Dlaczego urządzenia przestają działać poprawnie w skrajnie niskich temperaturach?

Zauważyłem, że wiele smartfonów twierdzi, że nie będą działać poniżej -4 stopni F (-20 stopni C). Czy ktoś może mi wyjaśnić, co się stanie, gdy telefony się ochłodzą, co uniemożliwi ich działanie?

-4 F to -20C, co jest standardowym dolnym limitem dla chipów i komponentów elektrycznych. Niektóre z nich są po prostu dlatego, że bardzo trudno jest testować układy scalone w niskiej temperaturze, ale istnieją prawdziwe problemy, na które można natknąć się, takie jak:

• Baterie ulegają degradacji w niskich temperaturach, w zależności od ich składu chemicznego.

  • Napięcie wyjściowe akumulatora jest niższe, co oznacza, że ​​potrzebujesz więcej prądu, aby uzyskać tę samą moc

  • Wewnętrzny opór akumulatora może wzrosnąć. Dodatkowy opór może podgrzewać płytę, ale także marnuje energię i powoduje, że napięcie wyjściowe akumulatora jest mniej stabilne, ponieważ zmieni się wraz z poborem prądu.

  • Ciepło spowodowane dodatkowym oporem może potencjalnie uszkodzić akumulator, ponieważ nagrzewasz wnętrze, gdy na zewnątrz jest zimno, tworząc gradient cieplny, który powoduje obciążenia mechaniczne.

• Cykl termiczny części może się pogorszyć. Rzeczy się psują, gdy są zimne i nagrzewają się z powodu rozszerzalności cieplnej. Uważam, że problem ten jest gorszy w niższych temperaturach, prawdopodobnie związany z kruchością metali, gdy są bardzo zimne.

• Wióry mogą pobierać więcej prądu w niskich temperaturach. Ten problem pogarsza pozostałe dwa, ponieważ więcej prądu staje się więcej ciepła, co zwiększa cykle termiczne.

• Zmiany czasów czipów. Obwody cyfrowe mają specjalne reguły czasowe, aby zapewnić, że wszystkie sygnały są we właściwym miejscu we właściwym czasie. Obniżenie temperatury zmienia wszystko i może stworzyć warunki do wyścigu.

W przypadku większości tych urządzeń jest to wyświetlacz ...

Wyświetlacze LCD nie lubią zimna.

Zazwyczaj moduły Standardowa LCD graficzne zapewniają szeroki zakres temperatur od 0 ° C do + 50 ° C . Jednak kilku producentów wyświetlaczy oferuje modele o ekstremalnych temperaturach i temperaturach roboczych od -40 ° C do +80 lub + 85 ° C. Istnieje również szeroki wybór standardowych wersji w zakresie od -20 ° C do + 70 °

Źródło

Nowsze typy OLED mają jednak znacznie lepszą tolerancję temperaturową, od -40 ° C do + 80 ° C.

Baterie nie lubią zimna.

Zasadniczo wszystkie akumulatory tracą pojemność i prąd w bardzo niskich temperaturach. (Jednak używanie ich często rozgrzewa.). Lit ma szczególny problem z ładowaniem w bardzo niskich temperaturach .

Ponadto urządzenia są zaniepokojone kondensacją zachodzącą wewnątrz urządzenia w wyniku przedostania się wilgotnego powietrza do gniazda słuchawkowego itp.

Oscylatory kwarcowe mogą się nie uruchamiać; lub częstotliwość rezonansowa kryształu, która ma współczynnik temperaturowy, może znajdować się poza gwarantowanym zakresem automatycznej kontroli częstotliwości (afc), niezbędnym do zapewnienia, że ​​pakiety danych zaczną się w spodziewanych przedziałach czasowych, nawet po kilku godzinach pracy i przesunięciu fazowym.

Dodając moje 2 centy do wszystkich wspaniałych odpowiedzi (które dotyczyłyby nie tylko urządzeń elektronicznych, ale ogólnie wszystkich urządzeń elektrycznych) - spadek temperatury powoduje zmianę oporności materiału (mianowicie dla metali, które stają się mniej odporne), podczas gdy może się to wydawać drobna rzecz, w sprzęcie przemysłowym jest to jedna z uwzględnionych pozycji. Najbardziej ucierpiałyby na tym urządzenia elektroniczne, ponieważ wiele mikroczipów polega na tym, że rezystory między niektórymi liniami mają określoną wartość, jeśli ta wartość się zmieni, mikroczip może zacząć źle funkcjonować lub całkowicie się wyłączyć.

Obwody analogowe mogą również powodować problemy w niskich temperaturach. Rezystancja zmienia się w zależności od temperatury, podobnie jak napięcia progowe tranzystorów i nadprzewodniki. Jeśli napięcie lub prąd odniesienia wykracza poza specyfikację, może wpływać na inne zależne od niego obwody analogowe (takie jak ADC lub pompa ładująca).

Kiedy symulujesz projekt oraz (później) charakteryzujesz i testujesz sprzęt, musisz wybrać dolną granicę temperatury. Rzeczywiste problemy mogą nie wystąpić, jeśli temperatura spadnie nieco poniżej tej temperatury, ale producent może zagwarantować prawidłowe działanie tylko wtedy, gdy pozostanie w testowanych granicach.

Biorąc to pod uwagę, w przypadku smartfonów bateria i wyświetlacz są prawdopodobnie większymi problemami, jak pokazują inne odpowiedzi.

Kiedy dojdziesz do liczb ujemnych, rzeczy zaczną zwalniać, jest coś o nazwie ABSOLUTNA ZERO, które wynosi 0 stopni Kelvina lub minus 273 C. @ 0 Kelwinów nic się nie porusza, w tym protonów i elektronów, zasadniczo zamraża elektryczność (nie jestem pewien, co dzieje się z fotonami ). W końcu prędkości chipów ulegną spowolnieniu, ale nie w tym samym tempie, więc synchronizacja zostanie utracona.

Moim 2 centami jest to, że istnieje „równanie diodowe” (google to!), Które obejmuje prąd, napięcie i temperaturę. Zatem zachowanie półprzewodników zależy od temperatury . Przydatny w termometrze cyfrowym, ale należy temu przeciwdziałać, dodając pierwiastki śladowe i inną magię przez producentów zwykłych układów, aby działały „prosto”. Ale działa to tylko w ograniczonej temperaturze. zasięg w zależności od budżetu i wykorzystania. Sądzę więc, że możliwe byłoby stworzenie telefonu, który działa dobrze tylko na przykład między -220 ° C a -150 ° C.