CN115244946A - 面板扬声器温度监视和控制 - Google Patents

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CN115244946A CN202080098387.2A CN202080098387A CN115244946A CN 115244946 A CN115244946 A CN 115244946A CN 202080098387 A CN202080098387 A CN 202080098387A CN 115244946 A CN115244946 A CN 115244946A
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Abstract

一种面板音频扬声器包括面板和附接到面板表面并被配置为引起面板振动的致动器。该致动器包括与面板热连通的磁线圈。该面板音频扬声器还包括：多个电传感器，该多个电传感器电耦合到磁线圈并被配置为输出磁线圈的时变电数据；以及与磁线圈和电传感器通信的电子控制模块。该电子控制模块被配置为执行包括以下的操作：向磁线圈提供电流；接收磁线圈的时变电数据；确定在第一时间和第二时间之间提供给磁线圈的电能；访问面板的热模型；以及确定在第一时间和第二时间之间面板温度的变化。

Description

面板扬声器温度监视和控制
技术领域
本公开申请大体上涉及音频扬声器。
背景技术
本说明书涉及包括一个或多个电磁线圈的致动器以及以该致动器为特征的面板音频扬声器。
许多电子设备能够通过包括提供音调、语音生成或记录的输出的扬声器来呈现多媒体内容。面板音频扬声器可以通过经由电声致动器在面板中引起分布振动模式来产生声音。例如，面板可以包括显示面板。通常，致动器是电磁或压电致动器。
发明内容
本说明书描述了用于监视面板音频设备中的面板温度的技术、方法、系统和其他机制。
面板音频扬声器可以包括致动器，该致动器包括向面板提供力使面板振动以产生可听声波的磁线圈。致动器的磁线圈可以与面板热连通，使得热量可以在磁线圈和面板之间流动。例如，线圈可以例如通过粘合剂固定到面板的表面。
面板例如可以是移动电话、智能手表或头戴式显示器的显示面板。期望预测、测量和监视面板的温度。高面板温度可能会对用户造成伤害，并可能引起对于面板和连接的部件的损坏。例如，可能期望将面板温度保持在45摄氏度以下，以减小伤害和损坏的风险。
在致动器操作期间，面板音频扬声器的控制模块可以向磁线圈提供电音频信号，并且可以测量磁线圈的电数据。基于电数据，控制模块可以确定在一时间段期间应用到磁线圈的能量的量。基于应用到磁线圈的能量的量、面板的热模型和初始温度，控制模块可以确定面板的最终温度。
控制模块可以确定面板的最终温度违反限制或阈值温度。响应于确定面板的最终温度违反阈值温度，控制模块可以调整供应给磁线圈的音频信号。例如，控制模块可以减小供应给磁线圈的音频信号的电流。减小供应给磁线圈的音频信号的电流可能导致面板温度以较慢的速率增加、停止增加或降低。
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在面板音频扬声器中，该面板音频扬声器包括：面板；致动器，附接到所述面板的表面并被配置为引起所述面板的振动，所述致动器包括与所述面板热连通的磁线圈；多个电传感器，电耦合到所述磁线圈并被配置为输出所述磁线圈的时变电数据；以及电子控制模块，与所述磁线圈和所述多个电传感器通信。所述电子控制模块被配置为执行包括以下操作的操作：向所述磁线圈提供电流；从所述多个电传感器接收所述磁线圈的所述时变电数据；基于所述磁线圈的所述时变电数据，确定在第一时间和第二时间之间提供给所述磁线圈的电能；访问所述面板的热模型；以及基于提供给所述磁线圈的所述电能和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间和所述第二时间之间面板温度的变化。
前述和其他实施例可以各自任选地包括单独或组合的以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，所述时变电数据包括以下中的一个或多个：通过所述磁线圈的时变电流；以及跨所述磁线圈的时变电压。
在一些实施方式中，所述面板的所述热模型包括以下中的一个或多个：表示从所述磁线圈到所述面板的热量传递的数据；以及表示从所述面板到环境的热量传递的数据。
在一些实施方式中，所述面板的所述热模型包括提供给所述磁线圈的所述电能与所述面板温度的所述变化之间的关联曲线。
在一些实施方式中，确定提供给所述磁线圈的所述电能包括：根据所述磁线圈的所述时变电数据确定提供给所述磁线圈的时变功率；以及对在所述第一时间和所述第二时间之间的所述时变功率积分。
在一些实施方式中，所述操作还包括：根据所述磁线圈的所述时变电数据和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间的第一面板温度；基于所述第一面板温度以及在所述第一时间和所述第二时间之间的所述面板温度的变化，确定在所述第二时间的第二面板温度；以及基于所述第二面板的温度，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
在一些实施方式中，所述操作还包括：从第一时间和第二时间之间的所述面板温度的所述变化确定所述面板温度的变化率；以及基于所述面板温度的所述变化率，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
在一些实施方式中，所述电子控制模块包括音频信号源、放大器和数字信号处理器中的一个或多个。
在一些实施方式中，所述面板包括显示面板。
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在移动设备中，所述移动设备包括外壳和面板音频扬声器。
在一些实施方式中，所述移动设备包括移动电话或平板电脑。
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在可穿戴设备中，所述可穿戴设备包括外壳和面板音频扬声器。
在一些实施方式中，所述可穿戴设备是智能手表或头戴式显示器。
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在一种方法中，所述方法包括：向致动器的磁线圈提供电流以引起面板的振动，所述磁线圈与所述面板热连通；从电耦合到所述磁线圈的多个电传感器接收所述磁线圈的时变电数据；基于所述磁线圈的所述时变电数据，确定在第一时间和第二时间之间提供给所述磁线圈的电能；访问所述面板的热模型；以及基于提供给所述磁线圈的所述电能和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间和所述第二时间之间面板温度的变化。
前述和其他实施例可以各自任选地包括单独或组合的以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，所述时变电数据包括以下中的一个或多个：通过所述磁线圈的时变电流；以及跨所述磁线圈的时变电压。
在一些实施方式中，所述面板的所述热模型包括以下中的一个或多个：表示从所述磁线圈到所述面板的热量传递的数据；以及表示从所述面板到环境的热量传递的数据。
在一些实施方式中，确定提供给所述磁线圈的所述电能包括：根据所述磁线圈的所述时变电数据确定提供给所述磁线圈的时变功率；以及对在所述第一时间和所述第二时间之间的所述时变功率积分。
在一些实施方式中，所述方法还包括：根据所述磁线圈的所述时变电数据和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间的第一面板温度；基于所述第一面板温度以及在所述第一时间和所述第二时间之间的所述面板温度的所述变化，确定在所述第二时间的第二面板温度；以及基于所述第二面板温度，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
在一些实施方式中，所述方法还包括：从在所述第一时间和所述第二时间之间的所述面板温度的所述变化确定所述面板温度的变化率；以及基于所述面板温度的所述变化率，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
在一些实施方式中，所述方法还包括：调整提供给所述磁线圈的所述电流包括减小提供给所述磁线圈的所述电流。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是移动设备的实施例的透视图。
图2是图1的移动设备的示意性剖视图。
图3是被配置为监视面板音频设备中的面板温度的示例系统的框图。
图4是图3的示例系统的示例处理器的框图。
图5A、5B和5C图示了用于面板音频温度监视的示例图形和曲线。
图6是用于监视在面板音频设备中的面板的温度的示例过程的流程图。
图7是用于移动设备的电子控制模块的实施例的示意图。
各图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
通常，致动器模块可用于多种应用中。例如，在一些实施例中，致动器模块可用于驱动诸如分布式模式扬声器(DML)的面板音频扬声器的面板。这种扬声器可以被集成到移动设备中，诸如移动电话、智能手表或头戴式显示器。例如，参考图1，移动设备100包括设备机座102和面板104，面板104包括集成了面板音频扬声器的平板显示器(例如，OLED或LCD显示面板)。移动设备100以多种方式与用户交互，该多种方式包括通过经由面板104显示图像和接收触摸输入。通常，移动设备具有大约10mm或更小的深度(在z方向上)、60毫米至80毫米(例如，68毫米至72毫米)的宽度(x方向)和100毫米至160毫米(例如，138毫米至144毫米)的高度(y方向)。在图1示出了笛卡尔坐标系以供参考。
移动设备100还产生音频输出。使用面板音频扬声器生成音频输出，该面板音频扬声器通过使平板显示器振动来创建声音。显示面板耦合到致动器，诸如分布式模式致动器或DMA。致动器是被布置成向面板(诸如面板104)提供力以引起面板振动的可移动部件。振动的面板生成人类可听声波，例如，在20Hz到20kHz的范围内。
通常，致动器产生可听声波的效率根据取决于致动器、面板以及致动器与面板的耦合的性质的频率而变化。通常，致动器/面板系统将表现出一个或多个共振频率，这些共振频率表示根据频率的声压水平具有局部最大值的频率。然而，通常希望面板音频扬声器在整个音频频谱上保持相对高的声压水平。
除了产生声音输出之外，移动设备100还可以使用致动器产生触觉输出。例如，触觉输出可以对应于180Hz到300Hz范围内的振动。
图1还示出了对应于图2所示横截面方向的虚线。参考图2，移动设备100的横截面图示了设备机座102和面板104。为了便于参考，图2还包括带有x、y和z轴的笛卡尔坐标系。设备机座102具有沿z方向测量的深度和沿x方向测量的宽度。设备机座102还具有背板，所述背板由设备机座102的主要在x-y平面中延伸的部分形成。移动设备100包括致动器模块200，该致动器模块200被容纳在机座102中的面板104后面并附接到面板104的背面。压敏粘合剂(PSA)240可以将致动器模块200附接到面板104。通常，致动器模块200被确定尺寸以适合容纳在机座中的其他部件所约束的体积，该其他部件包括电子控制模块220和电池230。
致动器模块200可以被配置为将电能转换成声能。致动器模块200可由电子控制模块220控制。电子控制模块220可由一个或多个电子部件组成，所述一个或多个电子部件接收来自移动设备100的一个或多个传感器和/或信号接收器的输入，处理输入，并生成和递送信号波形，该信号波形使致动器模块200提供合适的触觉响应。电子控制模块220可以与磁线圈210通信。
参考图2，致动器模块200包括磁线圈210和PSA 240。PSA 240允许致动器模块200固定到面板104。致动器模块200可以相对紧凑。例如，致动器模块的高度(即，它在z方向上的尺寸)可以是大约10毫米或更小(例如，8毫米或更小、6毫米或更小、5毫米或更小)。
在操作期间，电子控制模块220通过向磁线圈210应用电流来激励磁线圈210。所得的磁通量与悬挂的磁体相互作用，并且所得的振动被传递到面板104。
可以使用悬挂在由磁体生成的磁场内的细导线来构造磁线圈210。当可以是输入电压信号的模拟信号通过磁线圈210时，产生电磁场。电磁场信号强度由流过线圈的电流决定。
磁线圈210附接到面板104的表面，所述面板104的表面也协同移动。磁线圈210可以通过粘合剂(例如压敏粘合剂、液体粘合剂等)固定到面板104的表面。面板的移动会在其周围的空气中引起扰动，从而产生声音。在输入信号是正弦波的情况下，面板104将跳动(例如，内和外)，这在它移动时推动空气，并生成表示信号频率的可听音。可以至少部分地基于应用到磁线圈210的输入信号来确定面板104移动和推动周围空气的强度，以及因此速度。
磁线圈210可以与面板104热连通。当与面板热连通时，热量可以从磁线圈210流动或传递到面板104，并且从面板104流动或传递到磁线圈210。例如，当电子控制模块220驱动磁线圈210时，电流流过磁线圈210，加热磁线圈210。然后来自磁线圈210的热量可以传递到面板104。
在致动器模块200的操作期间，磁线圈温度可能升高，从而导致面板温度也升高。随着面板104从磁线圈210接收热量，面板104也可能将热量散失到环境中。因此，在操作期间，面板温度可能以比磁线圈温度更慢的变化率上升，并且面板温度可能保持低于磁线圈温度。
当致动器模块200不操作时，磁线圈温度可能下降，导致面板温度也下降。在致动器模块200不操作的延长时间期间，磁线圈210和面板104可以达到热平衡。因此，当电流在延长的时间段没有通过磁线圈210时，磁线圈210和面板104可以达到相同的温度。
图3是被配置为监视面板音频设备中的面板的温度的示例系统300的图。系统300包括电子控制模块220、磁线圈210和面板104。电子控制模块220包括信号生成器340、处理器310、数模转换器(DAC)330、放大器360、电流传感器312、电流模数转换器(ADC)316、电压传感器314、电压ADC 318、时钟320和可以存储面板热模型352和初始面板温度354的存储器350。
尽管在图3中示出系统300的特定配置，但是其他配置也是可以的。例如，在一些实施方式中，某些部件可能不被包括在所示的电子控制模块220中。例如，信号生成器340、时钟320和/或放大器360可能不被包括在电子控制模块220中。在一些实施方式中，某些部件可以被组合成单个部件。例如，放大器360可以包括处理器310、DAC330或两者。在一些示例中，处理器310可以包括存储器350、DAC 330、电流ADC 316、电压ADC 318或所有这些。
通常，系统300的操作如下。磁线圈210可以例如通过有线或无线连接与电子控制模块220通信。磁线圈210可以接收已经从放大器360输出的电信号作为输入。当电信号被应用到磁线圈210时，磁线圈温度可能升高，且进而面板温度也可能升高。
电传感器可以测量磁线圈210的时变电数据。例如，电流传感器312可以测量通过磁线圈210的时变电流，并且电压传感器314可以测量跨磁线圈210的时变电压。处理器310可以基于测量的线圈电流和线圈电压确定在一时间段内供应给磁线圈210的能量的量。基于所提供的能量、面板热模型352和初始面板温度354，处理器310可以确定面板104的最终温度。基于面板104的最终温度，处理器310可以确定调整提供给磁线圈210的电信号。
信号生成器340可以是生成音频信号的音频信号源。例如，信号生成器可以生成数字音频信号，该数字音频信号表示要由面板104产生的可听声音。
处理器310可以是例如数字信号处理器(DSP)。处理器310可以从信号生成器340接收音频信号。处理器310可以例如通过解码、滤波、解压缩、变换和调制音频信号来处理音频信号。在一些示例中，处理器310可以通过增加或降低音频信号的功率水平来调整音频信号。处理器310可以将调整的数字音频信号输出到DAC 330。
DAC 330可以将数字音频信号转换为模拟电信号。例如，模拟电信号可以是交流(AC)电信号。DAC 330可以将模拟电信号输出到放大器360。
放大器360可以放大模拟电信号。例如，放大器360可以通过增加模拟信号的电压、电流或功率来放大模拟电信号。放大器360可以将放大的电信号输出到磁线圈210。
磁线圈210由被放大器360输出的放大电信号激励。随着来自放大电信号的电流流过磁线圈210，磁线圈温度可能升高。与磁线圈210热连通的面板104可以接收从磁线圈210传递的热量，从而导致面板温度升高。
电流传感器312可以测量流过磁线圈210的电流。电流传感器312可以是任何适当类型的电流传感器。例如，电流传感器312可以是磁通门、霍尔效应或感应电流传感器。电流传感器312可以将表示测量电流的模拟信号输出到电流ADC 316。电流ADC 316可以将表示测量的线圈电流的模拟信号转换为数字电流信号。电流ADC 316可以将线圈电流输出到处理器310。
在一些示例中，电流传感器312可以输出表示测量的线圈电流的数字信号。在这些示例中，系统300可能不包括电流ADC 316，并且电流传感器312可以将线圈电流直接提供给处理器310。
电压传感器314可以测量跨磁线圈210的电压。电压传感器314可以是任何适当类型的电压传感器。例如，电压传感器314可以是电阻式或电容式电压传感器。电压传感器314可以将表示测量电压的模拟信号输出到电压ADC 318。电压ADC 318可以将表示测量电压的模拟信号转换为数字电压信号。电压ADC 318可以将线圈电压输出到处理器310。
在一些示例中，电压传感器314可以输出表示测量的线圈电压的数字信号。在这些示例中，系统300可能不包括电压ADC 318，并且电压传感器314可以将线圈电压直接提供给处理器310。
处理器310可以从电流ADC 316和电压ADC 318接收线圈电流和线圈电压。处理器310可以基于线圈电流和线圈电压来确定面板温度。参考图4描述了基于线圈电流和线圈电压确定面板温度。
参考图4，处理器310包括功率计算器410、能量计算器420、温度变化计算器430、面板温度计算器440、面板温度限制器450和信号调整器460。处理器310还可以可选地包括温度变化速率计算器470。
处理器310的功率计算器410可以分别从电流ADC 316和电压ADC 318接收时变线圈电流404和时变线圈电压402。例如，可以以安培(A)为单位来指示线圈电流404。例如，可以以伏特(V)为单位来指示线圈电压。基于线圈电流404和线圈电压402，功率计算器410可以计算出磁线圈210的功率412。具体来说，功率计算器410可以将在特定时间的线圈电流404和线圈电压402相乘来计算在该特定时间的功率412。功率计算器410可以连续计算时变功率412。可以例如以瓦特(W)为单位来指示功率412。图5A中示出了时变功率412的示例图。
参考图5A，功率412可以在图上根据时间被表示。通常，当致动器模块200处于操作中时，功率412可随时间增加、降低或保持稳定。例如，由于音频音量(例如，音乐或语音音量)的变化，音频信号在功率上可能随时间增加和降低。
在图5A中，在包括第一时间510和第二时间520的时间段内绘制功率412的曲线图。第一时间510可以例如是在最初激励磁线圈210之后不久的一时间段。第二时间520可以是比第一时间510晚的时间。
处理器310的能量计算器420可以从功率计算器410接收时变功率412。能量计算器420还可以从时钟320接收时钟时间424。基于时变功率412，能量计算器420可以计算供应给磁线圈210的能量422。具体地说，如图5A所示，能量计算器420可以对第一时间510和第二时间520之间的时变功率412进行积分以确定在第一时间510和第二时间520之间供应的总能量422。
在图5A中，能量422由表示时变功率412的曲线下方的区域来表示。可以例如以焦耳(J)为单位来指示能量422。通常，在较长时间段内保持的较高的功率水平导致曲线下较大的面积，且因此导致供应给磁线圈的较大量的能量。能量计算器420可以将能量422输出到温度变化计算器430。
温度变化计算器430可以从能量计算器420接收能量422，并且从存储器350接收面板热模型352。在一些示例中，面板热模型352可以是实验模型。例如，可以在面板104或类似面板上执行实验，以确定响应于磁线圈210的激励的面板温度表现。实验可以包括以已知功率水平激励磁线圈210不同的持续时间，并测量面板104的所得温度。可以例如直接使用温度传感器或间接基于磁线圈的电阻来测量面板104的所得温度。在一些示例中，电子控制模块可以确定磁线圈210和面板可能处于大致相同的温度下。
图5B示出了面板104的示例温度特性曲线。可以通过用音频信号以稳定的已知功率激励磁线圈210一时间段，然后关断音频信号来生成该特性曲线。如图5B所示，面板温度540和致动器温度550可以根据时间在图上被表示。例如，可以以摄氏度(℃)为单位来指示温度变化432。在时间542，音频信号接通并以恒定功率激励磁线圈210。在时间544，音频信号关断。
在时间542和时间544之间，致动器温度550和面板温度540升高。例如，致动器温度550由于被音频信号激励而升高，并且面板温度540由于来自磁线圈210的热量传递而升高。致动器温度550可以比面板温度540更迅速地改变温度，因为磁线圈210具有比面板104低的热质量。在时间544之后，当音频信号关断时，致动器温度550和面板温度540下降。
可以针对各种功率水平和持续时间生成温度特性曲线。处理器310可以从温度特性曲线获得在给定温度下针对特定功率水平的温度变化率。例如，温度特性曲线可以指示面板温度540在35℃的初始温度下每瓦每分钟改变1摄氏度(℃)。面板104的温度特性曲线可以通过实验被生成并被存储在存储器350中。
在一些示例中，面板热模型352可以是数学模型。例如，面板热模型352可以包括表示从磁线圈210到面板104的热量传递的数据、表示从面板104到环境的热量传递的数据或两者。面板热模型352还可以包括响应于磁线圈210的激励的面板温度表现的模型。该数据可以考虑诸如面板104的比热容、磁线圈210和面板104之间的接触表面积以及面板104的总表面积的因素。该数据还可以考虑诸如环境温度变化、面板振动频率变化和激励连续性的因素。
在一些示例中，面板热模型352可以是可以通过实验更新和验证的数学模型。例如，可以针对预测的面板温度以数学方式生成面板热模型352。然后可以在面板104或类似面板上执行实验以验证和/或更新面板热模型352。实验可以包括以稳定的功率水平激励磁线圈210不同的持续时间，并生成如图5B所示的温度特性曲线。面板104的所得温度可以作为反馈被提供给面板热模型352，以便更新数学模型。
在一些示例中，可以在操作的校准阶段期间校准面板热模型352。例如，可以将初步热模型编程到存储器350中。在校准阶段期间，电子控制模块220可以以已知的功率水平激励磁线圈210，并且可以测量面板温度。然后可以基于在校准阶段期间测量的面板温度来更新面板热模型352。
在一些示例中，代替或补充校准阶段，可以在操作期间继续更新面板热模型352。例如，可以在第一时间和第二时间之间将音频信号应用到磁线圈210。当音频信号被应用到磁线圈210时，致动器温度550和面板温度540升高。
在第二时间和第三次之间的持续时间期间，音频信号可以关断，或者可以减小到较低功率，使得来自致动器的热量不再导致面板温度540升高。该持续时间可以等于或长于致动器温度550变得大约等于面板温度540的阈值持续时间。处理器310然后可以测量磁线圈210的电阻以确定致动器温度550，且因此确定测量的面板温度。
处理器310还可以基于面板热模型352确定在第三时间的计算的面板温度。处理器310然后可以将基于致动器温度550的测量的面板温度与基于热模型的计算的面板温度进行比较。处理器310可以计算测量的面板温度和计算的面板温度之间的误差。处理器310可以提供误差作为反馈以调整面板热模型532的一个或多个变量。
在示例中，初始面板温度354是33℃。在第一时间T1和第二时间T2之间将音频信号应用到磁线圈210。在时间T2，音频信号关断并保持关断直到时间T3。T2和T3之间的持续时间是比其间致动器温度550变得大约等于面板温度540的阈值持续时间更长的持续时间。
处理器310在时间T3测量磁线圈210的电阻。根据电阻，处理器确定致动器温度为40℃，且因此确定测量的面板温度为40℃。处理器310基于面板热模型352确定42℃的计算的面板温度。处理器310计算2℃的误差。处理器310提供误差作为反馈以调整面板热模型532。
在第三时间，可以再次将音频信号应用到磁线圈210。处理器310可以使用在第三时间的测量的温度作为初始面板温度354用于最终面板温度442的下一次计算。在上述示例中，40℃的测量面板温度可用作初始面板温度354，以用于最终面板温度44——例如在第四时间T4的面板温度——的下一次计算。
在一些示例中，面板热模型352可以包括面板热模型曲线530，其表示能量和面板温度变化之间的关联，如图5C所示。可以基于如图5B所示的温度特性曲线生成面板热模型曲线530。例如，温度特性曲线可以提供在给定温度下特定功率水平的温度变化率。从多个温度特性曲线，可以确定一定量的能量的温度变化率。在一些示例中，可以针对多个初始温度生成多面板热模型曲线530。
参考图5C，面板热模型曲线530可以在图上根据能量被表示。通常，面板温度变化随着能量的增加而增加，例如，对于供应给磁线圈210的更大量的能量，面板温度可以改变更大的量。虽然图5C示出了具有近似对数形状的曲线，面板热模型曲线530的形状可以根据面板的特性而变化。面板热模型曲线530的形状可以是例如线性的、指数的或抛物线的。
面板热模型352可以被编程到存储器350中。处理器310然后可以从存储器350访问面板热模型352以便确定面板温度变化430。
使用面板热模型曲线530，温度变化计算器430可以计算与能量422相关联的面板温度变化。在图5C的示例中，温度变化计算器430计算面板温度变化432。面板温度变化432表示第一时间510和第二时间520之间的面板温度的变化。温度变化计算器430可以将面板温度变化432输出到面板温度计算器440。
面板温度计算器440可以接收来自温度变化计算器430的面板温度变化432以及来自存储器350的初始或第一面板温度354。初始面板温度354可以是在第一时间510的面板温度。在一些示例中，在第一时间510时或之前，处理器310可以确定初始面板温度354，并将初始面板温度354存储在存储器350中。
在一些示例中，处理器310可以基于磁线圈温度在第一时间510确定初始面板温度354。在一些示例中，面板热模型352可以包括在面板温度和磁线圈温度之间的关联。
在一些示例中，处理器310可以确定面板温度可能与磁线圈温度相同。例如，基于面板热模型352，处理器310可以确定当磁线圈210在特定持续时间内没有被激励时，面板104达到与磁线圈温度相同或大致相同的温度。因此，处理器310可以基于磁线圈210在特定持续时间内没有被激励来确定初始面板温度354与磁线圈温度相同。
在一些示例中，第一时间510可以是在磁线圈210未被激励的特定持续时间之后最初激励磁线圈210之后不久的时间。在这些示例中，处理器310可以确定在第一时间510的初始面板温度354与在第一时间510的磁线圈温度相同。
在一些示例中，处理器310可以在致动器模块200的操作期间基于磁线圈210的电阻来确定磁线圈温度。例如，处理器310可以基于在致动器模块200操作时的线圈电流404和线圈电压402确定磁线圈210的电阻。磁线圈210可以具有已知的电阻温度系数。因此，基于磁线圈210的电阻，处理器310可以确定磁线圈温度。基于在磁线圈温度和面板温度之间的关联，处理器310可以确定初始面板温度354。
在一些示例中，处理器310可以基于在致动器模块200不操作时的磁线圈210的电阻来确定磁线圈温度。例如，处理器310可以向磁线圈210提供导频音。例如，导频音可以是不会使面板104产生可听声音的低幅度和/或低频音。处理器310可以测量在以导频音激励磁线圈210时的线圈电流404和线圈电压402。基于磁线圈210的电阻和已知的电阻温度系数，处理器310可以确定磁线圈温度。基于在磁线圈温度和面板温度之间的关联，处理器310可以确定初始面板温度354。
在一些示例中，初始面板温度354可以是先前计算的最终面板温度442。例如，处理器310可以基于能量422和面板热模型352确定在第二时间520的最终面板温度442。处理器310可以将在第二时间520的最终面板温度442存储在存储器350中，以供以后在最终面板温度442的新计算中作为初始面板温度354参考。
基于初始面板温度354和面板温度变化432，面板温度计算器440可以计算最终或第二面板温度442。最终面板温度442可以是在第二时间520的面板104的温度。面板温度计算器440可以例如通过将面板温度变化432添加到初始面板温度354计算最终面板温度442。面板温度计算器440可以将最终面板温度442输出到面板温度限制器450。
面板温度限制器450可以将最终面板温度442与阈值面板温度进行比较。例如，该阈值可以是最大允许面板温度。在一些示例中，该阈值面板温度可以是在最大允许面板温度的缓冲范围内的面板温度。例如，最大允许面板温度可以是45℃。为了提供5℃的缓冲范围，可以将阈值面板温度设置为40℃。
在一些实施方式中，除了面板温度计算器440之外，温度变化计算器430还可以将面板温度变化432输出到温度变化率计算器470。基于面板温度变化432和在第一时间510和第二时间520之间的持续时间，温度变化率计算器470可以确定面板温度变化率434。可以例如以每分钟摄氏度(℃/min)为单位指示面板温度变化率434。温度变化率计算器470可以将温度变化率434输出到面板温度限制器450。
面板温度限制器450可以将温度变化率434与阈值温度变化率进行比较。例如，该阈值可以是最大允许温度变化率。该阈值变化率可以基于最终面板温度442而变化。例如，在35℃的最终面板温度下，阈值变化率可以被设置为+2℃/min。在38℃的最终面板温度下，阈值变化率可以被设置为+1℃/min。因此，随着最终面板温度442升高，接近阈值面板温度，阈值变化率可能降低。
基于确定最终面板温度442超过阈值面板温度、温度变化率434超过阈值温度变化率或两者，面板温度限制器450可以确定向信号调整器460输出信号调整452。例如，该信号调整可以是要应用于音频信号458以便生成调整的音频信号462的数学函数。
可以用确定对于各种最终面板温度442和温度变化率434的信号调整452的规则来编程面板温度限制器450。例如，规则可以规定当最终面板温度442超过阈值面板温度时，信号调整452包括将音频信号功率减小除数2的函数。在另一示例中，规则可以规定当温度变化率434超过阈值温度变化率时，信号调整452包括将音频信号功率减小因数三分之一的函数。在另一示例中，规则可以规定当最终面板温度442超过阈值面板温度时，信号调整452包括关断音频信号。
在一些示例中，面板温度限制器450可以被编程为在指定的时间段内输出信号调整452。例如，响应于确定最终面板温度442超过阈值面板温度，面板温度限制器450可以确定在一分钟的时间段内输出将音频信号功率减小二分之一的信号调整452。在一些示例中，在一分钟的时间段之后，面板温度限制器450可以自动移除信号调整452。
在一些示例中，面板温度限制器450可以输出仅应用于音频信号458的某些频率的信号调整。在一些示例中，面板温度限制器450可以输出应用于音频信号458的多个频率范围的多个信号调整。例如，面板温度限制器450可以输出应用于音频信号458的第一频率范围的第一信号调整，以及应用于音频信号458的第二频率范围的第二信号调整。
在一些示例中，面板温度限制器450可以确定移除信号调整452。例如，面板温度限制器450可能先前已经确定将信号调整452应用于音频信号458。面板温度限制器450可以继续监视最终面板温度442和/或温度变化率434。当最终面板温度442、温度变化率434或两者返回到编程阈值以下时，面板温度限制器450可以确定移除先前应用的信号调整452。
信号调整器460接收来自信号生成器340的音频信号458，以及来自面板温度限制器450的信号调整452。信号调整器460可以将信号调整452应用于音频信号458。例如，对于减小二分之一的信号调整，信号调整器460可以将音频信号458的功率减小二分之一。信号调整器460向磁线圈210输出调整的音频信号462。
在一些示例中，代替或补充处理器310将信号调整452应用于音频信号458，处理器310可以向放大器360传送命令以调整放大。例如，处理器310可以向放大器360传送命令以减小例如二分之一模拟电信号的放大。放大器360然后可以在指定的时间段内减小模拟电信号的放大，或者直到从处理器310接收到停止减小放大的后续命令。
当音频信号的功率减小时，通过磁线圈210的电流减小。由于电流减小，磁线圈210然后可以以较慢的速率增加温度、停止增加温度或降低温度。由于在磁线圈210和面板104之间的热连通，面板104同样可以以较慢的速率增加温度、停止增加温度或降低温度。处理器310可以继续监视线圈电流404和线圈电压402以便重新计算面板温度的变化。
图6是用于监视在面板音频设备中的面板的温度的示例过程600的流程图。过程600可以例如由电子控制模块220执行。
简而言之，过程600包括向致动器的磁线圈提供电流以引起面板的振动，该磁线圈与面板(602)热连通，从电耦合到磁线圈的多个电传感器接收磁线圈的时变电数据(604)，基于磁线圈的时变电数据确定在第一时间和第二时间之间提供给磁线圈的电能(606)，访问面板的热模型(608)，基于提供给磁线圈的电能和面板的热模型确定在第一时间和第二时间之间的面板温度的变化(610)，确定第一时间的第一面板温度(612)，基于第一面板温度和面板温度在第一时间和第二时间之间的变化确定在第二时间的第二面板温度(614)，并且基于第二面板温度调整提供给磁线圈的电流(616)。
更详细地，过程600包括向致动器的磁线圈提供电流以引起面板的振动，该磁线圈与面板热连通(602)。例如，磁线圈可以附接到面板的表面，使得当磁线圈的温度升高时，面板温度也可能升高。
过程600包括从电耦合到磁线圈的多个电传感器接收磁线圈的时变电数据(604)。例如，时变电数据可以包括通过磁线圈的时变电流和跨磁线圈的时变电压。
过程600包括：基于磁线圈的时变电数据，确定在第一时间和第二时间之间提供给磁线圈的电能(606)。例如，第一时间可以是零秒的时间。例如，第二时间可以是六十秒的时间。基于磁线圈的电流数据和电压数据，电子控制模块可以确定供应给磁线圈的时变功率。例如，时变功率可以包括在六十秒的持续时间内供应给磁线圈的10W的稳定功率。基于该功率，电子控制模块可以确定提供给磁线圈的电能。例如，基于60秒的10W的功率，电子控制模块可以确定600焦耳的电能。
过程600包括访问面板的热模型(608)。例如，可以从电子控制模块的存储器中访问面板的热模型。面板的热模型可以包括在提供给磁线圈的能量与面板温度的变化之间的关联曲线。面板的热模型可以包括表示从磁线圈到面板以及从面板到环境的热量传递的数据。可以使用例如数学计算、实验结果或两者来生成面板的热模型。可以在操作之前、在校准阶段期间、在操作期间或这些的组合生成面板的热模型。
过程600包括：基于提供给磁线圈的电能和面板的热模型，确定面板温度在第一时间和第二时间之间的变化(610)。例如，基于600焦耳的电能，以及将能量与在温度上的变化相关联的面板热模型，电子控制模块可以确定在零秒到六十秒之间的+3℃的面板温度变化。
过程600包括确定在第一时间的第一面板温度(612)。第一面板温度可以被存储在电子控制模块的存储器中。第一面板温度可以基于在将导频音应用到磁线圈时进行的测量。例如，第一面板温度可以是38℃。
过程600包括基于第一面板温度和面板温度在第一时间和第二时间之间的变化，确定第二时间的第二面板温度(614)。例如，基于38℃的第一面板温度和+3℃的在面板温度的变化，电子控制模块可以确定41℃的第二面板温度。
过程600包括：基于第二面板温度调整提供给磁线圈的电流(616)。例如，电子控制模块可以将第二面板温度与阈值面板温度进行比较。例如，阈值面板温度可以是40℃。电子控制模块可以确定41℃的第二面板温度超过40℃的阈值面板温度。响应于确定第二面板温度超过阈值面板温度，电子控制模块可以确定调整提供给磁线圈的电流。例如，电子控制模块可以确定通过减小电流(例如，减小二分之一或三分之一的因数)来调整电流。
参考图7，诸如移动设备100的移动设备的示例性电子控制模块220包括处理器310、存储器350、显示器驱动器730、信号生成器340、输入/输出(I/O)模块750和网络/通信模块760。这些部件彼此电通信(例如，通过信号总线702)并与致动器模块200电通信。
处理器310可以被实现为能够处理、接收或传送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器310可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或这些设备的组合。
存储器350具有存储在其上的各种指令、计算机程序或其他数据。该指令或计算机程序可以被配置为执行关于移动设备描述的操作或功能中的一个或多个。例如，该指令可以被配置为控制和协调以下的操作：通过显示器驱动器730的显示器的显示、信号生成器340、I/O模块750的一个或多个部件、一个或多个可通过网络/通信模块760访问的通信通道、一个或多个传感器(例如，生物特征传感器、温度传感器、加速度计、光学传感器、气压传感器、湿度传感器等)和/或致动器模块200。
信号生成器340被配置为产生适用于致动器模块200并通过致动器产生声学和/或触觉响应的变化幅度、频率和/或脉冲轮廓的AC波形。尽管被描述为单独的部件，但在一些实施例中，信号生成器340可以是处理器310的一部分。在一些实施例中，信号生成器340可以包括放大器例如作为其整体或单独的部件。
存储器350可以存储可以由移动设备使用的电子数据。例如，存储器350可以存储电子数据或内容，例如音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、用于各种模块的定时和控制信号或数据以及数据结构或数据库等。存储器350还可以存储用于重建信号生成器340可以用来为致动器模块200生成信号的各种类型波形的指令。存储器350可以是任何类型的存储器，诸如随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移动存储器或其他类型的存储元件或此类设备的组合。
如上面简要讨论的，电子控制模块220可以包括图7所表示的各种输入和输出部件作为I/O模块750。尽管I/O模块750的部件在图7中被表示为单个项目，移动设备可以包括多个不同的输入部件，包括按钮、麦克风、开关和用于接受用户输入的拨盘。在一些实施例中，I/O模块750的部件可以包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器。例如，移动设备的显示器可以包括使用户能够向移动设备提供输入的一个或多个触摸传感器和/或一个或多个力传感器。
I/O模块750的每个部件可以包括用于生成信号或数据的专用电路。在一些情况下，该部件可以产生或提供针对与呈现在显示器上的提示或用户界面对象相对应的应用特定输入的反馈。
如上所述，网络/通信模块760包括一个或多个通信信道。这些通信信道可以包括提供在处理器310和外部设备或其他电子设备之间的通信的一个或多个无线接口。通常，通信信道可以被配置为传送和接收可以由处理器310上执行的指令解释的数据和/或信号。在一些情况下，外部设备是被配置为与其他设备交换数据的外部通信网络的一部分。通常，无线接口可以包括但不限于射频、光、声和/或磁信号，并且可以被配置为通过无线接口或协议进行操作。示例无线接口包括射频蜂窝接口、光纤接口、声学接口、蓝牙接口、近场通信接口、红外接口、USB接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口或任何常规通信接口。
在一些实施方式中，网络/通信模块760的一个或多个通信信道可以包括在移动设备与诸如另一移动电话、平板电脑或计算机等的另一设备之间的无线通信信道。在某些情况下，输出、音频输出、触觉输出或视觉显示元素可以直接被传送到其他设备进行输出。例如，声音警报或视觉警告可以从移动设备100被传送到移动电话以在该设备上输出，且反之亦然。类似地，网络/通信模块760可以被配置为接收在另一设备上提供的输入以控制移动设备。例如，声音警报、视觉通知或触觉警报(或因此的指令)可以从外部设备传送到移动设备以供呈现。
本文公开的致动器技术可用于例如被设计用于提供声学和/或触觉反馈的面板音频系统中。该面板可以是显示系统，其例如基于LCD技术的OLED。该面板可以是智能手机、平板电脑或可穿戴设备(例如，智能手表或头戴式设备，诸如智能眼镜)的一部分。
尽管上面已经详细描述了一些实施方式，但是其他修改也是可能的。此外，可以使用用于执行本文档中描述的系统和方法的其他机制。此外，图中描绘的逻辑流程不需要所示的特定顺序或依序来实现所需的结果。从所描述的流程中可以提供其他步骤或者可以消除步骤，并且可以将其他部件添加到所描述的系统中或从所描述的系统中移除。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。
其他实施例在所附权利要求中。

Claims (20)

1.一种面板音频扬声器，包括：
面板；
致动器，所述致动器附接到所述面板的表面并被配置为引起所述面板的振动，所述致动器包括与所述面板热连通的磁线圈；
多个电传感器，所述多个电传感器电耦合到所述磁线圈并被配置为输出所述磁线圈的时变电数据；以及
电子控制模块，所述电子控制模块与所述磁线圈和所述多个电传感器通信，其中，所述电子控制模块被配置为执行操作，所述操作包括：
向所述磁线圈提供电流；
从所述多个电传感器接收所述磁线圈的所述时变电数据；
基于所述磁线圈的所述时变电数据，确定在第一时间和第二时间之间提供给所述磁线圈的电能；
访问所述面板的热模型；以及
基于提供给磁线圈的所述电能和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间和所述第二时间之间面板温度的变化。
2.根据权利要求1所述的面板音频扬声器，其中，所述时变电数据包括以下中的一个或多个：
通过所述磁线圈的时变电流；以及
跨所述磁线圈的时变电压。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述面板的所述热模型包括以下中的一个或多个：
表示从所述磁线圈到所述面板的热量传递的数据；以及
表示从所述面板到环境的热量传递的数据。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述面板的所述热模型包括提供给所述磁线圈的所述电能与所述面板温度的所述变化之间的关联曲线。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的面板音频扬声器，其中，确定提供给所述磁线圈的所述电能包括：
从所述磁线圈的所述时变电数据确定提供给所述磁线圈的时变功率；以及
对在所述第一时间和所述第二时间之间的所述时变功率进行积分。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的面板音频扬声器，所述操作还包括：
从磁线圈的所述时变电数据和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间的第一面板温度；
基于所述第一面板温度以及在所述第一时间和所述第二时间之间的所述面板温度的变化，确定在所述第二时间的第二面板温度；以及
基于所述第二面板温度，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的面板音频扬声器，所述操作还包括：
从在所述第一时间和所述第二时间之间的所述面板温度的变化确定所述面板温度的变化率；以及
基于所述面板温度的所述变化率，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述电子控制模块包括音频信号源、放大器和数字信号处理器中的一个或多个。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的面板音频扬声器，其中，所述面板包括显示面板。
10.一种移动设备，包括：
外壳；以及
根据权利要求1-9中任一项所述的面板音频扬声器。
11.根据权利要求10所述的移动设备，其中，所述移动设备包括移动电话或平板电脑。
12.一种可穿戴设备，包括：
外壳；以及
根据权利要求1-9中任一项所述的面板音频扬声器。
13.根据权利要求12所述的可穿戴设备，其中，所述可穿戴设备是智能手表或头戴式显示器。
14.一种方法，包括：
向致动器的磁线圈提供电流以引起面板的振动，所述磁线圈与所述面板热连通；
从电耦合到所述磁线圈的多个电传感器接收所述磁线圈的时变电数据；
基于所述磁线圈的所述时变电数据，确定在第一时间和第二时间之间提供给所述磁线圈的电能；
访问所述面板的热模型；以及
基于提供给所述磁线圈的所述电能和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间和所述第二时间之间面板温度的变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述时变电数据包括以下中的一个或多个：
通过所述磁线圈的时变电流；以及
跨所述磁线圈的时变电压。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的方法，其中，所述面板的所述热模型包括以下中的一个或多个：
表示从所述磁线圈到所述面板的热量传递的数据；以及
表示从所述面板到环境的热量传递的数据。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，确定提供给所述磁线圈的所述电能包括：
从所述磁线圈的所述时变电数据确定提供给所述磁线圈的时变功率；以及
对在所述第一时间和所述第二时间之间的所述时变功率进行积分。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的方法，还包括：
从磁线圈的所述时变电数据和所述面板的所述热模型，确定在所述第一时间的第一面板温度；
基于所述第一面板温度以及在所述第一时间和所述第二时间之间的面板温度的所述变化，确定在所述第二时间的第二面板温度；以及
基于所述第二面板温度，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的方法，还包括：
从在所述第一时间和所述第二时间之间的面板温度的所述变化确定所述面板温度的变化率；以及
基于所述面板温度的所述变化率，调整提供给所述磁线圈的所述电流。
20.根据权利要求14-19中任一项所述的方法，其中，调整提供给所述磁线圈的所述电流包括：减小提供给所述磁线圈的所述电流。
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