專利名稱：一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)償 裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子和芯片封裝技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的熱流密度呈現(xiàn)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(fā) 射時，3G手機(jī)熱耗比2G手機(jī)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(shù)的PA (Power Amplifier,功放)芯片效率遠(yuǎn)低 于采用GSM技術(shù)的2G手機(jī)PA。對CDMA2000手機(jī)在最大發(fā)射功率下各芯 片功耗測試結(jié)果表明，PA功耗(包括與其效率相關(guān)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(fā)生自激而發(fā)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(fā)生燒毀現(xiàn)象。所以，為保證最佳 性能，應(yīng)設(shè)計保證PA工作在一定溫度范圍內(nèi)。另外，由于熱流密度迅速增加 和功耗的快速變化，會使得產(chǎn)品單板和單板上器件的溫度會隨產(chǎn)品工作狀態(tài) 和信號強(qiáng)度而迅速變化。而某些器件(如晶振)對溫度變化速率有極嚴(yán)格要 求，當(dāng)高于一定的溫變速度(如達(dá)到0.5。C/Sec)會引起無線指標(biāo)超標(biāo)(如無 線靈敏度大幅下降等)。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常在產(chǎn)品內(nèi)部使用金屬殼體、石墨等高導(dǎo)熱系數(shù)材料用 于對PA器件進(jìn)行散熱；或通過PA器件下的Thermal PAD (導(dǎo)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(dǎo)擴(kuò)善到整個PCB上，在散熱的同時穩(wěn)定溫度變化速率。
設(shè)計人在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)現(xiàn)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(shè)計出現(xiàn)問題，后期無回旋余地往往要更改ID造型。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)償裝置，用于對器 件的溫度和溫變速率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的控制。
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)償裝置，包括器件、 測溫模塊、控制模塊以及熱電半導(dǎo)體制冷模塊，
所述器件，與所述測溫模塊連接和熱電半導(dǎo)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(tài)發(fā) 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(dǎo)體制冷模塊連接，根據(jù)所述 測溫模塊發(fā)送的所述器件的溫度狀態(tài)，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述 器件進(jìn)行加熱或制冷；
所述熱電半導(dǎo)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(jìn)行加熱或制冷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的方案中，根據(jù)器件的溫度狀況通過熱電半導(dǎo) 體制冷對器件的溫度和溫變速率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的調(diào)整，提高了器件的效率和 可靠性。與傳統(tǒng)方法相比，設(shè)計靈活適應(yīng)性強(qiáng)，且適用于對體積有嚴(yán)格限制 的無線終端產(chǎn)品內(nèi)。


圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例中溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的另 一實(shí)施例中溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的的實(shí)施例中單極TEC的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的的實(shí)施例中多極TEC的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)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(dǎo)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(dǎo)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(tài)發(fā)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(dǎo)體制冷模塊40連接，根據(jù) 所述測溫模塊20發(fā)送的所述器件10的溫度狀態(tài)，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷 模塊40對所述器件10進(jìn)行加熱或制冷；
熱電半導(dǎo)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(jìn)行加熱或制冷。
本實(shí)用新型的另一實(shí)施例提供一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)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(dǎo)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(tài)發(fā)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(dǎo)體制冷才莫塊40連接，根據(jù) 所述測溫模塊20發(fā)送的所述器件10的溫度狀態(tài)，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷 模塊40對所述器件10進(jìn)行加熱或制冷；
熱電半導(dǎo)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(jìn)4于加熱或制冷。器件10位于所 述熱電半導(dǎo)體制冷模塊40構(gòu)成的半封閉空間或封閉空間內(nèi)。器件10與所述 熱電半導(dǎo)體制冷模塊40之間具有一導(dǎo)熱層。熱電半導(dǎo)體制冷模塊40為單極 熱電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、或多極熱電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
直流電產(chǎn)生模塊50，與所述控制模塊30和熱電半導(dǎo)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(dǎo)體制冷^t塊40傳輸?shù)闹绷麟?進(jìn)行控制，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊40對所述器件IO進(jìn)行加熱或制冷。 門限設(shè)定模塊60，用于設(shè)定溫度狀態(tài)的門限并提供給所述控制模塊30控 制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊40對所述器件10進(jìn)行加熱或制冷，所述溫度狀 態(tài)的門限包括溫度門限、和/或溫度變化速率門限。該門限設(shè)定模塊60設(shè)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(jìn)一步包括
第一測溫子模塊21，對所述器件10的溫度進(jìn)行檢測并發(fā)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(jìn)行檢測并發(fā) 送到所述控制模塊30。
具體的控制模塊30進(jìn)一步包括
第一控制子模塊31,根據(jù)所述測溫模塊20發(fā)送的所述器件10的溫度、 以及所述或門限設(shè)定^t塊設(shè)定的溫度門限，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊40 對所述器件10進(jìn)行加熱或制冷；或第二控制子模塊32,根據(jù)所述測溫模塊 20發(fā)送的所述器件10的溫度變化速率、以及所述或門P艮設(shè)定模塊設(shè)定的溫度 變化速率門限，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊40對所述器件IO進(jìn)行加熱或 制冷。
以下對本實(shí)用新型中使用的熱電半導(dǎo)體制冷模塊40進(jìn)行說明。 熱電半導(dǎo)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(jìn)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(shí)現(xiàn)制冷或加熱。其原理在于熱電半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，熱電半導(dǎo)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(dǎo)體材并牛(如碲化鉍、)， 這個半導(dǎo)體元件在電路上是用串聯(lián)形式連結(jié)組成。工作原理是當(dāng)一塊N型
半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流 電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)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(dǎo)體材料N、 P的元件對數(shù)來決 定。由于其重量輕，尺寸小及反應(yīng)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(hù)性，可以應(yīng)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(dǎo)體制冷器TEC具有以下特性
(1) 不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會 產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)；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(yuǎn) 大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。
(3) 是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控 制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計算機(jī)控制，便 于組成自動控制系統(tǒng)。
(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(dá)到最大溫差。
(5) 半導(dǎo)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(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)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(dǎo)體制冷片的溫差范圍，從正溫90。C到負(fù)溫度130。C都可以實(shí)現(xiàn)。 基于上述特性，本實(shí)用新型的實(shí)施例中利用熱電半導(dǎo)體制冷器對器件進(jìn) 行溫度控制。具體的，以對功放器件PA的溫度進(jìn)行控制為例
在PA周圍設(shè)置測溫模塊；當(dāng)PA工作溫度高于設(shè)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(yīng)，當(dāng)PA溫度低至下門限時(如65度)，控制模塊停止 TEC制冷功能。當(dāng)PA工作溫度低于設(shè)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(yōu)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(fēng)大，需
8TEC連續(xù)制熱。為避免制熱時的乒乓效應(yīng)，當(dāng)PA溫度高于下門限時(如-5 度)，TEC停止制熱功能；
考慮到傳統(tǒng)TEC通常有恒定的熱面和冷面，設(shè)計目的是保證恒定的溫度。 應(yīng)用在無線終端產(chǎn)品上是控制溫度變化不超過一定范圍，要保證實(shí)現(xiàn)快速加 熱、冷卻。為延長TEC工作壽命，避免頻繁啟動關(guān)閉，本實(shí)用新型的實(shí)施例 中
控制模塊除了根據(jù)器件的溫度進(jìn)行控制外，還可以根據(jù)器件的溫度變化 速率進(jìn)行溫度控制。為避免乒乓效應(yīng)，TEC啟動工作有溫度變化上門限和下 門限。門限中心點(diǎn)決絕于具體PA要求和效率-溫度關(guān)系；門限寬度取決于TEC 制冷/加熱能力，熱設(shè)計結(jié)構(gòu)。另外，為延長TEC工作壽命，避免頻繁啟動關(guān) 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(fā) 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(fù)荷和控制精度，要減小冷量/熱量在TEC和PA之間的熱 阻。通?？捎脤?dǎo)熱墊，導(dǎo)熱硅膠等導(dǎo)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(shè)置測溫模塊，可直接檢測或推算TSC溫度變化 速率。當(dāng)TSC溫升速率超過設(shè)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(dāng)TSC溫降速率超過設(shè)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(yōu)于單純加熱電阻或加熱膜。當(dāng)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(tǒng)TEC通常有恒定的熱面和冷面，設(shè)計目的是保證恒定的溫度。 應(yīng)用在無線終端產(chǎn)品上是控制溫度變化速率不超過一定范圍，要保證實(shí)現(xiàn)快 速加熱、冷卻及其可能的來回轉(zhuǎn)換，本實(shí)用新型的實(shí)施例中
控制模塊除了根據(jù)器件的溫度進(jìn)行控制外，還可以根據(jù)器件的溫度變化 速率進(jìn)行溫度控制。為避免乒乓效應(yīng)，TEC啟動工作有溫度變化上門限和下
9門限。門限中心點(diǎn)決絕于TSC要求；門限寬度取決于TEC制冷/加熱能力， 熱設(shè)計結(jié)構(gòu)。熱敏感器件TSC在TEC構(gòu)成的半封閉或封閉體內(nèi)。另外，為保 證減小TEC工作負(fù)荷和控制精度，要減小冷量/熱量在TEC和TSC之間的熱 阻，通?？捎脤?dǎo)熱墊，導(dǎo)熱硅膠等導(dǎo)熱材料。為減小溫度變化速率，減少TEC 啟動關(guān)閉次數(shù)，可在TEC和TSC間填以相變儲熱材料。為提高相變儲熱材料 導(dǎo)熱系數(shù)，可用導(dǎo)熱泡沫鋁為骨架灌注相變儲熱材料。最后，TEC結(jié)構(gòu)可釆 用圖3所示的單極TEC或圖4所示的多極TEC結(jié)構(gòu)，其中1為熱面，2為冷 面，3為導(dǎo)熱墊或硅膠。
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的方案中，根據(jù)器件的溫度狀況通過熱電半導(dǎo) 體制冷對器件的溫度和溫變速率進(jìn)行快速調(diào)整，并由導(dǎo)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(tǒng)方法相比，設(shè)計靈活適應(yīng)性強(qiáng)，且 適用于對體積有嚴(yán)格限制的無線終端產(chǎn)品內(nèi)。
以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型并非 局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求1、一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)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(dǎo)體制冷模塊，所述器件，與所述測溫模塊連接和熱電半導(dǎo)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(tài)發(fā)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(dǎo)體制冷模塊連接，根據(jù)所述測溫模塊發(fā)送的所述器件的溫度狀態(tài)，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述器件進(jìn)行加熱或制冷；所述熱電半導(dǎo)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(jìn)行加熱或制冷。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括直流電產(chǎn)生模塊，與所述控制模塊和熱電半導(dǎo)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(dǎo)體制冷模塊傳輸?shù)闹绷麟娺M(jìn)行控制，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述器件進(jìn)行加熱或制冷。
3、 如權(quán)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(jìn)行檢測并發(fā)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(jìn)行;險測并發(fā)送到所述控制模塊。
4、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括門限設(shè)定模塊，用于設(shè)定溫度狀態(tài)的門限并提供給所述控制模塊控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述器件進(jìn)行加熱或制冷，所述溫度狀態(tài)的門限包括溫度門限、和/或溫度變化速率門限。
5、 如權(quán)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(jù)所述測溫模塊發(fā)送的所述器件的溫度、以及所述或門限設(shè)定模塊設(shè)定的溫度門限，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述器件進(jìn)行加熱或制冷；或第二控制子模塊，根據(jù)所述測溫模塊發(fā)送的所述器件的溫度變化速率、以及所述或門限設(shè)定模塊設(shè)定的溫度變化速率門限，控制所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊對所述器件進(jìn)行加熱或制冷。
6、 如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述門限設(shè)定模塊設(shè)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(quán)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(dǎo)體制冷^^塊構(gòu)成的半封閉空間或封閉空間內(nèi)。
8、 如權(quán)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(dǎo)體制冷模塊之間具有一導(dǎo)熱層或儲熱層。
9、 如權(quán)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(quán)利要求1或7所述的裝置，其特征在于，所述熱電半導(dǎo)體制冷模塊為單極熱電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、或多極熱電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
11、 如權(quán)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(shí)用新型的實(shí)施例公開了一種溫度和溫變速率控制補(bǔ)償裝置，包括器件、測溫模塊、控制模塊以及熱電半導(dǎo)體制冷模塊。本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的方案中，根據(jù)器件的溫度和變化狀況通過熱電半導(dǎo)體制冷對器件的溫度和溫變速率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的調(diào)整，并由導(dǎo)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(tǒng)方法相比，設(shè)計靈活適應(yīng)性強(qiáng)，且適用于對體積有嚴(yán)格限制的無線終端產(chǎn)品內(nèi)。
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(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者楊志國, 基 林, 靳林芳 申請人:深圳華為通信技術(shù)有限公司