CN205229857U - 一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型还提供了一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻、处理器、石英振荡器、无线频率功率放大器、电池和散热片，其中，所述处理器、电池分别设置在所述散热片上，所述第一热敏电阻设置在所述处理器的周围，所述第二热敏电阻设置在所述石英振荡器、无线频率功率放大器的周围，所述第三热敏电阻设置在所述电池的周围。本实用新型的有益效果是：在低温环境下，可通过散热片将处理器的热量传输到电池，利用处理器的热量来维持电池的温度，以确保手持式设备的温度在工作温度范围，可执行基本而重要的工作，例如收发电子邮件或拨打电话。

Description

一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备

技术领域

本实用新型涉及智能型手持式设备，尤其涉及一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备。

背景技术

现今极端气候的影响下，许多地区出现极低温的现象。实验证明在低温状态下手机难以正常工作。举例来说，在环境温度-10℃下，绝大多数的手机的锂电池已出现低电量的状态，将手机静置到环境温度-20℃一阵子之后，几乎所有手机都因低温而判定目前电量过低而自动关机。此时电池已失去作用，无法再为手机提供电力。到了环境温度-30℃，即使使用外部电源供电，大多数的组件，也会发生问题。例如石英振荡器频率已无法做温度补偿，以致无法连上网络(包含语音和数据)或屏幕过暗无法显示。

尤其对于冬季在高纬度国家生活，或是要去这些地方出差旅游的人士而言，低温会成为手机使用上的问题。通常在极低温的室外人们不太会使用手机，而大多数的手机即使在低温时已失去功能，但在回到室内的温度后，由于温度上升就会并回复正常。实验证明，低温很少对手机产生永久性的伤害，回到常温后，功能就会正常。但在某些状态下，人们在紧急状况下需要使用到手机时，例如汽车抛锚求援、看到或遇到事故打电话报警，此时如果手机是无法使用，不只不方便，也可能造成人身安全的问题。

现今的智能型手持式设备，例如手机，其设计通常是要避免高温的问题，这是因为手机是由复杂的电子组件所构成。主动式组件(例如中央处理芯片CPU或图形处理芯片GPU)，在提供电力达到芯片规格所要求的工作电压下正常工作时，会产生高温，尤其是高频率的CPU及GPU(即使是低价手机，CPU至少都配置双核心1GHz)。所以手机内部高温在一般的环境温度(常温)下就会发生，所以系统在散热的考虑，不论软件或硬件机构，都有设计保护机制。但是在低温的考虑相对就很少，也就造成在低温环境下，人们要使用手机时，常常会发现手机无法使用而衍生一些问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，在低温环境下，可以利用处理器的热量来维持电池的温度，以确保手机温度在工作温度范围，可执行基本而重要的工作，例如收发电子邮件或拨打电话。

本实用新型提供了一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻、处理器、石英振荡器、无线频率功率放大器、电池和散热片，其中，所述处理器、电池分别设置在所述散热片上，所述第一热敏电阻设置在所述处理器的周围，所述第二热敏电阻设置在所述石英振荡器、无线频率功率放大器的周围，所述第三热敏电阻设置在所述电池的周围。

作为本实用新型的进一步改进，所述处理器为中央处理器、图形处理器中的任意一个或任意组合。

作为本实用新型的进一步改进，所述处理器设置在所述散热片的顶部。

作为本实用新型的进一步改进，所述电池设置在所述散热片的底部。

作为本实用新型的进一步改进，所述散热片为铜片。

作为本实用新型的进一步改进，所述石英振荡器不设置在所述散热片上。

作为本实用新型的进一步改进，所述无线频率功率放大器不设置在所述散热片上。

作为本实用新型的进一步改进，所述手持式设备为手机。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二热敏电阻位于石英振荡器、无线频率功率放大器之间。

本实用新型的有益效果是：通过上述方案，在低温环境下，可通过散热片将处理器的热量传输到电池，利用处理器的热量来维持电池的温度，以确保手持式设备的温度在工作温度范围，可执行基本而重要的工作，例如收发电子邮件或拨打电话。

附图说明

图1是本实用新型一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备的元件布局图。

图2是本实用新型一种确保手持式设备在低温下工作的方法的流程图。

图3是实用新型一种确保手持式设备在低温下工作的方法避免因休眠导致低温无法启动的流程图。

图4是本实用新型一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1、图4所示，本实用新型提供了一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，包括第一热敏电阻1、第二热敏电阻2、第三热敏电阻3、处理器5、石英振荡器6、无线频率功率放大器7、电池8和散热片9，其中，所述处理器5、电池8分别设置在所述散热片9上，所述第一热敏电阻1设置在所述处理器5的周围，所述第二热敏电阻2设置在所述石英振荡器6、无线频率功率放大器7的周围，所述第三热敏电阻3设置在所述电池8的周围。

如图1、图4所示，所述手持式设备优选为手机4，

如图1、图4所示，所述处理器5为中央处理器、图形处理器中的任意一个或任意组合。

如图1、图4所示，所述处理器5设置在所述散热片9的顶部。

如图1、图4所示，所述电池8设置在所述散热片9的底部。

如图1、图4所示，所述散热片9为铜片。

如图1、图4所示，所述石英振荡器6不设置在所述散热片9上。

如图1、图4所示，所述无线频率功率放大器7不设置在所述散热片9上。

如图1、图4所示，所述第二热敏电阻2位于石英振荡器6、无线频率功率放大器7之间。

当升温机制启动，以中央处理器和图形处理器为主发热源时，热能经散热片9，对电池8加热，使电池8维持在工作温度。第三热敏电阻3为电池温度传感器(ThermalSensor)，当第三热敏电阻3的值已达满足点，即可停止升温以保持电力。

实用新型提供的一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，在低温环境下，可通过散热片9将处理器5的热量传输到电池8，利用处理器5的热量来维持电池8的温度，以确保手持式设备的温度在工作温度范围，可执行基本而重要的工作，例如收发电子邮件或拨打电话。

本实用新型基本原理在于目前智能型手机普遍具备的温度监测用的热敏电阻(Thermistor)取得手机内部温度。若是侦测到目前手机已接近工作温度下限(例如电池温度已达5℃)，则利用芯片工作散发热能的特性对手机内部加热，若加以一般手机保护套的保温作用或是手机放置在口袋中，可让手机在有限地耗损电力下将手机内部温度提升至工作温度。

由于一般手机在设计上，会注重散热的功能，所以一般而言手机内部产生的热能会尽可能平均散布在机壳上以加快散热的速度。这个特性对本实用新型有利在于热量可以传导至手机各个组件上，使得虽然发热点是集中的(例如在CPU上)，但仍能让手机其他配置在远离发热点的组件升温。不利点在于快速散热也表示发热点需不停地供电发热，可能造成耗电过快的问题。

手机系统中，可以大量产生热能组件为中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)以及无线频率功率放大器(RadioFrequencyPowerAmplifier，或称RFPA)。通常中央处理器会较易控制，而且接近大多数芯片，所以以中央处理器为主发热源较为合理。(图形处理器在现今的设计都和CPU放在同一芯片上，所以主要还是以CPU为主要的发热)。至于无线频率功率放大器RFPA也会产生大量热能，而且在设计上会距离中央处理器较远的位置，以防止手机内部单一区域过热。所以如果利用中央处理器发热的效果无法让RFPA有效加温，就必须启动RFPA做为发热源。

除了各发热源尽可能互相远离外，一般在手机组件布置的指导原则：功率放大器PA要远离热源。(因为PA本身即是一个高热组件)；高热组件需远离电池。(安全性)；石英振荡器(XtalOscillator，晶振)远离热源。(温度会影响频率产生的精确度)。

所以，通常即使是低阶手机，至少有三个热敏电阻(Thermistor)用来监控温度。第一个是监控CPU/GPU，当CPU/GPU温度过高时，可降频以求降温，这也是手机在一般状况会过热的主发热源。第二个是电池，当电池过热时，停止充电，以确保安全性，过热的电池会产生爆炸。第三个是石英振荡器(晶振)，尤其是无线通信用的晶振，必须据此做温度补偿以确保频率的稳定，才不会产生噪声或断讯。

图1为手机4配置各个组件的示意图，第一热敏电阻1放置在中央处理器和图形处理器的周围，第二热敏电阻2放置在石英振荡器6和无线频率功率放大器7的周围，第三热敏电阻3放置在电池8的周围。而此设计原理，即是本实用新型重要的依据：(1)手机4内部各发热源，在设计上会平均分布在电路板，所以各发热源可以经由电压供应，使其发热升温。(2)手机4内部也分布各个温测装置(热敏电阻，Thermistor)，可以利用软件的方式去取得数值，尤其是电池温度来决定升温与否。

根据热效应的物理原理，温度愈高，降温愈快，所以一昧地将CPU/GPU升至最高温，虽然可以达到目的，但却会额外耗损电力。所以在实现上，必须逐步将温度维持在「可工作」的范围，一来可达成本实用新型的效果，其次不会过度耗损电力，造成低电量的状况。

以现今技术而言，电池8会因低温而暂时丧失电力，这是手机4在低温环境时首先面对的第一个问题。锂电池耐低温的程度和其电池设计有关，但一般中低阶手机在成本考虑下，电池8在内部温度5℃可能就发生失去电力的状况，即使是高阶手机，像是iPhone5S，都会在0℃时就发生30%电力损失，而在-10℃也完全丧失电力。本实用新型的发热源是芯片，而芯片必须供电来产生电力，所以开始加热的启始点必须在电池工作温度的最低温之上。也就是图1的第三热敏电阻3(即电池温度传感器)做为是否开始加热的依据。

实用新型提供的一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备提供以下几种工作模式：

模式一

一种确保手持式设备在低温下工作的方法，包括以下步骤：

S1、监测手持式设备的温度；如果手持式设备的温度高于临界低温，则间隔一段时间后再监测手持式设备的温度；如果手持式设备的温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2；

S2、加温程序开始对手持式设备的主发热源指派任务，使其发热；

S3、监控手持式设备的温度是否已达到满足温度；

S4、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温并返回步骤S1。

优选的，在步骤S1中，定期监测手持式设备的电池温度，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2，其中，电池温度通过第三热敏电阻3得到。

优选的，在步骤S2中，加温程序开始对手持式设备的中央处理器或图形处理器指派任务，使其发热。

当手机系统检查到目前的温度已近临界温度，即开始进行加热动作，可以开始指派背景工作给CPU/GPU，使其快速产生热能并由手机导热到各组件。如果各组件已达温度满足点，则停止加热以节省电力。此时程序必须观察在加热后多久会再降至低温临界温度。如此经过反复学习，在外在环境不变的状况下，手机可适时休眠节省电力，待需要加热时间到时，再唤醒手机加热。缺点在于，如果环境剧烈变化，例如手机原本在口袋，被拿出来放置在低温环境，可能下次唤醒时间到时，手机电池已经过于低温而无法开启。

模式二

如图2所示，一种确保手持式设备在低温下工作的方法，包括以下步骤：

S1、监测手持式设备的温度；如果手持式设备的温度高于临界低温，则间隔一段时间后再监测手持式设备的温度；如果手持式设备的温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2；

S2、加温程序开始对手持式设备的主发热源指派任务，使其发热；

S3、监控手持式设备的温度是否已达到满足温度；

S4、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温进入步骤S5；

步骤S5包括以下子步骤：

S501、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温并进入步骤S502；、

S502、观察降温速度；

S503、判断手持式设备的温度是否低于或等于临界低温，如果高于临界低温，则返回步骤S502，如果低于或等于临界低温，则进入步骤S504；

S504、纪录手持式设备的温度从满足温度降低到临界低温的时间，返回步骤S1。

优选的，在步骤S1中，定期监测手持式设备的电池温度，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2，其中，电池温度通过第三热敏电阻3得到。

优选的，在步骤S2中，加温程序开始对手持式设备的中央处理器或图形处理器指派任务，使其发热。

模式三

另外解决方案是在手机进入休眠时，仍保持至少一个CPU可工作(CPU在待机时，耗电约20mA)。图3为核心防CPU休眠的方式来达成保持手机电池温度的流程图。

如图3所示，一种确保手持式设备在低温下工作的方法，包括以下步骤：

步骤S1包括以下子步骤：

S101、开启防低温功能；

S102、开启手持式设备的防休眠销，防止手持式设备的中央处理器进入休眠；

S103、手持式设备的中央处理器定期检测手持式设备的温度是否低于或等于低温临界，如果手持式设备的温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2。

S2、加温程序开始对手持式设备的主发热源指派任务，使其发热；

S3、监控手持式设备的温度是否已达到满足温度；

S4、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温并返回步骤S1。

优选的，在步骤S103中，持式设备的中央处理器定期检测手持式设备的电池温度是否低于或等于低温临界，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2。

优选的，在步骤S101中，手动开启防低温功能。

优选的，在步骤S101中，监测外界温度，如果外界温度高于防低温设定值，则间隔一段时间后再监测外界温度，如果外界温度低于或等于防低温设定值，则自动开启防低温功能。

优选的，在步骤S101中，通过手持式设备的环境温度传感器来监测外界温度。

优选的，防低温设定值大于临界低温。

优选的，在步骤S1中，定期监测手持式设备的电池温度，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2，其中，电池温度通过第三热敏电阻3得到。

优选的，在步骤S2中，加温程序开始对手持式设备的中央处理器或图形处理器指派任务，使其发热。

这个功能可以经由自动或手动设定。手动设定是用户自行开启防低温功能，例如要出去滑雪，使用者知道外面气温很低，就开启此功能。自动设定是根据环境温度传感器(AmbientTemperatureSensor)来判断，当温度低于设定值时，启动此功能，这样在正常室温才不会额外耗电。首先是设定此功能是否开启(手动或自动)，启动后利用核心防休眠锁(KernelWakelock)防止CPU进入休眠(其他组件可进入休眠)，此时CPU会定期检查电池温度是否到达低温临界。若是，则开始升温机制，将热传导至电池，直到满足温度点，并重新定时检查。这个缺点是CPU会持续耗电，以一般1500ma的电池电量而言，若CPU待机加上作业时的功耗(不含加热)，以30mA计算，可待机50小时。所以是在可接受的范围的耗电量。

以上两个触发升温的解决方案都可以经由软件的修改及温度控制的参数调校后，直接应用在现有的市售手机上。而升温机制都是以升高芯片温度产生热能的方式达到升温效果。

模式四

步骤S1包括以下子步骤：

S101、开启防低温功能；

S102、开启手持式设备的防休眠销，防止手持式设备的中央处理器进入休眠；

S103、手持式设备的中央处理器定期检测手持式设备的温度是否低于或等于低温临界，如果手持式设备的温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2。

S2、加温程序开始对手持式设备的主发热源指派任务，使其发热；

S3、监控手持式设备的温度是否已达到满足温度；

S4、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温进入步骤S5；

步骤S5包括以下子步骤：

S501、如果没有达到满足温度，则持续加温并返回步骤S3；如果已达到满足温度，则停止加温并进入步骤S502；、

S502、观察降温速度；

S503、判断手持式设备的温度是否低于或等于临界低温，如果高于临界低温，则返回步骤S502，如果低于或等于临界低温，则进入步骤S504；

S504、纪录手持式设备的温度从满足温度降低到临界低温的时间，返回步骤S1。

优选的，在步骤S103中，持式设备的中央处理器定期检测手持式设备的电池温度是否低于或等于低温临界，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2。

优选的，在步骤S101中，手动开启防低温功能。

优选的，在步骤S101中，监测外界温度，如果外界温度高于防低温设定值，则间隔一段时间后再监测外界温度，如果外界温度低于或等于防低温设定值，则自动开启防低温功能。

优选的，在步骤S101中，通过手持式设备的环境温度传感器来监测外界温度。

优选的，防低温设定值大于临界低温。

优选的，在步骤S1中，定期监测手持式设备的电池温度，如果手持式设备的电池温度低于或等于临界低温，则进入步骤S2，其中，电池温度通过第三热敏电阻3得到。

优选的，在步骤S2中，加温程序开始对手持式设备的中央处理器或图形处理器指派任务，使其发热。

另外在极低价的智能型手机(Ultralowpricesmartphone)市场，电池本身可能不含图4所示的第三热敏电阻3，此时升温系统必须以手动的方式，在预期进入低温环境前先行启动升温功能，并且以第一热敏电阻1(CPU/GPU的热敏电阻)来做控温。这时必须以参照的方式，例如当第一次启动升温时，第一热敏电阻1升至70℃，时间30秒后，可将电池8升温至工作温度，尔后以第一热敏电阻1降温的速度来推论外在环境的温度，决定每休眠30秒后升温10秒，以维持电池升温。所以在不含第三热敏电阻3的极低价的智能型手机，也可以用较为耗电的方式来维持电池工作温度。

本实用新型提供的一种确保手持式设备在低温下工作的方法，可适用于具无线通信功能的智能型手持式设备，例如手机。本实用新型在于利用电子组件(尤其是高频组件)的发热特性，在低温时，在有限耗电的状态下，让芯片处于中高频工作状态，进而发出热量，让手机内部温度，尤其是电池温度的提升，让手机重要的基本功能可操作的状态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻、处理器、石英振荡器、无线频率功率放大器、电池和散热片，其中，所述处理器、电池分别设置在所述散热片上，所述第一热敏电阻设置在所述处理器的周围，所述第二热敏电阻设置在所述石英振荡器、无线频率功率放大器的周围，所述第三热敏电阻设置在所述电池的周围。

2.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述处理器为中央处理器、图形处理器中的任意一个或任意组合。

3.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述处理器设置在所述散热片的顶部。

4.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述电池设置在所述散热片的底部。

5.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述散热片为铜片。

6.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述石英振荡器不设置在所述散热片上。

7.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述无线频率功率放大器不设置在所述散热片上。

8.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述手持式设备为手机。

9.根据权利要求1所述的可以在低温环境下正常工作的手持式设备，其特征在于：所述第二热敏电阻位于石英振荡器、无线频率功率放大器之间。