曾志群 張垂虎 董三碧 劉泳海 趙 奎 莫賢標(biāo)

（威凱（深圳）檢測技術(shù)有限公司 深圳 518110）

1 5G移動終端及其溫升測試的必要性

5G（5thGeneration Mobile Communication Technology）全稱第五代移動通信技術(shù)，是移動通信技術(shù)領(lǐng)域最新的技術(shù)躍遷，相比之前，5G擁有用戶體驗達(dá)1 Gbps的超高速率、低至1 ms的時延、百萬級連接/平方公里的強(qiáng)大連接能力等突出性能，可廣泛用于各個行業(yè)領(lǐng)域。2017年，中國工業(yè)與信息化部正式確認(rèn)將中頻段（3 300～3 600）MHz和（4 800～5 000）MHz作為5G的商用頻譜，吹響了搭配5 G技術(shù)設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用的號角，5G設(shè)備開始走進(jìn)各大公司和千家萬戶。而5G移動終端則是搭載5G通信技術(shù)的移動終端設(shè)備，為5G提供硬件支持，目前最常見的就是我們隨身攜帶的5G智能手機(jī)。由于5G高速率、低時延、強(qiáng)連接的工作特點(diǎn)，要求其搭載的終端設(shè)備需具備較高的運(yùn)算處理能力，這也意味著搭配5G的終端設(shè)備需要承受更為嚴(yán)苛的溫升條件，尤其是對于智能手機(jī)這類體積小、可攜帶的移動終端，需要承受的溫升條件就更為嚴(yán)苛了。本文的研究對象主要考慮5G智能手機(jī)。

5G智能手機(jī)在使用過程中長時間發(fā)熱導(dǎo)致機(jī)體溫度升高，會造成各種各樣的負(fù)面影響。一方面會影響手機(jī)本身工作性能，溫度較高時會出現(xiàn)閃退、卡頓等現(xiàn)象；一方面還會對人體造成灼傷，也就是我們平時說的“燙手”；一方面會加快電池耗電速率，減少手機(jī)續(xù)航能力，而且電池在高溫環(huán)境下工作還會出現(xiàn)鼓包、斷電，甚至是爆炸的危險，對人體造成傷害。所以，無論是從產(chǎn)品性能還是安全的角度，抑或是出于檢查和認(rèn)證的需要，對5G智能手機(jī)進(jìn)行溫升測試都是必要的。

2 溫升測試方案

2.1 溫升測試

針對不同的電器產(chǎn)品，在不同的銷售區(qū)域，需符合不同組織頒布的不同標(biāo)準(zhǔn)[2]，但是不同標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法原理是共通的。對于溫升測試，可以采用的測試方法眾多，目前主流檢測機(jī)構(gòu)所采用的主要是兩種方法，一種是熱電偶法，一種是電阻法，本文中采用前者。熱電偶法以熱電效應(yīng)為基本原理，用兩種不同材料的金屬導(dǎo)體連接為回路，利用測量端和參比端的溫度差異產(chǎn)生電動勢能，進(jìn)而形成電流，借助這一關(guān)系完成溫度測量[3]。熱電偶法具有較高的測量精度，較廣的測量范圍，且構(gòu)造簡單，易于使用，可較好完成本文所要求的測試任務(wù)。

2.2 EN IEC 62368-1: 2020對溫升的管控要求

為了防止不合格產(chǎn)品流入市場對消費(fèi)者和使用者造成危害，不同地區(qū)的相關(guān)組織會發(fā)布強(qiáng)制性或自愿性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，EN IEC 62368-1: 2020是在IEC 62368-1-2018第三版的基礎(chǔ)上加上歐盟地區(qū)的差異化標(biāo)準(zhǔn)完成的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)，主要針對音視頻類、信息技術(shù)類和通訊類電子設(shè)備的安全要求。其中對于溫升管控的標(biāo)準(zhǔn)在第4章通用要求（General Requirements）、第5章電造成的危害（Electrically-caused Injury）、第9章熱灼傷（Thermal Burn Injury）中有詳細(xì)描述。第4章中規(guī)定設(shè)備中使用的元器件必須符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)安全的部分，在溫升層面即是設(shè)備工作時所使用元器件的溫度必須低于其允許使用的溫度，以免元器件在高溫下出現(xiàn)故障而導(dǎo)致危險。第5章中有對于絕緣材料的溫度要求，包括繞組絕緣、內(nèi)外部配線絕緣、熱塑性絕緣和元器件絕緣等。第9章則是對防止設(shè)備可觸及部件溫度過高對人體造成燙傷。EN IEC 62368-1:2020將人員分為普通人員（Ordinary Person）、受過培訓(xùn)的人員（Instructed Person）、熟練技術(shù)人員（Skilled Person）三種，熱能量源（Thermal Energy Source）分為TS1、TS2、TS3三級，并按照安全工程原理規(guī)定在不同等級的能量源和不同人員之間需采取不同的安全防護(hù)，見圖1。

圖1 EN IEC 62368-1: 2020中對可觸及零部件溫度限值的分級

除特別規(guī)定外，對于一般人員，TS1被認(rèn)定為是安全的，可以直接接觸，無需安全防護(hù)；TS2與一般人員之間則需要增加至少一個基本安全防護(hù)，且在一般人員維修期間，如存在需撤除基本安全防護(hù)的情況，還應(yīng)在增加一個指示性安全防護(hù)； TS3與一般人員需要增加基本安全防護(hù)和附加安全防護(hù)。對于受過培訓(xùn)的人員，由于已受過安全培訓(xùn)，具備預(yù)防性安全防護(hù)，所以TS1和TS2都是可觸及的，TS3則需要增加基本安全防護(hù)和附加安全防護(hù)。對于熟練技術(shù)人員，由于具備技能性安全防護(hù)，三種能量源都是可觸及的，但在維修期間，任意兩個TS3之間需滿足至少有一個具有安全防護(hù)，防止人員因不自主反應(yīng)觸碰而造成傷害。

2.3 5G智能手機(jī)和工作狀態(tài)選擇

目前市面上的手機(jī)種類繁多，各家品牌有各家品牌的主打功能賣點(diǎn)，但是從安全檢測的角度看，各手機(jī)內(nèi)部構(gòu)造和電路結(jié)構(gòu)基本上大同小異，都是采用顯示屏幕在前，塑料外殼在后，中間主體是“主板+電池+小板”的架設(shè)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)制造商還會在電池和外殼之間加一層石墨，面積大小差異不大，主要起到均勻散熱的功能。一臺5G手機(jī)會搭載眾多功能模塊，比如藍(lán)牙模塊、揚(yáng)聲器模塊、攝像頭模塊、手電筒模塊等等，但是這些模塊只是手機(jī)主板外接的附件，本身溫度不高，只是通過工作時的功率大小來影響手機(jī)發(fā)熱，手機(jī)長時間工作狀態(tài)下溫度較高的部件一般是主板和電池，這也是我們檢測時必不可少的溫升檢測點(diǎn)。

5G智能手機(jī)搭載很多功能模塊，這意味著在正常工作條件下手機(jī)有了許多不同的工作狀態(tài)。其中發(fā)熱條件較為惡劣的工作狀態(tài)為持續(xù)通話和持續(xù)玩大型游戲，同時手電筒處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)以及揚(yáng)聲器輸出功率大小也會對發(fā)熱有影響。由于EN IEC 62368-1: 2020附錄E中對帶有揚(yáng)聲器的設(shè)備在正常工作條件下的檢測條件有明確規(guī)定[1]，所以我們只按照標(biāo)準(zhǔn)通過調(diào)節(jié)音量大小將其輸出功率調(diào)為八分之一非削波功率輸出，不做其他考慮。綜上，同時參考中國質(zhì)量認(rèn)證中心于2017年5月21日頒布的《TC03關(guān)于手機(jī)溫度測試指導(dǎo)意見》一文，我們將手機(jī)基本設(shè)置設(shè)為空電池充電、安裝5G電話卡、連網(wǎng)下載數(shù)據(jù)文件、關(guān)閉節(jié)能模式、屏幕常亮、顯示最大亮度、音量調(diào)為揚(yáng)聲器八分之一非削波功率輸出、利用軟件開啟手機(jī)振動、開啟手機(jī)自動定位、打開手機(jī)熱點(diǎn)并用其他手機(jī)連接熱點(diǎn)下載數(shù)據(jù)文件，在這些基礎(chǔ)設(shè)置之外，我們還選擇了手機(jī)在持續(xù)通話、持續(xù)玩大型游戲、手電筒開啟條件下持續(xù)通話、手電筒開啟條件下持續(xù)玩大型游戲四種工作狀態(tài)，并檢測手機(jī)在這四種工作狀態(tài)下的溫升情況。

3 5G智能手機(jī)溫升測試及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)EN IEC 62368-1: 2020對溫升的管控要求，我們在5 G智能手機(jī)上選擇了6個溫升檢測點(diǎn)，分別是主板、電池、屏幕、按鍵、塑料內(nèi)殼、塑料外殼，在充電條件下分別選擇持續(xù)通話、持續(xù)玩大型游戲、手電筒開啟條件下持續(xù)通話、手電筒開啟條件下持續(xù)玩大型游戲四種工作狀態(tài)進(jìn)行溫升測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 四種狀態(tài)下的各管控部件溫度

表1中所選擇的管控部件，PCB和電池是關(guān)鍵元器件，按照EN IEC 62368-1: 2020第4章要求必須檢測溫度；按鍵、屏幕、外殼外部都是可觸及部件，按第9章要求檢測其工作溫度；檢測外殼內(nèi)部是為其他測試項目如應(yīng)力消除、外殼燃燒預(yù)處理提供參考數(shù)據(jù)，此處不表。由上表可知，在環(huán)境溫度為25 ℃時，首先，兩大關(guān)鍵元器件溫度都在管控范圍內(nèi)，其余可觸及部件也都在（43～48）℃范圍中，按熱能量源分級屬于TS1，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備為合格產(chǎn)品。其次，在四種狀態(tài)中，在手電筒開啟條件下持續(xù)通話狀態(tài)下各管控部件溫度普遍較高，因此可認(rèn)為在四種工作狀態(tài)中，在手電筒開啟條件下持續(xù)通話為溫升情況最嚴(yán)苛的工作狀態(tài)。

4 結(jié)語

本文參考EN IEC 62368-1: 2020標(biāo)準(zhǔn)要求，針對5G手機(jī)在電池邊充電邊狀態(tài)下的四種不同正常工作狀態(tài)進(jìn)行了溫升測試，發(fā)現(xiàn)手電筒開啟條件下持續(xù)通話狀態(tài)是溫升最惡劣的工作狀態(tài)。分析得出，相較于其它三種工作狀態(tài)，該工作狀態(tài)由于用到了5G通信模塊，工作時使用了較多的元器件支持，加上5G手機(jī)增加了大量射頻元器件的同時減少了主板體積，造成元器件密度增大，發(fā)熱增加，散熱減少，造成了溫升快速上升且最終溫度較高。根據(jù)這一情況，在之后的測試中，可以考慮以這一工作狀態(tài)來進(jìn)行溫升測試。

目前市場上對于5G移動終端產(chǎn)品的檢測還屬于初始階段，很多產(chǎn)品的檢測方式還是使用舊的檢測方式，未能較好的考慮新型產(chǎn)品的工作方式對產(chǎn)品檢測可能帶來的影響。本文依照EN IEC 62368-1: 2020的標(biāo)準(zhǔn)要求為參考，著重測試了5G手機(jī)在四種不同工作狀態(tài)下長時間工作的溫升情況，通過各工作狀態(tài)下的溫升情況對比，找出最能符合標(biāo)準(zhǔn)中“向所考慮的零部件傳遞最高熱能的工作條件（the condition that delivers the highest thermal level to the part in question）”的工作狀態(tài)，可在舊有檢測方式的基礎(chǔ)上提供新的檢測思路和方式，為各實驗室檢測提供數(shù)據(jù)參考，縮短測試周期。