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應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

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本文利用等溫量熱儀對智能手機的發熱行為進行了研究，測定了不同品牌的手機在典型使用場景下的實時發熱功率 。
前言
隨著消費者對智能手機高配置、高性能的追求，高端芯片、5G、大容量電池、快速充電、高刷屏等新技術不斷在手機上得到應用，在大幅提高了手機性能的同時也加劇了手機發熱問題 。如果手機熱設計不當 ， 不僅會導致使用中應用程序頻繁卡頓或閃退，還可能引起電池過熱甚至起火、爆炸等嚴重后果 。而有效進行手機熱管理設計的前提和基礎是對手機發熱行為進行準確測量[1] 。
目前，手機發熱測試方法主要有以下兩種：1. 功率計算法：通過手機部件的工作電壓與電流乘積計算該部件的功耗 ， 該方法可以準確測量處理器、主板等主要發熱部件的發熱功率，但無法測量包括手機電池在內的少數部件 ， 因此該方法測定的發熱功率小于真實值 。2. 測溫法：利用熱電偶或熱像儀測量整機或部件表面溫度變化 ， 并對發熱量進行估算，準確性相對較低 。
為豐富手機發熱測試手段，并提升測量準確性 ， 本文首次利用等溫量熱儀和熱流量熱的新方法測定得到了手機整機的實時發熱功率，并比較了不同品牌的手機在不同使用場景下的發熱特性 。
實驗部分
1. 樣品準備
手機樣品：華為P40、SAMSUNG S20、iPhone 13、vivo S10 Pro
（注：本實驗所用樣機均已正常使用一年左右，實驗結果僅代表上述樣品的特性 。）
2. 實驗條件
實驗儀器：仰儀科技BIC-400A等溫量熱儀工作模式：熱流法實驗溫度：15℃、25℃、35℃手機工況：充電、錄像、微信視頻、游戲、亮屏靜置

應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

文章插圖
圖1 (a)手機樣品及(b) BIC-400A等溫量熱儀示意圖
3. 測試過程
將兩只相同的手機按圖2所示的裝樣方式放置于等溫量熱腔內，其中一只手機作為參比，始終處于關機狀態；另一只作為樣品進行測試 。設置實驗參數后 ， 等待儀器自動控溫至預設溫度，隨后通過遠程控制軟件對手機樣品進行特定的操作 。儀器測定操作過程中樣品與參比之間的溫差變化 ， 并根據溫差與熱流之間的增益系數計算得到手機實時發熱功率 。
應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

文章插圖
圖2 等溫量熱儀腔體結構及熱流法原理示意圖
實驗結果
1. 手機充電
應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

文章插圖
圖3 充電過程手機產熱功率曲線
本實驗使用各個品牌的原裝充電器，將虧電關機狀態下的手機充至滿電狀態 。如圖3所示，由于各手機充電功率和倍率有所不同，因此充電完成時間和發熱功率都存在差異 。由于充電工況下手機的主要熱源為鋰電池，因此整機的發熱功率變化趨勢與鋰電池充電情況下的產熱規律相一致 。
2. 高清錄像
應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

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圖4 錄像過程手機產熱功率曲線
本實驗將手機清空后臺 ， 僅打開錄像功能，并設置為4K、60FPS(三星為UKD)模式，錄制20分鐘的視頻 。如圖4，可以發現 ， 華為、蘋果及vivo手機的發熱功率都在6-7W附近，而SAMSUNG S20的發熱情況明顯小于其余三款手機，這可能是由于UKD模式的功耗相對較低 。
3. 微信視頻
應用案例等溫量熱儀用于研究手機發熱行為

文章插圖
圖5 微信視頻過程手機產熱功率曲線
本實驗將手機清空后臺，僅開啟微信，并進行30分鐘微信視頻，得到如圖5所示實驗結果，可以發現華為P40的發熱功率明顯小于其余三款手機，在本工況下具有明顯的能耗優勢 。