本發(fā)明涉及家用手持電子產(chǎn)品溫度調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品在人類(lèi)的通信及娛樂(lè)生活已成為不可或缺的一部分，給予此類(lèi)電子產(chǎn)品提供能源的鋰電池應(yīng)用越來(lái)越廣泛。手機(jī)等電子產(chǎn)品在溫度過(guò)低、溫度過(guò)高或者長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱情況下，會(huì)降低產(chǎn)品的使用壽命，影響產(chǎn)品的使用舒適性，重則引起電池燃燒爆炸等嚴(yán)重的后果。鋰電池在寒冷或炎熱條件下工作，會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，電池耗電量會(huì)增大。lcd屏幕采用液態(tài)晶體，在寒冷條件下會(huì)使原本排列在一起的晶體，聚集或者聚合，產(chǎn)生氣泡。為了能使手機(jī)等電子產(chǎn)品恒溫工作，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)冷端和被冷卻物體溫度的目的，分析熱電制冷裝置變工況工作特性和變電壓工作特性，提出溫度控制方案。

針對(duì)手機(jī)運(yùn)行發(fā)熱時(shí)，自耗電量迅速增加，其鋰電池在惡劣條件下放電量急劇增加，電子產(chǎn)品內(nèi)部會(huì)積聚熱量導(dǎo)致溫度上升。手機(jī)lcd屏幕所采用的液態(tài)晶體在低溫條件下凝聚或聚合的問(wèn)題，提出一種旨在降低電子產(chǎn)品工作溫度、提高工作性能、延長(zhǎng)使用壽命的技術(shù)方案，基于熱電制冷技術(shù)的控制手機(jī)溫度的外殼裝置。該技術(shù)方案采用的熱電制冷技術(shù)具有制冷速度快、熱慣性小、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、壽命長(zhǎng)、易安裝的特點(diǎn)，產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置，可以實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制，按照設(shè)定的工作溫度區(qū)間自動(dòng)通斷開(kāi)關(guān)，靈活將手機(jī)溫度控制在手機(jī)最佳運(yùn)行溫度，減少手機(jī)的損耗，增加手機(jī)的使用壽命與使用者的舒適度。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

一種半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置，所述外殼裝置的構(gòu)造由多個(gè)工作層組成，按照貼近手機(jī)后蓋的內(nèi)側(cè)向外側(cè)方向，所述外殼裝置工作層的分布依次為：手機(jī)殼內(nèi)表面層、半導(dǎo)體制冷及溫控層、石墨散熱片層、隔熱層、手機(jī)殼外表面層。所述外殼裝置正面設(shè)有攝像頭及閃光燈孔；側(cè)面設(shè)有靜音及音量鍵孔；頂面設(shè)有電源鍵開(kāi)關(guān)孔；底面設(shè)有耳機(jī)通道、揚(yáng)聲器及話筒通道及數(shù)據(jù)接口孔。

所述手機(jī)殼內(nèi)表面層使用材料為鋁合金，厚度為0.2mm；所述手機(jī)殼外表面層，使用材料為鋁合金聚酰亞胺薄膜和硅膠，厚度為0.3mm；手機(jī)殼內(nèi)表面層和手機(jī)殼外表面層對(duì)所述半導(dǎo)體制冷及溫控層、石墨散熱片層和隔熱層起到保護(hù)和封閉作用，同時(shí)可以降溫散熱及防水防塵，使所述該外殼裝置的運(yùn)行安全穩(wěn)定。

所述半導(dǎo)體制冷及溫控層包括：lightingusb數(shù)據(jù)傳接器、微型溫度傳感器和半導(dǎo)體制冷片；所述lightingusb數(shù)據(jù)傳接器由lightingusb數(shù)據(jù)插頭、電阻、控制芯片、三極管、lightingusb數(shù)據(jù)接口組成；所述lightingusb數(shù)據(jù)插頭插入手機(jī)的充電接口中，從手機(jī)中取電，進(jìn)而為半導(dǎo)體制冷片供電；所述電阻用以調(diào)節(jié)通過(guò)該數(shù)據(jù)接口的電流；所述控制芯片作為溫控層核心單元，控制調(diào)節(jié)溫控層元件的運(yùn)行；所述三極管的飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)分別用以控制所述半導(dǎo)體制冷片的啟動(dòng)和停止；所述lightingusb數(shù)據(jù)接口用來(lái)與外部的充電器相連，保證用戶在不拆卸手機(jī)外殼裝置的情況下，對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)傳輸。所述微型溫度傳感器由熱敏式溫度傳感器和溫控開(kāi)關(guān)組成；由于手機(jī)的正常工作溫度介于0℃到35℃之間，人的手掌溫度約為32℃；所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置將31.5℃作為該觸發(fā)溫度，將26.5℃作為復(fù)位溫度；所述熱敏式溫度傳感器用于檢測(cè)手機(jī)溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度達(dá)到觸發(fā)溫度31.5℃時(shí)，所述溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)；當(dāng)檢測(cè)溫度降至復(fù)位溫度26.5℃時(shí)，所述溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合。所述半導(dǎo)體制冷片包括冷端和熱端；所述冷端緊貼手機(jī)殼內(nèi)表面層，用以吸收手機(jī)散發(fā)的熱量；所述熱端緊貼石墨散熱片層，將吸收的熱量散發(fā)出去；半導(dǎo)體制冷片的冷端和熱端共同作用實(shí)現(xiàn)制冷，并保證制冷片的持續(xù)工作。

所述石墨散熱片層，石墨具有片狀結(jié)構(gòu)，使熱量沿石墨片層方向均勻?qū)幔凰鍪崞瑢觾?nèi)側(cè)緊貼微型半導(dǎo)體制冷片熱端，外側(cè)緊貼隔熱層，頂端及底端部分緊貼手機(jī)殼外表面層，通過(guò)手機(jī)殼外表面層的人手握持盲區(qū)部分，將手機(jī)的熱量散發(fā)出去。

所述隔熱層緊貼石墨散熱片層，隔熱層面積小于石墨散熱片層，位于外殼裝置的中間部位；隔熱層保證微型半導(dǎo)體制冷片熱端傳至石墨的溫度，不會(huì)被人的手掌所感知，也防止手掌的熱量導(dǎo)入手機(jī)。

本發(fā)明的半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置工作過(guò)程如下：

將半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置按照設(shè)計(jì)方向安裝于手機(jī)上，使所述外殼裝置上攝像頭及閃光燈孔、靜音及音量鍵孔、電源鍵開(kāi)關(guān)孔、數(shù)據(jù)接口通道孔、耳機(jī)通道孔和揚(yáng)聲器及話筒通道孔對(duì)準(zhǔn)手機(jī)上相應(yīng)的功能孔；將lightingusb數(shù)據(jù)傳接器中的插頭插入手機(jī)的數(shù)據(jù)接口中，從手機(jī)中取電，進(jìn)而為整個(gè)半導(dǎo)體制冷及溫控層供電，控制芯片開(kāi)始上電工作，通過(guò)電阻調(diào)節(jié)該lightingusb數(shù)據(jù)接口的電流。當(dāng)熱敏式溫度傳感器的檢測(cè)溫度低于觸發(fā)溫度31.5℃時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)處于常閉狀態(tài)。當(dāng)手機(jī)溫度上升使得檢測(cè)溫度達(dá)到觸發(fā)溫度31.5℃時(shí)，熱敏電阻阻值急劇降低，溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，此時(shí)lightingusb數(shù)據(jù)傳接器中的三極管得電飽和，與三極管集電極相連的微型半導(dǎo)體制冷片通有電流，啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，即冷端將冷量傳輸給手機(jī)殼內(nèi)表面層，進(jìn)而給手機(jī)降溫；熱端將熱量傳輸給石墨散熱片層，由于人手握持手機(jī)隔熱層的存在，進(jìn)而將熱量從外殼裝置頂端及底端散發(fā)出去，使得微型半導(dǎo)體制冷片熱端傳至石墨散熱片的溫度不會(huì)被人的手掌所感知，也防止手掌的熱量通過(guò)手機(jī)殼外表面層1導(dǎo)入手機(jī)。當(dāng)手機(jī)溫度下降使得檢測(cè)溫度達(dá)到復(fù)位溫度26.5℃時(shí)，熱敏電阻阻值急劇增大，溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，此時(shí)lightingusb數(shù)據(jù)傳接器中的三極管失電截止，與三極管集電極相連的微型半導(dǎo)體制冷片失去電流，停止運(yùn)轉(zhuǎn)；這樣就起到了自動(dòng)控制溫度，進(jìn)而自動(dòng)控制微型半導(dǎo)體制冷片間歇式降溫的效果。

根據(jù)本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體制冷片控制溫度的手機(jī)殼工作流程圖，所述流程包括步驟：

步驟a1：將半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置電源接到手機(jī)充電接口，開(kāi)始工作；

步驟a2：使手機(jī)處于工作運(yùn)行狀況；

步驟a3：手機(jī)溫度升高；

步驟a4：判斷手機(jī)溫度是否大于等于31.5℃。如果溫度大于等于31.5℃，進(jìn)行步驟a5；如果溫度小于31.5℃，繼續(xù)保持手機(jī)運(yùn)行；

步驟a5：熱敏電阻急劇降低，電流增大；

步驟a6：控制半導(dǎo)體工作，對(duì)手機(jī)進(jìn)行降溫處理，通過(guò)手機(jī)握持盲區(qū)將熱量擴(kuò)散到空氣中；

步驟a7：判斷溫度是否小于等于26.5℃。，如果溫度小于等于26.5℃，進(jìn)行步驟a8；如果溫度大于26.5℃，返回步驟a5；

步驟a8：系統(tǒng)關(guān)閉；

步驟a9：結(jié)束。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本發(fā)明將僅有防震美觀作用的普通手機(jī)殼轉(zhuǎn)化為能夠?yàn)槭謾C(jī)降溫的半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置，耗電量小，攜帶方便，環(huán)保，制冷，延長(zhǎng)手機(jī)的使用壽命。

2、本系統(tǒng)減少手機(jī)用電，有效避免手機(jī)電池的損傷，減少?gòu)U舊電池污染，綠色環(huán)保，節(jié)能減排。

3、為便于實(shí)現(xiàn)手機(jī)溫度的控制，設(shè)定了一個(gè)手機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)的最佳溫度范圍(26.5℃-31.5℃)，當(dāng)高于范圍上限時(shí)開(kāi)始制冷，當(dāng)溫度復(fù)位至范圍下限時(shí)停止制冷，恢復(fù)常態(tài)。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置主視圖及側(cè)視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置各模塊單元的示意圖；

圖中：1、手機(jī)殼外表面層；2、usb數(shù)據(jù)接口；3、手機(jī)殼內(nèi)表面層；4、半導(dǎo)體制冷及溫控層；5、微型溫度傳感器；6、石墨散熱片層；7、隔熱層

圖3是根據(jù)本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置的各個(gè)單元的熱量傳輸方向示意圖，圖中箭頭表示導(dǎo)熱方向；

圖中：1、手機(jī)殼外表面層；2、usb數(shù)據(jù)接口；3、手機(jī)殼內(nèi)表面層；4、半導(dǎo)體制冷及溫控層；5、微型溫度傳感器；6、石墨散熱片層；7、隔熱層

圖4是根據(jù)本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置的殼體部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-1攝像頭及閃光燈孔；1-2靜音及音量鍵孔；1-3電源鍵開(kāi)關(guān)孔；1-4數(shù)據(jù)接口通道孔；1-5耳機(jī)通道孔；1-6揚(yáng)聲器及話筒通道孔

圖5是本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置的接口部分的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：2-1、lightingusb數(shù)據(jù)插頭；2-2、熱敏電阻；2-3、控制芯片(ch315g)；2-4、lightingusb數(shù)據(jù)接口；2-5、三極管(q8050)

圖6是本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置半導(dǎo)體制冷片層的結(jié)構(gòu)示意圖圖：

圖中：4-1、熱端；4-2、冷端

圖7是本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置的微型溫度傳感器的展示圖；

圖中：5-1、熱敏式溫度傳感器；5-2、溫控開(kāi)關(guān)

圖8是本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置的石墨片散熱層的展示圖；

圖中：6-1、石墨散熱片

圖9是本發(fā)明所述半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下(以iphone5s手機(jī)機(jī)型為例)：

iphone5s：背面有攝像頭及閃光燈；側(cè)面有靜音鍵及音量鍵；頂面有電源鍵開(kāi)關(guān)；底面有耳機(jī)插孔、揚(yáng)聲器及話筒、lighting數(shù)據(jù)接口。尺寸123.8mm×58.6mm×7.6mm；

lightingusb數(shù)據(jù)傳接器：控制芯片型號(hào)ch315g，三極管型號(hào)q8050。尺寸24mm×9.8mm×5mm；

微型溫度傳感器：熱敏式溫度傳感器型號(hào)at153-3950，溫控開(kāi)關(guān)型號(hào)bw9700。熱敏式溫度傳感器尺寸d×h＝2.9mm×12mm；

微型半導(dǎo)體制冷片：型號(hào)tesi-06305t125，尺寸15mmtesi-06305t125，尺寸15mm×30mm×2.9mm；

手機(jī)殼內(nèi)表面層：采用6061鋁合金。尺寸108.8mm×61.6mm×0.2mm；

石墨散熱片層：尺寸123.8mm×40mm×0.1mm；

隔熱層：采用fibergc超薄隔熱絕緣墊片；尺寸108.8mm×58.6mm×0.4mm；

手機(jī)殼外表面層：采用鋁合金聚酰亞胺薄膜和硅膠(msio2·nh2o)。

本發(fā)明的半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置用于iphone5s手機(jī)上，其工作過(guò)程如下：

將半導(dǎo)體制冷片控制手機(jī)溫度的外殼裝置按照設(shè)計(jì)方向安裝于手機(jī)上，使所述外殼裝置上攝像頭及閃光燈孔1-1、靜音及音量鍵孔1-2、電源鍵開(kāi)關(guān)孔1-3、數(shù)據(jù)接口通道孔1-4、耳機(jī)通道孔1-5和揚(yáng)聲器及話筒通道孔1-6對(duì)準(zhǔn)手機(jī)上相應(yīng)的功能孔，將lightingusb數(shù)據(jù)傳接器2中的插頭2-1插入手機(jī)的數(shù)據(jù)接口中，從手機(jī)中取電，進(jìn)而為整個(gè)半導(dǎo)體制冷及溫控層4供電，控制芯片2-3開(kāi)始上電工作，通過(guò)電阻2-2調(diào)節(jié)該1ightingusb數(shù)據(jù)接口2-4的電流。當(dāng)熱敏式溫度傳感器5-1的檢測(cè)溫度低于觸發(fā)溫度31.5℃時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)5-2處于常閉狀態(tài)。當(dāng)手機(jī)溫度上升使得檢測(cè)溫度達(dá)到觸發(fā)溫度31.5℃時(shí)，熱敏電阻5-1阻值急劇降低，溫控開(kāi)關(guān)5-2自動(dòng)斷開(kāi)，此時(shí)lightingusb數(shù)據(jù)傳接器2中的三極管2-5得電飽和，與三極管集電極相連的微型半導(dǎo)體制冷片4通有電流，啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，即冷端4-2將冷量傳輸給手機(jī)殼內(nèi)表面層3，進(jìn)而給手機(jī)降溫；熱端4-1將熱量傳輸給石墨散熱片層6，由于人手握持手機(jī)隔熱層7的存在，進(jìn)而將熱量從外殼裝置頂端及底端散發(fā)出去，使得微型半導(dǎo)體制冷片4熱端傳至石墨散熱片6-1的溫度不會(huì)被人的手掌所感知，也防止手掌的熱量通過(guò)手機(jī)殼外表面層1導(dǎo)入手機(jī)。當(dāng)手機(jī)溫度下降使得檢測(cè)溫度達(dá)到復(fù)位溫度26.5℃時(shí)，熱敏電阻5-1阻值急劇增大，溫控開(kāi)關(guān)5-2自動(dòng)閉合，此時(shí)lightingusb數(shù)據(jù)傳接器2中的三極管2-5失電截止，與三極管2-5集電極相連的微型半導(dǎo)體制冷片4失去電流，停止運(yùn)轉(zhuǎn)；這樣就起到了自動(dòng)控制溫度，進(jìn)而自動(dòng)控制微型半導(dǎo)體制冷片間歇式降溫的效果。

溫控過(guò)程的能耗和時(shí)間計(jì)算如下：

(1)工作時(shí)間的計(jì)算

手機(jī)散熱量q＝aλ(tw1-tw2)/δ＝0.196×10^-3×4.5×(32-26)/2.8×10^-3＝1.89w

其中：cpu發(fā)熱溫度tw1＝32℃；手機(jī)背面溫度為tw2＝26℃；導(dǎo)熱系數(shù)λ＝4.5w/(m·k)；傳熱厚度δ＝2.8mm；傳熱面積a＝14×10^-3×14×10^-3＝0.196×10^-3m²。

已知型號(hào)為tesi-06305t125的微型半導(dǎo)體制冷片最大產(chǎn)冷量為2.9w，達(dá)到額定溫度的時(shí)間為10s。

如果iphone5s正在運(yùn)行大頻率的程序，手機(jī)會(huì)在120s左右回升到觸發(fā)溫度31.5℃，此過(guò)程中手機(jī)釋放的熱量為120×1.89＝226.8j，將手機(jī)溫度降低到復(fù)位溫度26.5℃需要的時(shí)間為226.8/2.9＝78s，即在iphone5s運(yùn)行大頻率的程序的條件下，需要88s即可將手機(jī)溫度降低到26.5℃；如果iphone5s正在運(yùn)行中低頻率的程序，手機(jī)會(huì)在400s至600s左右回升到觸發(fā)溫度31.5℃，同理可知需要5min左右即可將手機(jī)溫度降低到26.5℃。

(2)耗電量的計(jì)算

已知iphone5s電池容量為1570mah；電源電壓3.8v，則1wh＝263mah。

溫度傳感器的額定功率為15mw，耗電量為4mah，可忽略。

微型半導(dǎo)體制冷片的額定功率為0.38w，耗電量為100mah：

根據(jù)人們使用手機(jī)的頻率及使用程序平均所占比重，進(jìn)行5小時(shí)續(xù)航時(shí)間，包括打游戲、看電子書(shū)、聽(tīng)音樂(lè)、打電話、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、聊天、刷微博等。

5h后手機(jī)平均所剩電量為27％，即耗電量為73％，由于溫度會(huì)影響鋰電池的放電速度，故5小時(shí)內(nèi)因發(fā)熱而帶來(lái)的額外耗電量為25％；在不發(fā)熱的情況下5小時(shí)耗電量為0.73/(1+0.25)＝58.4％；則額外耗電量為73％-58.4％＝14.6％。

5小時(shí)內(nèi)溫度超過(guò)32℃的時(shí)間約為120min，由于半導(dǎo)體屬于間歇式工作，平均使用時(shí)間約為35min，所耗電量為35/60×100＝58.3mah，約為總電量的58.3/1570＝3.7％。

綜上所述，本系統(tǒng)消耗了3.7％的電量來(lái)減少14.6％的額外耗電，共省電10.9％。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并被認(rèn)為不用于限制本發(fā)明的實(shí)施范圍；對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。