一種激光器精密溫控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及的是激光器技術(shù)應(yīng)用，尤其是一種激光器精密溫控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨激光器性能的提升，激光器的應(yīng)用環(huán)境也廣泛擴(kuò)展，越來越多的機(jī)動平臺，包 括飛機(jī)、汽車、輪船等對激光器提出了配裝需求。在這些獨(dú)立性強(qiáng)、使用靈活度高、應(yīng)用環(huán)境 較為苛刻的運(yùn)行平臺，激光器的體積、重量、功耗受到十分嚴(yán)格的限制，與此同時，激光器栗 浦模塊的溫度波動會直接影響激光器的出光質(zhì)量，適用于多平臺的激光器精密溫控技術(shù)成 為制約激光器使用性能提升的關(guān)鍵因素之一。
[0003] 強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻技術(shù)，特別是結(jié)合板翅片的板翅式風(fēng)冷冷卻技術(shù)由于它結(jié)構(gòu)緊湊、 使用方便，在航空電子設(shè)備的冷卻中被廣泛地運(yùn)用，一般來說，風(fēng)冷式散熱器對于一些耗散 功率不大、熱流密度比較小的電子元器件，在冷卻空氣溫升不超過40°C左右的條件下能滿 足散熱要求。而對于高熱流密度的散熱，理想情況是采用液體冷卻的方式來進(jìn)行，但是在航 空電子設(shè)備中往往不具備使用液體冷卻的條件，比如戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)等小型飛機(jī)，由于其對 體積和重量的限制，提供液冷的條件比較困難，只能采用風(fēng)冷的方式散熱。
[0004] 半導(dǎo)體制冷又稱為熱電制冷(Thermoelectric cooler)，熱電制冷是用電能作動 力，以泊爾帖效應(yīng)為基礎(chǔ)的能量轉(zhuǎn)換過程，半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無需制冷劑，無污染， 啟動快，控制靈活，控制精度高，在失重和超重狀態(tài)下均可工作，而且制冷加熱可靈活切 換。
[0005] 均溫板是一種高效的高熱流密度的傳熱組件，均溫板為一個平板狀結(jié)構(gòu)，外殼包 著多孔材料，里面填充某種工質(zhì)。在均溫板底面中心加熱，較大的熱流密度可以通過工質(zhì)的 蒸發(fā)和冷凝擴(kuò)散到整個均溫板的表面，實(shí)現(xiàn)將熱流密度變小化，由于其流動方向性為空間 所有維度，故均溫板比一般熱管的性能更優(yōu)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種激光器精密溫 控裝置的技術(shù)方案，該方案體積緊湊、溫控精度高、適用于多種機(jī)動平臺、可適用于不同熱 負(fù)荷的激光器、可擴(kuò)展性良好，在不同環(huán)境和條件下，都能夠滿足激光器散熱要求。
[0007] 本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種激光器精密溫控裝置，包括熱電制冷片、均溫板、熱電偶、散熱翅片和軸流風(fēng) 扇；熱電制冷片冷面通過導(dǎo)熱銀膠與熱沉表面貼合;熱電制冷片熱面通過與均溫板下表面 金屬化貼合;熱電偶通過錫鉛焊與均溫板下表面貼合;散熱翅片與均溫板上表面通過錫鉛 焊的方式貼合;軸流風(fēng)機(jī)通過在散熱翅片上安裝固定底座與散熱翅片連通。
[0009] 作為本方案的優(yōu)選:熱電制冷片冷面制冷功率根據(jù)公式Qc = Qr計(jì)算，其中Q。為熱電 制冷片冷面制冷功率，Qr為熱沉發(fā)熱功率，冷面表面導(dǎo)熱銀膠熱導(dǎo)率為3w/m. K~5w/m. K。
[0010] 作為本方案的優(yōu)選:熱電制冷片熱面發(fā)熱功率根據(jù)公式QfQ^VI計(jì)算，其中Qh為 熱電制冷片熱面發(fā)熱功率，Q。為熱電制冷片冷面制冷功率，V為熱電制冷片電壓，I為熱電制 冷片電流，熱電制冷片熱面通過銀鉛焊金屬化與均溫板下表面貼合，焊層厚度為〇.5mm，均 溫板導(dǎo)熱率為18000w/m.K~20000w/m.K。
[0011] 作為本方案的優(yōu)選:均溫板殼體采用鋁材設(shè)計(jì)，上下殼體通過超音波焊接，內(nèi)部的 毛細(xì)結(jié)構(gòu)采用燒結(jié)，內(nèi)部工作液體充填甲醇，功率密度大于20W/cm 2。
[0012] 作為本方案的優(yōu)選:熱電偶靈敏度為ΙμΑ/K，熱電偶與均溫板之間錫鉛焊的焊料厚 度為0.3mm。
[0013] 作為本方案的優(yōu)選:散熱翅片散熱面積需求量根據(jù)公式計(jì)算，其中Qh為熱 σ(，丨- 電制冷片熱面發(fā)熱功率，σ為強(qiáng)制風(fēng)冷散熱翅片表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，ti為散熱翅片的平均溫度，t2 為環(huán)境溫度，散熱翅片與均溫板之間錫鉛焊焊料厚度為〇. 2mm，散熱翅片的具體形狀可根據(jù) 溫控裝置的實(shí)際包絡(luò)空間進(jìn)行靈活調(diào)整。
[0014] 作為本方案的優(yōu)選:軸流風(fēng)扇風(fēng)量需求量根據(jù)公式^計(jì)算，其中Qh為熱電制 pC ,Λ? 冷片熱面發(fā)熱功率，Ρ為空氣密度，Cp為空氣熱容，△ Τ為進(jìn)出散熱翅片空氣溫差。
[0015] 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中激光器精密溫 控方法，利用熱電制冷片通電后對熱沉進(jìn)行溫控，控溫精度高;利用均溫板減小熱電制冷片 熱流密度;利用熱電偶監(jiān)控?zé)犭娭评淦嗣鏈囟?通過軸流風(fēng)機(jī)配合散熱翅片對均溫板進(jìn) 行散熱，體積緊湊;通過增加散熱翅片的散熱面積提高散熱功率，可適用不同熱負(fù)荷的激光 器，可擴(kuò)展性良好。
[0016] 由此可見，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效 果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0018] 圖中，1為熱電制冷片，2為均溫板，3為散熱翅片，4為軸流風(fēng)機(jī)，5為熱電偶。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0020] 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 選擇激光器，熱負(fù)荷40W，在環(huán)境溫度60°C條件下，要求控制熱沉溫度25°C~30°C， 控溫精度± 〇 · 5°C。選擇大功率熱電制冷片，外形尺寸為55mm X 55mm X 3 · 5mm，溫差Δ t為60 °C時，制冷量為50W，為保證制冷量，此時熱電制冷片熱端溫度應(yīng)控制在85 °C以下，計(jì)算所需 散熱翅片散熱面積為0.2m2，所需風(fēng)量為62.64m3/h(37CFM)，采用翅片厚度0.2mm，翅間距為 1mm的散熱器，采用航空級LMB(法航)風(fēng)機(jī)0PTIFAN44型號，轉(zhuǎn)速32.000rpm，采用均溫板尺寸 為145臟\65臟\5111111，采用熱電偶型號為40590，溫控系統(tǒng)整體尺寸為145111111\65111111\5〇111111。
[0023] 啟動激光器工作同時，熱電制冷片通電對熱沉進(jìn)行制冷溫控，熱電偶實(shí)時監(jiān)測熱 電制冷片熱端溫度，當(dāng)熱電制冷片熱端溫度接近85°C時，啟動風(fēng)機(jī)，對散熱片進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng) 冷，使熱電制冷片維持在85 °C~87 °C。
[0024] 經(jīng)本實(shí)施例操作，在環(huán)境溫度60°C條件下，激光器可連續(xù)不間斷工作，激光器熱沉 表面溫度控制范圍25 °C~30 °C，控溫精度± 0.5 °C。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 選擇激光器，熱負(fù)荷40W，在環(huán)境溫度-45°C條件下，要求控制熱沉溫度25°C~30 °C，控溫精度± 0.5 °C。選擇和實(shí)例1相同的溫控裝置。
[0027] 啟動激光器工作之前，對熱電制冷片通與實(shí)例1相反的電流，此時熱電制冷片冷熱 端交換位置，原對熱沉制冷的冷端變成對熱沉加熱，并使熱沉迅速升溫，與此同時，為維持 熱電制冷片正常工作，啟動風(fēng)機(jī)對熱電制冷片進(jìn)行溫控，當(dāng)熱沉溫度上升到25 °C時，激光器 開始工作，調(diào)整熱電制冷片電流，使整個系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)。
[0028] 經(jīng)本實(shí)施例操作，在環(huán)境溫度-45°C條件下，激光機(jī)可連續(xù)不間斷工作，激光器熱 沉表面溫度控制范圍23°C~25°C，控溫精度±0.3°C。本實(shí)用新型并不局限于前述的具體實(shí) 施方式。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的 任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光器精密溫控裝置，其特征是:包括熱電制冷片、均溫板、熱電偶、散熱翅片和 軸流風(fēng)扇;所述的熱電制冷片冷面通過導(dǎo)熱銀膠與熱沉表面貼合;所述的熱電制冷片熱面 通過與均溫板下表面金屬化貼合;所述的熱電偶通過錫鉛焊與均溫板下表面貼合;所述的 散熱翅片與均溫板上表面通過錫鉛焊的方式貼合;所述的軸流風(fēng)機(jī)通過在散熱翅片上安裝 固定底座與散熱翅片連通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述熱電制冷片冷面制 冷功率根據(jù)公式Q。= Qr計(jì)算，其中Q。為熱電制冷片冷面制冷功率，Qr為熱沉發(fā)熱功率，冷面 表面導(dǎo)熱銀膠熱導(dǎo)率為3w/m.K~5w/m.K。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述熱電制冷片熱面發(fā) 熱功率根據(jù)公式Qh = Qc+VI計(jì)算，其中Qh為熱電制冷片熱面發(fā)熱功率，Qc為熱電制冷片冷面 制冷功率，V為熱電制冷片電壓，I為熱電制冷片電流，熱電制冷片熱面通過銀鉛焊金屬化與 均溫板下表面貼合，焊層厚度為〇. 5mm，均溫板導(dǎo)熱率為18000w/m. K~20000w/m. K。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述均溫板殼體采用鋁 材設(shè)計(jì)，上下殼體通過超音波焊接，內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)采用燒結(jié)，內(nèi)部工作液體充填甲醇，功 率密度大于20W/cm 2〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述熱電偶靈敏度為Iy Α/Κ，熱電偶與均溫板之間錫鉛焊的焊料厚度為0.3_。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述散熱翅片散熱面積 需求量根據(jù)公式計(jì)算，其中Qh為熱電制冷片熱面發(fā)熱功率，σ為強(qiáng)制風(fēng)冷散熱翅片 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，t為散熱翅片的平均溫度，t2為環(huán)境溫度，散熱翅片與均溫板之間錫鉛焊焊 料厚度為〇.2_，散熱翅片的形狀可根據(jù)溫控裝置的實(shí)際包絡(luò)空間進(jìn)行靈活調(diào)整。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器精密溫控裝置，其特征是:所述軸流風(fēng)扇風(fēng)量需求 量根據(jù)公式計(jì)算，其中Qh為熱電制冷片熱面發(fā)熱功率，P為空氣密度，Cp為空氣熱容， A T為進(jìn)出散熱翅片空氣溫差。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光器精密溫控裝置，該方案包括有熱電制冷片、均溫板、熱電偶、散熱翅片和軸流風(fēng)扇；熱電制冷片的冷面與熱沉貼合；熱電制冷片的熱端與均溫板一面貼合；熱電偶與靠近熱電制冷片的均溫板底面貼合；均溫板的另一面設(shè)置散熱翅片和軸流風(fēng)扇；該方案控溫精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積緊湊、適用于多種機(jī)動平臺、可適用于不同發(fā)熱源。
【IPC分類】H01L23/34, G05D23/19, H01S5/024
【公開號】CN205319145
【申請?zhí)枴緾N201521034168
【發(fā)明人】黃勛, 劉軍, 王永振, 葉一東, 柳麗卿, 蔣琳, 袁曉蓉, 楊波, 蔡光明, 閆鋒, 王姣, 謝秀芳, 李春領(lǐng)
【申請人】中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月14日