手机怎么降温

基于热电制冷技术的可降温式手机外壳探

究

作者：刘憬雨曲鑫淼程浩李雪岩张馨雅高天文

来源：《海峡科技与产业》2017年第9期

摘要：手机在当今社会已成为人们日常生活中不可或缺的工具之一，其使用过程中的温升

严重影响着手机的运行速度及使用寿命。可降温式手机壳正是着眼于此，既同常规手机壳一样

具有减震、防摔的作用，又利用热电制冷原理解决了手机发热的问题，以达到提高手机运行速

度，节省手机消耗电量，延长手机使用寿命的目的。

关键词：手机壳；降温；热电制冷；环保

0引言

伴随着科技的发展、社会的进步，创新能力对当代大学生而言越来越重要。作为大学生的

我们发现，手机功能覆盖广且拥有极高的使用频率，已成为人们沟通交流、休闲娱乐的必需品，

但其使用过程中皇帝排序 的发热问题仍有待解决。因此我们积极响应国家和学校的号召，参加大学生创

新训练计划，运用所学的制冷知识，通过改良手机壳给手机降温，提高手机的运行速度从而延

长其使用寿命，减少了废旧电池的污染，符合社会倡导缩短的反义词 的绿色节能春兴唐武元衡 环保的宗旨。

1设计背景

1.1手机发热概况

iPhone5s的发热部位位于正面的右上部及背面左上部。如图1所示，通过对iphone5s的

正面拆机结构分析，可以了解到发热的源头就是手机的主频CPU处理器。

1.2温度对锂电池的影响

电池的充放电速度与电池温度有关。锂电池在不同温度下恒流恒压充电的过程，与-20C

下的充电数据相比，电池在较高温度下大约可以多充入20%的电量。且锂电池在温度高的工作

条件下的放电速度比温度低的工作条件下的放电速度多出很多。

1.3手机握持烫手情况分析

人体手掌平均温度在32℃左右，大于这个温度会使人在握持手机的时候有温热的感觉，当

手机温度上升到37℃以上就会有明显的烫手的感觉。

2设计思路

手机内部CPU通过温度影响电池的电量，电池的电量直接决定了手机的使用寿命。利用热

敏式温度传感器为开关，手机数据接口为电源，控制半导体制冷片对手机CPU进行间歇式降温

处理，将半导体制冷片制冷端与手机背部接触，热端与石墨散热片接触并通过手机握持盲区将

热量扩散到空气中，使手机温度降低，从而达到延长其使用寿命的目的。

3设计原理

热电制冷是以温差电现象为基础的制冷方法。用两种不同的金属吸血鬼图片 丝中秋节的诗词 相互连接在一起，形成

一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势

差——接触电动势。同时闭合电路中就有电流通过。反过来，将两种不同的金属线相互连接形

成的闭合线路通以直流电，会产生两个不同温度的连接点。只要通以直流电，就会使其中一个

连接点变热，另一个连接点变冷。这就是帕尔帖效应，亦称温差电现象。

4设计内容

该手机壳工作层的分布依次为：手机壳内表面层、半导体制冷及温控层、石墨散热片层、

隔热层、手机壳外表面层。所述外壳装置正面设有摄像头及闪光灯孔；侧面设有静音及音量键

孔；顶面设有电源键开关孔；底面设有耳机通道、扬声器及话筒通道及数据接口孔。

4.1外观设计（以Iphone5S为例）

如图2所示，白色部分为硅胶（mSiO2nH2O），灰色部分为6061铝合金，黑色部分为铝合

金聚酰亚胺薄膜。各部分名称分别是：①摄像头/闪关灯孔；②静音/音量键孔；③电源键开关；

④lightingUSB数据接口；⑤耳机通道；⑥扬声器/话筒通道；⑦lightingUSB数据插头。

4.2半导体制冷及温控层设计（以Iphone5S为例）

4.2.1lightingUSB数据传接器

整个设备起到数据及电流传输的作用，并且可以在其两端接上正负极，与温度传感器及半

导体连接，取用手机电量作为温度传感器及半导体的电源使用。除此之外，还可以保证用户在

不拆卸手机壳的情况下进行充电和数据传输。

4.2.2微型半导体制冷片

4.2.3微型温度传感器

4.3石墨散热片层设计

材料：石墨

位置：紧贴半导体制冷片热端（图6-b）

顶端及底端紧贴手机壳外表面（图6-c）

4.4隔热层设计

采用FiberGc超薄隔热绝缘垫片，隔热效果非常好，厚度约0.4mm。

4.5电路设计

当温度达到触发温度时，常闭温度开关自动断开，三极管Q（8050）得电饱和导通，半导

体制冷片启动运转；当温度降至复位温度时常闭温度开关闭合，三极管Q失电截止，半导体制

冷片停止运转，这样就起到了自动控制半导体制冷片开停的目的，从而达到了自动控温的效果。

5工作过程

将半导体制冷片控制手机温度的外壳装置按照设计方向安装于手机上，使所述外壳装置上

摄像头及闪光青茄子 灯孔、静音及音量键孔、电源键开关孔、数据接口通道孔、耳机通道孔和扬声器

及话筒通道孔对准手机上相应的功能孔；将lightingUSB数据传接器中的插头插入手机的数据

接口中，从手机中取电，进而为整个半导体制冷及温控层供电，控制芯片开始上电工作，通过

电阻调节该lightingUSB数据接口的电流。当热敏式温度传感器的检测温度低于触发温度31.5℃

时，温世界十大国家 控开关处于常闭状态。当手机温度上升使得检测温度达到触发温度31.5℃时，热敏电阻

阻值急剧降低，温控开关自动断开，此时lightingUSB数据传接器中的三极管得电饱和，与三

极管集电极相连的微型半导体制冷片通有电流，启动运转，即冷端将冷量传输给手机壳内表面

层，进而给手机降温；热端将热量传输给石墨散热片层，由于手机隔热层的存在，热量得以从

外壳装置顶端及底端散发出去，使得微型半导体制冷片热端传至石墨散热片的温度不会被人的

手掌所感知，也防止手掌的热量通过手机壳外表面层导入手机。当手机温度下降使得检测温度

达到复位温度26.5℃时，热孕妇能吃海蛎子吗 敏电阻阻值急剧增大，温控开关自动闭合，此时lightingUSB数据

传接器中的三极管失电截止，与三极管集电极相连的微型半导体制冷片失去电流，停止运转；

这样就起到了自动控制温度，进而自动控制微型半导体制冷片间歇式降温的效果。

6优点及作用

（1）该手机壳成本低廉，仅11.2元，防震美观且携带方便。

（2）该手机壳工作时间短但制冷效果显著，仅需要5min左右即可将手机温度降低到

26.5℃，系统消耗3.7%的电量来减少14.6%的额外耗电，共省电10.9%。

（3）该保护外壳适用于所有智能手机型号，而且可以应用于其他电子设备，如笔记本电脑，

平板电脑。如果得到推广那么一年可以节省2.2亿度电，减少1898吨废旧电池污染。对实现我

国经济的可持续发展有着重大的意义。

7总结

该大学生创新训练项目培养了我们的创新意识，提高了我们发现问题、解决问题的能力，

对我们更深刻的理解专业知识并学以致用有很大的帮助。在今后的学习过程中，作为大学生的

我们应该走出课堂，着眼社会，积极利用所学知识为国家的可持续发展贡献自己的力量。

基金项目：天津市大学生创新训练项目--基于热电制冷技术的电子产品保护外衣（项目编

号2）

参考文献

[1]彦启森.《空气调节用制冷技术》[M].中国建筑工业出版社.2010，第3-10页

[2]赵荣义.《空气调节》[M].中国建筑工业出版社.2009,第4-17页

[3]杨可桢.《机械设计基础》[M].高等教育出版社.2013,第114-125页