面向掌上游戏设备的压电风扇：超越双风扇设计

引言：掌上游戏设备的散热困境

掌上游戏设备的性能正在一年比一年更强。如今，厂商已经能够把过去通常需要安装在笔记本电脑中的高性能处理器，塞进一台可以握在手中的小型设备里。性能的大幅提升，也带来了一个越来越难以回避的问题——散热。部分高性能掌上游戏设备的散热需求已经可以达到约四十五瓦，这对于体积有限的消费电子产品而言，是一个非常高的热负荷水平。其中的核心矛盾其实十分明确：玩家希望获得更高的性能，同时又希望设备足够轻、足够小、方便随身携带。但这两个目标天然存在冲突。

高性能芯片在持续运行时会产生大量热量，而越小的机身，能够留给散热系统的空间就越有限。掌上设备还必须将处理器、电池、存储、主板、显示模组、操控组件以及散热结构全部集中在一个可以长时间握持的机身内部。这意味着，与普通笔记本电脑相比，掌上游戏设备在单位空间内往往承受着更加集中的热压力，同时对重量、厚度、噪声和续航又提出了更严格的要求。目前，大多数高性能掌上游戏设备依然采用双机械风扇方案。这样的结构能够满足现阶段的散热需求，但它正在逐渐逼近自身的设计边界。因此，不依赖传统旋转机械结构的固态主动散热开始成为值得关注的新路径。这类散热技术可以在没有传统高速旋转部件的情况下主动推动空气流动，为小型高性能终端提供新的热管理思路。汉得利长期围绕微型主动散热和压电驱动技术进行研发与工程化探索，并积累了相关技术与制造经验。随着掌上游戏设备进入更高功耗、更高集成度的发展阶段，这类微型主动散热技术正在获得新的应用空间。

双机械风扇设计背后的隐性代价

当前的高性能掌上游戏设备，大多采用双风扇布局。两个独立机械风扇同时工作，以应对处理器及其周边电源区域高度集中的热量。从设计逻辑来看，这种方式非常直接：如果一个风扇所能提供的散热能力不够，就增加第二个风扇。但随着掌上设备持续向更高性能、更轻薄和更长续航方向发展，这种方案所带来的几个问题也越来越明显，而且其中很多问题并不容易通过简单优化彻底消除。

第一，是磨损与可靠性风险。

传统机械风扇依靠电机、轴承和扇叶高速旋转。当设备长时间处于高负载运行状态时，轴承和其他机械运动部件需要持续工作。随着运行时间增加，机械结构可能出现磨损，风扇性能也可能发生变化。在极端情况下，机械风扇甚至可能出现故障。对于掌上游戏设备而言，这一问题更加值得重视。与长期放置在桌面上的电子设备不同，掌上设备经常被携带、移动，甚至可能经历轻微跌落、振动和不同方向的使用状态。风扇不仅要承担持续散热任务，还必须具备足够的机械可靠性。而当一台设备同时采用两个机械风扇时，意味着系统中需要长期保持稳定运行的旋转部件数量进一步增加。

第二，是内部空间与电池容量之间的竞争。

双风扇会占据大量宝贵的机身内部空间。而在掌上设备中，内部每一块空间都非常重要。增加散热系统所占用的体积，往往意味着电池、扬声器、主板或其他功能模块需要做出让步。尤其是电池。如果风扇和风道占据更多空间，留给电池的空间就可能减少，进而影响续航时间。相反，如果希望保持更大的电池容量，就可能不得不增加整机厚度和重量。因此，传统双风扇结构实际上形成了一种复杂的空间交换：散热能力、电池容量、机身厚度和整机重量之间彼此制约，很难同时做到最优。

第三，是噪声。

机械风扇依靠高速旋转产生空气流动，本身就会带来一定的机械声和气流声。当两个风扇同时高速运行时，还可能因为转速、结构和机身内部腔体的共同作用产生共振，使某些频段的声音更加明显。这一问题在掌上设备上尤其突出。因为设备距离使用者的双手和耳朵都很近。与放在桌面上的电脑相比，即便相同强度的风扇噪声，在掌上设备上也更容易被使用者察觉。长时间游戏过程中，持续的高频风扇声可能直接影响沉浸感和使用体验。因此，双机械风扇虽然能够继续提高散热能力，但它本质上仍然是一种“叠加式”的解决方案——通过增加更多机械部件来解决不断增长的热量问题，却没有改变传统风冷的基本结构。它能够继续向前推动一段距离，但并不意味着这种结构可以无限延续。

压电风扇：高功率小型设备的另一种主动散热方式

固态主动散热采用了不同的技术路径。汉得利的压电风扇不依赖传统轴承，也不需要通过电机驱动扇叶高速旋转，整个结构中不存在传统意义上的高速旋转部件。其工作原理相对直接。压电陶瓷与超薄振动结构结合，在电信号驱动下产生快速而微小的往复形变。通过这种高频振动，带动周围空气形成定向流动，从而主动推动空气经过高发热区域。也就是说，空气流动并不是由传统旋转叶轮产生，而是来自压电材料驱动的高速微振动。这种结构变化带来了几个明显优势。

首先，是更加轻薄的结构形态。

由于不需要传统叶轮、电机以及轴承组件，压电风扇可以将整体厚度进一步压缩。对于掌上游戏设备而言，这一点十分重要。更薄的主动散热装置意味着整机设计人员可以重新分配原本用于风扇的内部空间。例如，可以将更多空间留给电池，也可以通过减少散热结构厚度，使整机进一步轻薄化，从而改善长时间握持体验。

其次，是减少机械磨损带来的长期可靠性压力。

传统机械风扇中的一个主要寿命风险来自轴承和旋转部件之间长期持续运动所产生的磨损。压电风扇没有传统高速旋转轴承，因此可以减少这一类由旋转机械结构带来的长期可靠性压力。对于每天可能持续运行数小时的高性能掌上设备而言，散热部件的长期稳定工作能力十分关键。

第三，是更低的机械噪声潜力。

传统风扇运行时会产生旋转机械声和气流声，而压电风扇不存在传统高速旋转扇叶，因此能够从结构层面减少这一类噪声来源。对于距离用户非常近的掌上游戏设备而言，更安静的主动散热方式有助于改善游戏、影音和夜间使用时的体验。除此之外，掌上游戏设备还具备一个非常特殊的需求：它既需要处理较高的持续功耗，又要求设备高度便携。能够同时兼顾这两个方向的微型主动散热方式并不多。因此，压电风扇所代表的固态主动散热技术，为掌上游戏设备打开了一个值得继续探索的新方向。

汉得利在压电散热领域的技术探索

汉得利将压电技术作为微型主动散热方案的重要技术基础。压电风扇通过快速、小幅度的高频振动推动空气运动，从而在非常有限的结构空间内形成具有一定方向性和压力的空气流动。这种方式有助于在较低功耗和较小体积条件下实现主动空气交换，因此特别适合内部空间高度受限的高性能掌上终端。围绕掌上游戏设备，汉得利可以根据不同热负荷和结构条件进行定制化设计，其中主要包括两个方向。

第一，是针对核心热源进行高压定向散热。

压电风扇可以根据设备内部结构进行单颗或阵列化布置，并尽可能靠近系统级芯片以及电源管理区域等主要热源。与在较远位置单纯依靠大风量循环空气不同，这种方式更加重视在热源附近建立定向空气流动。通过持续扰动芯片和散热结构表面的热边界层，可以提升有限面积上的对流换热效率，使热量更快地从核心发热区域向外传递。对于空间高度紧张的掌上游戏设备而言，这种靠近热源进行主动散热的方式，有机会提高单位体积内的热管理效率。

第二，是进一步减轻重量并改善续航空间。

压电风扇可以实现毫米级以下的超薄结构，同时具有较低的驱动功耗。更薄的散热部件可以帮助设计人员释放机身内部空间，而较低的散热系统功耗，则意味着设备中的更多电量可以用于处理器、显示和游戏运行本身。对于掌上设备而言，这两个因素最终都可能转化为更轻的整机设计、更大的电池空间以及更长的持续使用时间。

除了压电空气散热方案之外，汉得利也在推进微型液冷相关技术。微型液冷系统可以利用液体循环将芯片附近产生的热量转移到距离热源更远的位置，适用于热负荷进一步提高，或者设备内部需要进行远距离热量转移的设计场景。因此，对于不同掌上设备，可以根据处理器功耗、内部空间和整体热管理架构，选择压电风扇、微型液冷方案，或者将两种技术进行组合。这意味着散热设计不再局限于简单地选择“一个风扇还是两个风扇”，而是可以从整机系统角度重新规划空气、液体、热源与有限空间之间的关系。

汉得利提供的能力也不仅局限于单一散热器件。对于新型热管理方案而言，真正困难的部分往往不仅是让一个器件产生气流，而是如何把器件、驱动、结构、可靠性以及最终的产品规范连接起来。从公开资料可以看到，汉得利长期参与的工程工作已经延伸到行业标准层面。公司曾作为主要起草单位参与《电动汽车低速提示音》《车辆右转弯提示音要求及试验方法》《车辆倒车提示音要求及试验方法》以及《汽车主动降噪系统性能要求和试验方法》等多项国家标准的制定。虽然这些标准并不属于掌机散热领域，但这种从产品工程实践进一步参与到测试方法、性能要求和行业技术规则建设中的经历，说明汉得利具备的不只是单点器件开发能力，也包括对产品一致性、验证体系和工程边界进行系统化定义的经验。

这种技术延展能力也体现在不同学科之间的协同上。公开专利信息显示，汉得利与江苏大学等团队曾围绕自动驾驶视觉感知形成多项共同知识产权成果，涉及复杂场景多目标视觉检测、道路多要素语义分割以及目标检测算法综合评价等方向。这些研究内容与压电散热并不存在直接产品关系，但它们反映出汉得利在传统声学和器件之外，也长期接触算法、感知和复杂系统评价问题。对于今天越来越强调软硬件协同、仿真分析与系统级验证的电子产品开发而言，这种跨专业协同基础同样具有价值。

回到掌上设备本身，热管理仍然需要依靠具体的工程验证。在实际客户项目中，可以围绕整机空间、热源功耗、目标温度、空气通道以及产品结构开展流体与热管理仿真，并进一步进行驱动电路与压电器件之间的匹配设计。同时，通过可靠性评价和样品测试，对实际工作状态下的性能、寿命和稳定性进行持续验证。由此形成从前期热管理需求分析、结构方案设计、器件匹配，到样品测试和可靠性验证的完整工程路径，帮助客户将新的散热方式从概念方案逐步推进到可以验证和应用的产品设计中。

结语

掌上游戏设备正在尝试在越来越小的机身中释放接近四十五瓦级别的持续性能。这一趋势，也正在让传统双机械风扇设计面临越来越明显的边界。增加第二个风扇，可以在一定程度上继续提高空气流动能力，但它无法从根本上消除机械结构所带来的磨损、空间占用和噪声问题。

当设备功耗继续提高，而整机又需要进一步轻薄化时，仅仅依靠增加机械风扇数量，很难长期解决二者之间的矛盾。压电风扇提供了一条不同的技术路径。它不依赖传统轴承，结构更加轻薄，同时具备低噪声、小型化以及低功耗等特点，可以更加灵活地集成在掌上终端内部有限的结构空间中。当设备热负荷进一步提升时，汉得利的微型液冷技术还可以作为另一种热管理方案，与压电空气散热形成互补。未来掌上游戏设备的散热设计，可能不再只是简单比较风扇数量，而是更加关注单位空间内能够实现多少有效散热能力，以及整个散热系统对重量、续航、噪声和可靠性的综合影响。

对于正在开发下一代高性能掌上游戏设备、便携式人工智能计算终端，以及其他高功耗紧凑型电子设备的团队而言，汉得利可围绕实际功耗、结构空间和热管理目标，提供压电主动散热及微型液冷相关的技术交流、方案评估和样品测试支持，共同探索更加轻薄、高效和可靠的微型主动热管理方案。