表面恒温的电子元器件的制作方法

1.本发明属于电子元器件技术领域，特别是一种表面恒温的电子元器件。


背景技术：

2.所有电子元器件都有对应的工作温度区间。在该温度区间内，元器件的性能可以保证。特别地，在25℃的环境下，元器件的性能最优，器件规格书都是以25℃环境的性能作为基准，其他的温度相比于该温度会使元器件的性能有所降低。
3.对于消费型电子产品，目前常用电子元器件工作环境温度控制方法有：传导散热、风扇吹风、电阻丝加热等。这些方法都只是对元器件的工作环境温度进行粗略、大概的控制。由于没有对元器件表面的温度进行测量，以形成闭环反馈，无法达到对元器件精确控温的效果，元器件表面温度所经历的温差仍然比较大。特别是对环境温差形成的冷热冲击比较敏感的元器件，会有比较大的影响，进而影响其可靠性及寿命。
4.而且上述方法的加热和散热一般是由分离的部件实现，所占物理空间比较大。
5.总之，现有技术存在的问题是：电子元器件表面温度控制不精准，恒温状态不稳定。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种表面恒温的电子元器件，表面温度控制精准，恒温状态稳定。
7.实现本发明目的的技术解决方案为：
8.一种表面恒温的电子元器件，包括封装于外壳1内的电子元器件本体9；还包括置于所述电子元器件本体9与外壳1内壁之间的半导体制冷/加热片2；所述半导体制冷/加热片2外侧通过固化导热硅胶4与外壳1内壁贴合，其内侧通过膏状导热硅脂3与电子元器件本体9贴合。
9.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
10.1、电子器件表面温度控制精准：本发明通过给半导体制冷/加热片tec施加方向不同的驱动电压，实现对电子元器件的精准加热或制冷，从而将电子器件的表面温度精准控制所需温度；
11.2、结构紧凑：本发明将温度控制原件与被控温对象封装在同一外壳内，结构紧凑，散热和电磁屏蔽性能好。
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
13.图1是本发明表面恒温的电子元器件的结构示意图。
14.图2是图1中温度控制系统的结构框图。
15.图3是图2所述温度控制系统的电路图。
16.图中，1、外壳，2、半导体制冷/加热片tec，3、膏状导热硅脂，4、固化导热硅胶，5、主控及驱动控制元件，6、控制pcb，7、控制pcb固定螺丝，8、温度传感器，9、电子元器件本体；
17.51、主控模块，52、h桥驱动模块。
具体实施方式
18.如图1所示，本发明表面恒温的电子元器件，包括封装于外壳1内的电子元器件本体9；
19.还包括置于所述电子元器件本体9与外壳1内壁之间的半导体制冷/加热片2；
20.所述半导体制冷/加热片2一侧通过固化导热硅胶4与外壳1内壁贴合，其另一侧通过膏状导热硅脂3与电子元器件本体9贴合。
21.当电子元器件本体9表面温度高于设定温度，而需要散热时，电子元器件本体9的热量，经膏状导热硅脂3进入半导体制冷/加热片2内侧，经半导体制冷/加热片2制冷作用，由半导体制冷/加热片2外侧经固化导热硅胶4传导给外壳1，散发至外壳1外侧的环境中去，从而降低电子元器件本体9表面温度。
22.相反，当电子元器件本体9表面温度低于设定温度，需要加热时，外界环境的热量通过外壳1经固化导热硅胶4传导给半导体制冷/加热片2外侧，经半导体制冷/加热片2制热作用，由半导体制冷/加热片2内侧经膏状导热硅脂3传导给电子元器件本体9，从而升高电子元器件本体9的表面温度。
23.通过半导体制冷/加热片2的制冷或制热作用，动态散热或加热，可以精准地调整电子元器件本体9表面温度，使其稳定在所需的温度范围，保证其体现良好的电学性能。
24.优选地，所述外壳1采用金属材料制成。
25.当采用金属外壳1，散热效果更好。同时兼具了电磁屏蔽功能。
26.作为一种实施方案，还包括置于所述外壳1内的控制pcb6和固定连接在所述控制pcb6上的主控及驱动控制元件5；
27.还包括温度传感器8；
28.所述温度传感器8置于电子元器件本体9与膏状导热硅脂3之间，并与所述主控及驱动控制元件5信号相连；
29.所述主控及驱动控制元件5与半导体制冷/加热片2电连接。
30.优选地，所述控制pcb6通过控制pcb固定螺丝7可拆式固定于外壳1内侧。
31.控制pcb6的作用在于物理承载主控及驱动控制元件5；
32.如图2所示为电子元器件本体的温度控制系统框图。
33.如图所示，
34.所述主控及驱动控制元件5包括主控模块51和h桥驱动模块52；
35.主控模块51的输入端与温度传感器8信号相连，其输出端与h桥驱动模块52的输入端信号相连，h桥驱动模块52的输出端与半导体制冷/加热片2电连接。
36.所述主控模块51用于将温度传感器8采集的电子元器件本体9表面温度和设定温度加以比对，并根据需要，向h桥驱动模块52输出电源驱动信号；
37.所述h桥驱动模块52用于根据所述电源驱动信号产生正向或反向电压，驱动半导体制冷/加热片2产生制冷或加热效果，从而降低或升高电子元器件本体9表面温度，使其始
终恒定在设定温度附近。
38.优选地，所述温度传感器8为热敏电阻或数字式温度传感器。
39.作为一种实施例，如图3所示，温度传感器8为热敏电阻r4，主控模块51为u2，h桥驱动模块52为u1，半导体制冷/加热片2为h1，即tec。
40.图3是图2所述温度控制系统的电路图示例。
41.其工作过程如下：
42.参照图3，当u2的17引脚(tec_ctrl2)输出逻辑高电平，16引脚(tec_ctrl1)输出逻辑低电平时，u1的2引脚相对于3引脚的电压vout1-out2＝+5v，此时tec与元器件表面的接触面实现制冷；当u2的17引脚(tec_ctrl2)输出逻辑低电平，16引脚(tec_ctrl1)输出逻辑高电平时，vout1-out2＝-5v，此时tec与元器件表面的接触面实现加热；当17引脚(tec_ctrl2)与16引脚(tec_ctrl1)输出都为低电平时，tec不工作。
43.为了实现更精确的温控，主控u2输出的驱动信号并不是持续高或低，而是采用脉宽控制方式(pwm)，每隔一段时间作为采样周期(如1秒)来采集实时温度，此刻得到的实时温度与预设温度的差值记作e(k)，上一采用周期的实时温度与预设温度的差值记作e(k-1)，则pwm的脉宽百分比可由位置式pid公式pwm＝kp*e(k)+ki*∑e(k)+kd[e(k)-e(k-1)]得到，其中，
[0044]kp
为比例系数：
[0045]
为积分系数；
[0046]
为微分系；
[0047]
根据温度调节的经验，kp取值1.6-5，ti取值3-10，td取值0.5-3。


技术特征：
1.一种表面恒温的电子元器件，包括封装于外壳(1)内的电子元器件本体(9)；其特征在于：还包括置于所述电子元器件本体(9)与外壳(1)内壁之间的半导体制冷/加热片(2)；所述半导体制冷/加热片(2)外侧通过固化导热硅胶(4)与外壳(1)内壁贴合，其内侧通过膏状导热硅脂(3)与电子元器件本体(9)贴合。2.根据权利要求1所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：所述外壳(1)采用金属材料制成。3.根据权利要求1或2所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：还包括置于所述外壳(1)内的控制pcb(6)和固定连接在所述控制pcb(6)上的主控及驱动控制元件(5)；还包括温度传感器(8)；所述温度传感器(8)置于电子元器件本体(9)与膏状导热硅脂(3)之间，并与所述主控及驱动控制元件(5)信号相连；所述主控及驱动控制元件(5)与半导体制冷/加热片(2)电连接。4.根据权利要求3所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：所述控制pcb(6)通过控制pcb固定螺丝(7)可拆式固定于外壳(1)内侧。5.根据权利要求3所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：所述主控及驱动控制元件(5)包括主控模块(51)和h桥驱动模块(52)；所述主控模块(51)的输入端与温度传感器(8)信号相连，其输出端与h桥驱动模块(52)的输入端信号相连，h桥驱动模块(52)的输出端与半导体制冷/加热片(2)电连接；所述主控模块(51)用于将温度传感器(8)采集的电子元器件本体(9)表面温度和设定温度加以比对，并根据需要，向h桥驱动模块(52)输出电源驱动信号；所述h桥驱动模块(52)用于根据所述电源驱动信号产生正向或反向电压，驱动半导体制冷/加热片(2)产生制冷或加热效果，从而降低或升高电子元器件本体(9)表面温度，使其始终恒定在设定温度附近。6.根据权利要求5所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：所述温度传感器(8)为热敏电阻或数字式温度传感器。7.根据权利要求5所述的表面恒温的电子元器件，其特征在于：温度传感器(8)为热敏电阻r4，主控模块(51)为u2，h桥驱动模块(52)为u1，半导体制冷/加热片(2)为h1。

技术总结
本发明公开一种表面恒温的电子元器件，表面温度控制精准，恒温状态稳定。本发明的表面恒温的电子元器件，包括封装于外壳(1)内的电子元器件本体(9)；还包括置于所述电子元器件本体(9)与外壳(1)内壁之间的半导体制冷/加热片(2)；所述半导体制冷/加热片(2)外侧通过固化导热硅胶(4)与外壳(1)内壁贴合，其内侧通过膏状导热硅脂(3)与电子元器件本体(9)贴合。膏状导热硅脂(3)与电子元器件本体(9)贴合。膏状导热硅脂(3)与电子元器件本体(9)贴合。


技术研发人员：吴俊
受保护的技术使用者：广东亿嘉和科技有限公司
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2022/4/1