Почему устройства перестают нормально работать в условиях сильного холода?

Я заметил, что многие смартфоны говорят, что они не будут работать при -4 градусах F (-20 градусах C). Может кто-нибудь объяснить мне, что происходит, когда телефоны остывают, что мешает им работать?

-4 F - это -20C, что является стандартным нижним пределом для микросхем и электрических компонентов. Отчасти это объясняется тем, что тестирование чипов при низкой температуре очень сложно, но есть реальные проблемы, с которыми вы можете столкнуться, в том числе:

• Батареи разлагаются при низких температурах, в зависимости от их химического состава.

  • Выходное напряжение аккумулятора ниже, а это означает, что вам нужен больший ток, чтобы получить ту же мощность

  • Внутреннее сопротивление батареи может увеличиться. Дополнительное сопротивление может нагревать плату, но оно также тратит впустую энергию и делает выходное напряжение батареи менее стабильным, так как оно будет меняться с потреблением тока.

  • Тепло, вызванное дополнительным сопротивлением, может повредить батарею, так как вы нагреваете внутреннюю часть, пока снаружи холодно, создавая температурный градиент, который добавляет механическое напряжение.

• Термическое зацикливание деталей может ухудшиться. Вещи ломаются, когда вы делаете их холодными и нагреваете их из-за теплового расширения. Я считаю, что эта проблема усугубляется при более низких температурах, возможно, связанных с хрупкостью металлов, когда они очень холодные.

• Микросхемы могут потреблять больше тока при низких температурах. Эта проблема усугубляет две другие, так как больше тока становится больше тепла, что увеличивает термоциклирование.

• Изменения во времени чипа. Цифровые схемы имеют специальные правила синхронизации, чтобы гарантировать, что все сигналы находятся в нужном месте в нужное время. Понижение температуры меняет все это и может создать условия гонки.

Для большинства этих устройств это дисплей ...

ЖК-дисплеи не любят холода.

Как правило, стандартный ЖК характер и графические модули обеспечивают диапазон температур от 0 ° С до + 50 ° C . Тем не менее, несколько производителей дисплеев предлагают экстремальные температурные модели с рабочими температурами от -40 ° C до +80 или + 85 ° C. Также имеется широкий выбор стандартных версий, которые варьируются от -20 ° C до + 70 °.

Источник

Новые типы OLED имеют гораздо лучший температурный допуск, от -40 ° C до + 80 ° C.

Аккумуляторы не любят холода.

Как правило, все батареи теряют емкость и ток в очень холодном состоянии. (Однако их использование часто нагревает их.) Литиевые батареи имеют особую проблему с зарядкой в очень холодную погоду .

Кроме того, устройства обеспокоены тем, что внутри устройства образуется конденсат от влажного воздуха, попадающего в разъем для наушников и т. Д.

Кристаллические генераторы могут не запуститься; или резонансная частота кристалла, которая имеет температурный коэффициент, может выходить за пределы гарантированного диапазона автоматического управления частотой (afc), необходимого для обеспечения запуска пакетов данных в ожидаемые временные интервалы даже после нескольких часов работы и проскальзывания фазы.

Чтобы добавить мои 2 цента ко всем отличным ответам (что относится не только к электронным устройствам, но в целом ко всем электрическим устройствам) - падение температуры приводит к изменению сопротивления материала (а именно для металлов они становятся менее стойкими), хотя это может показаться мелочь, в промышленном оборудовании это один из учтенных пунктов. При этом больше всего пострадают электронные устройства, поскольку многие микрочипы полагаются на то, что резисторы между некоторыми из их линий имеют определенное значение, и при изменении этого значения микрочип может начать работать неправильно или полностью отключиться.

Аналоговые схемы также могут иметь проблемы при низких температурах. Сопротивление изменяется в зависимости от температуры, как и пороговые напряжения транзисторов. Если эталонное напряжение или ток выходит за пределы спецификации, это может повлиять на другие аналоговые цепи, которые зависят от него (например, АЦП или зарядный насос).

Когда вы моделируете проект и (позже) характеризуете и тестируете аппаратное обеспечение, вы должны выбрать нижнюю границу для температуры. Реальных проблем может не быть, если температура чуть ниже этой температуры, но производитель может гарантировать правильную работу только в том случае, если вы находитесь в пределах проверенных пределов.

Это, как говорится, для смартфонов батарея и дисплей, вероятно, являются более серьезными проблемами, как показывают другие ответы.

Когда вы получаете в минус цифры, вещи начинают замедляться, есть нечто, называемое ABSOLUTE ZERO, которое составляет 0 градусов Кельвина или минус 273 C. @ 0 Кельвин ничего не движется, включая протоны и электроны, это в основном замораживает электричество (не уверен, что происходит с фотонами ). В конце концов, скорость чипа замедляется, но не с той же скоростью, поэтому синхронизация теряется.

Мои 2 цента в том, что есть «Диодное уравнение» (Google!), Которое включает в себя ток, напряжение и температуру. Таким образом, поведение полупроводников зависит от температуры . Полезно в цифровом термометре, но должно быть нейтрализовано добавлением микроэлементов и другой магии производителями обычных чипов, чтобы они работали «прямо». Но это работает только в течение ограниченного времени. диапазон в зависимости от бюджета и использования. Так что, я думаю, можно было бы сделать телефон, который бы работал хорошо только между -220C и -150C, например.