申请/专利权人：上海斐讯数据通信技术有限公司

申请日：2018-04-19

公开（公告）日：2020-10-20

公开（公告）号：CN108601294B

主分类号：H05K7/20(20060101)

分类号：H05K7/20(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.20#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明属于电子产品的散热技术领域，具体涉及一种散热系统及散热方法。散热系统包括：吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；放热单元，为风扇结构，风扇结构的扇叶包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；放热单元还通过风扇进行散热。本发明的散热系统将热电制冷和风扇散热集成于一体，既提高了散热效率，又能避免风扇的高速运转即可达到较好的散热效果，避免了风扇高速运转产生的噪音干扰和电磁干扰。

主权项：1.一种散热系统，其特征在于，包括：吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；放热单元，为风扇结构，所述风扇结构的扇叶包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；所述放热单元还通过所述风扇进行散热；所述风扇结构的每片扇叶由一对连接的第二P型半导体和第二N型半导体构成，所有的第二N型半导体与第一N型半导体电连接，所有的第二P型半导体与第一P型半导体电连接。

全文数据：一种散热系统及散热方法技术领域[0001]本发明属于电子产品的散热技术领域，具体涉及一种散热系统及散热方法。背景技术[0002]随着电子科技的发展，以集成电路及芯片为主的微电子机械系统在信息、工业、汽车、消费电子等领域的应用越来越广泛，高功率、微型化、组件高密度集中化的趋势也在迅速普及，电子元器件特征尺寸不断减小、频率不断提高以及集成度的提高，势必导致电子元器件及其组成的装置体积功率密度或面积功率密度越来越大，由于热量无法得到有效地散发，极易引起电子元器件的损坏，甚至会引发失火等安全问题，因此散热性能的好坏已成为产品稳定性及可靠度的重要考核指标。[0003]—般而言，电子元器件的工作可靠性对温度极为敏感，其失效率随结温升高呈指数关系增长，电子元器件的工作温度每升高10°c，失效率就会增长约一倍;特别地，电子元器件在70〜80°C工作温度水平的基础上，每增加rc，可靠性就会下降5%;另外，电子元器件的平均期望寿命随结温升高呈指数关系急剧下降，主要是因为电子元器件的温度过高而产生的热应力、物理性质的改变、半导体特性的破坏，严重影响了电子产品的可靠性。研究表明，为了能有效避免逻辑错误、元器件损坏及运行速度的下降，VISI芯片表面的温度必须维持在50〜10TC;基于此，热控制方案成为电子产品的研究和开发过程中需要充分考虑的关键技术问题。[0004]现有技术中，通常采用散热技术以有效降低电子核心部件的工作温度，主要包括两种散热方式：热电制冷器制冷散热和风扇强制风冷散热。热电制冷器TECThermoelectricCooler，是利用拍尔帖效应Peltiereffect所制成的一种制冷器，一般采用半导体作为材料，通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流向另一端;此时，制冷器的一端冷端温度降低，另一端热端）的温度上升；将冷端贴合在发热元器件的表面即可达到冷却的目的。实际应用中最常见的热电制冷材料为碲化铋BismuthTelluride。另外，TEC的热端一般贴附在散热器上，TEC吸收的热量传递到热端后进一步传递到散热器上，经散热器散发到周围环境中。然而，这种散热方式中散热端的热量依然仅靠自然对流冷却，这种方式带走的热量非常有限，限制了热电制冷器的散热能力。[0005]另一种散热方式，风扇强制风冷散热，是一种散热效果较好的散热方式，它的散热能力与外界施加能量的强度成正比。然而，风扇的高速运转易产生噪音干扰和电磁干扰。另夕卜，某些产品的外形尺寸也限制了风冷散热器的最强散热能力。[0006]因此，亟需开发一种新的散热系统。发明内容[0007]基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种散热系统和散热方法。[0008]为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：[0009]—种散热系统，包括：[0010]吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；[0011]放热单元，为风扇结构，所述风扇结构的扇叶包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；[0012]电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；[0013]所述放热单元还通过所述风扇进行散热。[0014]本发明的散热系统将热电制冷和风扇散热集成于一体，既提高了散热效率，又能避免风扇的高速运转即可达到较好的散热效果，避免了风扇高速运转产生的噪音干扰和电磁干扰。[0015]作为优选方案，所述吸热单元包括多对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体，所有的第一N型半导体与第二N型半导体电连接，所有的第一P型半导体与第二P型半导体电连接。[0016]作为优选方案，所述吸热单元为双环结构，由各对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体分别沿内、外环排列构成。扩大了吸热面积，有利于待散热件的快速冷却。[0017]作为优选方案，每对第一P型半导体和第一N型半导体之间通过一第一金属电极连接。保证每对第一P型半导体和第一N型半导体之间的连通性。[0018]作为优选方案，所述风扇结构的每片扇叶由一对连接的第二p型半导体和第二N型半导体构成，所有的第二N型半导体与第一N型半导体电连接，所有的第二P型半导体与第一P型半导体电连接。将第二P型半导体和第二N型半导体全部融合在风扇的扇叶上，即将热电制冷和风扇制冷相融合，又扩大了散热面积，还简化了散热系统的结构，节约了尺寸空间。[0019]作为优选方案，各扇叶的第二P型半导体均与一第一线圈连接，所述第一线圈与一第一电刷滑动连接，所述第一电刷与所有的第一P型半导体电连接;各扇叶的第二N型半导体均与一第二线圈连接，所述第二线圈与一第二电刷滑动连接，所述第二电刷与所有的第一N型半导体电连接。通过第一线圈和第一电刷的滑动连接，实现各扇叶的第二P型半导体与吸热单元的第一P型半导体的电连通性;通过第二线圈和第二电刷的滑动连接，实现各扇叶的第二N型半导体与吸热单元的第一N型半导体的电连通性。[0020]作为优选方案，所述放热单元有多个。提高散热系统的散热效率。[0021]作为优选方案，每对第二P型半导体和第二N型半导体之间通过一第二金属电极连接。保证每对第二P型半导体和第二N型半导体之间的连通性。[0022]作为优选方案，所述风扇与一供电单元电连接。以实现风扇的启动，实现风扇与散热系统的电力供应相互独立。[0023]本发明还公开了一种散热系统，包括：[0024]吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；[0025]放热单元，包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；[0026]电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；[0027]所述放热单元还包括风扇，用于散热。将热电制冷和风扇散热简单地组合，使散热系统的制造工艺简化，适用于对空间结构要求不高的场合。[0028]本发明还公开了一种散热方法，应用于如上所述的散热系统装配于待散热件中，所述散热方法包括以下步骤：[0029]S1，检测待散热件的温度，并判断待散热件的温度是否大于一温度阈值;若是，则转至步骤S2;[0030]S2,启动风扇，并根据待散热件的温度调节所述风扇的转速。[0031]本发明与现有技术相比，有益效果是：[0032]本发明的散热系统将热电制冷和风扇散热集成于一体，既提高了散热效率，又能避免风扇的高速运转即可达到较好的散热效果，避免了风扇高速运转产生的噪音千扰和电磁干扰。[0033]本发明的散热方法，根据待散热件的温度与温度阈值的判断结果以执行不同的散热方式，有利于资源配置的最优化，还根据待散热件的温度调节所述风扇的转速，散热效果更佳。附图说明[0034]图1是本发明实施例一散热系统应用于PCB板上的结构示意图；[0035]图2是本发明实施例一散热系统应用于PCB板上的部分结构爆炸图；[0036]图3是本发明实施例一散热系统的吸热单元设于PCB板上的结构示意图；[0037]图4是本发明实施例一散热系统应用于PCB板上的另一状态结构示意图；[0038]图5是本发明实施例一散热系统的放热单元中的风扇结构的示意图；[0039]图6是本发明实施例一散热系统的放热单元中的风扇结构的另一示意图；[0040]图7是图6中的A部放大图；[0041]图8是本发明实施例一散热系统中的电路连接示意图。具体实施方式[0042]为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另外，以下实施例中所提到的方向用语，例如:上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。[0043]实施例一：[0044]如图1-8所示，本实施例的散热系统，应用于PCB板1上。散热系统包括电源、吸热单元2和四个放热单元3。电源设于PCB板1上，与吸热单元2、放热单元3电连接构成循环回路。[0045]吸热单元2,用于与PCB板的发热面贴合，包括垂直于PCB板安装的多对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体;各第一P型半导体和第一N型半导体均为立式结构，底部与待散热件的发热面贴合，顶部齐平构成放热单元的支撑平台。多对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体分为两组，分别沿内、外环排列构成同心双环结构，同一圆环上的第一N型半导体位于内圈、第一P型半导体位于外圈，如图3所示。其中，每对第一p型半导体和第一N型半导体通过第一金属电极21连接，保证成对的第一P型半导体和第一N型半导体之间的连通性;处于同一圆环上的所有第一N型半导体通过第二导线连接实现各第一N型半导体之间的电连接，处于同一圆环上的所有第一P型半导体通过第一导线连接实现各第一P型半导体之间的电连接。[0046]如图4所示，放热单元3有四个，两两对称安装在同心双环结构顶部的支撑平台上。如图5和6所示，放热单元3为风扇结构，风扇结构包括底座311和安装于底座311上的八片扇叶312,每片扇叶由一对连接的第二P型半导体和第二N型半导体构成;其中，每对第二P型半导体和第二N型半导体之间通过第二金属电极3121连接;风扇结构的底座311上具有四个安装孔，相应地，PCB板上具有相应数量的螺纹固定柱，通过螺栓或螺钉与四个安装孔、螺纹固定柱固定配合，从而将吸热单元2和放热单元3固定在PCB板1上。如图7和8所示，各扇叶的第二P型半导体均与第一线圈32电连接，各扇叶的第二N型半导体均与第二线圈33电连接，第一线圈32和第二线圈33与扇叶同步转动;第一线圈32与第一电刷34滑动连接，即第一线圈32转动的过程中始终与第一电刷34保持接触，实现第一线圈32与第一电刷34的电连接，第一电刷34固定在风扇结构的底座311上；相应地，第二线圈33与第二电刷35滑动连接，即第二线圈33转动的过程中始终与第二电刷35保持接触，实现第二线圈33与第二电刷35的电连接，第二电刷35固定在风扇结构的底座311上;如此，在风扇转动过程中始终保持各扇叶的第二P型半导体之间的电连通性、各扇叶的第二N型半导体之间的电连通性。另外，第一电刷34还与第一导线电连接，实现所有的第一P型半导体与第二P型半导体之间的电连通性;第二电刷35还与第二导线电连接，实现所有的第一N型半导体与第二N型半导体之间的电连通性。[0047]另外，风扇的启动由供电单元控制，与上述散热系统的电源相互独立。[0048]如图8所示，电源1接通吸热单元2和放热单元3后，吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体，吸收PCB板上产生的热量;放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体，将热量散发；即风扇不转动时，依然可以通过热电制冷进行散热；当供电单元与风扇接通后，风扇散热与热电制冷相结合，提高散热效率。[0049]本实施例的散热系统将热电制冷和风扇散热集成于一体，既提高了散热效率，又能避免风扇的高速运转即可达到较好的散热效果，避免了风扇高速运转产生的噪音干扰和电磁干扰。[0050]实施例二：[0051]本实施例的散热系统与实施例一的不同之处在于：[0052]具体地，放热单元的风扇结构仅单独作为风扇散热的作用，即风扇结构的扇叶为普通的扇叶材料;放热单元既包括多对成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体，与吸热单元组成热电制冷结构;又包括风扇结构，单独作为风扇散热;使得散热系统的散热形式和结构多样化。[0053]本实施例的其它结构可以参考实施例一。[0054]实施例三：[0055]本实施例的散热系统与实施例一的不同之处在于：[0056]具体地，吸热单元的结构还可以为圆环结构、三环结构、四环结构等规则结构，还可以为不规则结构，只需保证所有的第一P型半导体之间电连接，所有的第二N型半导体电连接即可，具体结构可根据实际情况进行调整设计;另外，放热单元的风扇结构的数量可根据实际情况进行调整，还可以为一个、三个、五个、六个等等。吸热单元和放热单元的结构多样化，可使散热系统适应不同的应用场合。[0057]本实施例的其它结构可以参考实施例一。[0058]实施例四：[0059]本实施例的散热系统与实施例一的不同之处在于：[0060]具体地，风扇的供电单元与散热系统的电源还可以为同一电源模块，即在热电制冷的同时启动风扇散热，适用于需要快速散热的场合。[0061]本实施例的其它结构可以参考实施例一。[0062]实施例五：[0063]本实施例的散热系统与实施例一的不同之处在于：[0064]具体地，本实施例的散热系统还包括控制单元，控制单元与电源、供电单元连接，以控制电源对吸热单元中的第一P型半导体和第一N型半导体、放热单元中的第二P型半导体和第二N型半导体供电，控制供电单元对风扇进行供电，以实现散热系统的自动化控制。[0065]本实施例的其它结构可以参考实施例一。[0066]实施例六：[0067]本实施例的散热方法，应用于实施例一所述的散热系统中，包括如下步骤：[0068]S1，电源接通;检测PCB板的温度，并判断PCB板的温度是否大于第一温度阈值;若是，则转至步骤S2;若否，则转至步骤S3;[0069]S2,供电单元接通，启动风扇，并根据PCB板的温度调节风扇的转速;具体地，设置PCB板的温度与风扇转速的参照表，基于测得的PCB板的温度，对照参照表中对应的风扇转速直接调节风扇的转速至目标转速;通过热电制冷和风扇制冷的双重散热，散热效率相对于单一的热电制冷的散热效率提高了50%左右。[0070]S3，不启动风扇，仅通过热电制冷进行散热。[0071]本实施例的散热方法通过一个温度阈值的设置，将散热方式区分为仅通过热电制冷进行散热和热电制冷和风扇制冷的双重散热;方法简单且有效。[0072]实施例七：[0073]本实施例的散热方法，应用于实施例一所述的散热系统中，包括如下步骤：[0074]S11，检测PCB板的温度，并判断PCB板的温度是否大于第二温度阈值;若是，则转至步骤S21;若否，则经过预设时间后继续检测pCB板的温度；[0075]S21，电源接通，通过热电制冷进行散热;继续检测PCB板的温度，并判断PCB板的温度是否大于第三温度阈值，若是，则转至步骤S31;若否，则经过预设时间后继续检测PCB板的温度；[0076]S31，供电单元接通，启动风扇，并根据PCB板的温度调节风扇的转速;具体地，设置PCB板的温度与风扇转速的参照表，基于测得的PCB板的温度，对照参照表中对应的风扇转速直接调节风扇的转速至目标转速;通过热电制冷和风扇制冷的双重散热，散热效率相对于单一的热电制冷的散热效率提高了50%左右。[0077]本实施例的散热方法，通过设置两个温度阈值作为启动热电制冷散热、热电制冷和风扇制冷的双重散热的判断标准，实现电力资源的优化配置，避免一直启动热电制冷或风扇散热造成的电力资源浪费。[0078]应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种散热系统，其特征在于，包括：吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；放热单元，为风扇结构，所述风扇结构的扇叶包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；所述放热单元还通过所述风扇进行散热。2.根据权利要求1所述的一种散热系统，其特征在于，所述吸热单元包括多对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体，所有的第一N型半导体与第二N型半导体电连接，所有的第一P型半导体与第二P型半导体电连接。3.根据权利要求2所述的一种散热系统，其特征在于，所述吸热单元为双环结构，由各对成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体分别沿内、外环排列构成。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种散热系统，其特征在于，每对第一P型半导体和第一N型半导体之间通过一第一金属电极连接。5.根据权利要求1-3任一项所述的一种散热系统，其特征在于，所述风扇结构的每片扇叶由一对连接的第二P型半导体和第二N型半导体构成，所有的第二N型半导体与第一N型半导体电连接，所有的第二P型半导体与第一P型半导体电连接。6.根据权利要求5所述的一种散热系统，其特征在于，各扇叶的第二P型半导体均与一第一线圈连接，所述第一线圈与一第一电刷滑动连接，所述第一电刷与所有的第一P型半导体电连接;各扇叶的第二N型半导体均与一第二线圈连接，所述第二线圈与一第二电刷滑动连接，所述第二电刷与所有的第一N型半导体电连接。7.根据权利要求1-3任一项所述的一种散热系统，其特征在于，所述放热单元有多个。8.根据权利要求1-3任一项所述的一种散热系统，其特征在于，所述风扇与一供电单元电连接。9.一种散热系统，其特征在于，包括：吸热单元，包括成对连接的第一P型半导体和第一N型半导体；放热单元，包括成对连接的第二P型半导体和第二N型半导体；电源，与吸热单元、放热单元电连接构成循环回路，使吸热单元的电流由第一N型半导体流向对应的第一P型半导体以吸收待散热件产生的热量、使放热单元的电流由第二P型半导体流向对应的第二N型半导体以散热；所述放热单元还包括风扇，用于散热。10.—种散热方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的散热系统装配于待散热件，其特征在于，所述散热方法包括以下步骤：S1，检测待散热件的温度，并判断待散热件的温度是否大于一温度阈值;若是，则转至步骤S2;S2,启动风扇，并根据待散热件的温度调节所述风扇的转速。

百度查询： 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种散热系统及散热方法

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