有源MEMS冷却系统中的频率锁定技术方案

一种系统包括有源微电子机械系统(MEMS)冷却系统和驱动系统。MEMS冷却系统包括(一个或多个)冷却元件，当被具有频率和输入电压的驱动信号驱动而振动时，所述冷却元件将流体引向(一个或多个)发热结构的表面。驱动系统耦合到有源MEMS冷却系统，并提供驱动信号。驱动系统包括电源和反馈控制器，该反馈控制器提供对应于与至少一个冷却元件的谐振状态接近度的反馈信号。驱动系统基于反馈信号调整频率和输入电压中的至少一个，使得频率对应于(一个或多个)冷却元件的谐振状态。输入电压不超过(一个或多个)冷却元件的最大安全操作电压。个或多个)冷却元件的最大安全操作电压。个或多个)冷却元件的最大安全操作电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有源MEMS冷却系统中的频率锁定
[0001]对其他申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年12月16日提交的标题为FREQUENCY LOCK VIA POWER DRAW MEASUREMENT的美国临时专利申请第63/126，461号和2020年12月21日提交的标题为FREQUENCY LOCK VIA POWER DRAW MEASUREMENT的美国临时专利申请第63/128，376号的优先权，这两个专利申请出于全部目的通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]随着计算设备在速度和计算能力方面的增长，计算设备生成的热量也在增加。已经提出了各种机制来解决热量的生成。诸如风扇的有源设备可以用于驱动空气通过大型计算设备，诸如膝上型计算机或台式计算机。诸如散热器之类的无源冷却设备可以用在更小的移动计算设备中，诸如智能电话、虚拟现实设备和平板计算机。然而，这样的有源和无源设备可能无法充分冷却诸如智能电话的移动设备和诸如膝上型计算机和台式计算机的较大设备两者。因此，期望用于计算设备的附加冷却解决方案。
附图说明
[0004]在以下详细描述和附图中公开了本专利技术的各种实施例。
[0005]图1A
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1F描绘了包括中央锚定冷却元件的有源MEMS冷却系统的实施例。
[0006]图2A
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2B描绘了可用于有源MEMS冷却系统中的冷却元件的实施例，其包括中央锚定冷却元件。
[0007]图3A
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3B描绘了可用于有源MEMS冷却系统中的冷却元件的实施例，其包括中央锚定冷却元件。
[0008]图4A
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4B描绘了包括中央锚定冷却元件的有源MEMS冷却系统的实施例。
[0009]图5A
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5E描绘了在瓦片中形成的有源MEMS冷却系统的实施例。
[0010]图6A
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6E描绘了驱动包括频率控制的有源MEMS冷却系统的系统的实施例。
[0011]图7描绘了驱动包括频率控制的有源MEMS冷却系统的系统的实施例。
[0012]图8
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11描绘了用于驱动有源MEMS冷却系统的系统的实施例，其包括接近电源的频率控制和频率感测。
[0013]图12是描述了用于驱动有源MEMS冷却系统的方法的实施例的流程图。
[0014]图13是描绘了用于确定驱动有源MEMS冷却系统的参数的方法的实施例的流程图。
[0015]图14是描绘了用于调整有源MEMS冷却系统的驱动信号频率的方法的实施例的流程图。
[0016]图15是描绘了用于驱动有源MEMS冷却系统的方法的流程图。
[0017]图16是描绘了用于驱动多个有源MEMS冷却系统的方法的流程图。
具体实施方式
[0018]本专利技术可以以多种方式实现，包括作为过程；装置；系统；物质的组成；体现在计算
机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置为执行存储在耦合到处理器的存储器上和/或由其提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实现或者本专利技术可以采取的任何其他形式可以被称为技术。一般而言，在本专利技术的范围内，所公开的过程的步骤顺序可以更改。除非另有声明，否则被描述为被配置为执行任务的诸如处理器或存储器的组件可以被实现为被临时配置为在给定时间执行任务的通用组件，或者被制造成执行该任务的特定组件。如本文所使用的，术语“处理器”指代被配置为处理诸如计算机程序指令的数据的一个或多个设备、电路和/或处理核心。
[0019]下面提供了本专利技术的一个或多个实施例的详细描述，连同说明本专利技术原理的附图。结合这样的实施例描述了本专利技术，但是本专利技术不限于任何实施例。本专利技术的范围仅由权利要求限定，并且本专利技术涵盖许多替代、修改和等同物。为了提供对本专利技术的全面理解，在以下描述中阐述了许多具体细节。这些细节是出于示例的目的而提供的，并且本专利技术可以根据权利要求来实践，而无需这些具体细节中的一些或全部。为了清楚的目的，没有详细描述与本专利技术相关的
中已知的技术材料，以免不必要地模糊本专利技术。
[0020]随着半导体器件变得越来越强大，操作期间生成的热量也在增长。例如，诸如智能电话、平板计算机、笔记本和虚拟现实设备之类的移动设备的处理器可以以高时钟速度操作，但产生大量热量。由于产生的热量的量，处理器可能仅在相对较短的时间段内以全速运行。在该时间到期之后，发生节流(例如，降慢处理器的时钟速度)。尽管节流可以减少热量生成，但它也会对处理器速度造成负面影响，并且从而影响使用处理器的设备的性能。随着技术向5G和5G以上发展，这个问题预期将会加剧。
[0021]诸如膝上型或台式计算机之类的较大的设备包括具有旋转叶片的电风扇。可以响应于内部组件温度升高而使风扇通电。风扇驱动空气通过较大的设备来冷却内部组件。然而，这样的风扇对于诸如智能电话之类的移动设备或对于诸如平板计算机之类更薄的设备来说通常太大。由于组件表面处存在空气边界层，风扇也具有有限的功效，为流过期望冷却的热表面的气流提供有限的空速，并且可能生成过量的噪声。无源冷却解决方案可以包括诸如散热器和热管或蒸汽室之类的组件，以将热量传递到热量交换器。尽管散热器在一定程度上减轻了热点处的温度升高，但是在当前和未来的器件中产生的热量的量可能无法得到充分解决。类似地，热管或蒸汽室可能提供不足量的热量传递来移除生成的过多热量。
[0022]计算设备的不同配置进一步使热量管理复杂化。例如，诸如膝上型计算机的计算设备频繁地对外部环境开放，而诸如智能电话的其他计算设备一般对外部环境封闭。因此，用于开放设备(诸如风扇)的有源热量管理解决方案可能不适用于封闭设备。将加热的流体从计算设备内部驱动到外部环境的风扇对于诸如智能电话的封闭计算设备来说可能太大，并且可能提供有限的流体流。此外，即使风扇可以并入到封闭计算设备中，封闭计算设备也没有用于加热流体的出口。因此，由这样的开放设备机制提供的热量管理可能具有有限的功效。即使对于开放计算设备，入口和/或出口的位置也可以针对不同的设备进行不同的配置。例如，膝上型计算机中用于风扇驱动的流体流的出口可能期望远离用户的手或可能位于加热流体的流出物内的其他结构定位。这样的配置不仅防止用户的不适，而且还允许风扇提供期望的冷却。具有不同配置的另一移动设备可能需要不同地配置入口和/或出口，可能降低这样的热量管理系统的功效，并且可能妨碍这样的热量管理系统的使用。因此，期望用于改进计算设备中的冷却的机制。
[0023]计算设备中的空间和其他限制进一步限制了有源冷却系统的使用。有源冷却系统是其中使用电信号来驱动冷却的系统。常规的风扇是有源冷却系统的一个示例，而散热片是无源冷却系统的一个示例。空间和功率限制限制了向有源冷却系统提供电连接的能力。例如，如果使用多个有源冷却系统，那么到有源冷却系统的连接可能需要拟合在小区域内。此外，可能期望这样的冷却系统消耗的功率是小的，特别是对于移动设备。因此，当在诸如有源计算设备的计算设备中使用时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：有源微电子机械系统(MEMS)冷却系统，包括至少一个冷却元件，所述冷却元件被配置为当被具有频率和输入电压的驱动信号驱动而振动时，将流体引向至少一个发热结构的表面；和耦合到有源MEMS冷却系统用于提供驱动信号的驱动系统，所述驱动系统包括用于驱动信号的电源和反馈控制器，所述反馈控制器具有对应于与所述至少一个冷却元件的谐振状态接近度的反馈信号，所述驱动系统被配置为基于反馈信号调整频率和输入电压中的至少一个，使得频率和输入电压对应于所述至少一个冷却元件的谐振状态，其中输入电压不超过所述至少一个冷却元件的最大安全操作电压。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动系统被配置为将所述输入电压调整为所述至少一个冷却元件的最大安全操作电压。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动系统被配置为调整所述频率，以对应于由所述有源MEMS冷却系统抽取并由所述有源冷却系统用来振动所述至少一个冷却元件的功率被最大化。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述反馈控制器监测输入到所述至少一个冷却元件的至少一个电压，所述驱动系统被配置为调整频率以对应于输入到所述至少一个冷却元件的最小电压。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈控制器监测如下各项中的至少一个：电源输出的功率、电源输出的峰间电流、电源输出的峰值电压、电源输出的平均电流、电源输出的均方根(RMS)电流、电源输出的平均电压、所述至少一个冷却元件的位移幅度、通过所述至少一个冷却元件的峰值电流、通过所述至少一个冷却元件的RMS电流、所述至少一个冷却元件处的峰值电压、通过所述至少一个冷却元件的平均电流、以及所述至少一个冷却元件处的平均电压。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个冷却元件包括具有极化方向的压电体，并且其中所述驱动系统被配置为偏置所述驱动信号以自偏置所述压电体以具有所述极化方向。7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：附加有源MEMS冷却系统，包括至少一个附加冷却元件，所述附加冷却元件被配置为当被具有附加频率和附加输入电压的附加驱动信号驱动而振动时，将流体引向所述至少一个发热结构的附加表面；其中所述驱动系统耦合到所述附加有源MEMS冷却系统，并且被配置为提供所述附加驱动信号，调整所述附加频率和所述附加输入电压中的至少一个，使得所述附加频率和所述附加输入电压对应于所述至少一个附加冷却元件的附加谐振状态，并且调整所述附加输入电压，使得所述附加输入电压不超过所述至少一个附加冷却元件的附加最大安全操作电压；并且其中所述驱动系统进一步被配置为调整所述频率和所述附加频率，以变化所述频率和所述附加频率之间的差异。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个发热结构的附加表面是所述至少一个发热结构的表面。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述频率包括所述至少一个冷却元件的结构谐振频率和所述有源MEMS冷却系统的声学谐振频率中的至少一个。10.一种系统，包括：有源微电子机械系统(MEMS)冷却系统，包括多个瓦片，所述多个瓦片中的每一个包括至少一个MEMS喷口，所述至少一个MEMS喷口被配置为当被具有频率和输入电压的驱动信号驱动时将流体引向至少一个发热结构的表面；和耦合到所述多个瓦片并向所述多个瓦片中的每一个提供驱动信号的驱动系统，所述驱动系统包括用于驱动信号的至少一个电源和反馈控制器，所述反馈控制器具有对应于与所述多个瓦片中的每一个的所述至少一个MEMS喷口的谐振状态接近度的反馈信号，所述驱动系统被配置为基于反馈信号调整频率和输入电压中的至少一个，使得频率和输入电压对应于所述多个瓦片中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：福珞尔系统公司，
类型：发明
国别省市：