散热装置、电子设备及散热装置的控制方法与流程

本公开涉及散热装置技术领域，具体而言，涉及一种散热装置、电子设备及散热装置的控制方法。

背景技术：

现有电子产品趋近于小型化，主芯片发热功耗也越来越大，因此在有限空间内容易形成热量堆积，导致温度超过芯片规格温度，从而失效。对于解决芯片热堆积问题，业内最常用的就是在其表面贴装散热装置。

但不同产品的芯片使用情况并不一致，部分芯片可能全寿命周期的80％的时间都是低功耗运行，可能只有20％的时间是全功耗运行甚至会有短暂的过功耗运行。部分芯片在运行时功耗突变很快，若在短时间内控不住温度，就可能超出规格温度，导致失效。对于这种多工况多功耗的芯片，现有的散热器很难在满足散热需求的同时，合理利用资源，不造成浪费。

技术实现要素：

本公开的目的包括提供一种散热装置，其既能够满足多工况多功耗热源的散热需求，又能合理配置资源，起到节能的作用。

本公开的目的还包括提供一种电子设备，其采用本公开提供的散热装置，能够针对热源不同的工况功耗采用不同的散热策略，既能够满足热源的散热需求，又能合理配置资源，起到节能的作用。

本公开的目的还包括提供一种散热装置的控制方法，其应用于本公开提供的散热装置，针对热源不同的工况功耗采用不同的散热策略，既能够满足热源的散热需求，又能合理配置资源，起到节能的作用。

本公开解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：

本公开提供的一种散热装置，包括第一散热器、第二散热器以及设置于所述第一散热器及所述第二散热器之间的半导体制冷器；所述第一散热器用于和热源贴合；所述半导体制冷器具有热端面和冷端面，所述热端面与所述第二散热器贴合，所述冷端面与所述第一散热器贴合，所述半导体制冷器用于在所述热源的第一功耗工况下关闭，并用于在所述热源的第二功耗工况下开启。

进一步地，所述第一散热器与所述第二散热器之间具有间隙。

进一步地，所述散热装置还包括设置于所述间隙处的隔热垫，所述隔热垫具有通槽，所述半导体制冷器设置于所述通槽内，或者，所述半导体制冷器对应所述通槽的位置设置。

进一步地，所述第一散热器包括第一基板和设置于所述第一基板上的多个第一翅片，多个所述第一翅片围成容置槽，所述半导体制冷器设置于所述容置槽内。

进一步地，所述散热装置还包括传导块，所述传导块设置于所述容置槽内，并与所述冷端面贴合；或者，所述传导块设置于所述第二散热器的底面，并与所述热端面贴合。

进一步地，所述传导块的高度大于所述容置槽的高度与所述半导体制冷器的高度的差值。

进一步地，所述散热装置还包括紧固件，所述第二散热器及所述第一散热器通过所述紧固件固定，所述紧固件与所述第二散热器和/或所述第一散热器之间设置有隔热层。

进一步地，所述第二散热器的散热面积大于所述第一散热器的散热面积。

本公开提供的一种电子设备，包括热源和所述的散热装置，所述散热装置包括第一散热器、第二散热器以及设置于所述第一散热器及所述第二散热器之间的半导体制冷器；所述第一散热器用于和热源贴合；所述半导体制冷器具有热端面和冷端面，所述热端面与所述第二散热器贴合，所述冷端面与所述第一散热器贴合，所述半导体制冷器用于在所述热源的第一功耗工况下关闭，并用于在所述热源的第二功耗工况下开启。所述热源与所述第一散热器远离所述半导体制冷器的一面贴合。

本公开提供的一种散热装置的控制方法，应用于所述的散热装置，所述散热装置控制方法包括：

接收所述热源的温度数据；

在所述温度数据小于第一预设值的状态下，控制所述半导体制冷器保持关闭，以使所述热源通过所述第一散热器散热；

在所述温度数据大于或等于所述第一预设值且小于第二预设值的状态下，控制所述半导体制冷器以第一输入电流开启，以使所述半导体制冷器以第一工作状态通过所述冷端面对第一散热器进行降温，并通过所述第二散热器对热端面进行散热；

在所述温度数据大于或等于所述第二预设值的状态下，控制所述半导体制冷器以第二输入电流开启；其中，所述第二输入电流大于所述第一输入电流，以使所述半导体制冷器以第二工作状态通过所述冷端面对第一散热器进行降温，并通过所述第二散热器对热端面进行散热。

本公开实施例的有益效果包括：

本公开实施例提供的散热装置及电子设备，在使用时，可以根据热源的工况，控制半导体制冷器的工作状态。例如，当热源以第一功耗工况运行时，半导体制冷器不开启，第一散热器和热源贴合，可以快速将热源运行时产生的热量传递至第一散热器，然后通过第一散热器进行散热，满足散热需求。当热源以第二功耗工况运行时，热源的温度较高，可以将半导体制冷器开启，将第一散热器的热量快速有效的转移到第二散热器，然后通过第二散热器散热，提高散热效率，对热源快速降温，保证热源不超出规格温度，保护好热源。其中，第二功耗大于第一功耗。因此，本公开实施例提供的散热装置，在热源低功耗运行的状态下，散热装置不需要满负荷工作，更加节能，在热源全功耗运行的状态下，散热装置能够快速高效地降低热源表面的温度，从而既满足热源任意工况的散热需求，又合理配置资源，起到节能的作用。

本公开实施例提供的散热装置的控制方法，其应用于本公开提供的散热装置，针对热源不同的工况功耗采用不同的散热策略，既能够满足热源的散热需求，又能够合理利用资源，不会造成浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本公开具体实施例提供的电子设备的结构框图。

图2为本公开具体实施例提供的散热装置的装配结构示意图。

图3为本公开具体实施例提供的散热装置的分解结构示意图。

图4为本公开具体实施例提供的散热装置的半导体制冷器的结构示意图。

图5为本公开具体实施例提供的散热装置的控制方法的流程框图。

图6为本公开具体实施例中步骤根据温度数据控制半导体制冷器的工作状态的流程框图。

图7为本公开具体实施例中步骤在温度数据大于或等于第一预设值的状态下，控制半导体制冷器开启的流程框图。

图标：100-散热装置；110-第一散热器；112-第一基板；113-第一翅片；101-容置槽；120-第二散热器；121-第二基板；122-第二翅片；130-半导体制冷器；131-冷端面；132-热端面；140-传导块；102-间隙；160-紧固件；200-电子设备；210-温度检测模块；220-控制器。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

下面结合附图，对本公开的一个实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

图1为本实施例提供的电子设备200的结构框图。图2本实施例提供的散热装置100的装配结构示意图。请结合参照图1和图2，本实施例提供了一种散热装置100以及采用该散热装置100的电子设备200。

本实施例中，电子设备200包括热源(图未示)、散热装置100及控制器220。其中，散热装置100用于和热源贴合，以在热源运行时对热源进行散热。热源上设置有温度检测模块210，散热装置100及温度检测模块210分别与控制器220电连接，温度检测模块210用于检测不同工况下热源的温度，控制器220用于接收温度检测模块210的温度数据，并根据该温度数据控制散热装置100的工作状态。可选地，温度检测模块210可以为温度传感器。电子设备200可以是通信设备、服务器、中央处理器(centralprocessingunit，cpu)等。热源可以为芯片或者其他功率器件。可以理解的是，由于采用该散热装置100，使得该电子设备200在使用时，控制器220可以根据热源不同的工况，控制散热装置100不同的工作状态，从而既满足热源的散热需求，又合理利用资源，避免浪费。

在可选实施例中，也可以在散热装置100中单独设置温度检测模块210及控制器220，以完成散热装置100不同工作状态的控制。

图3为本实施例提供的散热装置100的分解结构示意图。请结合参照图2和图3，该散热装置100包括第一散热器110、第二散热器120以及设置于该第一散热器110和第二散热器120之间的半导体制冷器(thermalenergyconverter，tec)130。其中，第一散热器110和第二散热器120可以选用插片散热器等风冷散热器件，也可以选用液冷散热器等。

使用时，第二散热器120和第一散热器110可以上下设置。第一散热器110的底面用于和热源贴合，以在两者之间形成热传导，快速将热源运行时产生的热量传递至第一散热器110，然后通过第一散热器110进行散热。

需要指出的是，本实施例中，半导体制冷器130用于在热源的第一功耗工况下关闭，并用于在热源的第二功耗工况下开启。其中，第一功耗工况和第二功耗工况是为了表示区分，而量的限定可以根据芯片等热源的实际需要设定。第二功耗应当高于第一功耗。也就是说，当热源在较低功耗工况下，半导体制冷器130不工作，热源在较高功耗工况下，半导体制冷器130开启运行。

图4为本实施例提供的散热装置100的半导体制冷器130的结构示意图。请结合参照图3和图4，本实施例中，半导体制冷器130的一面为热端面132，另一面为冷端面131，本实施例中，冷端面131用于直接或者间接地与第一散热器110贴合，以形成热传导，热端面132用于直接或间接地与第二散热器120贴合，以形成热传导，从而将第一散热器110的热量快速有效地转移到第二散热器120，进一步进行散热，有效地分担第一散热器110的散热压力，提高散热效率。

可以理解的是，tec就像一个热泵，将热量从冷端面131迅速吸到热端面132，再通过第二散热器120将热量排出。tec能够将冷热端隔离，能迅速将热源热量带走，到达目标温度，热端面132较高的温度也不会影响热源的工作，能够达到保护热源的目的。

需要说明的是，本实施例中，半导体制冷器130与控制器220电连接，以使控制器220能够通过控制半导体制冷器130的工作状态，以适应不同的散热需求。

请继续参照图3，为了在保证散热效率的同时减小散热装置100的体积，本实施例中，在第一散热器110上开设有容置槽101，以容置半导体制冷器130。其中，半导体制冷器130的冷端面131与容置槽101的槽壁直接或者间接的贴合。需要说明的是，容置槽101的槽壁可以是容置槽101的底壁和周壁，半导体制冷器130的冷端面131可以与底壁或周壁贴合，也可以是同时与容置槽101的底壁及周壁贴合。

可选地，本实施例中，第一散热器110包括第一基板112和设置于第一基板112上的多个第一翅片113，第二散热器120包括第二基板121和设置于第二基板121上的多个第二翅片122，第一散热器110和第二散热器120选用金属材料，以达到良好的散热效果。

第一基板112远离多个第一翅片113的一面用于和热源贴合，容置槽101设置于多个第一翅片113远离第一基板112的一面。第二基板121远离多个第二翅片122的一面用于和半导体制冷器130的热端面132贴合。

本实施例中，容置槽101通过在阵列设置于第一基板112上的多个第一翅片113的中部铣削形成。可以理解，半导体制冷器130的热端面132与铣削面直接或者间接的贴合。容置槽101也可以由多个第一翅片113围成。多个第一翅片113可以具有相同的高度(第一翅片113远离第一基板112的端部至第一基板112的距离)，以使容置槽101延伸至第一基板112，从而使得半导体制冷器130的热端面132直接和第一基板112贴合，传到效率高。容置槽101也可以由多个不同高度的第一翅片113围成，其中，中部的第一翅片113高度相对较低，周缘的第一翅片113高度相对较高。

为了方便装配，并保证良好的散热效果，本实施例中，散热装置100还包括传导块140，传导块140可以设置于容置槽101内，并与冷端面131贴合，传导块140也可以设置于第二散热器120的底面，并与热端面132贴合。

传导块140的数量可以为一个，也可以为多个。可选地，本实施例中，传导块140设置为两个，其中一个传导块140贴合于第一散热器110和半导体制冷器130之间，并且，传导块140与半导体制冷器130的冷端面131贴合。另一个传导块140贴合于第二散热器120和半导体制冷器130之间，并且，传导块140与半导体制冷器130的热端面132贴合。

可以理解的是，两个传导块140起垫高填充作用，并用于将第一散热器110的热量传递至第二散热器120，传导块140采用高导热系数的材料制成，并且，可以理解的是，传导块140的导热系数应当越高越好，两个传导块140可以分别通过螺钉锁固或其他方式分别固定在第一散热器110以及第二散热器120上。

可选地，其中一个传导块140设置于容置槽101内，并与容置槽101的槽壁贴合。本实施例中，传导块140与第一基板112直接贴合，并且传导块140的周缘还与多个第一翅片113的铣削面(容置槽101的侧壁)贴合，以增大接触面积，提高传导效率。

另一个传导块140也设置在容置槽101内，并且部分从容置槽101露出，传导块140的一面与热端面132贴合，另一面与第二散热器120的底面贴合。

本实施例中，两个传导块140的高度不做限定，只要能适应导热需求，两个传导块140可以设置为相等的高度，或者高度的厚度。甚至还可以同时取消两个传导块140，直接让tec的冷端面131紧贴第一散热器110的容置槽101的槽壁，tec的热端面132紧贴第二散热器120的底面。其中，高度是指传导块140纵向上的厚度。

但值得注意的是，为了保证第一散热器110和第二散热器120不相互接触，本实施例中，传导块140的高度应当大于容置槽101的高度与半导体制冷器130的高度的差值。请继续参照图2，本实施例中，第一散热器110的多个第一翅片113与第二散热器120的第二基板121之间具有间隙102，也就是说，第一散热器110和第二散热器120间隔设置，两者之间不接触，以防止第二散热器120的热量又传导至第一散热器110从而提高散热装置100的散热能效。可选地，第二散热器120的散热面积大于或者略大于第一散热器110的散热面积。两者的产品散热面积可以根据热源的使用工况设定。如果热源的低工况的功耗与高工况的功耗相差较大，则可以将第二散热器120的散热面积做得更大一些。

进一步地，本实施例中，第一基板112和第二基板121均大致呈矩形板状。散热装置100还包括四个紧固件160，四个紧固件160分别从第二基板121的四个角穿过并分别与第一基板112的四个角固定。

为了防止第二散热器120的热量又传导至第一散热器110，本实施例中，散热装置100还包括多个隔热层(图未示)。多个隔热层分别设置于紧固件160与第一散热器110之间以及紧固件160与第二散热器120之间。

应当理解，只要能防止热量从第二散热器120传导至第一散热器110，可以仅在紧固件160与的第一基板112或者第二基板121的其中一个之间设置隔热层。并且只要能实现隔热，还可以在紧固件160周壁涂隔热涂料。也就是说，只要能够在紧固件160与第一散热器110或第二散热器120之间形成隔热层即可。隔热涂料还可以选择性地设置于第一基板112或者第二基板121上。

可选地，本实施例中，紧固件160选用螺钉。应当理解，只要能方便第一散热器110和第二散热器120的装配，紧固件160的数量不应当被限定，可以是一个、两个或者多个，第一散热器110和第二散热器120的装配方式也不限于螺钉固定，还可以采用其他方式。

例如，该散热装置100还可以包括设置于间隙102处的隔热垫，隔热垫具有通槽，以使半导体制冷器130设置于通槽内，或者，该半导体制冷器130对应通槽的位置设置。并且，第一散热器110和第二散热器120可以通过该隔热垫连接固定。

可以理解的是，本实施例公开的散热装置100用于对热源散热，在使用时，可以根据热源的工况，控制半导体制冷器130的工作状态。并且，与传统的散热器相比，在相同散热量下，本实施例提供的散热装置100体积更小，占用空间更小，在相同空间内可以是目标温度更低。

当热源以低功耗运行时，半导体制冷器130不开启，第一散热器110和热源贴合，可以快速将热源运行时产生的热量传递至第一散热器110，然后通过第一散热器110进行散热，满足散热需求。此时，第一散热器110的平均温度高于环境温度，而第二散热器120的平均温度接近于环境温度。

当热源以中等功耗运行时，热源的温度较高，可以将半导体制冷器130开启，并控制输入适当的电流，将第一散热器110的热量快速有效的转移到第二散热器120，然后通过第二散热器120散热，提高散热效率。此时，第一散热器110和第二散热器120的平均温度均高于环境温度，但第一散热器110的平均温度高于第二散热器120的平均温度。

当热源以高功耗运行时，热源温度过高，可以控制提高输入电流的流量，使半导体制冷器130更快速地将第一散热器110的热量转移到第二散热器120，对热源快速降温，保证热源不超出规格温度。此时第一散热器110和第二散热器120的平均温度均高于环境温度，但第二散热器120的平均温度高于第一散热器110的平均温度，形成能量的上下分层，尽管第二散热器120温度很高，但热源温度依旧能够被降低，得以保护。图5为本实施例提供的散热装置100的控制方法的流程框图。请参照图5，基于上述的散热装置100，本实施例还公开了该散热装置100的一种控制方法。该散热装置100的控制方法包括以下步骤：

步骤s110：接收热源的温度数据。

步骤s120：根据温度数据控制半导体制冷器130的工作状态。

需要说明的是，热源的温度可以反映热源运行的功耗情况。因此，本实施例中，通过采集热源的温度数据，来对半导体制冷器130进行控制，以达到针对热源不同的工况功耗采用不同的散热策略的效果。

图6为步骤根据温度数据控制半导体制冷器130的工作状态的流程框图。请参照图6，可选地，本实施例中，步骤s120包括以下步骤：

步骤s121：在温度数据小于第一预设值的状态下，控制半导体制冷器130保持关闭。

步骤s122：在温度数据大于或等于第一预设值的状态下，控制半导体制冷器130开启。

可以理解的是，在热源以低功耗运行时，温度较低，通过第一散热器110能够满足散热需求，半导体制冷器130不工作，以避免无效功耗。

在热源功耗增大运行时，温度数据大于或等于第一预设值，半导体制冷器130开启，能够将第一散热器110的热量快速有效的转移到第二散热器120，然后通过第二散热器120散热，提高散热效率。

图7为本实施例中步骤在温度数据大于或等于第一预设值的状态下，控制半导体制冷器130开启的流程框图。可选地，步骤s122还可以包括以下步骤：

步骤s1221：在温度数据大于或等于第一预设值且小于第二预设值的状态下，控制半导体制冷器130以第一输入电流开启；

步骤s1222：在温度数据大于或等于第二预设值的状态下，控制半导体制冷器130以第二输入电流开启；其中，第二输入电流大于第一输入电流。

可以理解的是，根据温度数据的大小，调节半导体制冷器130的输入电流，可以更合理的利用资源，避免无效功耗。

需要说明的是，tec的输入电流的大小可以通过比例-积分-导数控制器(proportion-integral-differential；pid)精准控制，使热源温度稳定。

为了充分说明散热装置100的使用效果，本实施例通过比较相同空间内，相同风量下，传统散热器与本实施例提供的散热装置100对于底部同一热源的控温情况来说明该方案的合理性。

需要说明的是，方案中，假设环境温度为25℃，热源的规格温度为50℃。对比发现，热源满功耗运行时，传统散热器底部温度达到了52.3℃，已经超出规格温度，热源被破坏。热源低于50％功耗运行时，本实施例提供的散热装置100底部温度为47.6℃，没有超出规格温度，热源可以正常工作。热源满功耗运行时，本实施例提供的散热装置100底部温度为39℃，远低于规格温度，其中第二散热器120温度远高于第一散热器110温度，热源可以正常工作。

可以理解的是，本实施例提供的散热装置100在理论计算中表现出良好的性能优势，在满功耗的时候可以比传统散热器降温更多，换句话说，在满足散热条件的情况下，可以比传统散热器所需要的空间体积更小。并且在不开tec时，也能满足低功耗的散热需求，充分考虑了热源使用情况，也能起到节能的作用。

综上，本实施例提供的散热装置100及电子设备200，满足多工况热源的散热情况，并且实现了较经济的形式和空间最大化利用。相比传统的散热器，本实施例提供的散热装置100能做到散热尺寸更小，或者在相同尺寸下，可以散去更多的热量。并且，在低功耗的时候更加节能，且能充分利用散热装置100上部的散热空间，改变热层分布。同时，采用半导体制冷器130及pid控制，控温精准，响应迅速，尤其在热源突然转换成大功耗的工况时，可以快速有效控制住热源温度，也缓解了风扇的响应较慢的不利情况(因为除非风扇提前响应，不然等风扇响应再到降温会有一定的时间；另者若风扇提前响应，对温度的变化趋势要有准确的判断和合理的调度，实现难度较大)，甚至可以让热源与环境温度的温差接近为零，对于一些有特殊温度需求的热源，本实施例提供的散热装置100也能满足需求。并且，可以理解的是，随着半导体材料的研发，未来组成tec的材料必然可以使tec的制冷效率更高，因此通过耗费少量的电量，实现热量的快速转移，使其性价比更高。

本实施例提供的散热装置100的控制方法，其应用于本公开提供的散热装置100，针对热源不同的工况功耗采用不同的散热策略，既能够满足热源的散热需求，又能够合理利用资源，不会造成浪费。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。