專利名稱：一種溫度和溫變速率控制補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信技術領域，尤其涉及一種溫度和溫變速率控制補償 裝置。
背景技術：
隨著電子和芯片封裝技術的發展，電子產品的熱流密度呈現快速增加的
趨勢。尤其是目前的3G ( 3rd Generation,第三代)手沖幾。在4吏用最大功率發 射時，3G手機熱耗比2G手機增加50。/。以上。其主要原因是采用CDMA2000 (Code Division Multiple Access 2000,碼分多址2000 )或WCDMA ( Wideband CDMA，寬帶碼分多址)技術的PA (Power Amplifier,功放)芯片效率遠低 于采用GSM技術的2G手機PA。對CDMA2000手機在最大發射功率下各芯 片功耗測試結果表明，PA功耗(包括與其效率相關的差損)占總功耗的60.9%, 由于功放效率與工作溫度成反比。但
來考慮到某些PA器件在低溫下會發生自激而發生損壞影響性能。同時， PA在高溫時不僅效率大幅下降，而且可能發生燒毀現象。所以，為保證最佳 性能，應設計保證PA工作在一定溫度范圍內。另外，由于熱流密度迅速增加 和功耗的快速變化，會使得產品單板和單板上器件的溫度會隨產品工作狀態 和信號強度而迅速變化。而某些器件(如晶振)對溫度變化速率有極嚴格要 求，當高于一定的溫變速度(如達到0.5。C/Sec)會引起無線指標超標(如無 線靈敏度大幅下降等)。
現有技術中，通常在產品內部使用金屬殼體、石墨等高導熱系數材料用 于對PA器件進行散熱；或通過PA器件下的Thermal PAD (導熱盤)與PCB (Print Circuit Board,印刷電路板)上的熱過孑lV熱埋孑L/熱盲孔連接，把熱量 傳導擴善到整個PCB上，在散熱的同時穩定溫度變化速率。
設計人在實現本實用新型的過程中，發現現有技術中的實現方式存在以下問題通常帶來體積和成本的大幅增加，而且已無法滿足熱流密度不斷提 高帶來的要求。 一旦前期設計出現問題，后期無回旋余地往往要更改ID造型。
實用新型內容
本實用新型的實施例提供一種溫度和溫變速率控制補償裝置，用于對器 件的溫度和溫變速率進行快速準確的控制。
本實用新型的實施例提供一種溫度和溫變速率控制補償裝置，包括器件、 測溫模塊、控制模塊以及熱電半導體制冷模塊，
所述器件，與所述測溫模塊連接和熱電半導體制冷模塊連接；
所述測溫模塊，與所述器件和控制模塊連接，將所述器件的溫度狀態發 送到所述控制模塊；
所述控制模塊，與所述測溫模塊和熱電半導體制冷模塊連接，根據所述 測溫模塊發送的所述器件的溫度狀態，控制所述熱電半導體制冷模塊對所述 器件進行加熱或制冷；
所述熱電半導體制冷模塊，與所述器件和控制模塊連接，用于在所述控 制控制模塊的控制下對所述器件進行加熱或制冷。
與現有技術相比，本實用新型的實施例具有以下優點
本實用新型的實施例提供的方案中，根據器件的溫度狀況通過熱電半導 體制冷對器件的溫度和溫變速率進行快速準確的調整，提高了器件的效率和 可靠性。與傳統方法相比，設計靈活適應性強，且適用于對體積有嚴格限制 的無線終端產品內。
圖1是本實用新型的實施例中溫度控制裝置的結構示意圖； 圖2是本實用新型的另 一實施例中溫度控制裝置的結構示意圖； 圖3是本實用新型的的實施例中單極TEC的結構示意圖； 圖4是本實用新型的的實施例中多極TEC的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的實施例提供一種溫度和溫變速率控制補償裝置，如圖1所
示，包括器件10、測溫模塊20、控制模塊30以及熱電半導體制冷模塊40, 其中
器件10，與所述測溫模塊20連接和熱電半導體制冷^^塊40連接；
測溫模塊20,與所述器件10和控制模塊30連接，將所述器件10的溫度 狀態發送到所述控制^t塊30;
控制模塊30，與所述測溫模塊20和熱電半導體制冷模塊40連接，根據 所述測溫模塊20發送的所述器件10的溫度狀態，控制所述熱電半導體制冷 模塊40對所述器件10進行加熱或制冷；
熱電半導體制冷模塊40，與所述器件10和控制模塊30連接，用于在所 述控制控制模塊30的控制下對所述器件10進行加熱或制冷。
本實用新型的另一實施例提供一種溫度和溫變速率控制補償裝置，如圖2 所示，包括
器件IO,與所述測溫模塊20連接和熱電半導體制冷模塊40連接；該器 件IO可以為功放器件或熱敏感器件
測溫模塊20，與所述器件10和控制模塊30連接，將所述器件10的溫度 狀態發送到所述控制模塊30;
控制模塊30，與所述測溫模塊20和熱電半導體制冷才莫塊40連接，根據 所述測溫模塊20發送的所述器件10的溫度狀態，控制所述熱電半導體制冷 模塊40對所述器件10進行加熱或制冷；
熱電半導體制冷模塊40，與所述器件10和控制模塊30連接，用于在所 述控制控制4莫塊30的控制下對所述器件10進4于加熱或制冷。器件10位于所 述熱電半導體制冷模塊40構成的半封閉空間或封閉空間內。器件10與所述 熱電半導體制冷模塊40之間具有一導熱層。熱電半導體制冷模塊40為單極 熱電半導體結構、或多極熱電半導體結構。
直流電產生模塊50，與所述控制模塊30和熱電半導體制冷模塊40連接，在所述控制模塊30的控制下對向所述熱電半導體制冷^t塊40傳輸的直流電 進行控制，控制所述熱電半導體制冷模塊40對所述器件IO進行加熱或制冷。 門限設定模塊60，用于設定溫度狀態的門限并提供給所述控制模塊30控 制所述熱電半導體制冷模塊40對所述器件10進行加熱或制冷，所述溫度狀 態的門限包括溫度門限、和/或溫度變化速率門限。該門限設定模塊60設定的 溫度門限包括溫度上門限和溫度下門限；所述溫度變化速率門限包括溫 度變化速率上門限和溫度變化速率下門限。
具體的測溫模塊20進一步包括
第一測溫子模塊21，對所述器件10的溫度進行檢測并發送到所述控制模 塊30;或第二測溫子模塊22,對所述器件10的溫度變化速率進行檢測并發 送到所述控制模塊30。
具體的控制模塊30進一步包括
第一控制子模塊31,根據所述測溫模塊20發送的所述器件10的溫度、 以及所述或門限設定^t塊設定的溫度門限，控制所述熱電半導體制冷模塊40 對所述器件10進行加熱或制冷；或第二控制子模塊32,根據所述測溫模塊 20發送的所述器件10的溫度變化速率、以及所述或門P艮設定模塊設定的溫度 變化速率門限，控制所述熱電半導體制冷模塊40對所述器件IO進行加熱或 制冷。
以下對本實用新型中使用的熱電半導體制冷模塊40進行說明。 熱電半導體制冷器TEC ( Thermo-Electronic Cooler)對器件的加熱或制冷 通過加載的直流電流進行控制，并通過改變直流電流的才及性來決定在同一制 冷片上實現制冷或加熱。其原理在于熱電半導體的熱電效應，熱電半導體制 冷器通常由兩片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導體材并牛(如碲化鉍、)， 這個半導體元件在電路上是用串聯形式連結組成。工作原理是當一塊N型
半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成電偶對時，在這個電路中接通直流 電流后，就能產生能量的轉移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端；電流由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。 吸熱和放熱的大小是通過電流的大小以及半導體材料N、 P的元件對數來決 定。由于其重量輕，尺寸小及反應快，非常適用于在空間受限制的致冷裝置 中。由于它的低噪音，耐振動，抗沖擊，長壽命和易維護性，可以應用在一 些空間受到限制、可靠性要求高、需要精確控制、且無制冷劑污染的場合。 熱電半導體制冷器TEC具有以下特性
(1) 不需要任何制冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會 產生回轉效應；沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽 命長，安裝容易。
(2) 同時具有兩種功能，既能制冷，又能加熱。且制熱效率很高，永遠 大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。
(3) 是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控 制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控、計算機控制，便 于組成自動控制系統。
(4) 熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情 況下，通電不到一分^K制冷片就能達到最大溫差。
(5) 半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同 類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話，功率就可以做的很大，因 此制冷功率可以^敗到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。
(6 )半導體制冷片的溫差范圍，從正溫90。C到負溫度130。C都可以實現。 基于上述特性，本實用新型的實施例中利用熱電半導體制冷器對器件進 行溫度控制。具體的，以對功放器件PA的溫度進行控制為例
在PA周圍設置測溫模塊；當PA工作溫度高于設定制冷上門限時(如70 度)，控制模塊啟動對PA制冷功能，制冷能力由流過TEC的電流決定；為 避免制冷的乒乓效應，當PA溫度低至下門限時(如65度)，控制模塊停止 TEC制冷功能。當PA工作溫度低于設定制熱上門限時(-10度)，控制模塊 啟動對PA加熱功能，制熱能力由流過TEC的電流決定。因其制熱效率高于1 ， 故優于單純加熱電阻或加熱膜。在某些特殊場合下，如室外寒冷且風大，需
8TEC連續制熱。為避免制熱時的乒乓效應，當PA溫度高于下門限時(如-5 度)，TEC停止制熱功能；
考慮到傳統TEC通常有恒定的熱面和冷面，設計目的是保證恒定的溫度。 應用在無線終端產品上是控制溫度變化不超過一定范圍，要保證實現快速加 熱、冷卻。為延長TEC工作壽命，避免頻繁啟動關閉，本實用新型的實施例 中
控制模塊除了根據器件的溫度進行控制外，還可以根據器件的溫度變化 速率進行溫度控制。為避免乒乓效應，TEC啟動工作有溫度變化上門限和下 門限。門限中心點決絕于具體PA要求和效率-溫度關系；門限寬度取決于TEC 制冷/加熱能力，熱設計結構。另外，為延長TEC工作壽命，避免頻繁啟動關 閉，PA、 TEC及其附件部有相變儲熱材料。利用相變材料的高等效比熱(發 生相變時大量吸熱或放熱)，延長PA、 TEC及其附件的溫度變化。最后，為 保證減小TEC工作負荷和控制精度，要減小冷量/熱量在TEC和PA之間的熱 阻。通常可用導熱墊，導熱硅膠等導熱材料和儲熱材料。
以下再以對熱敏感器件TSC (Thermal Sensitive Component)的溫度控制 為例
在熱敏感器件TSC周圍設置測溫模塊，可直接檢測或推算TSC溫度變化 速率。當TSC溫升速率超過設定門限時，控制模塊控制TEC啟動對TSC制 冷功能，制冷能力由流過TEC的電流決定；當TSC溫降速率超過設定門限時， 控制模塊控制TEC啟動對TSC加熱功能，制熱能力由流過TEC的電流決定。 因其制熱效率高于1，故優于單純加熱電阻或加熱膜。當TSC不對溫升速率 敏感時，TEC可簡化為加熱電阻或加熱膜；
考慮到傳統TEC通常有恒定的熱面和冷面，設計目的是保證恒定的溫度。 應用在無線終端產品上是控制溫度變化速率不超過一定范圍，要保證實現快 速加熱、冷卻及其可能的來回轉換，本實用新型的實施例中
控制模塊除了根據器件的溫度進行控制外，還可以根據器件的溫度變化 速率進行溫度控制。為避免乒乓效應，TEC啟動工作有溫度變化上門限和下
9門限。門限中心點決絕于TSC要求；門限寬度取決于TEC制冷/加熱能力， 熱設計結構。熱敏感器件TSC在TEC構成的半封閉或封閉體內。另外，為保 證減小TEC工作負荷和控制精度，要減小冷量/熱量在TEC和TSC之間的熱 阻，通常可用導熱墊，導熱硅膠等導熱材料。為減小溫度變化速率，減少TEC 啟動關閉次數，可在TEC和TSC間填以相變儲熱材料。為提高相變儲熱材料 導熱系數，可用導熱泡沫鋁為骨架灌注相變儲熱材料。最后，TEC結構可釆 用圖3所示的單極TEC或圖4所示的多極TEC結構，其中1為熱面，2為冷 面，3為導熱墊或硅膠。
本實用新型的實施例提供的方案中，根據器件的溫度狀況通過熱電半導 體制冷對器件的溫度和溫變速率進行快速調整，并由導熱材料和儲熱材料輔 助，提高了器件的效率和可靠性。與傳統方法相比，設計靈活適應性強，且 適用于對體積有嚴格限制的無線終端產品內。
以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型并非 局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護 范圍。
權利要求1、一種溫度和溫變速率控制補償裝置，其特征在于，包括器件、測溫模塊、控制模塊以及熱電半導體制冷模塊，所述器件，與所述測溫模塊連接和熱電半導體制冷模塊連接；所述測溫模塊，與所述器件和控制模塊連接，將所述器件的溫度狀態發送到所述控制模塊；所述控制模塊，與所述測溫模塊和熱電半導體制冷模塊連接，根據所述測溫模塊發送的所述器件的溫度狀態，控制所述熱電半導體制冷模塊對所述器件進行加熱或制冷；所述熱電半導體制冷模塊，與所述器件和控制模塊連接，用于在所述控制控制模塊的控制下對所述器件進行加熱或制冷。
2、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括直流電產生模塊，與所述控制模塊和熱電半導體制冷模塊連接，在所述控制模塊的控制下對向所述熱電半導體制冷模塊傳輸的直流電進行控制，控制所述熱電半導體制冷模塊對所述器件進行加熱或制冷。
3、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述測溫模塊包括第一測溫子模塊，對所述器件的溫度進行檢測并發送到所述控制模塊；或第二測溫子模塊，對所述器件的溫度變化速率進行;險測并發送到所述控制模塊。
4、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括門限設定模塊，用于設定溫度狀態的門限并提供給所述控制模塊控制所述熱電半導體制冷模塊對所述器件進行加熱或制冷，所述溫度狀態的門限包括溫度門限、和/或溫度變化速率門限。
5、 如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊包括第一控制子模塊，根據所述測溫模塊發送的所述器件的溫度、以及所述或門限設定模塊設定的溫度門限，控制所述熱電半導體制冷模塊對所述器件進行加熱或制冷；或第二控制子模塊，根據所述測溫模塊發送的所述器件的溫度變化速率、以及所述或門限設定模塊設定的溫度變化速率門限，控制所述熱電半導體制冷模塊對所述器件進行加熱或制冷。
6、 如權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述門限設定模塊設定的溫度門限包括溫度上門限和溫度下門限；所述溫度變化速率門限包括溫度變化速率上門限和溫度變化速率下門限。
7、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述器件位于所述熱電半導體制冷^^塊構成的半封閉空間或封閉空間內。
8、 如權利要求1或7所述的裝置，其特征在于，所述器件與所述熱電半導體制冷模塊之間具有一導熱層或儲熱層。
9、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述儲熱層為相變材料，并以泡沫鋁為骨架澆注相變材料。
10、 如權利要求1或7所述的裝置，其特征在于，所述熱電半導體制冷模塊為單極熱電半導體結構、或多極熱電半導體結構。
11、 如權利要求1或7所述的裝置，其特征在于，所述器件為功放器件或熱敏感器件。
專利摘要本實用新型的實施例公開了一種溫度和溫變速率控制補償裝置，包括器件、測溫模塊、控制模塊以及熱電半導體制冷模塊。本實用新型的實施例提供的方案中，根據器件的溫度和變化狀況通過熱電半導體制冷對器件的溫度和溫變速率進行快速準確的調整，并由導熱材料和儲熱材料輔助，提高了器件的效率和可靠性。與傳統方法相比，設計靈活適應性強，且適用于對體積有嚴格限制的無線終端產品內。
文檔編號G05D23/10GK201266326SQ200820136260
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者楊志國, 基 林, 靳林芳 申請人:深圳華為通信技術有限公司