TWI817473B

TWI817473B - 散熱系統

Info

Publication number: TWI817473B
Application number: TW111116260A
Authority: TW
Inventors: 林育民; 廖文能; 謝錚玟; 陳宗廷; 柯召漢; 王俊傑; 何吉泰; 陳冠霖
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-10-01
Also published as: TW202344179A; US20230354554A1

Abstract

一種散熱系統，適用於具兩熱源的可攜式電子裝置。散熱系統包括風扇、兩個散熱鰭片組、活動閘門、第一熱管、第二熱管以及控制單元。風扇是離心式風扇且具有主出風口與副出風口，散熱鰭片組分別設置於主出風口與副出風口，活動閘門設置於副出風口。第一熱管熱接觸熱源，且熱接觸位於主出風口的散熱鰭片組。第二熱管熱接觸熱源的其中之一，且熱接觸兩個散熱鰭片組。控制單元電性連接活動閘門，以依據熱源的負載而驅動活動閘門開啟或關閉副出風口。

Description

散熱系統

本發明是有關於一種散熱系統。

隨著人們電腦使用習慣的改變，筆記型電腦已成為市面上的很重要的產品類型。筆記型電腦由於體積小且方便攜帶，人們常常會帶著筆記型電腦通勤，在辦公室做些文書處理，在咖啡店上網看些文章或影片，也有可能跟三五好友用筆記型電腦來打幾場電玩遊戲。如果使用者特別要求筆記型電腦在電玩遊戲的流暢度或者畫面細緻度，那麼需要將筆記型電腦備配更高階的處理器與顯示晶片。但是，更高階的處理器與顯示晶片伴隨著產生過多廢熱的問題，且筆記型電腦的體積受到限制，在散熱設計上往往不夠理想。

傳統上，有些筆記型電腦的內部設計有風扇，利用氣流將筆記型電腦內部的廢熱帶出。但是，隨著筆記型電腦的性能越來越優異，筆記型電腦所產生的廢熱也隨之劇增，且隨著筆記型電腦的使用狀態不同，也需有對應不同狀態的散熱條件，方能以有效率的手段達到各式散熱需求。

本發明提供一種散熱系統，其依據熱源的負載狀態而驅動活動閘門啟閉雙出口風扇的副出風口，而以有效率的散熱手段對應不同散熱需求。

本發明的散熱系統，適用於具多熱源的可攜式電子裝置。散熱系統包括風扇、兩個散熱鰭片組、活動閘門、第一熱管、第二熱管以及控制單元。風扇是離心式風扇且具有主出風口與副出風口，散熱鰭片組分別設置於主出風口與副出風口，活動閘門設置於副出風口。第一熱管熱接觸熱源，且熱接觸位於主出風口的散熱鰭片組。第二熱管熱接觸熱源的其中之一，且熱接觸兩個散熱鰭片組。控制單元電性連接活動閘門，以依據熱源的負載而驅動活動閘門開啟或關閉副出風口。

基於上述，可攜式電子裝置具有多熱源，散熱系統的風扇具有主出風口與副出風口，且熱源是以不同熱管熱接觸至主、副出風口處的散熱鰭片，再以活動閘門控制副出風口的啟閉，以形成雙向散熱路徑或單向散熱路徑。如此一來，控制單元能依據熱源的各自負載狀態而對應啟閉副出風口，以採用上述的雙向散熱路徑或單向散熱路徑作為散熱手段，據以應付不同的散熱需求。

換句話說，由於可攜式電子裝置的內部空間是屬於多熱源設置環境，因此會隨著使用條件不同而存在不同的負載狀態，若以現有技術的單一散熱手段實無法應付，故需以本發明的散熱系統，藉由上述風扇、熱管與活動閘門等特定構件設置，方能依據熱源的負載狀態而提供對應的散熱手段，以使散熱系統兼具散熱效率的提升以及運作效率的最佳化。

圖1是本發明一實施例的可攜式電子裝置的內部示意圖，在此僅繪示與本實施例技術特徵相關的局部。圖2是本發明的散熱系統的相關構件的電性連接示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，散熱系統100是適用於具兩熱源20、30的可攜式電子裝置（例如是筆記型電腦或平板電腦），熱源20、30設置於機殼130的內部空間，其中熱源20例如是顯示晶片（GPU），而熱源30例如是中央處理器（CPU）。散熱系統100包括第一風扇110、第二風扇120、散熱鰭片組151～154、活動閘門160、第一熱管141、第二熱管142、第三熱管143以及控制單元150。在此需說明的是，本發明對於構件名稱前所加的序號，例如第一、第二…等，僅是為了利於辨識，構件本身的結構特徵實則相同。

第一風扇110與第二風扇120分別是離心式風扇，且各具有主出風口E5與副出風口E6。散熱鰭片組151～154分別設置於這些主出風口E5與這些副出風口E6，活動閘門160分別設置於副出風口E6。機殼130還具有多個排氣口E1～E4，分別與前述散熱鰭片組151～154及主出風口E5、副出風口E6對應，而如圖1所呈現的構件配置。

以可攜式電子裝置100的機殼130作為參考，散熱系統100配置於機殼130內，其中主出風口E5位於機殼130的後側，副出風口E6位於機殼130的旁側，若以筆記型電腦為例，使用者是從機殼130的前側操作可攜式電子裝置，而後側則是機殼130與螢幕（未繪示）的樞接處，前側與後側是機殼130彼此相對的兩側。

再者，本實施例的第一熱管141熱接觸熱源20、30，且熱接觸位於主出風口E5的散熱鰭片組151、152。第二熱管142熱接觸熱源的其中之一（也就是熱源20），且熱接觸同一風扇（也就是第一風扇110）的主出風口E5處與副出風口E6處的散熱鰭片組151、153。第三熱管143熱接觸熱源的其中之另一（也就是熱源30），且熱接觸同一風扇（也就是第二風扇120）的主出風口E5處與副出風口E6處的散熱鰭片組152、154。在此所述熱接觸是指熱量能順利地在構件之間傳遞，而不限於結構接觸。

進一步地說，第一熱管141具有熱接觸熱源20的吸熱段141a、熱接觸熱源30的吸熱段141b、熱接觸散熱鰭片組151的放熱段141c與熱接觸散熱鰭片組152的放熱段141d，因此從吸熱段141a吸收熱源20所產生的熱量後，能傳送至放熱段141c而藉助散熱鰭片組151與第一風扇110從主出風口E5所產生的氣流，而順利地將熱量經由排氣口E1排出機殼130。相對地，從吸熱段141b吸收熱源30所產生的熱量後，能傳送至放熱段141d而藉助散熱鰭片組152與第二風扇120從主出風口E5所產生的氣流，順利地將熱量經由排氣口E2排出機殼130。

第二熱管142具有熱接觸熱源20的吸熱段142a、熱接觸散熱鰭片組151的放熱段142b與熱接觸散熱鰭片組153的放熱段142c，因此從吸熱段142a吸收熱源20所產生的熱量後，能傳送至放熱段142b與放熱段142c，而藉助散熱鰭片組151與第一風扇110從主出風口E5所產生的氣流以順利地將一部分熱量經由排氣口E1排出機殼130，同時也藉助散熱鰭片組153與第一風扇110從副出風口E6所產生的氣流以順利地將另一部分熱量經由排氣口E3排出機殼130。

第三熱管143具有熱接觸熱源30的吸熱段143a、熱接觸散熱鰭片組152的放熱段143b與熱接觸散熱鰭片組154的放熱段143c，因此從吸熱段143a吸收熱源30所產生的熱量後，能傳送至放熱段143b與放熱段143c，而藉助散熱鰭片組152與第二風扇120從主出風口E5所產生的氣流以順利地將一部分熱量經由排氣口E2排出機殼130，同時也藉助散熱鰭片組154與第二風扇120從副出風口E6所產生的氣流以順利地將另一部分熱量經由排氣口E4排出機殼130。

基於上述第一熱管141、第二熱管142與第三熱管143的對應配置，熱源20、30所產生的熱量分別能順利地散逸出機殼130之外。在此，關於熱管的熱傳遞技術為已知，故不贅述。

再者，請參考圖2，散熱系統100還包括溫度感測器R1、R2，分別對應地設置熱源20、30旁且互不影響，以分別感測熱源20、30的溫度，控制單元150電性連接第一風扇110、第二風扇120、活動閘門160與溫度感測器R1、R2，控制單元150依據所述兩個溫度感測器R1、R2的溫度感測值而驅動活動閘門160開啟或關閉第一風扇110與第二風扇120的副出風口E6。在此，控制單元150可以是可攜式電子裝置中有別於中央處理器（即前述熱源30）的其他控制晶片或控制電路，也可以是中央處理器本身。

圖3A是圖1的第一風扇的示意圖。圖3B是圖1的活動閘門的示意圖。請同時參考圖3A與圖3B並對照圖1，需先提及的是，第一風扇110與第二風扇120皆為具雙出風口的離心風扇且彼此結構一致，僅在圖1所示配置上呈現上、下倒置的狀態。再者，針對個別的第一風扇110或第二風扇120而言，在維持相同的系統噪音的前提下，主出風口E5與副出風口E6皆開啟時的氣流流量，是主出風口E5開啟而副出風口E6關閉時的氣流流量的120%，但也因出風口的數量增加（主出風口E5與副出風口E6皆開啟），而使風扇（第一風扇110或第二風扇120）產生靜壓會下降。據此，搭配出風口的口徑或流道輪廓，便能調整本實施例的主出風口E5的氣流流量：副出風口E6的氣流流量＝6：4。此外，設置於副出風口E6的活動閘門160包括馬達161與擋板162，控制單元150電性連接馬達161，擋板162連接至馬達161，以受馬達161的驅動而旋轉掀起或旋轉放下，以達到開啟或關閉副出風口E6的效果（也相當於增、減出風口的數量）。設計者可依據需求對上述流量比進行適當調整。

基於上述構件的配置，本發明的控制單元150便能依據熱源20、30的負載狀態而驅動活動閘門160開啟或關閉副出風口E6，而以有效率的手段達到所需的散熱效果，詳述如後。

圖4與圖5分別是圖1的散熱系統於不同狀態的示意圖。請同時參考圖1、圖4與圖5，正因本實施例的第一風扇110、第二風扇120具備前述氣流流量的相關特徵，因此需對應熱源20、30的不同負載狀態而調整第一風扇110、第二風扇120的副出風口E6的啟閉狀態，以讓散熱系統100的運作效率得以最佳化。

首先，如圖1所示，此時熱源20、30皆處於低負載，因此控制單元150驅動活動閘門160而關閉第一風扇110與第二風扇120各自的副出風口E6，也就是在此狀態下，第一風扇110與第二風扇120以各自的主出風口E5所產生氣流來對熱源20、30進行散熱已然足夠，也就是第一風扇110與第二風扇120各自以單一出風口的氣流能順利將熱源20、30於低負載時所產生的熱量予以散逸。同時，此舉也能避免多出風口而產生的噪音，也能增加使用者於操作可攜式電子裝置時的舒適程度。

接著，如圖4所示，此時熱源30處於高負載，而熱源20處於低負載，故控制單元150驅動第二風扇120處的活動閘門160，以將對應排氣口E4的副出風口E6開啟，如此便能提高第二風扇120的氣流流量，以利於針對高負載的熱源30進行散熱。同時，第一風扇110以及位於該處的活動閘門160仍保持如圖1所示的狀態，如此可避免造成不必要的能量浪費。

反之，當熱源30處於低負載而熱源20處於高負載時，則改以開啟第一風扇110處的活動閘門160，而讓第二風扇120處的活動閘門160保持關閉。

接著，如圖5所示，熱源20、30皆處於高負載的狀態，則控制單元150驅動所示兩個活動閘門160以開啟第一風扇110與第二風扇120的副出風口E6，而讓第一風扇110與第二風扇120皆處於雙出風口散熱狀態，以利於全力對熱源20、30進行散熱。

簡單地說，對於單一的風扇（第一風扇110或第二風扇120）而言，若將其僅開啟主出風口E5所產生的氣流流量定義為1單位，而增加副出風口E6的話能增加20%的氣流流量，則主出風口E5與副出風口E6合計的氣流流量為1.2單位，而因應主出風口E5與副出風口E6在離心風扇的相關位置，其氣流流量比設計為，主出風口E5氣流流量：副出風口E6氣流流量＝6：4，因此當風扇維持雙出風狀態時，主出風口E5的氣流流量會降為0.72單位，而副出風口E6的氣流流量會有0.48單位。故而本發明基於上述的風扇氣流特性，輔以控制單元150能藉由驅動活動閘門160而控制副出風口E6的啟閉狀態，便能有效地對氣流流量進行分配與優化。也就是說，在不增加風扇數量而維持可攜式電子裝置的內部空間的前提下，此舉能有效提升散熱系統100的散熱效率及運作彈性。

圖6是本發明另一實施例的散熱系統的示意圖。請參考圖6，在本實施例中，散熱系統200包括第二風扇120與熱管241、243，其相當於前述實施例保留右側的第二風扇120所進行的設置。熱管241、243相當於前述的第一熱管141的局部以及第二熱管142，熱管241具有熱接觸熱源20的吸熱段241a、熱接觸熱源30的吸熱段241b與熱接觸散熱鰭片組152的放熱段241c，以從熱源20、30吸熱後能在放熱段241c進行散熱。熱管243具有熱接觸熱源30的吸熱段243a、熱接觸散熱鰭片組152的放熱段243b與熱接觸散熱鰭片組154的放熱段243b，以從熱源30吸熱後能分別於放熱段243b、243c進行散熱。換句話說，本發明以單一風扇已能對多個熱源20、30進行散熱系統200的風量分配與效率提升。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，可攜式電子裝置具有多熱源，散熱系統的風扇具有主出風口與副出風口，且熱源是以不同熱管熱接觸至主、副出風口處的散熱鰭片，再以活動閘門控制副出風口的啟閉，以形成雙向散熱路徑或單向散熱路徑。如此一來，控制單元能依據熱源的各自負載狀態而對應啟閉副出風口，以採用上述的雙向散熱路徑或單向散熱路徑作為散熱手段，據以應付不同的散熱需求，以使散熱系統兼具散熱效率的提升以及運作效率的最佳化。

20、30:熱源 100、200:散熱系統 110:第一風扇 120:第二風扇 130:機殼 141:第一熱管 141a、141b:吸熱段 141c、141d:放熱段 142:第二熱管 142a:吸熱段 142b、142c:放熱段 143:第三熱管 143a:吸熱段 143b、143c:放熱段 151、152、153、154:散熱鰭片組 160:活動閘門 241、243:熱管 241a、241b、243a:吸熱段 241c、243b、243c:放熱段 E1、E2、E3、E4:排氣口 E5:主出風口 E6:副出風口

圖1是本發明一實施例的可攜式電子裝置的內部示意圖。圖2是本發明的散熱系統的相關構件的電性連接示意圖。圖3A是圖1的第一風扇的示意圖。圖3B是圖1的活動閘門的示意圖。圖4與圖5分別是圖1的散熱系統於不同狀態的示意圖。圖6是本發明另一實施例的散熱系統的示意圖。

20、30:熱源

100:散熱系統

110:第一風扇

120:第二風扇

130:機殼

141:第一熱管

141a、141b:吸熱段

141c、141d:放熱段

142:第二熱管

142a:吸熱段

142b、142c:放熱段

143:第三熱管

143a:吸熱段

143b、143c:放熱段

151、152、153、154:散熱鰭片組

160:活動閘門

E1、E2、E3、E4:排氣口

E5:主出風口

E6:副出風口

Claims

一種散熱系統，適用於可攜式電子裝置，所述可攜式電子裝置具有兩個熱源，所述散熱系統包括：風扇，是離心式風扇，所述風扇具有主出風口與副出風口；兩個散熱鰭片組，分別設置於所述主出風口與所述副出風口；活動閘門，設置於所述副出風口；第一熱管，熱接觸所述兩個熱源，且熱接觸位於所述主出風口的所述散熱鰭片組；第二熱管，熱接觸所述兩個熱源的其中之一，且熱接觸所述兩個散熱鰭片組；以及控制單元，電性連接所述活動閘門，所述控制單元依據所述兩個熱源的負載而驅動所述活動閘門開啟或關閉所述副出風口。
如請求項1所述的散熱系統，還包括兩個溫度感測器，分別設置於所述兩個熱源旁且互不影響，以分別感測所述兩個熱源的溫度，所述兩個溫度感測器分別電性連接所述控制單元，所述控制單元依據所述兩個溫度感測器的溫度感測值而驅動所述活動閘門開啟或關閉所述副出風口。
如請求項1所述的散熱系統，其中所述風扇在相同的扇葉轉速的前提下，所述主出風口與所述副出風口皆開啟時的氣流流量，是所述主出風口開啟而所述副出風口關閉時的氣流流量的120%。
如請求項1所述的散熱系統，其中所述主出風口的氣流流量：所述副出風口的氣流流量＝6：4。
如請求項1所述的散熱系統，其中所述兩個熱源包括中央處理器（CPU）與顯示晶片（GPU），所述第二熱管熱接觸所述中央處理器。
如請求項1所述的散熱系統，還包括第三熱管、另一風扇、另一活動閘門與另兩個散熱鰭片組，所述另兩個散熱鰭片組分別位於所述另一風扇的主出風口與副出風口，所述另一活動閘門位於所述另一風扇的所述副出風口，所述第三熱管熱接觸所述兩個熱源的其中之另一與所述另兩個散熱鰭片組，所述第一熱管還熱接觸位於所述另一風扇的所述主出風口的所述散熱鰭片組，所述另一活動閘門電性連接所述控制單元，所述控制單元依據所述兩個熱源的熱量產出而驅動所述另一活動閘門開啟或關閉所述另一風扇的所述副出風口。
如請求項6所述的散熱系統，其中所述兩個熱源位於所述風扇與所述另一風扇之間。
如請求項6所述的散熱系統，其中所述兩個熱源包括中央處理器與顯示晶片，所述第三熱管熱接觸所述顯示晶片。
如請求項1所述的散熱系統，其中所述可攜式電子裝置包括機殼，所述散熱系統適於配置於所述機殼內，其中所述主出風口位於所述機殼的後側，所述副出風口位於所述機殼的旁側，使用者從所述機殼的前側操作所述可攜式電子裝置，所述前側與所述後側彼此相對。
如請求項9所述的散熱系統，其中所述機殼具有多個排氣口，以分別對應所述主出風口與所述副出風口。