[发明专利]主动热管理装置和热管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动热管理装置和热管理方法。

背景技术

微电子器件和电路的热管理是公知的。许多年来，一直将热沉附着到电子元件以便耗散在部件内产生的过多的热量。许多电子元件的性能和寿命都随着温度增加的操作而退化，并且缺乏一种合适的装置来耗散过多的热量，许多这种电子元件的工作温度不利地较高。这不但应用于微电子元件，而且也应用于诸如LED、激光器等之类的光电子元件。

传统的热沉通过将热辐射和/或传导出将要冷却的电子元件来操作。因此，电子元件是热能源。可以将这种热沉称作被动热管理系统。主动热管理装置也是已知的；主动热管理装置的一个简单示例是强制气冷，例如利用风扇的强制气冷。主动热管理的另一种更先进的形式是通过使用诸如帕尔帖冷却器之类的热电冷却器。因为可以控制热电冷却器，可以控制从电子元件的散热速率。

在冷却系统中包括相变材料也是已知的，并且例如在美国专利公开US7,104,080中进行了描述。

发明内容

根据第一方面，提出了一种主动热管理装置，包括：相变材料单元，配置为存储热能；开关，配置为将相变材料单元与热能源热连接；以及另一个开关，配置为将相变材料单元与热能池(sink of thermal energy电连接。

通过提供将相变材料单元与热能源相连的开关，所述单元可以用作热存贮。也就是说，可以在一段时间段从热能源到所述单元传递热，所述时间段可以是预定的或者可以是任意的。仍然在所述单元中的热能随后或者可以重新使用，或者可以通过将相变材料单元与热能池相连来耗散掉。典型地，所述另一个开关与所述开关是不同的；然而在一些实施例中，相同的装置可以包括开关和另一个开关。在这些实施例中，可以将热能在相变材料单元中存储一段时间段，然后返回到最初用作热能源的相同的元件，但是现在具有较低的温度并且因此用作热能池。

在实施例中，所述主动热管理装置还包括又一个开关，所述又一个开关配置为将相变材料单元与热沉热连接。“热沉”在这里用于表示传统的热沉，例如其可以是高传导性金属元件，并且可以通过强制气冷或热电冷却来进行辅助；相反，“热能池”意味着更加宽广的意思，包括但不限于：传统的热沉以及接收热作为输入的元件，例如以实现所需的工作温度或者为了从热能中提取电能。因此，这些实施例可以实现重新使用在单元中存储的热能或者利用热沉的耗散的任一项或两者。

在实施例中，所述开关和所述另一个开关中的至少一个是微机电开关。微机电开关(MEMS)是机械开关的一种形式，其可以提供选择性的但是高效的相变材料单元的双向热传递。

在实施例中，主动热管理装置还包括第一组发光二极管(LED)，其操作为热能源。发光二极管对于工作温度特别敏感。它们的诸如效率和包括亮度和波长的光输出之类的工作特性及其寿命都依赖于它们的工作温度，因此适当地控制温度是有用的。通常，工作温度越高，它们的性能特性越差并且它们的寿命越短。在本文中使用的术语“组”包含了单个的LED和多个LED。

在实施例中，主动热管理装置还包括第二组发光二极管，其操作为热能池。因此，从相变材料单元传递至第二组LED的热能可以用于将这一第二组LED加热到更接近第一组LED温度的温度，而不是相反的情况。这对于将第二组LED的输出特性与第一组LED的输出特性相匹配是特别便利的，例如在第一组LED几乎要关断、并且第二组LED几乎要接通的情况下，这将在下面更加详细地讨论。

在实施例中，第二组发光二极管与第一组发光二极管不同。然而，本发明不局限于此，第二组LED可以是与第一组LED相同的组，例如假设已经将第一组LED关断临时的时间段，在此期间将热能存储在相变材料单元中然后将第一组LED再次接通。

在实施例中，相变材料单元包括多个相变材料，每一个相变材料具有不同的相变温度。因为每一个相变材料在特定的温度或温度范围下经历其相变，这种单元可以用作多于一个温度或温度范围的热能源。

根据本发明的另一个方面，提出了一种热管理方法，包括：将热能源与相变材料单元热连接；将热能从热能源传递至相变材料单元；将热能源与相变材料单元断开；将传递的热能存储在相变材料单元中；将热能池与相变材料单元热连接；以及将热能从相变材料单元传递至热能池。

在实施例中，所述方法还包括：将相变材料单元与热沉热连接；以及将过多的热能从相变材料单元传递至热沉。

在实施例中，将热能源与相变材料单元热连接以及将热能池与相变材料单元热连接中的至少一个利用微机电开关。