一种激光器精密温控装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是激光器技术应用，尤其是一种激光器精密温控装置。
【背景技术】
[0002] 伴随激光器性能的提升，激光器的应用环境也广泛扩展，越来越多的机动平台，包 括飞机、汽车、轮船等对激光器提出了配装需求。在这些独立性强、使用灵活度高、应用环境 较为苛刻的运行平台，激光器的体积、重量、功耗受到十分严格的限制，与此同时，激光器栗 浦模块的温度波动会直接影响激光器的出光质量，适用于多平台的激光器精密温控技术成 为制约激光器使用性能提升的关键因素之一。
[0003] 强制风冷冷却技术，特别是结合板翅片的板翅式风冷冷却技术由于它结构紧凑、 使用方便，在航空电子设备的冷却中被广泛地运用，一般来说，风冷式散热器对于一些耗 散功率不大、热流密度比较小的电子元器件，在冷却空气温升不超过40°C左右的条件下能 满足散热要求。而对于高热流密度的散热，理想情况是采用液体冷却的方式来进行，但是 在航空电子设备中往往不具备使用液体冷却的条件，比如战斗机、直升机等小型飞机，由 于其对体积和重量的限制，提供液冷的条件比较困难，只能采用风冷的方式散热。
[0004] 半导体制冷又称为热电制冷（Thermoelectric cooler)，热电制冷是用电能作动 力，以泊尔帖效应为基础的能量转换过程，半导体制冷系统结构简单，无需制冷剂，无污染， 启动快，控制灵活，控制精度高，在失重和超重状态下均可工作，而且制冷加热可灵活切 换。
[0005] 均温板是一种高效的高热流密度的传热组件，均温板为一个平板状结构，外壳包 着多孔材料，里面填充某种工质。在均温板底面中心加热，较大的热流密度可以通过工质的 蒸发和冷凝扩散到整个均温板的表面，实现将热流密度变小化，由于其流动方向性为空间 所有维度，故均温板比一般热管的性能更优。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种激光器精密温控装 置的技术方案，该方案体积紧凑、温控精度高、适用于多种机动平台、可适用于不同热负荷 的激光器、可扩展性良好，在不同环境和条件下，都能够满足激光器散热要求。
[0007] 本方案是通过如下技术措施来实现的：
[0008] -种激光器精密温控装置，包括热电制冷片、均温板、热电偶、散热翅片和轴流风 扇；热电制冷片冷面通过导热银胶与热沉表面贴合；热电制冷片热面通过与均温板下表面 金属化贴合；热电偶通过锡铅焊与均温板下表面贴合；散热翅片与均温板上表面通过锡铅 焊的方式贴合；轴流风机通过在散热翅片上安装固定底座与散热翅片连通。
[0009] 作为本方案的优选：热电制冷片冷面制冷功率根据公式Q。= Q 3十算，其中Q。为热 电制冷片冷面制冷功率，Qr为热沉发热功率，冷面表面导热银胶热导率为3w/m . K~5w/m .K0
[0010] 作为本方案的优选：热电制冷片热面发热功率根据公式Qh= QjVI计算，其中Qh 为热电制冷片热面发热功率，Q。为热电制冷片冷面制冷功率，V为热电制冷片电压，I为热电 制冷片电流，热电制冷片热面通过银铅焊金属化与均温板下表面贴合，焊层厚度为〇. 5_， 均温板导热率为18000w/m . K~20000w/m . K。
[0011] 作为本方案的优选：均温板壳体采用铝材设计，上下壳体通过超音波焊接，内部的 毛细结构采用烧结，内部工作液体充填甲醇，功率密度大于20W/cm 2。
[0012] 作为本方案的优选：测温传感器灵敏度为1 μ A/K，热电偶与均温板之间锡铅焊的 焊料厚度为〇. 3mm。
[0013] 作为本方案的优选：散热翅片散热面积需求量根据公式
计算，其中％为 热电制冷片热面发热功率，σ为强制风冷散热翅片表面传热系数，h为散热翅片的平均温 度，t2为环境温度，散热翅片与均温板之间锡铅焊焊料厚度为0. 2_，散热翅片的具体形状 可根据温控装置的实际包络空间进行灵活调整。
[0014] 作为本方案的优选：轴流风扇风量需求量根据公式
计算，其中％为热电制 冷片热面发热功率，P为空气密度，Cp为空气热容，△ T为进出散热翅片空气温差。
[0015] 本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中激光器精密温 控方法，利用热电制冷片通电后对热沉进行温控，控温精度高；利用均温板减小热电制冷片 热流密度；利用热电偶监控热电制冷片端面温度；通过轴流风机配合散热翅片对均温板进 行散热，体积紧凑；通过增加散热翅片的散热面积提高散热功率，可适用不同热负荷的激光 器，可扩展性良好。
[0016] 由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也 是显而易见的。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构示意图。
[0018] 图中，1为热电制冷片，2为均温板，3为散热翅片，4为轴流风机，5为热电偶。
【具体实施方式】
[0019] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0020] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0021] 实施例1
[0022] 选择激光器，热负荷40W，在环境温度60°C条件下，要求控制热沉温度25°C~ 30°C，控温精度±0. 5°C。选择大功率热电制冷片，外形尺寸为55mmX55mmX3. 5mm，温差 Δ t为60°C时，制冷量为50W，为保证制冷量，此时热电制冷片热端温度应控制在85°C以下， 计算所需散热翅片散热面积为〇. 2m2,所需风量为62. 64m3/h(37CFM)，采用翅片厚度0. 2mm， 翅间距为1mm的散热器，采用航空级LMB (法航）风机0PTIFAN44型号，转速32. OOOrpm，采 用均温板尺寸为145mmX65mmX5mm，采用测温传感器型号为AD590,温控系统整体尺寸为 145mm X 65mm X 50mm 〇
[0023] 启动激光器工作同时，热电制冷片通电对热沉进行制冷温控，测温传感器实时监 测热电制冷片热端温度，当热电制冷片热端温度接近85°C时，启动风机，对散热片进行强制 风冷，使热电制冷片维持在85°C~87°C。
[0024] 经本实施例操作，在环境温度60°C条件下，激光器可连续不间断工作，激光器热沉 表面温度控制范围25 °C~30 °C，控温精度±0. 5 °C。
[0025] 实施例2
[0026] 选择激光器，热负荷40W，在环境温度_45°C条件下，要求控制热沉温度25°C~ 30°C，控温精度±0. 5°C。选择和实例1相同的温控装置。
[0027] 启动激光器工作之前，对热电制冷片通与实例1相反的电流，此时热电制冷片冷 热端交换位置，原对热沉制冷的冷端变成对热沉加热，并使热沉迅速升温，与此同时，为维 持热电制冷片正常工作，启动风机对热电制冷片进行温控，当热沉温度上升到25 °C时，激光 器开始工作，调整热电制冷片电流，使整个系统处于热平衡状态。
[0028] 经本实施例操作，在环境温度-45°C条件下，激光机可连续不间断工作，激光器热 沉表面温度控制范围23°C~25°C，控温精度±0. 3°C。本发明并不局限于前述的具体实施 方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新 的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1. 一种激光器精密温控装置，其特征是：包括热电制冷片、均温板、热电偶、散热翅片 和轴流风扇；所述的热电制冷片冷面通过导热银胶与热沉表面贴合；所述的热电制冷片热 面通过与均温板下表面金属化贴合；所述的热电偶通过锡铅焊与均温板下表面贴合；所述 的散热翅片与均温板上表面通过锡铅焊的方式贴合；所述的轴流风机通过在散热翅片上安 装固定底座与散热翅片连通。2. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述热电制冷片冷面 制冷功率根据公式Q。= Q J十算，其中Q。为热电制冷片冷面制冷功率，Q ^为热沉发热功率， 冷面表面导热银胶热导率为3w/m . K~5w/m . K。3. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述热电制冷片热面 发热功率根据公式Qh= QjVI计算，其中％为热电制冷片热面发热功率，Q。为热电制冷片 冷面制冷功率，V为热电制冷片电压，I为热电制冷片电流，热电制冷片热面通过银铅焊金 属化与均温板下表面贴合，焊层厚度为0. 5mm，均温板导热率为18000w/m . K~20000w/m .K04. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述均温板壳体采用 铝材设计，上下壳体通过超音波焊接，内部的毛细结构采用烧结，内部工作液体充填甲醇， 功率密度大于20W/cm 2。5. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述测温传感器灵敏 度为1 μ A/K，热电偶与均温板之间锡铅焊的焊料厚度为0. 3_。6. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述散热翅片散热面 积需求量根据公式计算，其中％为热电制冷片热面发热功率，σ为强制风冷散热 翅片表面传热系数，h为散热翅片的平均温度，12为环境温度，散热翅片与均温板之间锡铅 焊焊料厚度为〇. 2_，散热翅片的形状可根据温控装置的实际包络空间进行灵活调整。7. 根据权利要求1所述的一种激光器精密温控装置，其特征是：所述轴流风扇风量需 求量根据公式计算，其中％为热电制冷片热面发热功率，P为空气密度，C P为空气 热容，AT为进出散热翅片空气温差。
【专利摘要】本发明提供了一种激光器精密温控装置的技术方案，该方案包括有热电制冷片、均温板、热电偶、散热翅片和轴流风扇；热电制冷片的冷面与热沉贴合；热电制冷片的热端与均温板一面贴合；热电偶与靠近热电制冷片的均温板底面贴合；均温板的另一面设置散热翅片和轴流风扇；该方案控温精度高、环境适应性强、体积紧凑、适用于多种机动平台、可适用于不同发热源。
【IPC分类】G05D23/19, H01L23/34, H01S5/024
【公开号】CN105355608
【申请号】CN201510923694
【发明人】黄勋, 刘军, 王永振, 叶一东, 柳丽卿, 蒋琳, 袁晓蓉, 杨波, 蔡光明, 闫锋, 王姣, 谢秀芳, 李春领
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月14日