CN104980534A - 一种移动终端的外壳温度调整装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种移动终端的外壳温度调整装置及方法，所述装置包括一热电制冷器及一脉冲调制器，所述热电制冷器由至少一半导体电偶对重复排列串联而成，半导体电偶对安装于两片陶瓷基板之间，第一陶瓷基板与移动终端的发热部件相贴，第二陶瓷基板紧贴移动终端的外壳或者以该第二陶瓷基板作为移动终端的外壳；所述热电制冷器的两端接于一H桥上，该H桥的输入端分别与脉冲调制器的输出端相接；还包括一设置于第二陶瓷基板上的热敏元件，该热敏元件经一PID控制电路与脉冲调制器电连接。本发明充分利用热电制冷器的局部散热效率高的优势，且制冷功率可调，制冷制热可转换，结构简单，成本低；通过电路控制热电制冷器与人体接触端的温度，改善了用户体验。

Description

一种移动终端的外壳温度调整装置及方法

技术领域

本发明涉及电子设备，尤其涉及一种移动终端的外壳温度调整装置及方法。

背景技术

随着智能手机内部嵌入的模块越来越多、使用的芯片频率越来越高，并且手机厚度越来越薄，手机的发热问题成为技术开发人员的技术难题，一直没有得到有效的解决。很多机型在做大量的数据处理时都伴随有严重的发热发烫现象，直接影响使用体验。

现有的手机温度调整机构主要是针对手机内部的散热，通过设置散热风扇，风扇吹出的风将手机产生的热量带走，或者设置导热片将电源或电机等区域产生的热量导向机壳或机壳之外。上述的内部散热方式往往导致手机机壳的局部区域产生异常的高温，使手机成为一个“烫手的山芋”。

而另一方面，在气候较为寒冷的情况下，手机机壳容易受到外界温度的影响，其表面温度可能下降至较低，当用户握持手机进行操作或者将手机贴至耳边进行通话时，手机表面的冰冷触觉加重了其寒冷感觉，往往使其感到恼火，同样影响用户的使用体验。

因此，除了手机内部芯片、电源等部件的散热问题需要得到重视之外，如何能灵活地调整手机表面的温度，更好地满足用户的使用体验，同样是用户所密切关注的问题，需要技术人员进一步完善。

发明内容

为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种移动终端的外壳温度调整装置及方法，以使得在任何场景下移动终端外壳可维持在一适宜的温度下，改善用户体验。

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种移动终端的外壳温度调整装置，包括一热电制冷器及一脉冲调制器，所述热电制冷器由至少一半导体电偶对重复排列串联而成，半导体电偶对安装于两片陶瓷基板之间，第一陶瓷基板与移动终端的发热部件相贴，第二陶瓷基板紧贴移动终端的外壳或者以该第二陶瓷基板作为移动终端的外壳；所述热电制冷器的两端接于一H桥上，该H桥的输入端分别与脉冲调制器的输出端相接；所述外壳温度调整装置还包括一设置于第二陶瓷基板上的热敏元件，该热敏元件经一PID控制电路与脉冲调制器电连接。

所述一半导体电偶对包括N型电偶臂和P型电偶臂，通过设于两者端部的导流片将N型电偶臂和P型电偶臂串联成一单体；所述两片陶瓷基板紧贴于导流片上。

所述H桥的各场效应管或三极管P1、P2、P3、P4的输入端分别与脉冲调制器的输出端Q1、Q2、Q3、Q4相接。

所述热敏元件经一差分放大器与PID控制电路相接，该差分放大器的同相输入端与热敏元件的输出端相接，反相输入端与移动终端的存储器的一数据输出端口相接，差分放大器的输出端接于PID控制电路上。

所述PID控制电路包括串联连接的电阻R1、电容C1、电容C2、电阻R3，串联连接的电阻R2、电容C3，上述两串联电路并联连接后，一端与差分放大器的输出端相接，另一端接于脉冲调制器的输入端；PID控制电路上还接有一反相放大器，该反相放大器的反相输入端接于电容C1、电容C2的连线之间并同时接于电阻R2、电容C3的连线之间，输出端接于脉冲调制器的输入端。

本发明还公开了一种应用上述装置的外壳温度调整方法，其步骤包括：

S1、热敏元件采集移动终端外壳的当前温度数据；

S2、对当前温度数据与预设置的温度标准数据进行差分运算得到差分数据，并将差分数据传送至脉冲调制器；

S3、所述脉冲调制器以差分数据为依据，通过H桥调整通过热电制冷器的电流方向及大小。

进一步地，在步骤S2中，所述差分数据经放大处理，并经PID调节后，输出至脉冲调制器。

进一步地，在步骤S3中，所述脉冲调制器以差分数据为依据，调整通过热电制冷器的电流方向及大小，包括：

若当前温度数据大于预设置的温度标准数据，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使与第一陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂，与第二陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂；

若当前温度数据小于预设置的温度标准数据，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使与第一陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂，与第二陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂。

进一步地，在步骤S3中，所述脉冲调制器以差分数据为依据，调整通过热电制冷器的电流方向及大小，包括：当PID控制电路调整输出的差分数据大于一上限值时，通过调整脉冲调制器的输出端的占空比，增加场效应管或三极管的导通时间，增大H桥的输出电流。

与现有技术相比，本发明采用热电制冷器作为人体与移动终端的发热部件之间的屏障，充分利用了热电制冷器的局部散热效率高的优势，且制冷功率可调，制冷制热可转换，结构简单，成本低；通过电路控制热电制冷器与人体接触端的温度，使得在任何场景下移动终端外壳可维持在一适宜的温度下，极大地改善了用户体验。

附图说明

附图1为本发明一种实施例的热电制冷器的结构示意图；

附图2为本发明实施例一的移动终端的外壳温度调整装置的电路图；

附图3为本发明实施例三的移动终端的外壳温度调整方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一

一种移动终端的外壳温度调整装置，如附图2所示，包括一热电制冷器及一脉冲调制器，所述热电制冷器由至少一半导体电偶对重复排列串联而成，半导体电偶对安装于两片陶瓷基板之间，第一陶瓷基板1与移动终端的发热部件2相贴，第二陶瓷基板3紧贴移动终端的外壳或者以该第二陶瓷基板作为移动终端的外壳；所述热电制冷器的两端接于一H桥上，该H桥的输入端分别与脉冲调制器的输出端相接；所述外壳温度调整装置还包括一设置于第二陶瓷基板上的热敏元件4，用于测定移动终端的外壳的温度，该热敏元件经一PID控制电路与脉冲调制器电连接。

所述一半导体电偶对包括N型电偶臂5和P型电偶臂6，通过设于两者端部的导流片7将N型电偶臂和P型电偶臂串联成一单体。所述半导体电偶对的数目可为一对以上，在本实施例中，半导体电偶对的数目为两对。所述两片陶瓷基板紧贴于导流片上。单体和导流片被安装在两片陶瓷基板之间，陶瓷基板的作用是将所有的结构机械性的连接在一起，并且保持每个单体与其它结构和外界焊接面之间相互绝缘。

如附图1所示的热电制冷器，包括依次串联连接的N型电偶臂、P型电偶臂、N型电偶臂、P型电偶臂，若左端接电源正极，右端接电源负极，接通电源后，电子由电源负极出发，流过P型电偶臂，再经过N型电偶臂。电子对于P型电偶臂是少数载流子，而对于N型电偶臂则是多数载流子，当电子由P型电偶臂进入N型电偶臂时，必须要在外界环境中吸收足够的能量才能进入高势能的N型电偶臂，这就导致P、N接触面处温度降低；当电子由N型电偶臂进入P型电偶臂时则相反，它会在P、N接触面处释放多余的能量，导致该处温度升高。因此，通过控制流过P、N的电流大小及方向，就能随心所欲控制两端的温度。

如附图2所示，所述热电制冷器的两端接于一H桥上，该H桥包括四个绝缘栅场效应管。具体地，热电制冷器的左端的N型电偶臂经一电感线圈接于H桥的左边桥，该左边桥包括P沟道绝缘栅场效应管P1和N沟道绝缘栅场效应管P2；热电制冷器的右端的P型电偶臂经一电感线圈接于H桥的右边桥，该右边桥包括P沟道绝缘栅场效应管P3和N沟道绝缘栅场效应管P4。P1、P3之间接电源VCC，P2、P4之间接地。

所述H桥的P1输入端与脉冲调制器（即PWM controller）的输出端Q1相接，P2输入端与输出端Q2相接，输入端P3与输出端Q3相接，P4输入端与输出端Q4相接。

设置于第二陶瓷基板上的热敏元件4经一PID控制电路与脉冲调制器电连接。具体地，所述热敏元件经一差分放大器与PID控制电路相接，该差分放大器的同相输入端经一电阻R与热敏元件的输出端Temp相接，同时经一阻尼的电阻与基准电压相接，差分放大器的反相输入端经一电阻R与移动终端的存储器的一数据输出端口T-set相接，差分放大器的输出端接于PID控制电路上。所述PID控制电路包括串联连接的电阻R1、电容C1、电容C2、电阻R3，串联连接的电阻R2、电容C3，上述两串联电路并联连接后，一端与差分放大器的输出端相接，另一端接于脉冲调制器的输入端，上述构成一PID网络；PID控制电路上还接有一反相放大器，该反相放大器的反相输入端接于电容C1、电容C2的连线之间并同时接于电阻R2、电容C3的连线之间，输出端接于脉冲调制器的输入端。

PID控制根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统输出数据进行控制。在本发明中，PID控制电路的用途在于通过P（比例）、I（积分）、D（差分求导）对差分放大器输出的差分信号进行纠正调整。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于：H桥采用四个三极管的结构，该H桥的左边桥包括PNP型三极管Q1和NPN型三极管Q2，右边桥包括PNP型三极管Q3和NPN型三极管Q4。

实施例三

本发明还提供了一种应用实施例一的外壳温度调整装置的移动终端的外壳温度调整方法，如附图3所示，其步骤包括：

S301、热敏元件采集移动终端外壳的当前温度数据；

S302、对当前温度数据与预设置的温度标准数据进行差分运算得到差分数据；

S303、将差分数据传送至脉冲调制器；

S304、所述脉冲调制器以差分数据为依据，调整输出脉冲；

S305、通过热电制冷器的电流方向及大小发生变化；

S306、移动终端外壳随之冷却或升温。

在步骤S301中，热敏元件采集移动终端外壳的当前温度数据后，将当前温度数据T1经热敏元件输出端Temp传送至差分放大器的同相输入端。同时，温度标准数据T2经存储器的一数据输出端口T-set传送至差分放大器的反相输入端。温度标准数据T2为人为设置的参数，是期望移动终端外壳表面所达到的温度表示，通过比较T1和T2，通过脉冲调制器不断调整通过电路中的电流大小和方向，最终使得T1无限靠近T2，达到温度控制的目的。所述差分放大器的放大倍数Av为一常数，比如可设定为50。

在步骤S302中，经差分放大器处理后，得到当前温度数据与预设置的温度标准数据的差值，即差分数据，所述差分数据经放大处理后，进入一个PID网络，经PID控制电路进行PID调节，然后经脉冲调制器的输入端传送至脉冲调制器。其中PID调节通过P（比例）、I（积分）、D（差分求导）调整差分信号，将放大后的最终的调整信号输出至控制脉冲调制器。

在步骤S304中，所述脉冲调制器以差分数据为依据，通过调整输出脉冲的频率和占空比等，调整通过热电制冷器的电流方向及大小，具体地：

当当前温度数据大于预设置的温度标准数据时，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使得脉冲调制器的输出端Q1=Q2=0（低电平），Q3=Q4=1（高电平），此时，H桥的绝缘栅场效应管（MOS管）P1、P4导通，P2、P3截止，电流方向从左至右流过制冷器，即与第一陶瓷基板1相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂，则靠近移动终端的发热部件的半导体电偶臂端部放热使温度升高；与第二陶瓷基板3相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂，则靠近移动终端的外壳的半导体电偶臂端部吸热使温度降低，实现对外壳的冷却。

当当前温度数据小于预设置的温度标准数据时，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使得脉冲调制器的输出端Q1=Q2=1（高电平），Q3=Q4=0（低电平），此时，H桥的绝缘栅场效应管（MOS管）P1、P4截止，P2、P3导通，电流方向从右至左流过制冷器，即与第一陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂，则靠近移动终端的发热部件的半导体电偶臂端部吸热使温度降低，实现对移动终端的内部元件的冷却；与第二陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂，则靠近移动终端的外壳的半导体电偶臂端部放热使温度升高，从而使外壳升温。 

当PID控制电路调整输出的差分数据大于一上限值时，若Q1输出高电平，Q4输出低电平，此时MOS管P1、P4处于截止状态时，通过调整脉冲调制器的输出端Q2、Q3的占空比，增加场效应管或三极管的导通时间，增大H桥的输出电流，使手机外壳温度尽快回到设定值范围内。

另一方面，在一种实施例中，当PID控制电路调整输出的差分数据小于一下限值时，通过调整脉冲调制器的输出端的占空比，减少场效应管或三极管的导通时间，降低H桥的输出电流。若Q1输出高电平，Q4输出低电平，此时MOS管P1、P4处于截止状态时，可通过调整脉冲调制器的输出端Q2、Q3的占空比，通过调整电流的大小，从而控制对移动终端的外壳的冷却速率。

以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种移动终端的外壳温度调整装置，其特征在于：包括一热电制冷器及一脉冲调制器，所述热电制冷器由至少一半导体电偶对重复排列串联而成，半导体电偶对安装于两片陶瓷基板之间，第一陶瓷基板与移动终端的发热部件相贴，第二陶瓷基板紧贴移动终端的外壳或者以该第二陶瓷基板作为移动终端的外壳；所述热电制冷器的两端接于一H桥上，该H桥的输入端分别与脉冲调制器的输出端相接；

还包括一设置于第二陶瓷基板上的热敏元件，该热敏元件经一PID控制电路与脉冲调制器电连接。

2.根据权利要求1所述的移动终端的外壳温度调整装置，其特征在于： 所述一半导体电偶对包括N型电偶臂和P型电偶臂，通过设于两者端部的导流片将N型电偶臂和P型电偶臂串联成一单体；所述两片陶瓷基板紧贴于导流片上。

3.根据权利要求2所述的移动终端的外壳温度调整装置，其特征在于：所述H桥的各场效应管或三极管P1、P2、P3、P4的输入端分别与脉冲调制器的输出端Q1、Q2、Q3、Q4相接。

4.根据权利要求3所述的移动终端的外壳温度调整装置，其特征在于：所述热敏元件经一差分放大器与PID控制电路相接，该差分放大器的同相输入端与热敏元件的输出端相接，反相输入端与移动终端的存储器的一数据输出端口相接，差分放大器的输出端接于PID控制电路上。

5.根据权利要求4所述的移动终端的外壳温度调整装置，其特征在于：所述PID控制电路包括串联连接的电阻R1、电容C1、电容C2、电阻R3，串联连接的电阻R2、电容C3，上述两串联电路并联连接后，一端与差分放大器的输出端相接，另一端接于脉冲调制器的输入端；PID控制电路上还接有一反相放大器，该反相放大器的反相输入端接于电容C1、电容C2的连线之间并同时接于电阻R2、电容C3的连线之间，输出端接于脉冲调制器的输入端。

6.一种应用权利要求1-5中任一项所述的装置的外壳温度调整方法，其步骤包括：

S1、热敏元件采集移动终端外壳的当前温度数据；

S2、对当前温度数据与预设置的温度标准数据进行差分运算得到差分数据，并将差分数据传送至脉冲调制器；

S3、所述脉冲调制器以差分数据为依据，通过H桥调整通过热电制冷器的电流方向及大小。

7.根据权利要求6所述的移动终端的外壳温度调整方法，其特征在于：在步骤S2中，所述差分数据经放大处理，并经PID调节后，输出至脉冲调制器。

8.根据权利要求7所述的移动终端的外壳温度调整方法，其特征在于：在步骤S3中，所述脉冲调制器以差分数据为依据，调整通过热电制冷器的电流方向及大小，包括：

若当前温度数据大于预设置的温度标准数据，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使与第一陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂，与第二陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂；

若当前温度数据小于预设置的温度标准数据，调整脉冲调制器的各输出端的电平，使与第一陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自N型电偶臂流向P型电偶臂，与第二陶瓷基板相贴的导流片的电流方向为自P型电偶臂流向N型电偶臂。

9.根据权利要求7所述的移动终端的外壳温度调整方法，其特征在于：在步骤S3中，所述脉冲调制器以差分数据为依据，调整通过热电制冷器的电流方向及大小，包括：

当PID控制电路调整输出的差分数据大于一上限值时，通过调整脉冲调制器的输出端的占空比，增加场效应管或三极管的导通时间，增大H桥的输出电流。