CN113412031A - 一种升温模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种升温模组及电子设备，所述升温模组包括：金属基体，其用于装设在电子设备中的至少一个功能器件上；加热器，其设于所述金属基体上；以及散热器，其位于所述金属基体上，并与所述加热器间隔设置，所述散热器用于和所述金属基体及加热器相配合，以使所述至少一个功能器件的温度均衡。本发明的升温模组结构简单，成本低廉，且能够有效为电子设备内的功能器件进行升温，满足电子设备运行时温度需求。

Description

一种升温模组及电子设备

技术领域

本发明实施例涉及电子设备的升温、散热领域，特别涉及一种升温模组及电子设备。

背景技术

随着现代社会的发展，电子产品的应用越来越广泛，尤其在工业生产制造领域越来越多的智能化产品被广泛应用，但是工业领域的工作环境比商务领域、消费领域更加苛刻。现有的商务、消费电子产品无法满足工业领域的应用环境，主要存在如下问题：

1.工业领域的电子产品要求更宽的环境温度(-20～60℃)，远远高于商务领域的环境温度(0～30℃)。

2.无风扇设计；

3.电子设备的整体成本偏高；

4.综合以上需求，CPU、内存等核心芯片需要有较强的满足环境温度要求的能力。

目前常用的解决电子设备内环境温度过低的方法是使用局部升温软板设计，在低温环境下对CPU进行升温，当系统温度上升到CPU工作环境温度范围内，再进行设备开机使用，但是该种方式的弊端如下：

1.升温软板材料特性及软板厚度限制，导致升温软板功率密度低(1W/cm²)，一片升温软板的功率约为5W左右。

2.升温软板的功率密度特性决定了此设计无法使用在装备了高性能功能器件的设备里，当CPU或者系统中的功能器件的性能较高，较大时，升温软板的性能无法满足设计需求。

3.由于升温软板无法黏贴在内存颗粒正面(影响高温环境下内存散热)，无法对内存颗粒进行升温。

4.无法对系统其它功能核心芯片进行升温，需要更换绝大多数的功能核心芯片，导致电子设备整体成本过高。

发明内容

本发明提供了一种结构简单，成本低廉，且能够有效为电子设备内的功能器件进行升温，满足电子设备运行时温度需求的升温模组，及具有该模组的电子设备。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种升温模组，其特征在于，包括：

金属基体，其用于装设在电子设备中的至少一个功能器件上；

加热器，其设于所述金属基体上；以及

散热器，其位于所述金属基体上，并与所述加热器间隔设置，所述散热器用于和所述金属基体及加热器相配合，以使所述至少一个功能器件的温度均衡。

可选地，所述功能器件为多个，所述金属基体至少与部分所述功能器件相连，基于所述金属基体、加热器及散热器对所述多个功能器件的配合作用，所述多个功能器件之间的温差满足温差阈值。

可选地，所述加热器及散热器嵌设在所述金属基体内，所述升温模组还包括用于向环境中传导热量，以升温环境温度的传热件，所述传热件设置在所述金属基体上，并压盖所述加热器及散热器。

可选地，所述传热件包括基板及设置在所述基板上的多个散热翅片，所述基板与所述金属基体相连，并压盖所述加热器及散热器。

可选地，所述金属基体为铝质基体。

可选地，所述散热器为铜质热管。

本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括如上所述的升温模组。

可选地，还包括电源开关、控制器、开关组、温度传感器及包含多个功能器件的系统，所述控制器与所述电源开关、温度传感器及开关组相连，所述开关组同时与所述系统相连，当所述电源开关被开启，所述控制器通过所述温度传感器获得电子设备内的环境温度，并基于所述环境温度控制所述开关组中的开关开启或断开，进而控制所述系统及升温模组的运行。

可选地，所述开关组包括第一开关和第二开关，所述升温模组与系统分别与所述第一开关及第二开关相连，当所述控制器确定所述电子设备内的环境温度为第一温度时，控制所述第一开关开启，使所述升温模组运行，当所述控制器确定所述电子设备内的环境温度为第二温度时，控制所述第一开关关闭，并开启所述第二开关，以使所述系统运行。

可选地，还包括适配器，所述适配器与所述开关组相连，用于通过所述开关组为所述升温模组及系统供电。

基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括升温模组整体结构简单，成本低廉，仅通过设置金属基体、加热器及散热器就可以为电子设备内的多个功能器件进行高效升温，同时能够调整多个功能器件之间的温度，使各个功能器件的温度均衡，避免各个功能器件温度过高，造成各器件的损坏。

附图说明

图1为本发明实施例中的升温模组的结构示意图。

图2为本发明另一实施例中的升温模组的结构示意图。

图3为本发明另一实施例中的升温模组的结构示意图。

图4为本发明另一实施例中的升温模组的结构示意图。

图5为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。

附图标记：

1-金属基体；2-加热器；3-散热器；4-传热件；5-散热翅片；6-升温模组；7-控制器；8-电源开关；9-第一开关；10-第二开关；11-适配器；12-系统；13-温度传感器

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面，结合附图详细的说明本发明实施例。

目前很多电子设备内的升温模组均是采用升温软板来设计实现的，但是由于升温软板自身性能较弱，升温效果不够理想，尤其在电子设备中设有高性能的功能器件，如高性能的CPU等时，升温软板的升温效果就难以满足该种电子设备的升温需求。而且，目前的升温过程无法进行温度调控，不能确保各个功能器件的升温过程稳定且适宜，为了解决上述技术问题，改善目前电子设备内升温效果差，且升温效果无法控制的现象，本发明提供一种升温模组：

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种升温模组，包括：

金属基体1，其用于装设在电子设备中的至少一个功能器件上；

加热器2，其设于金属基体1上；以及

散热器3，其位于金属基体1上，并与加热器2间隔设置，散热器3用于和金属基体1及加热器2相配合，以使至少一个功能器件的温度均衡。

例如，金属基体1可以是任何形状，任何金属制备形成的基体，包括铁制、钢制、铜制等易于传导热量的金属材质制备而成的板状，块状，即立方体状的基体，具体结构形状不定，可根据实际电子设备内的装设空间，加热器2及散热器3的体型等而综合确定。该金属基体1可以通过固定件，连接件或焊接，粘接的方式装设在电子设备中的至少一个功能器件上，而该功能器件即为升温模组用于为其升温的器件，例如可以是CPU、内存、核心芯片等等。加热器2具体可以选择加热板，加热棒等电加热产品，其具体结构形状及尺寸也不唯一，而且，加热器2的功率也不唯一，其均可以根据电子设备的实际情况，实际升温需求而定。该加热器2设置在金属基体1上，当其升温后，会通过金属基体1将热能传导至功能器件上，进而为功能器件进行升温。散热器3，其设置在金属基体1上，并与加热器2具有一定间隔，该散热器3用于将多个功能器件的热能进行反向传导，相当于为多个功能器件进行散热，以使得多个功能器件被升温后的温度均衡，不会出现过高或过低温度的现象，确保各个功能器件的性能不会受损。当本实施例的升温模组应用于电子设备内以为功能器件进行升温时，金属基体1、加热器2及散热器3便能够直接为相连的功能器件进行高效升温，同时又为功能器件进行散热，以控制各个功能器件的温度，使其均衡，满足后续运行需要。

基于上述实施例的公开可以获知，本实施例具备的有益效果包括升温模组整体结构简单，成本低廉，仅通过设置金属基体1、加热器2及散热器3就可以为电子设备内的多个功能器件进行高效升温，同时能够调整多个功能器件之间的温度，使各个功能器件的温度均衡，避免各个功能器件温度过高，造成各器件的损坏。

具体地，本实施例中升温模组整体采用金属材质进行设计，使得升温模组的升温功率密度更高，整体功率可以达到30W～50W，甚至更高，基本可以满足电子设备内系统适配器所需的功耗。其次，通过将金属材质的升温模组直接集成到电子设备内的功能器件上，可以对整个电子设备的系统进行高效加热，进而使得系统内的各器件均可通过该功能器件进行升温。而且，由于本实施例的升温模组可以对系统整体进行加热，因此系统主要核心芯片、核心部件，各功能芯片均不需要进行低温设计更换，降低系统整体设计成本达到30％以上。另外，本实施例中的升温模组的升温设计功率较大，使得电子设备内的系统整体升温更快，对系统开机时间影响较小，可以为客户提供更好的使用体验。

进一步地，本实施例中的升温模组的导热性能主要受热阻的影响，增加了加热器2后后对于升温模组整体的热阻的影响非常小，计算公式如下：RQd-a＝[(10/kd)1/2+650/A]C

k:导热率铝≈2.08铁≈0.8

d:散热器3厚度cm

A:散热器3面积cm2

C：修正因子约为1

升温模组的热阻RQd-a＝[(10/2.08x1.02)1/2+650/54]x1＝14.36℃/W加热器2的热阻RQd-a＝[(10/0.8x0.16)1/2+650/9.6]x1＝106.7℃/W

本实施中的加热器2对应区域热阻RQd-a＝[(10/2.08x0.16)1/2+650/9.6]x1＝97.7℃/W

经对比可知，将对应区域更换成加热器2后，对于升温模组的局部热阻的影响约9℃/W，而加热器2占整个升温模组的体积≈9.6x0.16/54x1.02≈2.8％，故根据上式计算可知，增加了加热器2后对于整个升温模组的热阻的影响非常小，也即，本实施例中加热器2的设置不仅不会影响升温模组的热阻，而且显著提升了升温模组的性能。

进一步地，本实施例中的功能器件为多个，金属基体1至少与部分功能器件相连，基于金属基体1、加热器2及散热器3对多个功能器件的配合作用，多个功能器件之间的温差满足温差阈值。也就是多个功能器件被升温后的温度之间，温差会保持在正常范围内，不会出现某些功能器件的温度过高，而某些功能器件的温度偏低的现象，进而保证各个功能器件的性能稳定。

进一步地，结合图1、图2、图3和图4所示，本实施例中的金属基体1为铝质基体，其呈扁平的块状，加热器2呈长条状，并嵌设在金属基体1内，当然加热器2也可为其他结构及形状，具体不定。本实施例中的散热器3优选为热传导性更佳的铜质热管，当然也可选择其他材质的热管，或其他形式的散热器3，本实施例中的散热器3同样嵌设在金属基体1内。如图1所示，本实施例中的散热器3近似呈S状，两端分别反向弯曲，并能够与相邻的功能器件相连，例如可以与升温更快的功能器件相连，以进行热能的反向传导，将其热能散发出并被其余功能器件吸收，从而实现均衡多个功能器件的温度的效果。实际应用时，热管的结构形状可根据实际需求而随意改变，且设置数量也可以根据需求增加，例如当功能器件较多，或加热器2功率过高时，便可增加散热器3的数量，或增加散热器3的体积，以满足为多个功能器件进行散热，均衡温度的需求。

进一步地，本实施例中的散热器3及加热器2均嵌设在金属基体1的同一侧面上。为了能够尽快升温电子设备内的环境温度，本实施例中的升温模组还包括用于向环境中传导热量，以升温电子设备内的环境温度的传热件4。该传热件4设置在金属基体1上，并压盖加热器2及散热器3上。该传热件4的结构不定，例如可以是一整块由具有良好导热性的金属材质制备而成的金属板体等，或如本实施例中一样，如图1、图2、图3所示，传热件4包括基板及设置在基板上的多个散热翅片5，基板与金属基体1相连，并压盖加热器2及散热器3。该基板可以与加热器2及散热器3贴靠，也可具有一定间隙，具体不定。

本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括如上所述的升温模组6。

如图4所示，本实施例中的电子设备还包括电源开关8、控制器7、开关组、温度传感器13及包含多个功能器件的系统12，控制器7与电源开关8、温度传感器13及开关组相连，开关组同时与系统12相连，当电源开关8被开启，控制器7通过温度传感器13获得电子设备内的环境温度，并基于环境温度控制开关组中的开关开启或断开，进而控制系统12及升温模组6的运行。

具体地，继续结合图5所示，本实施例中的电子设备还包括适配器11，该适配器11与开关组相连，用于通过开关组为升温模组6及系统12供电。进一步地，本实施例中的开关组包括第一开关9和第二开关10，升温模组6与系统12分别与第一开关9及第二开关10相连，当控制器7确定电子设备内的环境温度为第一温度时，控制第一开关9开启，使升温模组6运行，当控制器7确定电子设备内的环境温度为第二温度时，控制第一开关9关闭，并开启第二开关10，以使系统12运行，即，控制系统12开机。

当系统12开机后，升温模组6停止升温，此时升温模组6变成电子设备内的散热模组的一部分，用于辅助电子设备散热，不会影响原有的散热模组性能和系统12散热效果，也不会影响原电子设备内已经设置的升温模块，工作人员通过运行1小时带有升温模组6的电子设备，电子设备内的3D Mark、CPU及内存的温度与无升温模块的电子设备运行1小时后，3DMark、CPU及内存的温度相比，无明显差别。

继续结合图5所示，为了能够更清楚地体现本实施例的电子设备对升温模块的控制过程，以下结合具体实施例详细说明：

开启电源键，使控制器7及温度传感器13运行，该控制器7可以为嵌入式控制器7，也可以为输入输出芯片等，具体不定。控制器7被启动后，通过温度传感器13读取系统12环境温度，当设备所处环境温度不低于零度时，控制器7输出Ctl B信号，以控制第二开关10开启，使系统12开机。而倘若控制器7通过温度传感器13读取系统12环境温度低于零度时，控制器7输出Ctl A信号，控制第一开关9打开，使升温模组6运行，以对系统12进行升温。接着，控制器7持续利用温度传感器13监控系统12环境温度，当系统12环境温度上升到零度左右时，控制器7拉低Ctl A信号的电平，同时拉高Ctl B信号的电平，以将电源切换到系统12，即控制第二开关10开启，第一开关9关闭，使系统12正常开机。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种升温模组，其特征在于，包括：

金属基体，其用于装设在电子设备中的至少一个功能器件上；

加热器，其设于所述金属基体上；以及

散热器，其位于所述金属基体上，并与所述加热器间隔设置，所述散热器用于和所述金属基体及加热器相配合，以使所述至少一个功能器件的温度均衡。

2.根据权利要求1所述的升温模组，其特征在于，所述功能器件为多个，所述金属基体至少与部分所述功能器件相连，基于所述金属基体、加热器及散热器对所述多个功能器件的配合作用，所述多个功能器件之间的温差满足温差阈值。

3.根据权利要求1所述的升温模组，其特征在于，所述加热器及散热器嵌设在所述金属基体的同一侧内，所述升温模组还包括用于向环境中传导热量，以升温环境温度的传热件，所述传热件设置在所述金属基体上，并压盖所述加热器及散热器。

4.根据权利要求3所述的升温模组，其特征在于，所述传热件包括基板及设置在所述基板上的多个散热翅片，所述基板与所述金属基体相连，并压盖所述加热器及散热器。

5.根据权利要求1所述的升温模组，其特征在于，所述金属基体为铝质基体。

6.根据权利要求1所述的升温模组，其特征在于，所述散热器为铜质热管。

7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的升温模组。

8.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，还包括电源开关、控制器、开关组、温度传感器及包含多个功能器件的系统，所述控制器与所述电源开关、温度传感器及开关组相连，所述开关组同时与所述系统相连，当所述电源开关被开启，所述控制器通过所述温度传感器获得电子设备内的环境温度，并基于所述环境温度控制所述开关组中的开关开启或断开，进而控制所述系统及升温模组的运行。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述开关组包括第一开关和第二开关，所述升温模组与系统分别与所述第一开关及第二开关相连，当所述控制器确定所述电子设备内的环境温度为第一温度时，控制所述第一开关开启，使所述升温模组运行，当所述控制器确定所述电子设备内的环境温度为第二温度时，控制所述第一开关关闭，并开启所述第二开关，以使所述系统运行。

10.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，还包括适配器，所述适配器与所述开关组相连，用于通过所述开关组为所述升温模组及系统供电。

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