TWI534405B - 致冷片之控制方法及其適用之散熱模組 - Google Patents

Description

致冷片之控制方法及其適用之散熱模組

本案係關於一種控制方法，尤指一種致冷片之控制方法及其適用之散熱模組。

隨著科技的進步與人類對生活品質的要求，各式電子產品的開發在技術上係不斷地突破，藉此加強電子產品的功能以及處理速度，然而此也導致電子產品在運轉時所產生的熱能增加，因此為了維持電子產品的正常運作及延長電子產品的使用壽命等，如何排除熱能便成為電子產品所需考量的關鍵技術之一。

對於高瓦數的電子產品，例如投影機、個人電腦等，對於內部所具有的光學元件或電子元件等的散熱方式往往係使用具有熱管之散熱鰭片(Heatsink with heat-pipes)或液態冷卻(Liquid cooling)的方式解熱，但兩者的散熱效率均有其限制，因此對於瓦數高而耐溫規格低的元件而言，上述之散熱方式並無法有效地使元件降溫，以符合耐溫規格的目標。是以目前部分的電子產品係朝向使用散熱效率及可靠性皆較佳之致冷片來進行散熱。

致冷片為一PN半導體元件，其在電流通過時，分別會形成一冷端以及一熱端，以藉由冷端以及熱端之間所產生的溫度差來帶走熱 能，其中冷端係設置於需進行散熱之元件處，以對元件進行冷卻，熱端則相對於冷端而產生熱能。然而，在實際應用上，當致冷片之冷端對電子產品之內部元件進行冷卻時，致冷片之冷端可能產生低於週遭環境溫度之表面溫度，導致致冷片之冷端及電子產品之內部元件上有結露的情況，進而產生水氣，如此一來，對於電子產品的信賴性及使用壽命將會有很大的影響。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之致冷片之控制方法及其適用之散熱模組，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種致冷片之控制方法及其適用之散熱模組，其中控制方法藉由判斷致冷片之冷端的溫度是否大於等於環境溫度，以增加或減少對應於致冷片所接收之電能大小之責任週期，俾解決習知致冷片之冷端對電子產品之內部元件進行冷卻時，冷端可能產生低於週遭環境溫度之表面溫度，導致致冷片之冷端及電子產品之內部元件上有結露的情況而產生水氣，進而影響電子產品的信賴性及使用壽命之缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種控制方法，用以控制致冷片之運作，其中致冷片具有冷端及熱端，控制方法係包含下列步驟：(a)於致冷片開始運作時，取得冷端的溫度及致冷片所在之環境溫度；(b)判斷環境溫度是否大於等於溫度設定值；(c)依據步驟(b)之判斷結果設定對應於致冷片所接收之電能大小之責任週期之初始值；(d)判斷致冷片之冷端的溫度是否大於等於環境溫度；(e)當步驟(d)之判斷的結果為是時，將責 任週期增加預設比例值，並再次執行步驟(d)；以及(f)當步驟(d)之判斷的結果為否時，依據責任週期是否大於0%而對應地將責任週期減少預設比例值，並再次執行步驟(d)。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種散熱模組，其係包含：致冷片，係包含冷端以及熱端；電源供應電路，係與致冷片電連接，並以責任週期運作，以提供相對應之電能至致冷片而驅動致冷片作動；第一溫度偵測器，係與致冷片之冷端相鄰設，用以偵測冷端之溫度；第二溫度偵測器，用以偵測致冷片所在之環境溫度；以及控制器，係與第一溫度偵測器、第二溫度偵測器及電源供應電路電連接，用以依據第一溫度偵測器以及第溫度二偵測器之偵測結果，判斷致冷片之冷端的溫度是否大於等於環境溫度，並依據判斷結果調整電源供應電路之責任週期，以對應調整電源供應電路所輸出之電能大小。

1‧‧‧散熱模組

10‧‧‧第一溫度偵測器

11‧‧‧第二溫度偵測器

13‧‧‧控制器

14‧‧‧致冷片

15‧‧‧散熱鰭片

16‧‧‧第三溫度偵測器

9‧‧‧電子元件

S1~S8‧‧‧控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟

S40~S41‧‧‧子步驟

第1圖係為本案較佳實施例之散熱模組之電路方塊示意圖。

第2圖係為第1圖所示之散熱模組之部分結構示意圖。如第1及2圖所示。

第3圖係為第1圖所示之控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟。

第4圖係為本案另一較佳實施例之控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆 不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之散熱模組之電路方塊示意圖。如第1圖所示，本實施例之散熱模組1係包含一第一溫度偵測器10、一第二溫度偵測器11、一電源供應電路12、一控制器13以及一致冷片14。其中電源供應電路12係與致冷片14電連接，其係以一責任週期運作，以提供相對應之電能給致冷片14，俾驅動致冷片14運作。致冷片14可由一PN半導體元件所構成，且具有一冷端140以及一熱端141(如第2圖所示)，冷端140及熱端141係位於致冷片14相對兩側，當致冷片14接收由電源供應電路12所提供之電能而開始運作時，冷端140係產生致冷效果，熱端141則相對冷端140而產生熱能。第一溫度偵測器10用以偵測致冷片14之冷端140的溫度。第二溫度偵測器11用以偵測致冷片14所在之環境溫度，亦即為散熱模組1所在之環境溫度。

控制器13係與第一溫度偵測器10、第二溫度偵測器11以及電源供應電路12電連接，控制器13係依據第一溫度偵測器10以及第二溫度偵測器11之偵測結果，判斷致冷片14之冷端140的溫度是否大於等於環境溫度，並根據判斷結果控制電源供應電路12之一責任週期，以調整由電源供應電路12所輸出且與該責任週期有相對應關係之電能大小。

請參閱第2圖，並配合第1圖，其中第2圖係為第1圖所示之散熱模組之部分結構示意圖。如第1及2圖所示，致冷片14之冷端140實際上係與一電子元件9相鄰設，因此當致冷片14運作時，致冷片14之冷端140可對電子元件9進行冷卻。此外，第一溫度偵測器10 可與致冷片14之冷端140相鄰設，當然，第一溫度偵測器10更可直接設置於冷端140上，以準確地獲得冷端140之溫度。

於其它實施例中，散熱模組1更具有一散熱鰭片15，例如第2圖所示，散熱鰭片15係設置於致冷片14之熱端141上，用以導出於熱端141上之熱能。此外，又於一些實施例中，第1圖所示之散熱模組1更具有一第三溫度偵測器16，係與致冷片14之熱端141相鄰設，例如設置於熱端141上，且與控制器13電連接，第三溫度偵測器16係用以偵測熱端141之溫度，使控制器13可於熱端141之溫度超過一保護溫度值時，控制電源供應電路12停止輸出電能至致冷片14，以保護散熱模組1，其中該保護溫度值係可依實際需求，例如散熱模組所能承受之耐熱溫度等，來預先設定。

以下將進一步說明第1圖所示之控制器13控制致冷片14之控制方法的流程步驟，請參閱第3圖，並配合第1及2圖，其中第3圖係為第1圖所示之控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟。如第3圖所示，首先，執行步驟S1，散熱模組1開始運作，亦即致冷片14開始運作。接著，執行步驟S2，即於致冷片14開始運作時，取得致冷片14之冷端140的溫度及致冷片14所在之環境溫度，其中致冷片14之冷端140的溫度係由第一溫度偵測器10所偵測，致冷片14所在之環境溫度則由第二溫度偵測器11所偵測。接著，執行步驟S3，控制器13依據第一溫度偵測器10以及第二溫度偵測器11的偵測結果判斷判斷環境溫度是否大於等於一溫度設定值，其中於步驟S3中，溫度設定值可為但不限於30℃。

接著，執行步驟S4，即依據步驟S3之判斷結果設定對應於致冷片14所接收之電能大小之電源供應電路12之責任週期的初始值，其 中於此步驟中，係包含兩個子步驟S40及S41，以依據步驟S3之判斷結果來決定執行子步驟S40或是子步驟S41，更進一步說明，當步驟S3中之判斷結果為是，即環境溫度係大於等於30℃時，執行子步驟S40，控制器13係設定電源供應電路12之責任週期之初始值為50%，並執行步驟S5，而在子步驟S40中，因應目前環境溫度係相對較高，故控制器13設定電源供應電路12之責任週期之初始值為50%，使電源供應電路12在運作初期即輸出相對較大的電能至致冷片14，以加強致冷片14之冷端140之致冷效率，使致冷片14之冷端140於開始運作後，即可因應環境溫度較高而快速地提供較高的致冷效率來對電子元件9進行冷卻。

反之，當步驟S3中之判斷結果為否時，則執行子步驟S41，即控制器13係設定電源供應電路12之責任週期的初始值為0%，並執行步驟S5，而在子步驟S41中，由於目前環境溫度係相對較低，使得致冷片14之冷端140無須於開始運作後，立即提供較高的致冷效率來對電子元件9進行冷卻，因此控制器13係設定電源供應電路12之責任週期之初始值為0%。

當執行完步驟S4後，即進入步驟S5，控制器13係判斷致冷片14之冷端140的溫度是否大於等於環境溫度。當步驟S5判斷的結果為是時，則執行步驟S6，即控制器13將電源供應電路12之責任週期增加一預設比例值，例如1%，並再次執行步驟S5。由上可知，當致冷片14之冷端140的溫度大於等於環境溫度時，表示致冷片14之冷端140並不會發生結露情況，故可再增加電源供應電路12之責任週期，使電源供應電路12提高輸出電能，如此一來，可使冷端140之溫度下降而提高致冷效果，是以提高對電子元件9之散熱 效果。

反之，當步驟S5判斷的結果為否時，則執行步驟S7，即控制器13判斷電源供應電路12之責任週期是否為大於0%。當步驟S7判斷的結果為是時，則再次執行步驟S5。反之，當步驟S7判斷的結果為否時，則執行步驟S8，即控制器13將電源供應電路12之責任週期減少一預設比例值，例如1%，並再次執行步驟S5，而於步驟S8中，由於此時控制器13判斷出致冷片14之冷端140的溫度小於環境溫度，亦即致冷片14之冷端140將發生結露的情況而產生水氣，因此控制器13係減少電源供應電路12之責任週期，使電源供應電路12降低輸出電能，如此一來，可使冷端140之溫度升高，以避免致冷片14之冷端140發生結露的情況而產生水氣。

請參閱第4圖，其係為本案另一較佳實施例之控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟。如第4圖所示，本實施例之控制方法的流程步驟係與第3圖所示之控制方法的流程步驟相似，故僅以相同標號標示而不再贅述。惟相較於第3圖之步驟S4之子步驟S40，本實施例之步驟S4之子步驟S40’係改為控制器13係設定電源供應電路12之責任週期的初始值係經過一延遲時間後達到50%，如此一來，可避免在環境溫度大於等於溫度設定值時，控制器13立即將電源供應電路12之責任週期設定為50%，使電源供應電路12立即提供相對較大的電能給致冷片14，導致致冷片14之冷端140可能於致冷片14接收電能時立刻低於環境溫度而產生結露的情況。

綜上所述，本案提供一種致冷片之控制方法及其適用之散熱模組，其中控制方法藉由判斷致冷片之冷端的溫度是否大於等於環境 溫度，以增加或減少對應於致冷片所接收之電能大小之責任週期，如此一來，可於致冷片之冷端的溫度大於等於環境溫度時，增加對應於致冷片所接收之電能大小之責任週期而提高致冷片之冷端的致冷效率，反之，可於致冷片之冷端的溫度小於環境溫度時，減少對應於致冷片所接收之電能大小之責任週期，以避免致冷片之冷端產生結露的情況，如此一來，當本案之散熱模組應用於電子產品中而對內部電子元件進行散熱時，便可避免電子元件受到水氣的影響而損壞，是以可提升電子產品之穩定性及使用壽命。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

S1~S8‧‧‧控制器控制致冷片之控制方法的流程步驟

S40~S41‧‧‧子步驟

Claims (12)

1. 一種致冷片控制方法，用以控制一致冷片之運作，其中該致冷片係具有一冷端及一熱端，該控制方法係包含下列步驟：(a)於該致冷片開始運作時，取得該冷端的溫度及該致冷片所在之一環境溫度；(b)判斷該環境溫度是否大於等於一溫度設定值；(c)依據步驟(b)之判斷結果設定對應於該致冷片所接收之電能大小之一責任週期之初始值；(d)判斷該致冷片之該冷端的溫度是否大於等於該環境溫度；(e)當步驟(d)之判斷的結果為是時，將該責任週期增加一預設比例值，並再次執行步驟(d)；以及(f)當步驟(d)之判斷的結果為否時，依據該責任週期是否大於0%而對應地將該責任週期減少該預設比例值，並再次執行步驟(d)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(c)中，當判斷結果為是時，係設定該責任週期之初始值為50%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(c)中，當判斷結果為是時，係設定該責任週期之初始值經過一延遲時間後達到50%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(c)中，當判斷結果為否時，係設定該責任週期之初始值為0%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(b)中 ，該溫度設定值係為30℃。
6. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(f)中，當該責任週期大於0%時，係將該責任週期減少該預設比例值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之致冷片控制方法，其中於步驟(f)中，當該責任週期等於0%時，係直接執行步驟(d)。
8. 一種散熱模組，其係包含：一致冷片，係包含一冷端以及一熱端；一電源供應電路，係與該致冷片電連接，並以一責任週期運作，以提供相對應之電能至該致冷片而驅動該致冷片作動；一第一溫度偵測器，係與該致冷片之該冷端相鄰設，用以偵測該冷端之溫度；一第二溫度偵測器，用以偵測該致冷片所在之一環境溫度；以及一控制器，係與該第一溫度偵測器、該第二溫度偵測器及該電源供應電路電連接，用以依據該第一溫度偵測器以及該第溫度二偵測器之偵測結果，判斷該致冷片之該冷端的溫度是否大於等於該環境溫度，並依據判斷結果調整該電源供應電路之該責任週期，以對應調整該電源供應電路所輸出之電能大小。
9. 如申請專利範圍的8項所述之散熱模組，其中該控制器係具有一控制方法，係包含下列步驟：(a)於該致冷片開始運作時，取得該冷端的溫度及該致冷片所在之一環境溫度；(b)判斷該環境溫度是否大於等於一溫度設定值；(c)依據步驟(b)之判斷結果設定對應於該致冷片所接收之電能大小之一責任週期之初始值； (d)判斷該致冷片之該冷端的溫度是否大於等於該環境溫度；(e)當步驟(d)之判斷的結果為是時，將該責任週期增加一預設比例值，並再次執行步驟(d)；以及(e)當步驟(d)之判斷的結果為否時，依據該責任週期是否大於0%而將該責任週期減少該預設比例值，並再次執行步驟(d)。
10. 如申請專利範圍第8項所述之散熱模組，其中該第一溫度偵測器係設至於該冷端上。
11. 如申請專利範圍第8項所述之散熱模組，其中該散熱模組更具有一散熱鰭片，係設置於該致冷片之該熱端上，用以導出該熱端上之熱能。
12. 如申請專利範圍第8項所述之散熱模組，其中該散熱模組更具有一第三溫度偵測器，係鄰設於該致冷片之該熱端上，且與該控制器相連接，用以偵測該熱端上之溫度，使該控制器於該熱端超過一保護溫度值時，控制該電源供應電路停止供電至該致冷片。