加热装置及加热系统

技术领域

本申请涉及主板加热技术领域，尤其涉及一种加热装置及加热系统。

背景技术

电子产品在一定的温度范围内可以正常工作，在温度过低时，存在失效风险。例如，电子产品的正常温度范围为-20℃～+70℃，当温度过低时，可能会引起电子产品工作性能降低，甚至失效，影响电子产品的正常使用。

为了保证电子产品在低温环境下可以正常工作，一般会对电子产品中的设有电子元器件的主板设置加热装置，以在低温时可以对主板进行加热，保证电子产品可以正常工作。

现有加热装置一般设置在主板上，与主板接触，通过大功率电阻或者加热片直接将热量传递到主板上，以实现主板升温。然而，受制于主板的空间布局限制，大功率电阻或者加热片等加热器件难以实现对主板的合理加热，可能会导致主板工作失效。

发明内容

本申请实施例提供了一种加热装置及加热系统，以解决现有加热装置难以对主板进行合理加热，影响主板正常使用的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种加热装置，加热装置用于对设有电子元器件的主板进行加热，加热装置包括：电路基板，以及设置在电路基板上的主控模块和线圈加热模块；

电路基板隔空设置在主板的一侧，且电路基板在目标平面上的投影与主板重叠，目标平面为主板所在的平面；

主控模块，与线圈加热模块连接，用于在环境温度低于预设温度时，控制线圈加热模块开始工作，以对主板上的电子元器件进行加热。

在一种可能的实现方式中，加热装置还包括设置在电路基板上并与主控模块连接的温度采集模块；

温度采集模块用于采集环境温度，并将环境温度发送给主控模块。

在一种可能的实现方式中，线圈加热模块包括功率转换单元、至少一个开关单元和至少一个线圈加热单元；其中，功率转换单元用于与外部电源连接，并输出交流电；

功率转换单元的输出端与所有开关单元连接，每一个开关单元对应连接一个线圈加热单元；

所有开关单元均受控于主控模块，主控模块具体用于在环境温度低于预设温度时，控制所有开关单元中的至少一个开关单元导通，以使该开关单元连接的线圈加热单元开始工作。

在一种可能的实现方式中，线圈加热模块包括多个开关单元；

主控模块具体用于在环境温度低于预设温度时，根据环境温度控制多个开关单元的导通数量；其中，多个开关单元的导通数量随着环境温度的降低而增加。

在一种可能的实现方式中，线圈加热单元包括并联连接匹配电容和加热线圈；其中，加热线圈为铜线沿陀螺形状的磁芯螺旋绕制而成。

在一种可能的实现方式中，功率转换单元包括DC/DC转换单元和DC/AC转换单元；

DC/DC转换单元，输入端用于与外部直流电源连接，输出端分别与主控模块、DC/AC转换单元连接；

主控模块与DC/AC转换单元连接，用于调节DC/AC转换单元的开关频率。

在一种可能的实现方式中，主控模块具体用于在环境温度低于预设温度时，根据环境温度调节DC/AC转换单元的开关频率；其中，DC/AC转换单元的开关频率随着环境温度的降低而升高。

在一种可能的实现方式中，电路基板与主板平行设置，且电路基板在目标平面上的投影与主板重合；

线圈加热模块包括多个线圈加热单元，各个线圈加热单元间隔设置在电路基板上。

在一种可能的实现方式中，电路基板通过支架与主板连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种加热系统，包括如上第一方面任一项的加热装置。

本申请实施例提供一种加热装置，该加热装置用于对设有电子元器件的主板进行加热，该加热装置包括电路基板，以及设置在电路基板上的主控模块和线圈加热模块；电路基板隔空设置在主板的一侧，且电路基板在目标平面上的投影与主板重叠，目标平面为主板所在的平面；主控模块，与线圈加热模块连接，用于在环境温度低于预设温度时，控制线圈加热模块开始工作，以对主板上的电子元器件进行加热，无需将加热装置设置在主板上即可实现对主板的合理的隔空加热，保证主板可以在低温时正常工作，提高主板工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种加热装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种加热装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的再一种加热装置的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的线圈加热单元的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的第四种加热装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本申请的实现进行详细地描述：

为了保证电子产品可以在低温环境下工作，现有一般会在设有电子元器件的主板上布置加热装置，例如大功率电阻或者加热片，可以直接接触主板，将热量传递到主板上，以实现电子元器件的升温，保证各个电子元器件可以在低温环境下正常工作。

然而，受制于主板的空间布局，大功率电阻或者加热片仅能设置在主板的主要电子元器件之外的角落，加热效果不均匀，且占用了主板的空间，难以实现主板的合理加热，可能影响电子元器件的正常工作。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种设置在电路基板上加热装置，通过将该电路基板隔空设置在主板的一侧，以实现对主板的隔空加热，既能满足主板的加热需求，又不占用主板的空间，可以实现主板的合理加热。下面进行具体说明。

图1为本申请实施例提供的一种加热装置的结构示意图。如图1所示，加热装置用于对设有电子元器件22的主板21进行加热，加热装置包括：电路基板11，以及设置在电路基板11上的主控模块12和线圈加热模块13。其中，线圈加热模块13的数量至少为一个，为了实现对主板的合理均匀加热，可以设置多个线圈加热模块13，具体可以根据实际情况进行选择。

电路基板11隔空设置在主板21的一侧，且电路基板11在目标平面上的投影与主板21重叠，目标平面为主板21所在的平面；

主控模块12，与线圈加热模块13连接，用于在环境温度低于预设温度时，控制线圈加热模块13开始工作，以对主板上的电子元器件22进行加热。

可选地，线圈加热模块13中可以包括交流源以及线圈，主控模块12通过控制交流源是否工作，从而可以实现线圈是否产生交流磁场。或者，线圈加热模块13中可以包括交流转换单元以及线圈，交流转换单元与外部电源连接，可以输出交流电，主控模块13在控制交流转换单元工作时，线圈会产生交流磁场。

此外，在本申请的实施例中，如图1所示，电路基板11隔空设置在主板21的一侧，且电路基板11与主板21的投影存在重叠部分，因此，线圈加热模块13可以通过电磁感应实现对主板21的隔空加热。

可选地，主控模块12中可以设置温度采集单元，直接采集环境温度。或者，主板21上设有温度采集单元以及通信单元，主控模块12可以与主板21建立通信连接，从而接收主板发送的环境温度。或者，主控模块12可以与外部环境监测单元连接，该环境监测单元用于监测主板21或者电路基板11的温度，主控模块12可以接收该环境监测单元发送的环境温度。具体可以根据实际情况进行选择。

可选地，预设温度可以为主板21上各个电子元器件22中工作最低温度的最小值。或者，预设温度可以为各个电子元器件22中工作最低温度的平均值。或者，预设温度可以为各个电子元器件22中工作最低温度的最大值。具体可以根据实际情况进行设置。

具体地，本申请实施例的加热过程如下：

主板21一般为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，印制电路板上一般通过铜箔走线。主控模块12在检测到环境温度低于预设温度时，可以控制线圈加热模块13开始工作，线圈加热模块13可以振荡产生交流磁场，由于主板21上基本全是金属，此时交流磁场穿过主板21时会产生涡流，涡流在主板21的金属上产生对应的热量，从而实现对主板21上的电子元器件隔空无线加热。

本申请实施例通过提供一种加热装置以实现对主板的隔空加热，既不占用主板的空间布局，又可以实现对主板的合理、均匀加热，可以极大提高主板上各个电子元器件在低温情况下的工作可靠性。

图2是本申请实施例提供的另一种加热装置的结构示意图，如图2所示，在本申请的一些实施例中，加热装置还包括设置在电路基板11上并与主控模块12连接的温度采集模块14。

温度采集模块14用于采集环境温度，并将环境温度发送给主控模块12。

可选地，温度采集模块14可以为温度传感器或者温度采集电路。温度采集模块14可以采集电路基板11周围的环境温度。

在本申请的实施例中，由于电路基板11隔空设置在主板21一侧，二者较为接近，因此温度采集模块14采集的环境温度可以近似为主板21的环境温度。

本申请实施例通过将温度采集模块14设置在电路基板11上，无需与外部进行通信，可以实时采集周围的环境温度，极大提升了加热装置的工作可靠性。

图3是本申请实施例提供的再一种加热装置的结构示意图，如图3所示，在本申请的一些实施例中，线圈加热模块13包括功率转换单元131、至少一个开关单元132和至少一个线圈加热单元133；其中，功率转换单元131用于与外部电源31连接，并输出交流电。

功率转换单元131的输出端与所有开关单元132连接，每一个开关单元132对应连接一个线圈加热单元133。

所有开关单元132均受控于主控模块12，主控模块12具体用于在环境温度低于预设温度时，控制所有开关单元132中的至少一个开关单元132导通，以使该开关单元132连接的线圈加热单元133开始工作。

可选地，外部电源31可以为交流电源或者直流电源。在外部电源31为交流电源时，功率转换单元131可以为AC/AC转换单元。在外部电源31为直流电源时，功率转换单元131可以为DC/AC转换单元。

其中，外部电源31经过功率转换单元131可以输出交流电，交流电经过线圈加热单元133可以产生交流磁场，从而实现对主板21的隔空加热。

基于主板21上电子元器件的布局设置，在环境温度低于预设温度时，主控模块12可以控制相应的至少一个开关单元132导通，以使电子元器件上方对应的线圈加热单元133进行产生交流磁场，从而对主板21上的电子元器件进行加热。

本申请实施例通过设置至少一个开关单元和至少一个线圈加热单元，在环境温度低于预设温度时，主控模块会控制至少一个开关单元闭合，以使线圈加热单元产生交流磁场，进而实现对主板上的电子元器件进行加热，可以提高主板加热的可靠性。

如图3所示，在本申请的一些实施例中，线圈加热模块13包括多个开关单元132。

主控模块12具体用于在环境温度低于预设温度时，根据环境温度控制多个开关单元132的导通数量；其中，多个开关单元132的导通数量随着环境温度的降低而增加。

开关单元132导通数量越多，工作的线圈加热单元133的数量越多，交流磁场叠加的能量越大，可以使主板产生更大的涡流，进而使主板的产生的热量更多，使电子元器件升温更快。

具体地，在环境温度低于预设温度，且高于第一温度时，控制第一数量的开关单元132导通；在环境温度不高于第一温度，且高于第二温度时，控制第二数量的开关单元132导通；在环境温度不高于第二温度时，控制所有的开关单元132导通。其中，第一温度小于预设温度，第二温度小于第一温度，第一数量小于第二数量。

本申请实施例通过根据环境温度控制开关单元导通的数量，可以更加适配主板的实际工作温度，在保证主板可靠升温的同时，降低加热装置的功耗。

此外，本申请实施例通过控制电路基板上不同位置的开关单元进行导通，既可以实现单点加热，又可以实现区域均匀加热，可以提高对主板加热的多样性，满足主板的加热需求。

图4是本申请实施例提供的线圈加热单元的结构示意图，如图4所示，在本申请的一些实施例中，线圈加热单元包括并联连接匹配电容和加热线圈；其中，加热线圈为铜线沿陀螺形状的磁芯螺旋绕制而成，匹配电容和加热线圈共同构成LC。

常规的平面绕线方式，在功率较大时，加热线圈发热严重。此时，由于平面绕线会散热效果变差，漆包线可能会由于热量堆积而产生漆脱落，造成铜线短路，也即加热线圈两端直接短路，导致烧坏开关单元或者主控模块，使得加热装置的使用可靠性降低。

在本申请的实施例中，加热线圈的铜线直径、加热线圈的匝数、磁芯最大直径可以根据实际情况进行设置。例如，铜线直径可以为0.37mm，匝数为30匝，磁芯最大直径20mm。

本申请实施例采用螺旋式绕线，可以使得不同匝数的铜线在不同的二平面，散热面积大。同时，不同匝数的铜线之间的接触面小，对应的漆包线的脱落风险小，可以保证加热装置在大功率场景下的工作可靠性。

此外，本申请实施例中的每个线圈加热单元可以对磁芯最大直径范围内的主板进行均匀加热，在需要对整个主板全部加热的时候，可以控制所有的开关单元全部打开，可以实现对整个主板的均匀加热。

在本申请的一些实施例中，开关单元可以为IGBT管。在选择IGBT管作为开关单元时，通过螺旋式绕线，可以降低IGBT管烧坏的风险，进而提高加热装置的工作可靠性。

图5是本申请实施例提供的第四种加热装置的结构示意图，如图5所示，在本申请的一些实施例中，功率转换单元131包括DC/DC转换单元A和DC/AC转换单元B。

DC/DC转换单元A，输入端用于与外部直流电源连接，输出端分别与主控模块、DC/AC转换单元B连接。

主控模块12与DC/AC转换单元B连接，用于调节DC/AC转换单元B的开关频率。

其中，DC/AC转换单元B分别与各个开关单元132连接。

如图5所示，在本申请的一些实施例中，DC/DC转换单元A还分别与主控模块12和温度采集模块14连接，外部直流电源用于通过DC/DC转换单元A分别为主控模块12和温度采集模块14供电。

主控模块12与DC/AC转换单元B连接，主控模块12可以控制DC/AC转换单元B的开关频率，从而可以实现在加热线圈产生LC振荡。DC/AC转换单元B将DC/DC转换单元A的输出直流转换为交流电，在开关单元导通时，交流电会流经相应的加热线圈，从而LC振荡，产生交流磁场，交流磁场穿过主板时产生涡流，实现隔空加热主板。

在本申请的一些实施例中，主控模块具体用于在环境温度低于预设温度时，根据环境温度调节DC/AC转换单元的开关频率；其中，DC/AC转换单元的开关频率随着环境温度的降低而升高。

在本申请的实施例中，DC/AC转换单元的开关频率最高不超过3万次/秒。

本申请实施例通过根据环境温度控制开关频率，可以提升加热线圈的交流磁场的强度，进而增强主板的涡流，使得主板可以快速升温，保证主板上的电子元器件可以尽快正常工作。

在本申请的一些实施例中，电路基板与主板平行设置，且电路基板在目标平面上的投影与主板重合。

线圈加热模块包括多个线圈加热单元，各个线圈加热单元间隔设置在电路基板上。

在本申请的实施例中，多个线圈加热单元间隔设置在电路基板上，电路基板与主板平行设置，并且电路基板的投影与主板的投影完全重合。线圈加热单元可以产生交流磁场，可以使主板对应位置产生热量，实现局部加热。在需要对整个主板加热时，可以控制所有线圈加热单元产生交流磁场，从而实现对主板的全局加热。

在本申请的一些实施例中，电路基板通过支架与主板连接。

示例性的，在本申请的一些实施例中，主控模块可以为微处理器(Microcontroller Uni，MCU)，MCU具有多个IO口。温度采集模块可以包括温度传感器，温度传感器通过串口与MCU进行通信，温度传感器可以将采集的环境温度发送给MCU。

MCU可以设置加热阈值，也即预设温度，在环境温度低于预设温度时，通过多个IO口分别控制多个开关单元。可以控制多个开关单元全部打开，对整个主板进行加热，也可以只打开某几个开关单元，对主板进行局部加热。同时，MCU可以通过IO口控制DC/AC转换单元的开关频率，从而实现加热线圈可以实现LC振荡。其中，开关频率可以为15K～30KHZ。

在本申请的实施例中，多个加热线圈之间需要保持一定的距离，至少需要保持1cm，避免相互之间的磁场干涉。

在本申请的实施例中，电路基板和主板可以尽可能接近，除了通过支架连接主板和电路基板，还可以采用其他的连接结构件连接电路基板和主板，具体可以根据实际情况进行选择。

本申请实施例还提供一种加热系统，包括如上任一实施例的加热装置。

本申请实施例还提供一种电子产品，包括如上的加热系统和设有电子元器件的主板。

本申请实施例提供的加热装置具有如下有益效果：可以实现隔空无线加热，无需与主板直接接触。可以设置在主板的上方，不受限于主板的实际空间布局，且不占用主板的布板空间。加热均匀，每个加热线圈可以对磁芯最大直径范围内的主板区域进行均匀加热。加热范围可控，通过控制多个开关单元导通与否，既可以实现对整个主板全部加热，也可以对选定区域局部加热。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。