置成獲取第一元件的溫度及第二元件的溫度。所述控制器進一步被配置成基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的第一溫度限值、及所述第二元件的第二溫度限值來調整所述第一元件與所述第二元件之間的媒介的熱阻。
根據一些示例性實施例,提供一種熱管理的設備,所述設備包括:第一元件,具有第一溫度限值。所述設備進一步包括第二元件,所述第二元件具有第二溫度限值。此外,所述設備包括第一媒介,所述第一媒介位於所述第一元件與所述第二元件之間且具有第一熱阻,所述第一媒介的所述第一熱阻是可調整的,其中所述第一媒介的所述第一熱阻被調整以減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差。
根據一些示例性實施例,提供一種熱管理的控制器,所述控制器被配置成獲取第一元件的溫度及第二元件的溫度,所述第二元件熱耦合到所述第一元件且具有可變的熱容量。此外,所述控制器被配置成基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的第一溫度限值、及所述第二元件的第二溫度限值來調整所述第二元件的所述熱容量。
根據一些示例性實施例,提供一種熱管理的設備,所述設備包括:第一元件,具有第一溫度限值。此外,所述設備包括第二元件,所述第二元件熱耦合到所述第一元件,所述第二元件具有第二溫度限值及可變的熱容量。
根據一些示例性實施例,提供一種熱管理的設備,所述設備包括:第一元件,具有第一溫度限值。所述設備進一步包括第二元件,所述第二元件具有第二溫度限值。所述設備進一步包括第一媒介,所述第一媒介位於所述第一元件與所述第二元件之間,所述第一媒介的熱阻與所述第二元件的熱容量中的至少一個是可調整的;此外,所述設備包括控制器,所述控制器被配置成估計所述第一元件的溫度升高速率、所述第一元件的熱裕量、及所述第二元件的熱裕量中的至少一個。所述控制器進一步被配置成基於估計的所述第一元件的所述溫度升高速率、所述第一元件的所述熱裕量、及所述第二元件的所述熱裕量中的至少一個來調整所述第一媒介的所述熱阻與所述第二元件的所述熱容量中的所述至少一個。
圖1是根據一些示例性實施例的包括動態熱管理器150的設備100的方塊圖。如圖1所示,設備100可包括第一元件110、第二元件120、動態熱管理器150、及位於第一元件110與第二元件120之間的媒介190。
設備100的第一元件110及/或第二元件120可為發熱元件。舉例來說,設備100可為例如計算系統、記憶體系統、通信系統、或網路系統等電子裝置,或者可為例如發動機、內燃機等包括用於提供動力的元件的機械裝置。另外,如以下參照圖23B所述,設備100可為包括多個功能區塊的半導體封裝。
如圖1所示,設備100中所包括的第一元件110及第二元件120可分別具有溫度限值。舉例來說,第一元件110可具有第一溫度限值T1lim
,且第一元件110的第一溫度T1可被維持為小於或等於第一溫度限值T1lim
。相似地,第二元件120可具有第二溫度限值T2lim
,且第二元件120的第二溫度T2可被維持為小於或等於第二溫度限值T2lim
。元件的溫度限值可對應於元件或設備100正常運行的溫度或者對應於能夠確保設備100在使用所述元件或設備100的環境中安全操作(例如對於靠近設備100的另一設備或設備100的使用者來說)的溫度上限。
動態熱管理器150可分別從第一元件110及第二元件120獲取第一溫度T1及第二溫度T2。舉例來說,動態熱管理器150可從分別配置在第一元件110及第二元件120中的溫度感測器接收關於第一溫度T1及第二溫度T2的信號或者可基於影響第一元件110的第一溫度T1以及第二元件120的第二溫度T2的各種因素(例如,操作持續時間、所供應的能量等)來分別估計第一溫度T1及第二溫度T2。
動態熱管理器150可存儲第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
,且當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
或者當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時,動態熱管理器150可控制第一元件110及/或第二元件120的操作。舉例來說,當第一溫度T1達到或接近第一溫度限值T1lim
時,動態熱管理器150可產生用於停止或限制第一元件110的操作的第一操作控制信號DTM1。相似地,當第二溫度T2達到或接近第二溫度限值T2lim
時,動態熱管理器150可產生用於停止或限制第二元件120的操作的第二操作控制信號DTM2。根據一些示例性實施例,當第一元件110是處理器時,動態熱管理器150可根據第一操作控制信號DTM1來調整施加到處理器的電源電壓的幅值、或者時鐘信號的頻率。動態熱管理器150可包括被配置成存儲一系列指令的記憶體以及被配置成執行所述指令的處理器,或者可包括通過邏輯合成等而設計的硬體模組。本發明中所使用的用語‘處理器(processor)’可指代例如具有在實體上被構造成執行所期望操作的電路系統的硬體實作資料處理裝置,所述所期望操作包括例如由程式中所包括的代碼及/或指令表示的操作。在至少一些示例性實施例中,上述硬體實作資料處理裝置可包括但不限於微處理器、中央處理器(central process)、處理器核心、多核心處理器、多處理器、應用專用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)、及現場可程式設計閘陣列(field programmable gate array,FPGA)。本文所述由動態熱管理器150執行的操作可通過由至少一個處理器執行程式碼來執行,所述程式碼包括存儲在記憶體中的與操作對應的指令。
在一些示例性實施例中,當第一元件110是發熱元件且第二元件是非發熱元件時,動態熱管理器150可僅產生第一操作控制信號DTM1以控制第一溫度T1及第二溫度T2。在一些示例性實施例中,當第一元件110的溫度及第二元件120的溫度分別因圖1中所未示出的其他元件而變化時,動態熱管理器150可產生用於控制其他元件的操作的操作控制信號。
位於第一元件110與第二元件120之間的媒介190可具有可變熱阻Rq
。舉例來說,如圖4A及圖4B所示,媒介190(在圖4A及圖4B中表示為190a及190b)的熱阻Rq
可隨著根據環境溫度而改變的物理特性變化,或如圖7所示,媒介190(在圖7中表示為290a)的熱阻Rq
可由控制器(例如,圖5所示控制器270)控制。一些示例性實施例並非僅限於以上關於媒介190的實例。
第一元件110與第二元件120可經由媒介190而熱耦合到彼此。因此,第一溫度T1可受第二溫度T2影響,且第二溫度T2也可受第一溫度T1影響。這些影響的程度可根據媒介190的熱阻Rq
而改變。舉例來說,當媒介190的熱阻Rq
相對大時(即,當媒介190的導熱率低時),第一溫度T1與第二溫度T2之間的差可以相對慢的速度減小。當媒介190的熱阻Rq
相對低時(即,當媒介190的導熱率高時),第一溫度T1與第二溫度T2之間的差可以相對快的速度減小。
如以下參照圖式所述,在一些示例性實施例中,當媒介190的熱阻Rq
變化時,第一元件110的第一溫度T1及第二元件120的第二溫度T2分別達到第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
時的時間點可延遲。舉例來說,如參照圖2A及圖2B所述,為了減小當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點之間的差,或者為了對第一時間點與第二時間點中的較早時間點進行延遲,可調整媒介190的熱阻Rq
。因此,可延長第一元件110及第二元件120以低於或等於第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
的溫度運行的持續時間。因此,可改善設備100的性能。另外,可不包括用於進行熱管理的其他元件(例如,散熱元件),且因此,可降低設備100的製造成本,且可減小設備100的大小。
圖2A及圖2B是說明根據一些示例性實施例的圖1所示第一元件110及第二元件120的熱變化的曲線圖。具體來說,在圖2A及圖2B中位於左側的曲線圖說明當圖1所示媒介190的熱阻Rq
為固定的時的第一元件110及第二元件120的熱變化。在圖2A及圖2B中位於右側的曲線圖說明當圖1所示媒介190的熱阻Rq
增大或減小時的第一元件110及第二元件120的熱變化。參照圖2A及圖2B,假設第一元件110是發熱元件且第一溫度限值T1lim
大於第二溫度限值T2lim
。在下文中,參照圖1闡述圖2A及圖2B所示曲線圖。
參照圖2A,當設備100根據第一情景運行時,第一元件110可在相對長的時間段中保持產生某一熱量。舉例來說,在第一情景中,第一元件110可為用於再現設備100的使用者所期望的視頻的處理器。另外,在第一情景中,第一元件110可為由設置在設備100外部的充電器充電的電池。
參照圖2A左側的曲線圖,根據第一情景,當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點t2a可處於當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點t1a之前。也就是說,當媒介190的熱阻Rq
具有固定值Ra時,動態熱管理器150可產生第一操作控制信號DTM1以用於限制第一元件110在第二時間點t2a處或在處於第二時間點t2a之前的時間點處的的操作。儘管第一溫度T1在第二時間點t2a處低於第一溫度限值T1lim
(例如,第一元件110在第二時間點t2a處具有溫度裕量),然而第一元件110的操作在第二時間點t2a處可受到限制。
參照圖2A右側的曲線圖,當將媒介190的熱阻Rq
調整成大於左側曲線圖上的值Ra時,當動態熱管理器150根據第一情景來限制第一元件110的操作時的時間點可延遲。也就是說,由於媒介190的熱阻Rq
增大(或導熱率減小),因而與其中媒介190的熱阻Rq
具有固定值Ra的情形相比,由第一元件110產生的傳遞到第二元件120的熱可減少。因此,如圖2A右側的曲線圖所示,第一元件110的第一溫度T1可比第二元件120的第二溫度T2升高得快。當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點可處於第一時間點t1a之前,但可處於當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的時間點之後。因此,動態熱管理器150限制第一元件110的操作時的時間點可延遲。
當媒介190的熱阻Rq
具有大於值Ra的適當值時,如圖2A右側的曲線圖所示,當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點可彼此相似或相同地為時間點t3a。第一時間點與第二時間點彼此相似或相同時的時間點t3a可為第一元件110能夠在不受動態熱管理器150的任何限制的條件下根據第一情景運行的最長持續時間的終點。
參照圖2B,當設備100根據第二情景運行時,第一元件110可在相對短的時間段中產生相對大量的熱。舉例來說,在第二情景中,第一元件110可為處理器,其執行在短的時間段中涉及大量運算的程式,例如由設備100的使用者觸發的網頁流覽器。
參照圖2B左側的曲線圖,根據第二情景,當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點t1b可處於當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點t2b之前。也就是說,當媒介190的熱阻Rq
具有固定值Rb時,動態熱管理器150可產生第一操作控制信號DTM1以限制第一元件110在第一時間點t1b處或在處於第一時間點t1b之前的時間點處的操作。儘管第二溫度T2在第一時間點t1b處低於第二溫度限值T2lim
(即,儘管第二元件120在第一時間點t1b處具有溫度裕量),然而第一元件110的操作在第一時間點t1b處可受到限制。
參照圖2B右側的曲線圖,當將媒介190的熱阻Rq
調整成小於圖2B左側的曲線圖上的值Rb時,當動態熱管理器150限制第一元件110根據第二情景的操作時的時間點可延遲。也就是說,由於媒介190熱阻Rq
減小(或導熱率增大),因而與其中媒介190的熱阻Rq
具有值Rb的情形相比,由第一元件110產生的熱可良好地傳遞到第二元件120。因此,如圖2B右側的曲線圖所示,第一元件110的第一溫度T1可比第二元件120的第二溫度T2升高得慢。當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點可處於第一時間點t1b之後,且當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的時間點可處於第二時間點t2b之前。因此,當動態熱管理器150限制第一元件110的操作時的時間點可延遲。
當媒介190的熱阻Rq
具有小於值Rb的適當值時,如圖2B右側的曲線圖所示,當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點可彼此相似或相同地為時間點t3b。第一時間點與第二時間點彼此相似或相同時的時間點t3b可為第一元件110能夠在不受動態熱管理器150的任何限制的條件下根據第二情景運行的最長持續時間的終點。
如參照圖2A及圖2B所述,當調整位於第一元件110與第二元件120之間的媒介190的熱阻Rq
時,第一元件110在不受動態熱管理器150的任何限制的條件下運行的持續時間可延長。為此,可調整媒介190的熱阻Rq
以對當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二溫度T2達到第二溫度限值T2min時的第二時間點中的較早時間點進行延遲。換句話說,可調整媒介190的熱阻Rq
以減小第一時間點與第二時間點之間的差。
圖3是根據一些示例性實施例的使用具有可調整的熱阻的媒介的熱管理方法的流程圖。舉例來說,圖3所示熱管理方法可由圖1所示設備100來執行。在下文中,將參照圖1闡述圖3所示熱管理方法。
參照圖3,在操作S120中,可分別獲取第一元件110的第一溫度T1以及第二元件120的第二溫度T2。舉例來說,第一元件110的第一溫度T1與第二元件120的第二溫度T2分別可通過來自溫度感測器的信號獲取,可基於第一元件110及第二元件120的操作來估計,或者可直接傳遞到與第一元件110及第二元件120熱耦合的媒介190。
在操作S140中,可調整媒介190的熱阻Rq
以減小當第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點之間的差。舉例來說,如圖4A及圖4B所示,媒介190可包括對第一溫度T1及/或第二溫度T2作出反應的至少一個熱開關,且可根據熱開關是否接通來調整媒介190的熱阻Rq
。另外,如圖7所示,媒介190可包含熱阻Rq
根據外部刺激而改變的材料,且媒介190的熱阻Rq
可根據外部控制來進行調整。如圖2A及圖2B所示,當第一元件110是發熱元件時,媒介190的熱阻Rq
可在第一元件110的溫度升高速率高時減小,且可在溫度升高速率低時增大。
圖4A及圖4B說明根據一些示例性實施例的圖1所示媒介190的實例。具體來說,圖4A及圖4B是媒介190a及媒介190b的剖視圖,媒介190a及媒介190b分別包括根據第一元件110a的第一溫度T1運行的熱開關。儘管為方便起見,圖4A及圖4B說明媒介190a及媒介190b中的每一個包括一個熱開關,然而媒介190a及190b可分別包括至少兩個熱開關。
參照圖4A,位於第一元件110a與第二元件120a之間的媒介190a可包括流體192a作為熱開關,流體192a具有導熱性且熱耦合到第一元件110a。流體192a可位於支撐件191a中,且支撐件191a可為例如金屬化材料等具有高導熱率的材料。流體192a可在第一元件110a的第一溫度T1的波動範圍內膨脹或收縮,且因此可熱耦合到第二元件120a或者從第二元件120a熱分離。也就是說,根據第一溫度T1,流體192a的形狀可在圖4A左側上的形狀與圖4A右側上的形狀之間切換。如圖4A所示,利用流體的熱膨脹特性的熱開關可被稱為流體橋。
參照圖4A的左側,當第一溫度T1低於溫度Ta時,流體192a可不膨脹且可從第二元件120a熱分離。因此,位於第一元件110a與第二元件120a之間的媒介190a的熱阻Rq
可等於在流體從第二元件120a熱分離的狀態中媒介190a的熱阻R4aq
。
另一方面,參照圖4A的右側,當第一溫度T1高於溫度Ta時,流體192a可膨脹且可熱耦合到第二元件120a。因此,位於第一元件110a與第二元件120a之間的媒介190a的熱阻Rq
可被視為等於在流體192a連接到第二元件120a時獲得的值(R4aq
// R_FBq
),其中熱阻R4aq
是在流體192a從第二元件120a熱分離時獲得且流體192a在流體192a熱耦合到第一元件110及第二元件120時具有熱阻R_FBq
。因此,與其中第一溫度T1是溫度Ta的情形相比,媒介190a的熱阻Rq
可減小。
參照圖4B,位於第一元件110b與第二元件120b之間的媒介190b可包括雙金屬片(bimetal)191b,雙金屬片191b具有導熱性且熱耦合到第一元件110b。如圖4B所示,雙金屬片191b可包括熱膨脹係數相對小的金屬191_1以及熱膨脹係數相對大的金屬191_2。雙金屬片191b可耦合到具有高導熱率的支撐件192b且可經由支撐件192b熱耦合到第一元件110b。在一些示例性實施例中,不同於圖4B所示,雙金屬片191b可直接熱耦合到第一元件110b而非耦合到支撐件192b。當雙金屬片191b在第一元件110b的第一溫度T1的波動範圍內展開或彎曲時,雙金屬片191b可熱耦合到第二元件120b或者從第二元件120b分離。也就是說,根據第一溫度T1,雙金屬片191b的形狀可在圖4B左側上的形狀與圖4B右側上的形狀之間切換。
參照圖4B的左側,當第一溫度T1低於溫度Tb時,雙金屬片191b可保持彎曲且可從第二元件120b熱分離。因此,位於第一元件110b與第二元件120b之間的媒介190b的熱阻Rq
可等於在雙金屬片191b從第二元件120b分離的狀態中的熱阻R4bq
。
另一方面,參照圖4B的右側,當第一溫度T1高於溫度Tb時,雙金屬片191b可展開且可熱耦合到第二元件120b。因此,位於第一元件110b與第二元件120b之間的媒介190b的熱阻Rq
可被視為等於在雙金屬片191b連接到第二元件120b時獲得的值(R4bq
// R_BMq
),其中熱阻R4bq
是在雙金屬片191b從第二元件120b熱分離時獲得且雙金屬片191b在雙金屬片191b熱耦合到第二元件120b時具有熱阻R_BMq
。因此,與其中第一溫度T1是溫度Tb的情形相比,媒介190b的熱阻Rq
可減小。
圖5是根據一些示例性實施例的設備200的方塊圖,設備200包括與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器。如圖5所示,設備200可包括第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、及控制器270。與圖1所示設備100相比,圖5所示設備200可進一步包括用於調整媒介290的熱阻Rq
的控制器270,且媒介290可從控制器270接收控制信號CTR。圖5所示第一元件210、第二元件220、及動態熱管理器250可分別與圖1所示第一元件110及第二元件120、以及動態熱管理器150相同或相似。圖5所示第一元件210、第二元件220、及動態熱管理器250可分別執行包括與圖1所示第一元件110及第二元件120、以及動態熱管理器150的功能相同或相似的功能在內的功能。將不再對已參照圖1所提供的說明予以贅述。
控制器270可控制媒介290在第一元件210與第二元件220之間提供可變熱阻Rq
。如圖5所示,控制器270可獲取第一元件210的第一溫度T1及第二元件220的第二溫度T2且可將控制信號CTR傳送到媒介290。基於第一溫度T1及第二溫度T2以及第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
,控制器270可使用控制信號CTR來調整媒介290的熱阻Rq
。舉例來說,與參照圖2A及圖2B提供的說明相似,控制器270可使用控制信號CTR調整媒介290的熱阻Rq
以使得第一元件210的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與第二元件220的第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點中的較早時間點被延遲。在一些示例性實施例中,控制器270可包括包含指令的軟體模組及用於執行所述指令的處理器,或者可包括通過邏輯合成等而設計的硬體模組。本文所述由控制器270執行的操作可通過至少一個處理器執行程式碼來執行,所述程式碼包括存儲在記憶體中的與操作對應的指令。
控制器270可包括記憶體271,且記憶體271可存儲用於調整媒介290的熱阻Rq
的信息INFO。舉例來說,如圖5所示,存儲在記憶體271中的資訊INFO可包括第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
以及關於控制信號CTR與熱阻Rq
之間的關係的資訊Rq
= f(CTR) 作為媒介290的熱阻特性。控制器270可基於第一溫度T1及第二溫度T2通過參照存儲在記憶體271中的資訊INFO來產生控制信號CTR。在一些示例性實施例中,不同於圖5所示的實例,控制器270可包含在動態熱管理器250中。
媒介290可具有基於來自控制器270的控制信號CTR來調整的熱阻Rq
。舉例來說,媒介290的熱阻Rq
可響應於基於控制信號CTR產生的刺激(例如,響應於圖7所示的電場)而改變。
圖6是根據一些示例性實施例的熱管理方法的流程圖,所述熱管理方法使用與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器。舉例來說,圖6所示熱管理方法可通過圖5所示控制器270來執行。在圖6中,假設圖5所示第一元件210是發熱元件。將參照圖5來闡述圖6所示熱管理方法。
參照圖6,在操作S220中,估計第一元件210的溫度升高速率T1slope
、第一元件210的熱裕量TM1、以及第二元件220的熱裕量TM2中的至少一個。第一元件210的熱裕量TM1以及第二元件220的熱裕量TM2可分別對應於第一溫度T1與第一溫度限值T1lim
之間的差以及第二溫度T2與第二溫度限值T2lim
之間的差,或者可對應於直到第一元件210及第二元件220分別達到第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
之前第一元件210及第二元件220可存儲的熱量。與參照圖2A及圖2B提供的說明相似,可根據第一元件210的第一溫度T1是逐漸升高還是急劇升高來確定媒介290的熱阻Rq
的增大或減小。為此,控制器270可估計作為發熱元件的第一元件210的溫度升高速率T1slope
。另外,根據第一元件210的熱裕量TM1及/或第二元件220的熱裕量TM2,可確定媒介290的熱阻Rq
的增大或減小。
控制器270可通過測量第一元件210的第一溫度T1的改變或者基於由第一元件210消耗的能量的量來計算溫度升高速率T1slope
。另外,所估計的溫度升高速率T1slope
可對應於第一溫度T1從過去到現在的升高速率或者第一溫度T1未來預期升高的速率。舉例來說,可基於由第一元件210消耗的電力來估計第一溫度T1的溫度升高速率T1slope
。可通過測量電流及/或電壓來計算由第一元件210消耗的電力,或者當第一元件210包括用於執行指令的處理器時,可基於作用在處理器上的負載的水準來計算由第一元件210消耗的電力。
另外,控制器270可基於第一元件210的第一溫度T1及第一溫度限值T1lim
以及第二元件220的第二溫度T2及第二溫度限值T2lim
來計算第一元件210的熱裕量TM1及第二元件220的熱裕量TM2。舉例來說,控制器270可基於第一溫度T1與第一溫度限值T1lim
之間的差或基於第一元件的熱容量以及第一溫度T1與第一溫度限值T1lim
之間的差來計算第一元件210的熱裕量TM1。
在操作S240中,可基於至少一個估計值來調整媒介290的熱阻Rq
。舉例來說,當所估計的溫度升高速率T1slope
小於設定參考值時,控制器270可維持或增大媒介290的熱阻Rq
。另一方面,當所估計的溫度升高速率T1slope
等於或大於設定參考值時,控制器270可維持或減小媒介290的熱阻Rq
。另外,當第一元件210的熱裕量TM1等於或大於設定參考值時,且當第二元件220的熱裕量TM2小於設定參考值時,控制器270可維持或增大媒介290的熱阻Rq
。另一方面,當第一元件210的熱裕量TM1小於當前參考值,且當第二元件220的熱裕量TM2等於或大於設定參考值時,控制器270可維持或減小媒介290的熱阻Rq
。將參照圖8更詳細地闡述操作S240。
圖7說明根據一些示例性實施例的圖5所示媒介290的實例。詳細來說,圖7是媒介290a的剖視圖,媒介290a包括電流變流體(electrorheological fluid)293a且具有根據來自圖5所示控制器270的控制信號CTR而調整的熱阻Rq
。儘管圖7說明其中媒介290a的熱阻Rq
是以電流變流體293a為單位進行調整的實例,然而可理解,媒介290a的熱阻Rq
可以多個電流變流體293a為單位來進行調整。
參照圖7,位於第一元件210a與第二元件220a之間的媒介290a可包括電流變流體293a,電流變流體293a具有導熱性且熱耦合到第一元件210a及第二元件220a。電流變流體293a可包括具有導熱性的顆粒且可位於第一電極291a與第二電極292a之間。第一電極291a及第二電極292a可具有與例如金屬相似的導熱性,且可根據從圖5所示控制器270接收的控制信號CTR來為電流變流體293a提供電場。電流變流體293a的顆粒可對齊或分散且因此可具有不同的熱阻。
參照圖7的左側,當第一電極291a與第二電極292a之間的電壓V7近似為0時(即,當不為電流變流體293a提供電場時),電流變流體293a中所包含的顆粒可分散,且相對少量的熱可從第一元件210a傳遞到第二元件220a。因此,第一元件210a與第二元件220a之間的媒介290a的熱阻Rq
在其中電流變流體293a的顆粒分散的狀態中可等於熱阻R_DIq
,或者在其中電流變流體293a的顆粒對齊的狀態中可大於熱阻R_ALq
。
另一方面,參照圖7的右側,當第一電極291a與第二電極292a之間的電壓V7大於電壓Va時(即,當為電流變流體293a提供電場時),電流變流體293a中的顆粒可以其中第一電極291a與第二電極292a連接到彼此的鏈形狀(chain shape)對齊,且從第一元件210a傳遞到第二元件220a的熱可相對增多。因此,第一元件210a與第二元件220a之間的媒介290a的熱阻Rq
在其中電流變流體293a的顆粒對齊的狀態中可等於媒介290a的熱阻R_ALq
,或者在其中電流變流體293a的顆粒分散的狀態中可低於媒介290a的熱阻R_DIq
。
圖8是根據一些示例性實施例的使用具有可調整的熱阻的媒介的圖6所示熱管理方法的操作S240的實例的流程圖。如參照圖6所述,在圖8所示操作S240'(與圖6所示操作S240對應)中,可基於至少一個估計值來調整媒介290的熱阻Rq
。具體來說,圖8說明維持或減小媒介290的熱阻Rq
的操作的實例。舉例來說,圖8所示操作S240'可由圖5所示控制器270執行,且將參照圖5來闡述圖8所示操作。
參照圖8,當減小媒介290的熱阻Rq
以對當第一元件210的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點進行延遲時,可將第一元件210的熱裕量TM1及/或第二元件220的熱裕量TM2考慮在內。也就是說,當第一元件210的熱裕量TM1足夠時,可不減小媒介290的熱阻Rq
。另外,當第二元件220的熱裕量TM2並不足夠時,從第一元件210傳遞到第二元件220的熱可使當第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的時間點提前。因此,媒介290的熱阻Rq
可僅在第二元件220的裕量足以存儲從第一元件210傳遞的熱時減小。
在操作S242'中,可將第一元件210的溫度升高速率T1slope
與第一參考值REF1進行比較。舉例來說,控制器270可將第一元件210的所估計的溫度升高速率T1slope
與第一參考值REF1進行比較。當第一元件210的溫度升高速率T1slope
不超過第一參考值REF1時,可不減小媒介290的熱阻Rq
。另一方面,當第一元件210的溫度升高速率T1slope
超過第一參考值REF1時,可接著執行操作S244'。
在操作S244'中,可將第一元件210的熱裕量TM1與第二參考值REF2進行比較。當第一元件210的熱裕量TM1等於或大於第二參考值REF2時,可不減小媒介290的熱阻Rq
。然而,當第一元件210的熱裕量TM1小於第二參考值REF2時,可接著執行操作S246'。
在操作S246'中,可將第二元件220的熱裕量TM2與第三參考值REF3進行比較。舉例來說,控制器270可將第二元件220的估計熱裕量TM2與第三參考值REF3進行比較。當第二元件220的熱裕量TM2不大於第三參考值REF3時,可不減小媒介290的熱阻Rq
。另一方面,當第二元件220的熱裕量TM2大於第三參考值REF3時,可接著執行操作S248'。
在操作S248'中,可維持或可減小媒介290的熱阻Rq
。舉例來說,控制器270可提供用於對第一電極291a及第二電極292a施加電壓的控制信號CTR以維持或減小圖7所示媒介290的熱阻Rq
。
圖9是根據一些示例性實施例的設備300的理論模型的方塊圖。如圖9所示,設備300可包括第一元件C1至第四元件C4以及位於第一元件C1至第四元件C4之間的媒介M12、M13、M14、M24、及M34。在第一元件C1至第四元件C4中,第一元件C1及第二元件C2可為發熱元件,且第三元件C3及第四元件C4可為非發熱元件。另外,在媒介M12、M13、M14、M24、及M34中,媒介M12、M13及M34可具有可變熱阻且媒介M14及M24可具有固定熱阻。
如圖9所示,設備300的理論模型可包括與第一元件C1至第四元件C4對應的節點以及與媒介M12、M13、M14、M24、及M34對應的邊緣。如圖9所示,第一元件C1至第四元件C4可分別具有關於例如電流溫度(例如,第一溫度T1)、溫度限值(例如,第一溫度限值T1lim
)、熱裕量(例如,熱裕量TM1)、以及估計溫度升高速率(例如,溫度升高速率T1slope
)的參數,且媒介M12、M13、M24、及M34可分別具有熱阻R12q
、R13q
、R14q
、R24q
、及R34q
。在一些示例性實施例中,只有熱產生元件可具有關於估計溫度升高速率的參數。
設備300中所包括的元件可經由至少兩個媒介熱耦合到至少兩個其他元件。舉例來說,如圖9所示,作為發熱元件的第一元件C1可經由媒介M12熱耦合到第二元件C2,經由媒介M13熱耦合到第三元件C3,且經由媒介M14熱耦合到第四元件C4。為了確定媒介M12、M13及M34的可變熱阻R12q
、R13q
、R34q
,可將元件的參數及其他媒介的熱阻考慮在內。舉例來說,如以下參照圖11所述,當調整媒介M12的熱阻R12q
以及媒介13的熱阻R13q
以降低第一元件C1的第一溫度T1的升高速率時,可將第二元件C2的熱裕量TM2及第三元件C3的熱裕量TM3考慮在內。如上所述,設備300可被示出為包括節點及邊緣的圖,且如以下參照圖10所述,為對當第一元件C1的第一溫度T1至第四元件C4的第四溫度T4分別達到溫度限值T1lim
至T4lim
時的時間點中的最早時間點進行延遲,可使用各種圖形演算法(graph algorithm)來確定熱阻R12q
、R13q
、R34q
。
圖10說明根據一些示例性實施例的圖9所示曲線圖的第一元件C1至第四元件C4的熱變化的曲線圖。具體來說,圖10左側的曲線圖說明當媒介M12的熱阻R12q
及媒介M13的熱阻R13q
具有固定值Rc及Rd時,第一元件C1至第四元件C4的熱變化,且右側的曲線圖說明當媒介M12的熱阻R12q
及媒介M13的熱阻R13q
中的每一個增大或減小時第一元件C1至第四元件C4的熱變化。如以上參照圖9所述,假設第一元件C1及第二元件C2是發熱元件且第三元件C3及第四元件C4是非發熱元件。另外,假設溫度限制T1lim
至T4lim
以所述的順序減小。在下文中,將參照圖9來闡述圖10所示曲線圖。
參照圖10左側的曲線圖,在當第一元件C1至第四元件C4分別達到第一溫度限值T1lim
至第四溫度限值T4lim
時的第一時間點tC1至第四時間點tC4中,當第一元件C1的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點tC1可最早。在這種情形中,作為發熱元件的第一元件C1及/或第二元件C2的操作在第一時間點tC1處可受到動態熱管理器(例如,圖5所示動態熱管理器)的限制。
參照圖10右側的曲線圖,與左側的曲線圖相比,當媒介M12的熱阻R12q
增大且媒介M13的熱阻R13q
減小時,根據相似情景的第一元件C1的操作受到動態熱管理器(例如,圖5所示動態熱管理器250)限制時的時間點可延遲。如通過圖10右側的曲線圖所示,當第一元件C1的操作及/或第二元件C2的操作受到限制時的時間點tDTM可被定義為第一時間點tC1至第四時間點tC4中的最早時間點。當熱阻R12q
及R13q
具有適當的值時,第一時間點tC1至第四時間點tC4可彼此相似或相同地為時間點tDTM。
圖11是根據一些示例性實施例的圖6所示熱管理方法的操作S240的實例(在圖11中繪示為操作S240'')的流程圖,所述熱管理方法使用兩個具有可調整的熱阻的媒介。具體來說,圖11說明當分別提供可變熱阻R12q
及R13q
的媒介M12及M13如在圖9所示的設備300中一樣分別熱耦合到第一元件C1時確定熱阻R12q
及R13q
的大小的操作的實例。在下文中,將參照圖9闡述圖11所示操作。
參照圖11,當減小媒介M12及M13的熱阻R12q
及R13q
以對當第一元件C1的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點進行延遲時,可將第二元件C2的熱裕量TM2及第三元件C3的熱裕量TM3考慮在內。舉例來說,可基於第二元件C2的熱裕量TM2及第三元件C3的熱裕量TM3來確定熱阻R12q
的減小量|DR12q
|及熱阻R13q
的減小量|DR13q
|。
在操作S241''中,可將第一元件C1的溫度升高速率T1slope
與第一參考值REF1進行比較。當第一元件C1的溫度升高速率T1slope
不超過第一參考值REF1時,可不減小媒介M12的熱阻R12q
及媒介M13的熱阻R13q
。另一方面,當第一元件C1的溫度升高速率T1slope
超過第一參考值REF1時,可接著執行操作S243''。
在操作S243''中,可將第二元件C2的熱裕量TM2與第三元件C3的熱裕量TM3進行比較。舉例來說,可在操作S240''之前的操作(例如,圖6所示操作S220)中估計第三元件C3的熱裕量TM3。當第二元件C2的熱裕量TM2大於第三元件C3的熱裕量TM3時,可執行操作S245'',在操作S245''中可將媒介M12的熱阻R12q
的減小量|DR12q
|設定成等於或大於媒介M13的熱阻R13q
的減小量|DR13q
|。另一方面,當第二元件C2的熱裕量TM2不大於第三元件C3的熱裕量TM3時,可執行操作S247'',在操作S247''中可將媒介M13的熱阻R13q
的減小量|DR13q
|設定成等於或大於媒介M12的熱阻R12q
的減小量|DR12q
|。因此,可向具有較大熱裕量的元件傳遞增多的熱量。
在操作S249''中,可調整媒介M12的熱阻R12q
及M13的熱阻R13q
。舉例來說,如圖11中所示,可通過增加在操作S245''或S247''中設定的變化量DR12q
及DR13q
來設定熱阻R12q
及R13q
。
圖12是根據一些示例性實施例的包括散熱元件的設備400的方塊圖。如圖12所示,設備400可包括第一元件410、第二元件420、散熱元件430、動態熱管理器450、控制器470、第一媒介921、及第二媒介922。第一元件410、第二元件420、動態熱管理器450及控制器470可與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、及控制器270相同或相似。第一元件410、第二元件420、動態熱管理器450及控制器470可執行包括與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、及控制器270相同的功能或相似的功能在內的功能。將不再對已參照圖5提供的說明予以贅述。
參照圖12,第一元件410及第二元件420可為發熱元件,位於第一元件410與散熱元件430之間的第一媒介921可具有可變熱阻R1q
,且位於第二元件420與散熱元件430之間的第二媒介922可具有可變熱阻R2q
。另外,第一媒介921及第二媒介922可分別具有根據來自控制器470的第一控制信號CTR1及第二控制信號CTR2來調整的熱阻R1q
及R2q
。另外,第一元件410可具有第一溫度限值T1lim
,且第二元件420可具有第二溫度限值T2lim
。
為避免或防止設備400的發熱元件(例如,第一元件410及第二元件420)過熱,散熱元件430可吸收並發出從發熱元件發出的熱。舉例來說,散熱元件430可具有至少一部分暴露至設備400外部或者可具有至少一部分暴露至由風扇等產生的空氣流。與第一元件410及第二元件420相似,散熱元件430也可具有溫度限值Tdlim
。
動態熱管理器450及控制器470可確定散熱元件430的溫度Td。在一些示例性實施例中,動態熱管理器450及/或控制器470可從散熱元件430獲取溫度Td。舉例來說,動態熱管理器450及/或控制器470可從配置在散熱元件430中的溫度感測器接收關於溫度Td的信號或者可基於分別影響第一元件110的第一溫度T1及第二元件120的第二溫度T2的各種因素(例如,操作持續時間、所供應的能量等)來估計溫度Td。
如圖12所示,具有可變熱阻R1q
的第一媒介921可位於散熱元件430與第一元件410之間,且具有可變熱阻R2q
的第二媒介922可位於散熱元件430與第二元件420之間。當調整第一媒介921的熱阻R1q
及第二媒介922的熱阻R2q
時,控制器470可對第一元件410的操作及/或第二元件420的操作受到動態熱管理器450限制時的時間點進行延遲。將參照圖13及圖14詳細闡述控制器470的操作。
圖13是根據一些示例性實施例的使用散熱元件的熱管理方法的流程圖。舉例來說,圖13所示熱管理方法可由圖12所示控制器470執行。將參照圖12來闡述圖13所示操作。如下所述,散熱元件430的熱裕量TMd由第一元件410與第二元件420有效地共用,且因此可對當第一元件410的操作及/或第二元件420的操作受到動態熱管理器450限制時的時間點進行延遲。
在操作S420中,可估計散熱元件430的熱裕量TMd、第一元件410的溫度升高速率T1slope
、及第二元件420的溫度升高速率T2slope
。舉例來說,控制器470可基於第一元件410的溫度及第一元件410的能量消耗量中的至少一個來計算第一元件410的溫度升高速率T1slope
,且可基於第二元件420的溫度及第二元件420的能量消耗量中的至少一個來計算第二元件420的溫度升高速率T2slope
。控制器470可基於散熱元件430的溫度Td、溫度限值Tdlim
、及散熱元件430的熱容量來計算散熱元件430的熱裕量TMd。
在操作S440中,可調整第一媒介921的熱阻R1q
及第二媒介922的熱阻R2q
。舉例來說,控制器470可基於散熱元件430的熱裕量TMd、第一元件410的溫度升高速率T1slope
、及第二元件420的溫度升高速率T2slope
來提供用於調整第一媒介921的熱阻R1q
及第二媒介922的熱阻R2q
的第一控制信號CTR1及第二控制信號CTR2。以下將參照圖14詳細闡述操作S440。
圖14是根據一些示例性實施例的圖13所示熱管理方法的操作S440的實例的流程圖。如以上參照圖13所述,在圖14所示操作S440'(與圖13所示操作S440對應)中,可調整第一元件410的熱阻R1q
及第二元件420的熱阻R2q
。具體來說,圖14說明維持或減小圖12所示第一媒介921的熱阻R1q
的操作的實例。
參照圖14,由於散熱元件430的溫度Td可因第二元件420及第一元件410而升高,因此當減小第一媒介921的熱阻R1q
以對當圖12所示第一元件410的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點進行延遲時,可將散熱元件430的熱裕量TMd及溫度升高速率Tdslope
考慮在內。
在操作S441中,可將第一元件410的溫度升高速率T1slope
與第一參考值REF1進行比較。當第一元件410的溫度升高速率T1slope
不大於第一參考值REF1時,可不減小第一媒介921的熱阻R1q
。另一方面,當第一元件410的溫度升高速率T1slope
大於第一參考值REF1時,可接著執行操作S443。
在操作S443中,可將散熱元件430的熱裕量TMd與第四參考值REF4進行比較。當散熱元件430的熱裕量TMd不大於第四參考值REF4時,可不減小第一媒介921的熱阻R1q
。另一方面,當散熱元件430的熱裕量TMd大於第四參考值REF4時,可接著執行操作S445。
在操作S445中,可估計散熱元件430的溫度升高速率Tdslope
。舉例來說,控制器470可基於第二元件420的溫度升高速率T2slope
以及第二媒介922的熱阻R2q
來計算散熱元件430的溫度升高速率Tdslope
。散熱元件430的所計算溫度升高速率Tdslope
可對應於受第二元件420影響的散熱元件430的溫度Td的變化。
在操作S447中,可計算第一媒介921的熱阻R1q
的減小量|DR1q
|。舉例來說,控制器470可基於散熱元件430的溫度升高速率Tdslope
來確定熱阻R1q
的減小量|DR1q
|。也就是說,當散熱元件430的溫度升高速率Tdslope
高時,熱阻R1q
的減小量|DR1q
|可變小。
在操作S449中,可維持或減小第一媒介921的熱阻R1q
。舉例來說,控制器470可根據在操作S447中計算的減小量來維持第一媒介921的熱阻R1q
(DR1q
=0)或減小第一媒介921的熱阻R1q
。
圖15是根據一些示例性實施例的包括具有可變熱容量的元件的設備500的方塊圖。如圖15所示,設備500可包括第一元件510、第二元件520、及動態熱管理器550。在圖15所示設備500中,第二元件520可具有可變熱容量。圖15所示第一元件510、第二元件520及動態熱管理器550可與圖1所示第一元件110、第二元件120及動態熱管理器150相似或相同。圖15所示第一元件510及動態熱管理器550可執行與圖1所示第一元件110及動態熱管理器150相似的功能或相同的功能。將不再對已參照圖1提供的說明予以贅述。
第二元件520可熱耦合到第一元件510且可具有可變熱容量CC2。也就是說,第二元件520的溫度(例如,第二溫度T2)可因從第一元件510傳遞的熱而不同地升高,且因此,熱耦合到第二元件520的第一元件510的溫度(例如,第一溫度T1)也可不同地升高。舉例來說,當第二元件520的熱容量相對低時,第一溫度T1及第二溫度T2可因第一元件510產生的熱而相對快速地升高。另一方面,當第二元件520的熱容量相對高時,第一元件510的第一溫度T1及第二元件520的第二溫度T2可因第一元件510產生的熱而相對慢地升高。也就是說,第二元件520的熱容量的變化可引起相互熱耦合的第一元件510與第二元件520的總熱容量Cq
的變化。
圖16是根據一些示例性實施例的使用具有可變熱容量的元件的熱管理方法的流程圖。舉例來說,圖16所示熱管理方法可由圖15所示設備500來執行。將參照圖15來闡述圖16所示操作。
參照圖16,在操作S520中,可分別獲取第一元件510及第二元件520的溫度(即,第一溫度T1及第二溫度T2)。可由溫度感測器來檢測第一溫度T1及第二溫度T2或者可基於造成熱變化的因素來估計第一溫度T1及第二溫度T2。
在操作S540中,可調整第二元件520的熱容量以減小第一時間點與第二時間點之間的差。第一時間點及第二時間點可分別指代當第一元件510的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的時間點以及當第二元件520的第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的時間點。
圖17說明根據一些示例性實施例的圖15所示第二元件520的實例。詳細來說,圖17是對圖17所示第一元件510a的第一溫度T1作出反應的第二元件520a的剖視圖。
如圖17所示,第二元件520a可包含在低於第二溫度限值T2lim
的溫度下發生相態變化的材料521a。舉例來說,在低於第二溫度限值T2lim
的溫度下,材料521a的相態可在固態、液態、氣態、及等離子體態中的至少兩種狀態之間變換。作為非限制性實例,材料521a可包含石蠟(paraffin wax)。因此,材料521a的比熱(specific heat)可改變,且結果,包含材料521a的第二元件520a的熱容量CC2也可改變。材料521a可設置在支撐件522a內。舉例來說,支撐件522a可包含具有高導熱率的材料(例如,金屬)。
參照圖17的左側,當第二溫度T2小於溫度Tc時,材料521a可為固態,且因此,第二元件520a的熱容量CC2可等於熱容量Cc。另一方面,參照圖17的右側,當第二溫度T2大於溫度Tc時,材料521a可為液態,且因此,第二元件520a的熱容量CC2可等於熱容量Cc'。當材料521a在液態中具有比在固態中高的比熱時,熱容量Cc'可大於熱容量Cc。
當材料521a的相態改變時,可發生潛熱(latent heat)的吸收或放出。舉例來說,當材料521a的相態因第一元件510a產生的熱而在其中焓變高的方向上發生改變(例如,從固體變為液體)時,潛熱可被吸收,且因此第一元件510a的第一溫度T1及第二元件520a的第二溫度T2可不會大大升高。
圖18是根據一些示例性實施例的設備600的方塊圖,設備600包括與具有可變熱容量的元件連通的控制器。如圖18所示,設備600可包括第一元件610、第二元件620、動態熱管理器650、及控制器670。設備600的第二元件620可從控制器670接收控制信號CTR且可具有回應於控制信號CTR而變化的熱容量CC2。設備600的第一元件610、第二元件620、動態熱管理器650及控制器670可與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、及控制器270相同或相似。設備600的第一元件610、第二元件620、動態熱管理器650、及控制器670可執行與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、及控制器270相同的功能或相似的功能。將不再對已參照圖5提供的說明予以贅述。
控制器670可調整第二元件620的熱容量CC2。如圖18所示,控制器670可獲取第一元件610的第一溫度T1及第二元件620的第二溫度T2且可基於存儲在記憶體671中的資訊(即,第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
以及關於控制信號CTR與第二元件620的熱容量CC2之間的關係的資訊CC2 = f(CTR))通過控制信號CTR來調整第二元件620的熱容量CC2。舉例來說,控制器670可通過控制信號CTR來調整第二元件620的熱容量CC2以使得當第一元件610的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點及當第二元件620的第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點中的較早時間點被延遲。在一些示例性實施例中,控制器670可包含在動態熱管理器650中。
圖19是根據一些示例性實施例的熱管理方法的流程圖,所述熱管理方法使用與具有可變熱容量的元件連通的控制器。舉例來說,圖19所示熱管理方法可由圖18所示控制器670執行。參照圖19,假設圖18所示第一元件610是發熱元件,且將參照圖18來闡述圖19所示熱管理方法。
參照圖19,在操作S620中,可估計第一元件610的溫度升高速率T1slope
、第一元件610的熱裕量TM1、及第二元件620的熱裕量TM2中的至少一個。舉例來說,可基於第二元件620的當前熱容量或基於第二元件620的上限熱容量來計算第二元件620的熱裕量TM2。
在操作S640中,可基於所估計的值來調整第二元件620的熱容量CC2。舉例來說,當第一元件610的溫度升高速率T1slope
等於或大於第一參考值時,第一元件610的熱裕量TM1小於第二參考值,且第二元件620的熱裕量TM2等於或大於第三參考值,控制器670可維持或增大第二元件620的熱容量CC2。另一方面,當第一元件610的溫度升高速率T1slope
小於第一參考值時,第一元件610的熱裕量TM1等於或大於第二參考值,且第二元件620的熱裕量TM2小於第三參考值,控制器670可維持或減小第二元件620的熱容量CC2。
圖20說明根據一些示例性實施例的圖18所示第二元件620的實例。如圖20所示,第二元件620a可包括多個胞元622a以及將胞元622a熱耦合到第一元件610a的媒介621a。胞元622a可表示具有某一體積及熱容量的單元。儘管圖20示出第二元件620a包括四個胞元622a,然而第二元件620a可包括一個胞元、最多三個胞元、或至少五個胞元,且各胞元的體積及/或熱容量可不同。
媒介621a可回應於來自控制器670的控制信號CTR來將胞元622a熱耦合到第一元件610a或者將胞元622a從第一元件610a熱分離。作為另外一種選擇,媒介621a可回應於來自控制器670的控制信號CTR來將胞元622a較強或較弱地熱耦合到第一元件610a。因此,第二元件620a對於第一元件610a所產生的熱的熱容量CC2可變化。舉例來說,回應於控制信號CTR,第一元件610a與胞元622a之間的媒介621a可提供變化的熱阻。
參照圖20的左側,回應於控制信號CTR,媒介621a可將胞元622a從第一元件610a熱分離。因此,第二元件620a對於第一元件610a所產生的熱的熱容量CC2可等於熱容量Cd。另一方面,參照圖20的右側,媒介621a中的至少一個可響應於控制信號CTR來將胞元622a(例如,圖20中所示的兩個胞元622a)中的至少一個熱耦合到第一元件610a。因此,第二元件620a對於第一元件610a所產生的熱的熱容量CC2可等於熱容量Cd',且熱容量Cd'可等於或大於熱容量Cd。
圖21是根據一些示例性實施例的設備700的方塊圖,設備700包括與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器以及具有可變熱容量的元件。如圖21所示,設備700可包括第一元件710、第二元件720、動態熱管理器750、控制器770、及媒介790。在一些示例性實施例中,控制器770包括記憶體771。參照圖21,第二元件720可具有可變熱容量CC2且可經由具有可變熱阻Rq
的媒介790熱耦合到第一元件710。設備700的第一元件710、第二元件720、動態熱管理器750、控制器770、及記憶體771可與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、控制器270、及記憶體271相同或相似。設備700的第一元件710、第二元件720、動態熱管理器750、控制器770、及記憶體771可執行與圖5所示第一元件210、第二元件220、動態熱管理器250、控制器270、及記憶體271相同的功能或相似的功能。將不再對已參照圖5提供的說明予以贅述。
可調整第二元件720的熱容量CC2及媒介790的熱阻Rq
以減小當第一元件710的第一溫度T1達到第一溫度限值T1lim
時的第一時間點與當第二元件720的第二溫度T2達到第二溫度限值T2lim
時的第二時間點之間的差或對第一時間點及第二時間點中的較早時間點進行延遲。舉例來說,可基於經由媒介790從第一元件710傳遞的熱或基於來自控制器770的第一控制信號CTR1來調整第二元件720的熱容量CC2。另外,可基於第一元件710產生的熱或來自控制器770的第二控制信號CTR2來調整媒介790的熱阻Rq
。
控制器770可包括記憶體771,且記憶體771可存儲用於調整媒介790的熱阻Rq
及第二元件720的熱容量CC2的信息INFO。舉例來說,如圖21所示,存儲在記憶體771中的資訊INFO可分別包括第一溫度限值T1lim
及第二溫度限值T2lim
、關於控制信號CTR1與第二元件720的熱容量CC2之間的關係的資訊CC2 = f(CTR1)、以及關於控制信號CTR2與熱阻Rq
之間的關係的資訊Rq
= f(CTR2)作為媒介790的熱阻特性。控制器770可分別基於第一溫度T1及第二溫度T2通過參照存儲在記憶體271中的資訊INFO來產生控制信號CTR1及CTR2。
圖22是根據一些示例性實施例的設備的模型的電路圖。如圖22所示,裝置可對應於設備的元件及媒介,電流可對應於模型化設備中的熱,且每一個節點的電壓可對應於模型化設備的溫度。
設備中所包括的元件可被表示為電流產生器或電容器,且媒介可被表示為電阻。舉例來說,如圖22所示,產生熱的元件可分別被模型化為電流產生器G01q
及 G02q
,且不產生熱的元件可分別被模型化為電容器C01q
及C02q
。具體來說,具有可變熱容量的元件(例如,圖15所示第二元件520)可被表示為可變電容器C01q
。另外,媒介可分別被表示為電阻R01q
、R02q
、R03q
、及R04q
。具體來說,具有可變熱阻的元件(例如,圖1所示媒介190)可被表示為可變電阻R01q
。在一些示例性實施例中,當由控制器(例如,圖21所示控制器770)調整元件的可變熱容量及媒介的可變熱阻時,控制器可通過圖22所示電路圖的模型化來調整熱容量及熱阻。
圖23A至圖23C是根據一些示例性實施例的設備800、900、及1000以及分別基於設備800、900、及1000進行模型化的設備800'、900'、及1000'的方塊圖。根據以上示例性實施例中的一些示例性實施例的熱管理方法可由圖23A至圖23C所示設備800'、900'、及1000'執行。
參照圖23A,設備800可為電子裝置且可包括作為發熱元件的晶片841以及暴露至外部的液晶顯示(liquid crystal display,LCD)模組810。參照圖23A的左側,晶片841可包含于封裝840中,且封裝840可置於設置在後殼體860上的系統板850上。相對于封裝840可依序堆疊有媒介830、支架820、及液晶顯示模組810。作為設備800中所包括的元件,媒介830可在支架820與封裝840之間提供可變熱阻或者可具有可變熱容量。當媒介830具有根據對媒介830施加的外部信號而變化的熱阻及/或熱容量時,用於控制媒介830的熱阻及/或熱容量的控制器可包含於晶片841中或包含于與封裝840不同的封裝中。
晶片841可消耗電力且因此產生熱。由晶片841產生的熱可經由封裝840、媒介830、及支架820而傳遞到暴露至設備800外部的液晶顯示模組810,且液晶顯示模組810可具有溫度限值以確保設備800的使用者的安全。另外,當晶片841的溫度升高時,晶片841可劣化或發生故障,且因此,晶片841也可具有溫度限值。晶片841的溫度限值可大於液晶顯示模組810的溫度限值。
參照圖23A的右側,設備800可被視為對應於設備800',設備800'包括液晶顯示模組810'、晶片841'、及可變裝置890'。液晶顯示模組810'及晶片841'可分別具有溫度限值,且可變裝置890'可包括設備800中的具有可變熱阻及/或可變熱容量的媒介830以及設置在晶片841與液晶顯示模組810之間的具有固定熱阻及/或固定熱容量的元件。
參照圖23B,設備900可為一個晶片900,且可包括作為發熱元件的功能性區塊。參照圖23B的左側,晶片900可包括IP1、IP2、及IP3、記憶體MEM、以及位於IP1、IP2、及IP3以及記憶體MEM之間的媒介910、920、930及940。IP1、IP2、及IP3可分別為處理器、用於執行某一過程的數位區塊、用於處理類比信號的類比區塊等。記憶體MEM可為例如動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)或靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory,SRAM)等易失性記憶體,或者可為例如快閃記憶體記憶體等非易失性記憶體。在媒介910、920、930、及940中,媒介910、920、及930可具有可變熱阻及/或可變熱容量,而媒介940可具有固定熱阻及/或固定熱容量。當媒介910、920及930具有根據對媒介910、920及930施加的外部信號而變化的熱阻及/或熱容量時,用於控制媒介910、920、及930的熱阻及/或熱容量的控制器可包含在晶片900中或包含在不同於晶片900的晶片(例如,電源管理積體電路(power management integrated circuit,PMIC))中。
參照圖23B的右側,晶片900可被視為對應於晶片900',晶片900'包括IP1、IP2、及IP3以及記憶體MEM。IP1、IP2、及IP3以及記憶體MEM可分別具有溫度限值,且媒介910、930及940可分別被模型化為可變裝置991、993及994。媒介920可被模型化為固定裝置992。
參照圖23C,設備1000可為包括電池1020作為發熱元件的電子裝置。參照圖23的左側,設備1000可包括電池1020及晶片1030作為發熱元件。舉例來說,晶片1030可消耗電力且因此可產生熱,且電池1020可在充電或放電時產生熱。另外,暴露至設備1000外部的前殼體1010及後殼體1040可分別具有溫度限值。
參照圖23C的右側,設備1000可被視為對應於1000',1000'包括前殼體1010'、電池1020'、晶片1030'、後殼體1040'、以及裝置1091'、1092'、1093'及1094'。裝置1091'、1092'、1093'及1094'中的至少一個可具有可變熱阻及/或可變熱容量。當1091'、1092'、1093'及1094'中的至少一個具有根據對1091'、1092'、1093'及1094'中的至少一個施加的外部信號而變化的熱阻及/或熱容量時,用於控制熱阻及/或熱容量的控制器可包含於晶片1030中或與晶片1030不同的晶片(例如,電源管理積體電路)中。
儘管已具體示出並闡述了一些示例性實施例,然而應理解,在不背離以上權利要求的精神及範圍的條件下,可在本文中作出形式及細節上的各種改變。
100、200、300、400、500、600、700、800、800'、1000、1000'‧‧‧設備110、110a、110b、210、210a、410、510、510a、610、610a、710、C1‧‧‧第一元件120、120a、120b、220、220a、420、520、520a、620、620a、720、C2‧‧‧第二元件150、250、450、550、650、750‧‧‧動態熱管理器190、190a、190b、290、290a、621a、790、830、910、920、930、940、M12、M13、M14、M24、M34‧‧‧媒介191_1、191_2‧‧‧金屬191a、192b‧‧‧支撐件191b‧‧‧雙金屬片192a‧‧‧流體270、470、670、770‧‧‧控制器271、671、771、MEM‧‧‧記憶體291a‧‧‧第一電極292a‧‧‧第二電極293a‧‧‧電流變流體430‧‧‧散熱元件521a‧‧‧材料522a‧‧‧支撐件622a‧‧‧胞元810、810'‧‧‧液晶顯示模組820‧‧‧支架840‧‧‧封裝841、841'、1030、1030'‧‧‧晶片850‧‧‧系統板860、1040、1040'‧‧‧後殼體890'‧‧‧可變裝置900、900'‧‧‧設備/晶片921‧‧‧第一媒介922‧‧‧第二媒介991、992、993‧‧‧可變裝置994‧‧‧固定裝置1010、1010'‧‧‧前殼體1020、1020'‧‧‧電池1091'、1092'、1093'、1094'‧‧‧裝置C3‧‧‧第三元件C4‧‧‧第四元件C01q、C02q‧‧‧電容器CC2、Cc、Cc'、Cd、Cd'‧‧‧熱容量CTR、CTR1、CTR2‧‧‧控制信號DTM1‧‧‧第一操作控制信號DTM2‧‧‧第二操作控制信號G01q、G02q‧‧‧電流產生器INFO‧‧‧信息R01q、R02q、R03q、R04q‧‧‧電阻R1q、R2q、R12q、R13q、R34q、Rq、R14q、R24q、R4aq、R4bq、R_FBq、R_BMq、R_ALq、R_DIq‧‧‧熱阻DR12q+、DR13q+‧‧‧熱阻增量Ra、Rb、Rc、Rd‧‧‧固定值REF1~REF4‧‧‧參考值S120、S140、S220、S240、S240'、S240''、S241''、S242'、S243''、S244'、S245''、S246'、S247''、S248'、S249''、S420、S440、S440'、S441、S443、S445、S447、S449、S520、S540、S620、S640‧‧‧操作T1~T4、Ta、Tb、Tc、Td‧‧‧溫度t1a、t1b、t2a、t2b、t3a、t3b、tDTM、tC1~tC4‧‧‧時間點T1lim~T4lim、Tdlim‧‧‧溫度限值T1slope、T2slope、Tdslope‧‧‧溫度升高速率TM1~TM4、TMd‧‧‧熱裕量V7、Va‧‧‧電壓DR12q、DR13q‧‧‧變化量|DR1q|、|DR12q|、|DR13q|‧‧‧減小量
通過結合附圖閱讀以下詳細說明將更清楚地理解一些示例性實施例,在所述附圖中: 圖1是根據一些示例性實施例的包括具有可調整的熱阻的媒介的設備的方塊圖。 圖2A及圖2B是說明根據一些示例性實施例的圖1所示第一元件及第二元件的熱變化的曲線圖。 圖3是根據一些示例性實施例的使用具有可調整的熱電阻的媒介的熱管理方法的流程圖。 圖4A及圖4B說明根據一些示例性實施例的圖1所示媒介的實例。 圖5是根據一些示例性實施例的設備的方塊圖,所述設備包括與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器。 圖6是根據一些示例性實施例的熱管理方法的流程圖,所述熱管理方法使用與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器。 圖7說明根據一些示例性實施例的圖5所示媒介的實例。 圖8是根據一些示例性實施例的圖6所示使用具有可調整的熱阻的媒介的熱管理方法的操作S240的實例的流程圖。 圖9是根據一些示例性實施例的包括多個元件的設備的理論模型的方塊圖。 圖10說明根據一些示例性實施例的圖9所示元件的熱變化的曲線圖。 圖11是根據一些示例性實施例的使用兩個具有可調整的熱阻的媒介的圖6所示熱管理方法的操作S240的實例的流程圖。 圖12是根據一些示例性實施例的包括散熱元件的設備的方塊圖。 圖13是根據一些示例性實施例的使用散熱元件的熱管理方法的流程圖。 圖14是根據一些示例性實施例的圖13所示熱管理方法的操作S440的實例的流程圖。 圖15是根據一些示例性實施例的包括具有可變熱容量的元件的設備的方塊圖。 圖16是根據一些示例性實施例的使用具有可變熱容量的元件的熱管理方法的流程圖。 圖17說明根據一些示例性實施例的圖15所示第二元件的實例。 圖18是根據一些示例性實施例的設備的方塊圖,所述設備包括與具有可變熱容量的元件連通的控制器。 圖19是根據一些示例性實施例的熱管理方法的流程圖,所述熱管理方法使用與具有可變熱容量的元件連通的控制器。 圖20說明根據一些示例性實施例的圖18所示第二元件的實例。 圖21是根據一些示例性實施例的設備的方塊圖,所述設備包括與具有可調整的熱阻的媒介連通的控制器以及具有可變熱容量的元件。 圖22是根據一些示例性實施例的模型化設備的電路圖。 圖23A至圖23C是根據一些示例性實施例的設備及分別基於所述設備進行模型化的其他設備的方塊圖。
100‧‧‧設備
110‧‧‧第一元件
120‧‧‧第二元件
150‧‧‧動態熱管理器
190‧‧‧媒介
DTM1‧‧‧第一操作控制信號
DTM2‧‧‧第二操作控制信號
Rθ‧‧‧熱阻
T1、T2‧‧‧溫度
T1lim、T2lim‧‧‧溫度限值
Claims (23)
- 一種熱管理的控制器,被配置成:獲取第一元件的溫度及第二元件的溫度;以及基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的第一溫度限值、及所述第二元件的第二溫度限值來調整所述第一元件與所述第二元件之間的媒介的熱阻,其中所述控制器進一步被配置成:基於所述第一元件的所述第一溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第一元件的熱裕量;基於所述第二元件的所述第二溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第二元件的熱裕量;以及所述調整所述熱阻是基於所估計的所述第一元件的所述熱裕量及所估計的所述第二元件的所述熱裕量。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制器,其中:所述第一元件被配置成發出熱量;所述控制器進一步被配置成估計所述第一元件的溫度升高速率;以及所述調整所述熱阻是基於所估計的所述溫度升高速率、所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的所述第一溫度限值、及所述第二元件的所述第二溫度限值。
- 如申請專利範圍第2項所述的控制器,所述控制器進一步被配置成基於所述第一元件的所述所獲取溫度及所述第一元件的能量消耗量中的至少一者來估計所述溫度升高速率。
- 如申請專利範圍第3項所述的所述的控制器,所述控制器進一步被配置成確定由所述第一元件消耗的電力量並基於所述電力量來估計所述溫度升高速率。
- 如申請專利範圍第2項所述的控制器,其中:當所述溫度升高速率低於第一參考值時,所述調整所述熱阻包括維持或增大所述媒介的所述熱阻;以及當所述溫度升高速率大於第二參考值時,所述調整所述熱阻包括維持或減小所述媒介的所述熱阻。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制器,所述第一元件被配置成發出熱量;以及所述調整所述熱阻包括當所估計的所述第一元件的所述熱裕量等於或大於第一參考值且所估計的所述第二元件的所述熱裕量小於第二參考值時,維持或增大所述媒介的所述熱阻。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制器,其中:所述第一元件被配置成發出熱量;以及所述調整所述熱阻包括當所估計的所述第一元件的所述熱裕量小於第一參考值且所估計的所述第二元件的所述熱裕量等於或大於第二參考值時,維持或減小所述媒介的所述熱阻。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制器,其中所述控制 器包括記憶體,所述記憶體被配置成存儲所述第一溫度限值及所述第二溫度限值。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制器,所述調整所述熱阻包括減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差。
- 一種熱管理的設備,包括:第一元件,具有第一溫度限值;第二元件,具有第二溫度限值;以及第一媒介,位於所述第一元件與所述第二元件之間且具有第一熱阻,所述第一媒介的所述第一熱阻是可調整的,其中所述第一媒介的所述第一熱阻被調整以減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,其中:所述第一元件被配置成發出熱量;以及所述第一溫度限值等於或大於所述第二溫度限值。
- 如申請專利範圍第11項所述的設備,進一步包括:控制器,被配置成:估計所述第一元件的溫度升高速率、所述第一元件的熱裕量、及所述第二元件的熱裕量中的至少一個;以及基於所估計的所述第一元件的所述溫度升高速率、所述 第一元件的所述熱裕量、及所述第二元件的所述熱裕量中的至少一個來調整所述第一媒介的所述第一熱阻,所述調整所述第一熱阻包括減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差。
- 如申請專利範圍第11項所述的設備,所述第一媒介包括至少一個熱開關,所述至少一個熱開關被配置成基於所述第一元件的溫度來運行。
- 如申請專利範圍第11項所述的設備,進一步包括:處理器,被配置成控制所述第一元件在所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值或所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時減小從所述第一元件發出的熱量的量。
- 如申請專利範圍第11項所述的設備,其中:所述第一元件安裝在所述設備中;所述第二元件包括暴露在所述設備外的至少一部分;以及所述第一元件及所述第二元件通過所述第一媒介熱耦合到彼此。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,進一步包括:第三元件,具有第三溫度限值;以及第二媒介,位於所述第一元件與所述第三元件之間,所述第二媒介具有第二熱阻,所述第一熱阻與所述第二熱阻中的至少一個被調整以延遲當所述第三元件的溫度達到所述第三溫度限值時 的第三時間點、所述第一個時間點以及所述第二時間點中的最早時間點。
- 一種熱管理的控制器,被配置成:獲取第一元件的溫度及第二元件的溫度,所述第二元件熱耦合到所述第一元件且具有可變的熱容量;以及基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的第一溫度限值、及所述第二元件的第二溫度限值來調整所述第二元件的所述熱容量,其中所述控制器進一步被配置成估計所述第一元件的溫度升高速率;以及所述調整所述熱容量是基於所述溫度升高速率、所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一元件的所述第一溫度限值、及所述第二元件的所述第二溫度限值。
- 如申請專利範圍第17項所述的控制器,其中所述控制器進一步被配置成:基於所述第一元件的所述第一溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第一元件的熱裕量;基於所述第二元件的所述第二溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第二元件的熱裕量;以及所估計的所述調整所述熱容量是基於所述第一元件的所述熱裕量及所估計的所述第二元件的所述熱裕量。
- 如申請專利範圍第17項所述的控制器,其中:所述第二元件包括至少一個胞元以及位於所述第一元件與所述至少一個胞元之間的至少一個媒介,所述至少一個媒介具有可變的熱阻;以及所述調整所述熱容量包括控制所述至少一個媒介。
- 如申請專利範圍第17項所述的控制器,所述第一元件通過所述第一元件與所述第二元件之間的媒介熱耦合到所述第二元件,所述媒介具有可變的熱阻;以及所述控制器進一步被配置成基於所述第一元件的所述所獲取溫度、所述第二元件的所述所獲取溫度、所述第一溫度限值、及所述第二溫度限值來調整所述媒介的所述熱阻。
- 一種熱管理的設備,包括:第一元件,具有第一溫度限值;第二元件,具有第二溫度限值;第一媒介,位於所述第一元件與所述第二元件之間,所述第一媒介的熱阻與所述第二元件的熱容量中的至少一個是可調整的;以及控制器,被配置成:估計所述第一元件的溫度升高速率、所述第一元件的熱裕量、及所述第二元件的熱裕量中的至少一個,以及基於所估計的所述第一元件的所述溫度升高速率、所述第一元件的所述熱裕量、及所述第二元件的所述熱裕量中的至少一個 來調整所述第一媒介的所述熱阻與所述第二元件的所述熱容量中的所述至少一個,其中所述控制器進一步被配置成:基於所述第一元件的所述第一溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第一元件的熱裕量;基於所述第二元件的所述第二溫度限值及所述所獲取溫度來估計所述第二元件的熱裕量;以及所述調整所述熱阻是基於所估計的所述第一元件的所述熱裕量及所估計的所述第二元件的所述熱裕量。
- 如申請專利範圍第21項所述的設備,所述調整所述第一媒介的所述熱阻與所述第二元件的所述熱容量中的所述至少一個包括減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差。
- 如申請專利範圍第21項所述的設備,所述控制器進一步被配置成調整所述第一媒介的所述熱阻與所述第二元件的所述熱容量,以實現以下中的至少一個:減小當所述第一元件的溫度達到所述第一溫度限值時的第一時間點與當所述第二元件的溫度達到所述第二溫度限值時的第二時間點之間的差,以及延遲所述第一時間點與所述第二時間點中的較早的時間點。
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