1.本装置涉及智能开关、温度控制领域，具体涉及一种由相变材料构成的自动通断开关，以及设备芯片的过热保护装置。
背景技术：
2.随着现代工业的快速发展，各电子设备功能越来越丰富、处理速度越来越快，其功耗也随之变大。在个人电脑或其他工控机方面，处理器芯片作为其核心部件，在使用过程中，尤其是在夏季户外使用时，会产生大量热量。若不及时处理，则会危害芯片内部结构，造成安全事故，因此散热保护、温度控制成为设备制造中重要的环节。现有散热装置基本分为鳍片散热、水冷散热、风冷散热等，当设备开机后即接通电源同时开始工作，其工作效率低，且在设备待机过程中易消耗不必要的电能，造成资源浪费，不符合节能绿色发展。
3.目前，相变材料是一种由于温度的变化导致物质状态发生改变同时提供潜热的物质。对于物质来说各向均匀同性的，确定不变的原子结构形态构成了物质的相。在物质发生相变的过程中会伴随着能量的变化，在这个过程中系统能量的变化导致物质原子结构所发生的改变称为相变。现有最为广泛的相变材料有二氧化钒vo2和ge2sb2te(gst)材料，在轨道、自旋和晶格自由度之间具有很强的相关性。适度的外部刺激可以通过非全等电子(从绝缘到金属)和结构相变来切换相变材料(如vo2)的状态。当vo2被加热时，这种绝缘体到金属的转变发生在68℃的临界温度附近。在其相变过程中，存在滞后响应，即在升温过程和降温过程中发生的相变温度点不同，且升温过程中的相变温度更高，值在几至几十摄氏度不等。故这种导电性和滞后性的变化则可以用作电路开关来使用。
4.半导体制冷器是指利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，主要利用帕尔贴效应，在接通电源的情况下，一端温度升高，另一端温度降低。目前市面上所使用的半导体制冷器已经可以做到快速制冷制热，但由于其发热明显，无法做到长时间使用，否则对其自身工作寿命有一定的影响。
技术实现要素：
5.为解决现有电子设备工作温度过高，导致芯片老化过快、硬件损伤较大问题，本技术提出了一种基于相变材料开关的过热保护装置，采用如下技术方案：
6.一种基于相变材料开关的过热保护装置，包括：导热层、相变材料开关、半导体制冷器；所述的相变材料开关由第一电路连接层、相变材料层、金属基底层、第二电路连接层依次层叠而组成；半导体制冷器包括：半导体单元，半导体单元的顶部设置发热层，发热层外侧设置散热片，半导体单元的底部设置制冷层；第二电路连接层及制冷层设置于导热层表面；相变材料开关及半导体制冷器通过导线串联。
7.相变材料开关中第一电路连接层及第二电路连接层这两层用于将开关与电路导线进行连接，中间为相变材料层和金属基底层，相变材料层受温度影响改变其通断情况；半导体制冷器在原有的发热层、半导体单元(te)、制冷层的基础上增加了导热层和散热片，散
热片可以增加发热层的散热效率。使用时将导热层贴附在目标设备如处理器芯片上，将本技术的基于相变材料开关的过热保护装置连接电源构成电回路，当目标设备开始工作后，内部将产生大量热量并引起温度升高，当温度超过相变材料层的相变阈值温度，经导热层传热至相变材料层，使相变材料层发生相变，由相变材料层绝缘态转变为导电金属态，相变材料开关导通，半导体制冷器通过热传导作用对目标设备进行降温。由于半导体制冷器工作时，制冷段温度可达到0℃左右，因此可在较短时间内完成冷却。在冷却过程中，由于相变材料的滞后性，最终设备芯片将冷却至远离阈值温度的状态。当温度低于相变材料层的相变阈值温度时，相变材料层由导电金属态变回绝缘态，相变材料开关断开，半导体制冷器停止工作，从而达到过热保护，实现自动冷却的目的。
8.优选方案如下：
9.还包括：风扇，风扇与相变材料开关及半导体制冷器通过导线串联。通过风扇增加表面空气流通速率，带走多余热量，起到保护和增加冷却效率的作用。
10.进一步地，还设置有警示灯器件。若温度高于阈值温度，导致电路连通后，警示灯变亮，提醒使用者此时设备运转情况，进一步提高整体的安全性。
11.自动智能通断、绿色经济：本装置采用相变材料层进行冷却电路的开关，当设备处理器芯片因工作产生大量废热导致温度升高有安全隐患时，相变材料开关自动打开，待冷却后自动关断，从而使得半导体制冷器能够在一定时间区段内工作，达到设备降温的目的。本装置所需硬件较少，结构简单、工作稳定、安全可靠，且避免了半导体制冷器因长时间工作而导致的发热、损坏等问题。
12.多温度阈值设置：可以通过改变相变材料层的材料种类(掺杂不同比例的钨、氮)进而改变设备的保护阈值温度，保证设备在某一温度之下工作。
附图说明
13.图1：为实施例一中基于相变材料开关的过热保护装置示意图；
14.图2：为相变材料开关剖面示意图；
15.图3：为半导体制冷器剖面示意图；
16.图4：为相变材料的滞回曲线示意图；
17.其中：1为待保护芯片1，2为相变材料开关，3为半导体制冷器，4为电源，5为风扇，61为第一电路连接层，62为第二电路连接层，7为相变材料层、8为金属基底层，9为导热层，10为制冷层，11为半导体单元，12为发热层，13为散热片，14为警示灯。
具体实施方式
18.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术做进一步地详细描述。以下，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上。
19.实施例一
20.一种基于相变材料开关的过热保护装置，如图1至3所示，包括：导热层9、相变材料
开关2、半导体制冷器3；所述的相变材料开关包括：相变材料层7、金属基底层8，相变材料层7设置于金属基底层8顶部表面，相变材料层7顶部表面及金属基底层底部表面分别设置第一电路连接层61及第二电路连接层62，第一电路连接层61及第二电路连接层62分别为相变材料开关的接线端；半导体制冷器包括：半导体单元11，半导体单元的顶部设置发热层12，发热层外侧设置散热片13，半导体单元的底部设置制冷层10，发热层12及制冷层10分别为半导体单元的接线端；第二电路连接层62及制冷层10设置于导热层9表面；
21.相变材料开关的其中一个接线端及半导体制冷器的其中一个接线端通过导线串联。
22.至少一个应用场景中，还包括电源4、风扇5、警示灯14，其中电源、风扇、警示灯、相变材料开关、半导体制冷器通过导线串联连接构成电回路。
23.至少一个应用场景中，相变材料层7选择vo2，阈值温度即设置在68℃。
24.相变材料开关2、半导体制冷器3与导热层9之间通过掺杂金刚石微纳颗粒的金导电胶固定连接。金导电胶具有良好的导电及导热性能，其中掺杂的金刚石微纳颗粒具有优良的散热性能。
25.使用时将基于相变材料开关的过热保护装置的导热层9贴附于待保护芯片1表面，温控工作流程如下：当设备开始工作，待保护芯片的温度升高并超过阈值温度时，例如当达到阈值温度68℃后，相变材料开关2中的相变材料层7受热发生相变，由绝缘态转变为金属导电态，电路接通，警示灯14点亮，做出高温提醒。同时，半导体制冷器3和风扇5在电源4的作用下，提供冷却功能和散热效果。温度逐渐下降，直至达到降温相变温度60℃。至此，完成过热保护的一个循环。
26.工作原理如下：
27.相变材料是在不同相态间可发生稳定、可逆的转变，并伴随电学或光学性质较大差异的一种材料。其中，二氧化钒的相变温度为68℃，可以通过掺杂钨元素改变其相变温度；而gst材料在相变过程中存在两个阶段：非晶态-立方晶态、立方晶态-六方晶态，但立方和六方晶态电阻差异较小，可以通过掺杂n、c等元素改变其相变温度，使其相变阈值处于室温至375℃之间，因此在过热保护方面具有较大的温度范围。在相变过程中，存在滞后响应，如图4所示，受到滞回曲线的影响，升温和降温过程中的相变温度不一致。
28.实施例二
29.在实施例一基础上，一种基于相变材料开关的过热保护装置，还设置有蜂鸣器警报器。进一步增强过温安全提醒。
30.实施例三
31.在实施例一基础上，当设备芯片或其他核心部件的耐温度更高时，可以采用n-gst材料作为相变材料层7，其阈值温度可达到100℃以上。