一种热电制冷散热设备的控制系统及控制方法与流程

1.本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种热电制冷散热设备的控制系统及控制方法。


背景技术：

2.在cn 217985809 u、cn 217763974 u、cn 217985810 u、cn 218417062u、cn 218417063u等专利中，介绍了使用热电制冷原理来制冷的机箱、板卡等散热设备结构及其散热原理，提出了一种高热耗情况下的机箱、板卡等散热设备的散热思路。
3.如图1～2所示的热电制冷机箱处于完好的装配状态，其中热电制冷器的安装位置如图3所示。热电制冷器安装在机箱壳体内部的夹层中，当热电制冷器发生损坏时，无法及时发现，可能导致散热不良及其他事故。并且热电制冷器的热转化效率较低，在散热过程中会引入额外功耗，造成机箱功耗增加，造成温度升高超出阈值。在热电制冷机箱正常工作时，机箱自身具有一定的散热能力，尤其在高寒地区，环境温度较低，机箱可以依靠自身面积就能满足散热要求，此时就不需要热电制冷器工作，如果热电制冷器继续工作，则会造成能源的浪费。


技术实现要素：

4.为解决上述现有散热设备无法及时发现热电制冷器出现故障、不能根据机箱温度及时调节、能源浪费的技术问题，本发明提供一种热电制冷散热设备的控制系统及控制方法。
5.本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种热电制冷散热设备的控制系统，用于对散热设备中的热电制冷器进行控制，包括设置在散热设备上的用于检测环境温度、散热设备温度的温度检测单元，用于存储散热设备正常工作时环境温度、散热设备温度、功耗、热电制冷器正常工作电压或电流以及对应关系的数据存储单元，与温度检测单元、数据存储单元连接用于比较实际工作时温度数据、散热设备功耗与数据存储单元对应存储数据并进行运算、发送指令的逻辑控制单元，为控制系统供电且与逻辑控制单元连接以接收指令、控制热电制冷器运行的电源单元，与逻辑控制单元连接以接收指令并显示热电制冷器状态的显示单元。
6.进一步的，所述散热设备包括壳体，壳体包括外部壳体、内部壳体，外部壳体与内部壳体之间设置隔热板，隔热板上分布设置多个用于对散热设备制冷的热电制冷器。
7.进一步的，所述靠近热电制冷器的散热设备上安装用于获取散热设备对应位置实时温度的温度检测单元。
8.进一步的，所述散热设备上在远离热电制冷器的位置设置用于测量环境温度的温度检测单元。
9.一种热电制冷散热设备的控制方法，包括以下步骤：
10.s1、将散热设备在不同的环境温度下、不同的功耗下进行仿真，检测得到散热设备
中的热电制冷器正常工作时满足散热设备散热需求的热散热设备各个位置的温度，并检测热电制冷器正常工作时的电压或电流，将所述环境温度、功耗、散热设备各个位置的温度、热电制冷器正常工作时的电压或电流相互对应并存储起来；
11.s2、散热设备在实际工作中，获取环境温度、散热设备各个位置的温度、功耗，并与存储的数据进行对比，判断是否需要开启热电制冷器以及热电制冷器开启的电压或电流，并判断热电制冷器是否损坏，如损坏则对热电制冷器断电，提高该热电制冷器附件的热电制冷器的工作电压或电流，并将故障信息显示出来。
12.进一步的，在对散热设备进行仿真时，热电制冷器附近的散热设备结构上设置温度检测单元，首先将散热设备放置在不同的环境温度下，然后分别设置散热设备的功耗并记录，并保证散热设备工作在正常的状态下，然后记录温度检测单元检测出的对应位置的温度，记录此时热电制冷器的工作电压或电流；在仿真完毕后，将上述不同环境的温度，对应环境温度下不同的功耗，在对应环境温度下、对应功耗下不同位置的温度检测单元测得的温度数据相互对应后存储在数据存储单元中，同时存储对应的热电制冷器的工作电压或电流。
13.进一步的，在散热设备开机工作时，如果满足散热设备的散热需求，此时散热设备外部环境温度低于数据存储单元存储的下限阈值，则给电源单元发送信号，不再给热电制冷器提供电压和电流。
14.进一步的，在散热设备开机工作时，如果不满足散热设备的散热需求，此时散热设备外部环境温度超出数据存储单元存储的下限阈值，逻辑控制单元按照数据存储单元存储的预设值，给电源单元发送信号，电源单元给各个热电制冷器提供对应的电压或电流，维持散热设备散热的平衡。
15.进一步的，在散热设备开机工作时，如果温度检测单元检测得到的散热设备温度高于数据存储单元存储的上限阈值，则逻辑控制单元判定对应位置的热电制冷器发生故障，给电源单元发出指令信号，对该热电制冷器进行断电，并将该热电制冷器的编号和位置信息显示在显示单元；在对损坏的热电制冷器断电的同时，逻辑控制单元给电源单元发送指令信号，电源单元控制该损坏的热电制冷器附件的热电制冷器提高工作电压或电流，来弥补损坏的热电制冷器损失的制冷量。
16.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：通过热电制冷器对现有技术中的热电制冷机箱、班课等散热设备实现实时温度控制，保证散热设备工作在合适的温度下；同时根据不同的情况调节热电制冷器的制冷功耗，达到了节能的目的；本发明还可以对热电制冷器的工作状态进行监控，提升了散热设备的可靠性和维修性。
17.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
18.图1为现有技术中的热电制冷机箱的结构示意图；
19.图2为现有技术中的热电制冷机箱去盖板后的正视图；
20.图3为现有技术中热电制冷机箱的热电制冷器安装位置示意图；
21.图4为本发明实施例一中控制系统的组成示意图；
22.图5a为本发明实施例一中控制系统的逻辑控制单元工作流程示意图；
23.图5b为本发明实施例一中控制系统的逻辑控制单元的另一工作流程示意图；
24.图6为本发明实施例二中的板卡结构示意图。
25.【附图标记】
26.1-外部壳体，2-机箱隔热板，3-内部壳体，4-板卡，5-锁紧条，6-助拔器，7-面板，8-热电制冷器，9-板卡隔热板，10-外层冷板，11-内层冷板，12-pcb板，13-后盖。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明一种热电制冷散热设备的控制系统及控制方法的实施例一，通过热电制冷器对现有技术中的热电制冷机箱(可简称为机箱)实现实时温度控制，保证热电制冷机箱工作在合适的温度下；同时根据不同的情况调节热电制冷器的制冷功耗，达到了节能的目的；本发明还可以对热电制冷器的工作状态进行监控，提升了设备的可靠性和维修性。
29.现有的热电制冷机箱包括箱体，箱体前侧部可拆卸设置面板7，侧部由壳体围成，每一侧的壳体包括外部壳体1、内部壳体3，外部壳体1与内部壳体3之间设置隔热板2，隔热板2上分布设置多个热电制冷器8，用于对热电制冷机箱制冷。箱体从前侧竖直插装有多个板卡4，每个板卡4上的两个侧边设置锁紧条5，用于将板卡4固定在箱体内；板卡4前部设置助拔器6，用于辅助插装或拆拔板卡4。该热电制冷机箱采用自然散热，板卡的热量传导至内部壳体，利用热电制冷器8将内部壳体的热量传递到外部壳体上，然后在自然环境下散热。
30.本发明实施例的控制系统的基本组成单元如图4所示，包括逻辑控制单元、数据存储单元、温度检测单元、电源单元、显示单元。控制系统通过仿真获得热电制冷机箱在正常工作时，机箱的不同位置在不同外部环境温度下、机箱不同功耗下的温度，并预先写入到数据存储单元中，同时将对应热电制冷器正常工作的电压或电流存储在数据存储单元。在热电制冷器附近的机箱或板卡结构上安装温度检测单元，用于获取机箱或者板卡对应位置的实时温度，并在远离热电制冷器的位置设置温度检测单元，用于测量环境温度。在实际工作时，逻辑控制单元将获取的实时温度、机箱功耗与数据存储单元的预先存储的值对比，可以分析出对应位置的热电制冷器是否失效、是否需要工作，进而给出下一步的执行指令。各个单元的基本作用如下：
31.一、电源单元：
32.电源单元与控制系统的各个单元、热电制冷器、外部电源电连接，用于承担电源的转换及分配，主要作用如下：
33.1、对外部电源进行滤波和转换，确保电压源的稳定性；
34.2、为其他单元提供合适的电压和电流；
35.3、控制热电制冷器的通断及其电压、电流。
36.二、数据存储单元：
37.数据存储单元用于存储对热电制冷机箱仿真时，在不同外部温度条件下、不同机箱功耗下，在热电制冷器附近的机箱或者板卡结构测得的符合正常散热需求时的温度，以及满足热电制冷机箱正常散热需求时热电制冷器所需的电压、电流参数，如表1所示。
38.在对热电制冷机箱进行仿真时，热电制冷器附近的机箱或板卡结构上设置温度检测单元，首先将热电制冷机箱放置在不同的环境温度下，如表1中的t1、
……
、tn，然后在不同的环境温度下，分别设置机箱的功耗并记录，并保证机箱工作在正常的状态下，机箱的功耗如表1中的w1、w2、
……
、wn，然后记录温度检测单元检测出的对应位置的温度。
[0039][0040]
表1数据存储单元的数据
[0041]
热电制冷机箱设置多个温度检测单元，分别位于机箱结构或板卡的不同位置，并靠近热电制冷器，每个热电制冷器附近均设置一个温度检测单元，如表1所示的位置1、位置2、
……
、位置n；同时设置远离热电制冷器的温度检测单元，用于检测环境温度。在进行仿真
时，温度检测单元检测不同环境温度下、不同机箱功耗下的各个位置的温度。在使用温度检测单元检测各个位置的温度的同时，记录此时热电制冷器的工作电压或电流。在仿真完毕后，将上述不同环境的温度，对应环境温度下不同的机箱功耗，在对应环境温度下、对应机箱功耗下不同位置的温度检测单元测得的温度数据相互对应后存储在数据存储单元中，同时存储对应的热电制冷器的工作电压或电流。
[0042]
三、温度检测单元：
[0043]
在本实施例中，温度检测单元采用温度传感器，在热电制冷器附近的机箱或板卡上合适的位置安装多个温度传感器，用于获取机箱或者板卡的经过热电制冷器散热后的温度；并在机箱远离热电制冷器的位置安装温度传感器，用于获取温度传感器周围环境的实时温度。
[0044]
四、显示单元：
[0045]
显示单元用于提供数字显示信息，显示热电制冷器的健康状态以及热电制冷器当前工作电压、电流信息；热电制冷器如有损坏，提示损坏的热电制冷器的编号及位置信息，便于检修与更换。
[0046]
五、逻辑控制单元：
[0047]
逻辑控制单元与温度检测单元、数据存储单元、显示单元、电源单元、热电制冷机箱连接，用于承担读取数据、逻辑运算与控制指令输出的功能，主要作用如下：
[0048]
1、读取温度检测单元的实时温度、机箱功耗数据；
[0049]
2、对比数据存储单元中存储的数值并进行控制运算；
[0050]
3、输出与电源单元、显示单元相关的指令。
[0051]
逻辑控制单元的执行流程如图5a所示：当热电制冷机箱开机时，温度检测单元会获得机箱外部环境、机箱和板卡不同位置的温度数据，同时逻辑控制单元读取热电制冷机箱的实时功耗数据及温度数据；然后逻辑控制单元会对这些数据和和数据存储模块存储的仿真数据对比，根据对比结果判定当前状态是否满足散热需求。如果满足热电制冷机箱的散热需求，此时机箱外部环境温度低于散热需求的下限阈值(如果温度检测单元检测的环境温度低于下限阈值，则表明，不需要热电制冷器工作，也可以实现散热需求)，则给电源单元发送信号，不再给热电制冷器提供电压和电流，可以实现节能；如果不满足热电制冷机箱的散热需求，此时机箱外部环境温度超出散热需求的下限阈值，逻辑控制单元按照数据存储单元存储的预设值，给电源单元发送信号，电源单元给各个热电制冷器提供对应的电压或电流，维持机箱散热的平衡。在逻辑控制单元给电源单元发送信号的同时，也给显示单元发送信号，使显示单元显示此时热电制冷器的工作状态。
[0052]
例如，在-55℃环境温度条件下进行仿真，此时无论热电制冷机箱的实时功耗为多少，都不需要开启热电制冷器，测得的机箱或板卡各个位置的温度符合散热需求，将该环境温度存储在数据存储单元中；在热电制冷机箱实际工作中，如果温度检测单元检测到环境温度在-55℃下，表明机箱或者板卡可以依靠自身散热面积满足散热需求，逻辑控制单元对比数据存储单元的数据与温度检测单元检测的环境温度后，将对应指令发送给电源单元、显示单元，电源单元对热电制冷器断电，此时热电制冷器停止工作，显示单元显示热电制冷器停止工作。
[0053]
在35℃环境温度下，对热电制冷机箱各种功耗条件下进行仿真时，机箱或者板卡
能够依靠自身散热面积满足部分散热需求，此时需要开启热电制冷器，弥补其余部分的散热需求；例如，在一定的机箱功耗下，此时热电制冷器电压或者电流只需按照额定值的30％工作即可满足整体散热需求，将此时机箱或板卡的结构温度及对应的电压或电流数据存储在数据存储单元；在热电制冷机箱实际工作中，如果温度检测单元检测到环境温度为35℃，并读取此时的机箱功耗，逻辑控制单元根据环境温度及机箱功耗在数据存储单元中找到满足散热需求的温度及热电制冷器的电压、电流，此时的电压或电流为热电制冷器额定电压或电流的30％，逻辑控制单元给电源单元发送信号，给热电制冷器提供30％的电压或电流，显示单元显示此时热电制冷器的电压或电流为额定电压或电流的30％，满足机箱的散热需求。
[0054]
在85℃环境温度条件下进行仿真，此时无论热电制冷机箱的功耗为多少，机箱或者板卡依靠自身散热面积不能满足散热需求，此时热电制冷器电压或者电流需要调整至额定值的100％工作才能满足需求，将该环境温度存储在数据存储单元中；在热电制冷箱的实际工作中，如果温度检测单元检测待环境温度为85℃，逻辑控制单元获取到温度检测单元检测的温度数据并与数据存储单元中的温度数据对比，然后给电源单元、显示单元发送对应指令信号，控制热电制冷器按照额定值运行，显示单元显示热电制冷器的工作状态。
[0055]
由于每个热电制冷器附近均设置温度检测单元，因此温度检测单元可以对附近对应的热电制冷器的温度进行监控并将温度数据传递给逻辑控制单元，逻辑控制单元将该温度与数据存储单元存储的对应热电制冷器附近的正常工作温度进行对比。如果检测得到的温度高于上限阈值(数据存储单元存储的在热电制冷器正常工作时，对应温度检测单元检测到的温度，在本实施例中，热电制冷器正常工作时，对应温度检测单元检测到的温度在一个范围内，上限阈值为该范围的最高温度)，则逻辑控制单元判定该热电制冷器发生故障，给电源单元发出指令信号，对该热电制冷器进行断电，并将该热电制冷器的编号和位置信息显示在显示单元，便于维修人员通过显示单元看到，找到对应的热电制冷器进行维修。在对损坏的热电制冷器断电的同时，逻辑控制单元给电源单元发送指令信号，电源单元控制该损坏的热电制冷器附件的热电制冷器适当提高工作电压或电流，来弥补损坏的热电制冷器损失的制冷量，该过程的逻辑控制执行流程如图5b所示。
[0056]
本发明一种热电制冷散热设备的控制方法实施例一的具体步骤总结如下：
[0057]
s1、将热电制冷机箱在不同的环境温度下、不同的机箱功耗下进行仿真，检测得到热电制冷机箱中的热电制冷器正常工作时满足热电散热机箱散热需求的机箱或板卡各个位置的温度，并检测热电制冷器正常工作时的电压或电流，将所述环境温度、机箱功耗、机箱或板卡各个位置的温度、热电制冷器正常工作时的电压或电流相互对应并存储起来；
[0058]
s2、热电制冷机箱在实际工作中，获取环境温度、机箱或板卡各个位置的温度、机箱功耗，并与存储的数据进行对比，判断是否需要开启热电制冷器以及热电制冷器开启的电压或电流，并判断热电制冷器是否损坏，如损坏则对热电制冷器断电，提高该热电制冷器附件的热电制冷器的工作电压或电流，并将故障信息显示出来。
[0059]
在本发明的实施例二中，在实施例一的基础上，可将上述热电制冷机箱替换为冷板，冷板为板卡的主要结构，其上设置外层冷板10、内层冷板11及多个热电制冷器8，热电制冷器分布在外层冷板与内层冷板之间的板卡隔热板8上，内层冷板内侧设置pcb板12，pcb板的另一侧设置后盖13，冷板上在靠近热电制冷器的位置设置温度检测单元，通过与实施一
相同的方式控制热电制冷器，从而控制冷板的散热，冷板的结构如图6所示。
[0060]
在本发明的实施例三中，可结合实施例一及实施例二，热电制冷机箱及冷板中均设置热电制冷器，且在热电制冷器附近对应位置温度检测单元，通过与实施例一相同的控制系统及控制方法来控制实施例三中散热设备的散热。
[0061]
在本发明的实施例四中，可在实施例一、实施例二、实施例三的基础上，将自然散热变更为风冷散热、液冷散热等形式。
[0062]
尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种热电制冷散热设备的控制系统，用于对散热设备的热电制冷器进行控制，其特征在于：包括设置在散热设备上的用于检测环境温度、散热设备温度的温度检测单元，用于存储散热设备正常工作时环境温度、散热设备温度、散热设备功耗、热电制冷器正常工作电压或电流以及对应关系的数据存储单元，与温度检测单元、数据存储单元连接用于比较实际工作时温度数据、散热设备功耗与数据存储单元对应存储数据并进行运算、发送指令的逻辑控制单元，为控制系统供电且与逻辑控制单元连接以接收指令、控制热电制冷器运行的电源单元，与逻辑控制单元连接以接收指令并显示热电制冷器状态的显示单元。2.根据权利要求1所述的一种热电制冷散热设备的控制系统，其特征在于：所述散热设备包括壳体，壳体包括外部壳体、内部壳体，外部壳体与内部壳体之间设置隔热板，隔热板上分布设置多个热电制冷器。3.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制系统，其特征在于：所述靠近热电制冷器的散热设备上安装用于获取散热设备对应位置实时温度的温度检测单元。4.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制系统，其特征在于：所述散热设备上在远离热电制冷器的位置设置用于测量环境温度的温度检测单元。5.一种热电制冷散热设备的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、将散热设备在不同的环境温度下、不同的功耗下进行仿真，检测得到散热设备中的热电制冷器正常工作时满足散热设备散热需求的散热设备各个位置的温度，并检测热电制冷器正常工作时的电压或电流，将所述环境温度、散热设备功耗、散热设备各个位置的温度、热电制冷器正常工作时的电压或电流相互对应并存储起来；s2、散热设备在实际工作中，获取环境温度、散热设备各个位置的温度、功耗，并与存储的数据进行对比，判断是否需要开启热电制冷器以及热电制冷器开启的电压或电流，并判断热电制冷器是否损坏，如损坏则对热电制冷器断电，提高该热电制冷器附件的热电制冷器的工作电压或电流，并将故障信息显示出来。6.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制方法，其特征在于：在对散热设备进行仿真时，热电制冷器附近的散热设备上设置温度检测单元，首先将散热设备放置在不同的环境温度下，然后分别设置散热设备的功耗并记录，并保证散热设备工作在正常的状态下，然后记录温度检测单元检测出的对应位置的温度，记录此时热电制冷器的工作电压或电流；在仿真完毕后，将上述不同环境的温度，对应环境温度下不同的散热设备功耗，在对应环境温度下、对应功耗下不同位置的温度检测单元测得的温度数据相互对应后存储在数据存储单元中，同时存储对应的热电制冷器的工作电压或电流。7.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制方法，其特征在于：在散热设备开机工作时，如果满足散热设备的散热需求，此时散热设备外部环境温度低于数据存储单元存储的下限阈值，则给电源单元发送信号，不再给热电制冷器提供电压和电流。8.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制方法，其特征在于：在散热设备开机工作时，如果不满足散热设备的散热需求，此时散热设备外部环境温度超出数据存储单元存储的下限阈值，逻辑控制单元按照数据存储单元存储的预设值，给电源单元发送信号，电源单元给各个热电制冷器提供对应的电压或电流，维持散热设备散热的平衡。9.根据权利要1所述的一种热电制冷散热设备的控制方法，其特征在于：在散热设备开机工作时，如果温度检测单元检测得到的散热设备温度高于数据存储单元存储的上限阈
值，则逻辑控制单元判定对应位置的热电制冷器发生故障，给电源单元发出指令信号，对该热电制冷器进行断电，并将该热电制冷器的编号和位置信息显示在显示单元；在对损坏的热电制冷器断电的同时，逻辑控制单元给电源单元发送指令信号，电源单元控制该损坏的热电制冷器附件的热电制冷器提高工作电压或电流，来弥补损坏的热电制冷器损失的制冷量。

技术总结
一种热电制冷散热设备的控制系统及控制方法，用于对热电制冷器进行控制，包括温度检测单元，数据存储单元，逻辑控制单元，电源单元，显示单元。与现有技术相比，本发明的有益之处在于：通过热电制冷器对现有技术中的热电制冷机箱或板卡实现实时温度控制，保证热电制冷机箱或板卡工作在合适的温度下；同时根据不同的情况调节热电制冷器的制冷功耗，达到了节能的目的；本发明还可以对热电制冷器的工作状态进行监控，提升了设备的可靠性和维修性。提升了设备的可靠性和维修性。提升了设备的可靠性和维修性。


技术研发人员：郝丙仁 吕克歌 李慧利
受保护的技术使用者：中航光电科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/10/7