本發(fā)明涉及散熱系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)和散熱方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電子元器件集成度和功率密度的不斷提升，尤其是激光、雷達(dá)等設(shè)備的應(yīng)用，使得這些高熱流密度元器件的散熱需求日益增加。小型化和高集成度電子元器件長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致溫度升高，同時(shí)熱量集中，使得熱管理變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的散熱方式難以滿足高熱流密度電子器件的散熱需求，因此迫切需要尋找高效冷卻技術(shù)確保元器件在嚴(yán)格的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，以提高能效和可靠性。

2、針對(duì)高熱流密度電子元器件的散熱問(wèn)題，現(xiàn)有的解決方法主要有三種。

3、第一種：以被動(dòng)散熱（如散熱片和熱管）和主動(dòng)散熱（如風(fēng)扇和液冷系統(tǒng)）為主，通過(guò)增加散熱面積和增強(qiáng)熱傳導(dǎo)來(lái)有效降低溫度。然而，由于電子元器件的空間限制，該方法仍存在散熱效率不足、空間限制導(dǎo)致散熱面積不足、以及散熱系統(tǒng)與器件集成難度大等。

4、第二種：采用半導(dǎo)體制冷片與高熱流密度電子元器件直接相連，由于是直接相連，會(huì)出現(xiàn)散熱不均勻的問(wèn)題，同時(shí)背板溫度太低，會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，容易造成內(nèi)部電路損壞。

5、第三種：為了應(yīng)對(duì)高熱流密度，采用了更大的散熱器和冷卻系統(tǒng)，但是這增加了整體體積和重量，不利于便攜設(shè)備和輕量化設(shè)計(jì)。

6、針對(duì)上述現(xiàn)有散熱技術(shù)缺陷，本發(fā)明針對(duì)高熱流密度元器件，提出一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)和散熱方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述表述，本發(fā)明提供了一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)和散熱方法，以解決現(xiàn)有的高熱流密度電子元器件散熱方法空間限制導(dǎo)致散熱面積不足、以及散熱系統(tǒng)與器件集成難度大；或由于是半導(dǎo)體制冷片與高熱流密度電子元器件直接相連，散熱不均勻，同時(shí)背板溫度太低，會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；或體積和重量增加較多，不利于便攜設(shè)備和輕量化設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

3、一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，該散熱系統(tǒng)包括半導(dǎo)體制冷片、石墨烯熱沉、散熱器、溫控芯片，所述半導(dǎo)體制冷片包括冷端和熱端；

4、所述石墨烯熱沉是四個(gè)側(cè)面為梯形，頂面和底面為矩形的四棱臺(tái)型，面積較小的頂面一側(cè)與高熱流密度的電子元器件連接，面積較大的底面一側(cè)與所述半導(dǎo)體制冷片冷端連接，側(cè)面設(shè)有用于加強(qiáng)被動(dòng)式換熱的方形節(jié)流通道；

5、所述的溫控芯片環(huán)繞在半導(dǎo)體制冷片側(cè)面一圈，溫控芯片的感溫探針與石墨烯熱沉底面連接；

6、四棱臺(tái)型石墨烯熱沉頂面的面積與高熱流密度的電子元器件的熱源面積相同；

7、本散熱系統(tǒng)針對(duì)高熱流密度元器件。

8、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

9、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述散熱器包括翅片組件和風(fēng)扇，翅片組件中部開(kāi)設(shè)有容納空腔，容納空腔內(nèi)連接有風(fēng)扇。

10、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述翅片組件包括連接翅片和多個(gè)單片翅片，熱端連接翅片組件的連接翅片，多個(gè)單片翅片平行、間隔連接在連接翅片遠(yuǎn)離熱端的一側(cè)，多個(gè)單片翅片中部形成一個(gè)容納空腔，容納空腔內(nèi)連接有風(fēng)扇，間隔排布的相鄰單片翅片之間形成翅片通道，風(fēng)扇用于對(duì)翅片通道散熱。

11、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體制冷片的熱端連接翅片組件，再由散熱器的風(fēng)扇對(duì)翅片組件進(jìn)行散熱。

12、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述溫控芯片包括感溫探針，感溫探針連接于四棱臺(tái)型石墨烯熱沉的底面，溫控芯片的輸出端連接半導(dǎo)體制冷片，通過(guò)對(duì)四棱臺(tái)型石墨烯熱沉的溫度檢測(cè)和反饋，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷片的工作電流，從而實(shí)現(xiàn)智能溫控的效果。

13、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，四棱臺(tái)型石墨烯熱沉的底面面積為：42×42mm，頂面面積為10×10mm；高度為5mm，節(jié)流通道為方形孔，方形孔的邊長(zhǎng)為1mm。

14、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，半導(dǎo)體制冷片尺寸為40×40×3.8mm。

15、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，石墨烯熱沉靠近頂面處一圈和靠近底面處一圈均開(kāi)設(shè)有節(jié)流通道，頂面的節(jié)流通道通過(guò)石墨烯熱沉內(nèi)部開(kāi)設(shè)的連接通道與底面的節(jié)流通道連通。

16、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述連接通道可為直線型，也可為彎折的s型、z型、螺旋型等。

17、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，頂面的節(jié)流散熱孔個(gè)數(shù)與底面的節(jié)流散熱孔個(gè)數(shù)相同，通過(guò)同等數(shù)量的連接通道，一一對(duì)應(yīng)連通。

18、進(jìn)一步地，上述的一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體制冷片為tec半導(dǎo)體制冷片。

19、本發(fā)明還提供一種高熱流密度元器件散熱方法，使用上述的散熱系統(tǒng)，在不使用半導(dǎo)體制冷片主動(dòng)散熱時(shí)，可以利用石墨烯熱沉側(cè)面的節(jié)流通道增加空氣對(duì)流換熱效果，熱源附近空氣溫度上升導(dǎo)致密度下降，從而加強(qiáng)熱源附近空氣的流動(dòng)，產(chǎn)生熱對(duì)流的現(xiàn)象，提高被動(dòng)散熱能力；當(dāng)采取主動(dòng)溫控時(shí)，感溫探針監(jiān)測(cè)溫度，溫控芯片的控制單元比較當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度則控制單元控制半導(dǎo)體制冷片增大工作電流，吸收熱量，從而控制高熱流密度電子元器件溫度；如果當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度，則控制單元控制半導(dǎo)體制冷片降低工作電流，減少能耗，從而控制高熱流密度電子元器件溫度，同時(shí)在元器件溫度較低時(shí)可以通過(guò)節(jié)流通道增大散熱面積，加強(qiáng)熱對(duì)流換熱效果。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益技術(shù)效果：

21、針對(duì)高熱流密度元器件，本發(fā)明提出了一種高熱流密度元器件散熱系統(tǒng)和散熱方法。該系統(tǒng)引入了主動(dòng)溫控機(jī)制和優(yōu)良的熱傳導(dǎo)材料，可以通過(guò)具有高熱導(dǎo)性能的四棱臺(tái)型石墨烯熱沉實(shí)現(xiàn)對(duì)高熱流密度電子元器件溫度的高效傳導(dǎo)。這種四棱臺(tái)型石墨烯熱沉，以其卓越的熱導(dǎo)率，遠(yuǎn)超現(xiàn)有主流散熱材料，其熱導(dǎo)率可達(dá)2000-5000?w/(m·k)，顯著優(yōu)于銅（約400?w/(m·k)）和鋁（約200?w/(m·k)），同時(shí)，四棱臺(tái)型石墨烯熱沉的設(shè)計(jì)提高了材料的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性；減少材料的使用量，從而降低整體重量；并且可以增大與熱源的接觸面積，提高散熱效率，防止tec半導(dǎo)體制冷片冷端因溫度過(guò)低而出現(xiàn)冷凝水，避免了可能由此引發(fā)的設(shè)備損壞。石墨烯熱沉側(cè)面還設(shè)置有方形節(jié)流通道，利用熱對(duì)流和空氣節(jié)流，提高空氣流速，可以加強(qiáng)被動(dòng)式散熱，當(dāng)半導(dǎo)體制冷片未工作時(shí)，也能獲得一定的散熱效果；當(dāng)半導(dǎo)體制冷片工作時(shí)，使用pid控制技術(shù)，利用芯片實(shí)現(xiàn)智能溫度的控制。這種散熱解決方案，不僅提升了整體散熱效率，有效降低了電子元器件的工作溫度，而且增加了其主動(dòng)溫控的能力，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同電子元器件工作情況下的精確控溫和降低能耗。

22、本發(fā)明采用的四棱臺(tái)型石墨烯熱沉首次應(yīng)用于高集成度高發(fā)熱量的電子元器件散熱系統(tǒng)，這種材料由于其輕薄的特性，通過(guò)側(cè)面為梯形的四棱臺(tái)型設(shè)計(jì)，可以在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，減少材料的使用量，從而降低整體重量，能有效減輕設(shè)備的重量，提高設(shè)備的便攜性和靈活性。此外，石墨烯的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度也使其成為理想的散熱材料，四棱臺(tái)型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也從結(jié)構(gòu)角度提高了材料的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少部件因熱膨脹導(dǎo)致的形變，保證熱沉的長(zhǎng)期性能穩(wěn)定，這種設(shè)計(jì)可以增大與熱源的接觸面積，同時(shí)配合側(cè)面節(jié)流通道結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增大系統(tǒng)對(duì)流換熱，利用熱源附近空氣溫度上升導(dǎo)致密度下降，從而產(chǎn)生熱對(duì)流的現(xiàn)象，提高散熱效率。填補(bǔ)了現(xiàn)有高熱流密度電子元器件散熱技術(shù)在高效散熱材料方面的空白。

23、同時(shí)利用pid控制技術(shù)和tec半導(dǎo)體制冷片主動(dòng)溫控制冷技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)石墨烯熱沉的溫度不斷地調(diào)整tec半導(dǎo)體制冷片的工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)對(duì)熱流密度元器件的智能溫控，滿足不同工作狀態(tài)下的散熱需求。本發(fā)明可以有效的增強(qiáng)傳熱能力，從而提升整體的散熱效果。