一种温控组件、电子设备及性能监测方法与流程

本技术涉及温控，尤其涉及一种温控组件、电子设备及性能监测方法。

背景技术：

1、半导体制冷器(thermo electric cooler，tec)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。半导体制冷器中设有多个电偶，电偶由两种半导体材料组成。当电流通过由两种半导体材料组成的电偶时，可以使半导体制冷器的一端吸热，另一端放热。

2、在相关技术的电子设备中，通过半导体制冷器可以调节热负载的温度。然而，相关技术中无法在半导体制冷器的性能下降或失效前做出预警，容易出现半导体制冷器的性能突然失效，而导致整个电子设备出现功能障碍。例如，激光雷达中的半导体制冷器突然失效时，会导致激光雷达无法识别周围环境，容易引发安全事故，潜在危害极大。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种温控组件、电子设备及性能监测方法，用以监测半导体制冷器的性能，防止因半导体制冷器的性能突然失效，而导致电子设备出现功能障碍。

2、第一方面，本技术实施例提供一种温控组件，该温控组件可以包括：半导体制冷器、电阻检测器以及控制器。半导体制冷器用于在控制器的控制下与热负载交换热量，以调节热负载的温度，使热负载工作在合适的温度范围内，其中，热负载可以为发热密度较高且对结温敏感的器件。电阻检测器与半导体制冷器电连接，用于检测半导体制冷器的电阻值。控制器与电阻检测器电连接，用于读取电阻检测器检测的电阻值，判断电阻值是否满足设定要求，并在电阻值不满足设定要求时，发出风险提示信息。

3、本技术实施例提供的温控组件中，通过设置与半导体制冷器电连接的电阻检测器，电阻检测器可以检测半导体制冷器的电阻值，控制器可以判断电阻值是否满足设定要求。由于半导体制冷器的电阻值，可以反映半导体制冷器的性能，电阻值满足设定要求时，表示半导体制冷器的性能为正常状态，电阻值不满足设定要求时，表示半导体制冷器的性能异常，例如，半导体制冷器的性能下降或即将失效。因而，当控制器检测到电阻值不满足设定要求时，可以发出风险提示信息，及时提醒用户维修或更换半导体制冷器，从而可以防止因半导体制冷器的性能突然失效，而导致电子设备出现功能障碍。

4、在一种可能的实现方式中，控制器可以具体用于将电阻值与第一预设阈值比较，在电阻值大于第一预设阈值时，发出风险提示信息。也就是说，上述设定要求可以为电阻值小于等于第一预设阈值。在实际应用中，半导体制冷器使用较长时间后，容易发生老化现象。半导体制冷器发生老化后，随着使用时间的继续增加，半导体制冷器的电阻值会逐渐增大、性能逐渐降低。当半导体制冷器的电阻值增大到一定程度时，半导体制冷器的性能失效。当半导体制冷器的当前电阻值过大时，表示半导体制冷器出现了性能异常。因此，通过设置合适的第一预设阈值，并使控制器检测到半导体制冷器的电阻值大于第一预设阈值时，发出风险提示信息，可以实时监测半导体制冷器的性能状态，当半导体制冷器的性能异常时，可以及时提醒用户维修或更换半导体制冷器。在具体实施时，可以根据实际需要或历史经验值设置第一阈值的具体数值，此处不做限定。

5、在另一种可能的实现方式中，控制器可以具体用于将电阻值和半导体制冷器的正常电阻值的差值与第二预设阈值比较，在该差值大于第二预设阈值时，发出风险提示信息。也就是说，上述设定要求也可以为电阻值相对半导体制冷器的正常电阻的涨幅小于等于第二预设阈值。在实际应用中，半导体制冷器发生老化后，随着使用时间的继续增加，半导体制冷器的电阻值会逐渐增大、性能逐渐降低。当半导体制冷器的电阻值增大到一定程度时，半导体制冷器的性能失效。当半导体制冷器的当前电阻值相对于自身的正常电阻值的涨幅过大时，表示半导体制冷器的当前电阻值过大，半导体制冷器可能出现了性能异常。因此，通过设置合适的第二预设阈值，并使控制器检测到半导体制冷器的当前电阻值相对于半导体制冷器的正常电阻值的涨幅大于第二预设阈值时，发出风险提示信息。可以实时监测半导体制冷器的性能状态，当半导体制冷器的性能异常时，可以及时提醒用户维修或更换半导体制冷器。在具体实施时，可以根据实际需求或历史经验值设置第二预设阈值的具体数值，此处不做限定。

6、本技术实施例中的温控组件还可以包括：与控制器电连接的显示器，控制器可以通过显示器显示风险提示信息，并通过显示器显示根据风险提示信息确定的检修提示信息。举例来说，检修提示信息可以为“半导体制冷器性能老化，请维修”、“半导体制冷器性能严重老化，请更换”，当然，该检修提示信息也可以采用其他形式表示，此处不再一一举例。当然，除采用显示器显示检修提示信息外，也可以采用其他提示方式，例如，也可以采用产生特定声音或特定光线的方式，来表示风险提示信息，此处不做限定。

7、在具体实施时，用户在收到检修提示信息后，可以直接更换半导体制冷器。或者，在半导体制冷器的老化程度较小时，可以采用降低工作电压等方式，来减缓半导体制冷器的老化速度。

8、在本技术的一些实施例中，电阻检测器可以具体用于向半导体制冷器施加交流电压，并检测半导体制冷器的电流值，根据交流电压和电流值确定半导体制冷器的电阻值。由于半导体制冷器中具有温度敏感的感生电阻，若采用直流电压检测半导体制冷器，得到的检测值不稳定，使得检测结果不准确。本技术实施例中，采用交流电压检测半导体制冷器的电阻值，得到的检测值较稳定，使得检测结果更加准确。在实际应用中，电阻检测器可以是一个芯片或一组芯片，或者，电阻检测器也可以是电路模块，当然，电阻检测器也可以采用其他形式实现，此处不做限定。

9、在具体实施时，半导体制冷器正常工作时，需要较高的工作电压来制冷或制热，而在检测半导体制冷器的电阻值时，电阻检测器向半导体制冷器施加的交流电压较低，为了不影响半导体制冷器的正常工作，可以采用分时的方式向半导体制冷器施加工作电压和检测电压(即电阻检测器施加的交流电压)。

10、在本技术的一些实施例中，半导体制冷器可以包括：第一基板、第二基板、多组电偶、第一电极以及第二电极。第一基板与第二基板相对设置，上述多组电偶位于第一基板与第二基板之间。各组电偶依次串联连接，依次串联连接后的各组电偶中的第一个电偶具有第一公共端，最后一个电偶具有第二公共端，第一公共端为第一个电偶不与其他电偶电连接的一端，第二公共端为最后一个电偶不与其他电偶连接的一端，第一公共端与第一电极电连接，第二公共端与第二电极电连接。电阻检测器可以包括第一连接端和第二连接端，第一连接端与第一电极电连接，第二连接端与第二电极电连接。这样，可以使电阻检测器与半导体制冷器串联连接，在检测过程中，电阻检测器可以通过第一电极和第二电极，向半导体制冷器施加交流电压，并检测半导体制冷器的电流值。

11、半导体制冷器包括依次串联连接的多组电偶，每一组电偶包括：串联连接的第一半导体元件和第二半导体元件。在串联连接的两组电偶中，其中一组电偶中的第一半导体元件与另一组电偶中的第二半导体元件串联连接。属于同一组电偶的第一半导体元件和第二半导体元件的连接处靠近第一基板(或第二基板)，属于不同组电偶的第一半导体元件和第二半导体元件的连接处靠近第二基板(或第一基板)。第一半导体元件和第二半导体元件的材料可以不同，例如，第一半导体元件可以包括型半导体材料，第二半导体元件可以包括型半导体材料。

12、相应地，本技术实施例中的温控组件还可以包括第一驱动器，在半导体制冷器工作过程中，控制器可以控制第一驱动器向半导体制冷器施加工作电压。由不同工作电压驱动半导体制冷器的载流子的运动方向，由于载流子在不同材料中处于不同的能级，当载流子从高能级向低能级运动时，释放多余的热量，当载流子从低能级向高能级运动时，从外界吸收热量。因而，载流子通过第一半导体元件与第二半导体元件的连接处时，会出现吸热或放热现象，第一半导体元件和第二半导体元件的连接处靠近第一基板或第二基板，因而，可以使半导体制冷器在第一基板的一端吸热(或放热)，在第二基板的一端放热(或吸热)，以实现制冷或制热功能。

13、本技术实施例中的温控组件还可以包括：与控制器电连接的温度传感器，温度传感器用于检测热负载的温度，在具体实施时，可以将温度传感器设置在与热负载临近的位置，以便感测热负载的温度。可选地，温度传感器可以为负温度系数(negativetemperature coefficient，ntc)传感器，或者，温度传感器也可以为其他温度敏感器件，此处不做限定。在具体实施时，若热负载本身就具有温度检测功能，也可以不再单独设置温度传感器，将热负载复用为温度传感器。

14、相应的，控制器可以用于读取温度传感器的温度值，判断温度值是否在设定温度范围内，并在温度值小于设定温度范围的下限值时，控制半导体制冷器向热负载制热，在温度值大于设定温度范围的上限值时，控制半导体制冷器向热负载制冷。这样，通过控制半导体制冷器向热负载制冷或制热，可以调节热负载的温度，使热负载工作在合适的温度范围内。在具体实施时，可以根据热负载的相关参数来设置上述设定温度范围，此处不做限定。

15、此外，上述温控组件还可以包括：与半导体制冷器连接的散热件，散热件位于半导体制冷器背离热负载的一侧，半导体制冷器用于通过散热件进行散热。在具体实施时，半导体制冷器的第一基板可以朝向热负载，第二基板可以朝向散热件。

16、当控制器读取到的温度值大于设定温度范围的上限值时，此时热负载周围的环境温度较高，控制器可以控制第一驱动器向半导体制冷器提供第一电流，以驱动半导体制冷器的两端产生温差，使半导体制冷器在第一基板的一端吸热(即第一基板可以为冷端)，在第二基板的一端放热(即第二基板可以为热端)，从而可以降低热负载的温度，并且，半导体制冷器在第二基板的一端释放的热量可以通过散热件进行散热。当控制器读取到的温度值小于设定温度范围的下限值时，此时热负载周围的环境温度较低，控制器可以控制第一驱动器向半导体制冷器提供第二电流(第一电流与第二电流的方向相反)，以驱动半导体制冷器的两端产生温差，使半导体制冷器在第一基板的一端放热(即第一基板可以为热端)，在第二基板的一端吸热(即第二基板可以为冷端)，从而可以提高热负载的温度。

17、第二方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括至少一个热负载和上述第一方面中任一可能设计中的温控组件，温控组件用于为至少一个热负载进行温度控制。

18、在本技术实施例中，上述电子设备可以为激光雷达或光模块等设备，以电子设备为激光雷达为例，对本技术实施例中的电子设备的具体实现方式进行详细说明。激光雷达可以应用于车辆中，用以检测车辆前方的障碍物。激光雷达可以包括：激光发射模组、激光接收模组、主控板及转镜等部件。主控板可以控制激光发射模组发射红外激光，激光发射模组发射的红外激光经转镜反射后，可以穿过车辆的视窗照射到前方障碍物，障碍物的反射光透过视窗后，经转镜反射后射向激光接收模组。主控板还可以控制激光接收模组接收红外激光，并根据激光接收模组接收到的红外激光，确定障碍物与车辆的空间距离。由于激光雷达中的转镜可以旋转，因而，激光雷达发射的光斑可以覆盖车辆前方很大角度的视野范围内的障碍物。

19、上述激光发射模组可以包括激光发射芯片，激光发射芯片可以发射红外激光，激光发射芯片可以作为热负载。示例性的，上述第一方面中的温控组件中的半导体制冷器和电阻检测器可以设置于激光发射模组中，上述第一方面中的温控组件中的控制器可以集成于主控板中。

20、此外，激光发射模组还可以包括电路板，当上述温控组件包括温度传感器和散热件时，示例性的，激光发射芯片和温度传感器可以位于电路板之上，半导体制冷器可以位于电路板背离激光发射芯片的一侧，散热件可以位于半导体制冷器背离激光发射芯片的一侧。

21、在具体实施时，当控制器检测到激光发射芯片周围的环境温度较高时，控制器可以控制第一驱动器向半导体制冷器提供第一电流，以驱动半导体制冷器的两端产生温差，使半导体制冷器在第一基板的一端为冷端，在第二基板的一端为热端，通过降低电路板的温度，进而降低激光发射芯片的温度，并且，半导体制冷器在第二基板的一端释放的热量可以通过散热件进行散热。当控制器检测到激光发射芯片周围的环境温度较低时，控制器可以控制第一驱动器向半导体制冷器提供第二电流(第一电流与第二电流的方向相反)，以驱动半导体制冷器的两端产生温差，使半导体制冷器在第一基板的一端为热端，在第二基板的一端为冷端，通过提高电路板的温度，进而提高激光发射芯片的温度。

22、电阻检测器可以位于电路板背离半导体制冷器一侧的表面，当然，电阻检测器也可以设置于其他位置，只要能够与半导体制冷器电连接即可。电阻检测器可以检测半导体制冷器的电阻值，控制器可以判断电阻值是否满足设定要求。当控制器检测到电阻值不满足设定要求时，可以发出风险提示信息，及时提醒用户维修或更换半导体制冷器，从而可以防止因半导体制冷器的性能突然失效，而导致电子设备出现功能障碍。

23、上述激光发射模组还可以包括：第二驱动器、第一支架、第二支架及导热层。第二驱动器可以驱动激光发射芯片出射红外激光，可选地，第二驱动器可以设置在电路板朝向激光发射芯片的一侧，在具体实施时，第一驱动器和第二驱动器可以分立设置，或者，第一驱动器和第二驱动器也可以集成于同一驱动器中。第一支架位于半导体制冷器背离电路板的一侧，第一支架可以采用导热系数较高的材料，使第一支架具有较好的散热功能，以使第一支架可以作为上述散热件。导热层位于半导体制冷器与第一支架之间，导热层可以采用热界面材料(thermal interface material，tim)。半导体制冷器可以通过导热层将热量传输至第一支架。第二支架支撑于第一支架与电路板之间，第二支架可以采用导热系数较低且热膨胀系数也较低的材料，以使第二支架具有较好的支撑效果。电路板可以为印刷电路板(printed circuit board，pcb)，为了使电路板的导热性能较好，电路板可以包括陶瓷材料。

24、第三方面，本技术实施例还提供了一种半导体制冷器的性能监测方法，该性能监测方法可以应用于第一方面中任一温控组件的控制器中。本技术实施例中的性能监测方法可以包括：读取电阻检测器检测的半导体制冷器的电阻值；在电阻值不满足设定要求时，发出风险提示信息。

25、本技术实施例提供的性能监测方法中，通过读取电阻检测器检测的半导体制冷器的电阻值，并判断电阻值是否满足设定要求，在电阻值不满足设定要求时，可以发出风险提示信息，及时提醒用户维修或更换半导体制冷器，从而可以防止因半导体制冷器的性能突然失效，而导致电子设备出现功能障碍。

26、在一种可能的实现方式中，可以将电阻值与第一预设阈值比较，在电阻值大于第一预设阈值时，发出风险提示信息。也就是说，上述设定要求可以为电阻值小于等于第一预设阈值。通过设置合适的第一预设阈值，并在检测到半导体制冷器的电阻值大于第一预设阈值时，发出风险提示信息，可以实时监测半导体制冷器的性能状态，当半导体制冷器的性能异常时，可以及时提醒用户维修或更换半导体制冷器。在具体实施时，可以根据实际需求或历史经验值设置第一预设阈值的具体数值，此处不做限定。

27、在另一种可能的实现方式中，可以将电阻值和半导体制冷器的正常电阻值的差值与第二预设阈值比较，在差值大于第二预设阈值时，发出风险提示信息。也就是说，上述设定要求也可以为电阻值的涨幅小于等于第二预设阈值。通过设置合适的第二预设阈值，并在检测到半导体制冷器的电阻值相对于正常电阻值的涨幅大于第二预设阈值时，发出风险提示信息。可以实时监测半导体制冷器的性能状态，当半导体制冷器的性能异常时，可以及时提醒用户维修或更换半导体制冷器。在具体实施时，可以根据实际需求或历史经验值设置第二预设阈值的具体数值，此处不做限定。

28、本技术的一些实施例中，上述温控组件包括与控制器电连接的温度传感器时。上述性能监测方法还可以包括：读取温度传感器的温度值；判断温度值是否在设定温度范围内，并在温度值小于设定温度范围的下限值时，控制半导体制冷器向热负载制热；在温度值大于设定温度范围的上限值时，控制半导体制冷器向热负载制冷。

29、之后，可以在间隔设定时间后，重新上述读取温度传感器的温度值和上述判断温度值是否在设定温度范围内的步骤，以实时监测温度传感器的温度值，使热负载工作在合适的温度范围内。

30、本技术实施例中，通过监测温度传感器的温度值，并在温度值超出设定温度范围时，控制半导体制冷器向热负载制冷或制热，可以调节热负载的温度，使热负载工作在合适的温度范围内。在具体实施时，可以根据热负载的相关参数来设置上述设定温度范围，此处不做限定。

31、本技术实施例提供的半导体制冷器的性能监测方法与上述温控组件的实现原理类似，可以参照上述温控组件实施，重复之处不再赘述。