Perché i dispositivi smettono di funzionare correttamente in condizioni di freddo estremo?

Ho notato che molti smartphone dicono che non funzioneranno sotto -4 gradi F (-20 gradi C). Qualcuno può spiegarmi cosa succede quando i telefoni diventano freddi che impediscono loro di funzionare?

-4 F è -20C, che è un limite basso standard per chip e componenti elettrici. Alcuni di questi sono solo perché è molto difficile testare i chip a bassa temperatura, ma ci sono problemi reali che puoi incontrare, tra cui:

• Le batterie si degradano a basse temperature, a seconda della loro composizione chimica.

  • La tensione di uscita della batteria è inferiore, il che significa che è necessaria più corrente per ottenere la stessa potenza

  • La resistenza interna della batteria può aumentare. La resistenza aggiuntiva può riscaldare la scheda, ma spreca anche energia e rende la tensione di uscita della batteria meno stabile, poiché cambierà con l'assorbimento di corrente.

  • Il calore causato dall'ulteriore resistenza può potenzialmente danneggiare la batteria, poiché si sta riscaldando l'interno mentre l'esterno è freddo, creando un gradiente termico che aggiunge stress meccanico.

• Il ciclo termico delle parti può peggiorare. Le cose si rompono quando le rendi fredde e le riscaldi a causa dell'espansione termica. Credo che questo problema sia peggiore a temperature più basse, probabilmente legate alla fragilità dei metalli quando sono molto freddi.

• I chip possono assorbire più corrente a basse temperature. Questo problema aggrava gli altri due, poiché più corrente diventa più calore, aumentando il ciclo termico.

• Modifiche alla temporizzazione del chip. I circuiti digitali hanno regole di temporizzazione speciali per garantire che tutti i segnali siano nel posto giusto al momento giusto. Abbassare la temperatura cambia tutto ciò e può creare una condizione di gara.

Per la maggior parte di questi dispositivi è il display ...

Agli LCD non piace il freddo.

Tipicamente, i moduli di caratteri LCD standard e Grafica fornire una gamma di temperatura di 0 ° C a + 50 ° C . Tuttavia, diversi produttori di display offrono modelli a temperature estreme con temperature di esercizio da -40 ° C a +80 o + 85 ° C. C'è anche una vasta selezione di versioni standard che vanno da -20 ° C a + 70 °

fonte

I nuovi tipi di OLED hanno una tolleranza alla temperatura molto migliore, da -40 ° C a + 80 ° C.

Le batterie non amano il freddo.

Generalmente tutte le batterie perdono capacità e corrente nel molto freddo. (Tuttavia, usarli spesso li riscalda.). I litio hanno un problema particolare quando vengono caricati al freddo .

Inoltre, i dispositivi sono preoccupati per la condensa che si verifica all'interno del dispositivo dall'aria umida che entra nel jack delle cuffie, ecc.

Gli oscillatori a cristallo potrebbero non avviarsi; oppure la frequenza di risonanza dei cristalli, che ha un coefficiente di temperatura, potrebbe essere al di fuori dell'intervallo di controllo automatico della frequenza (afc) garantito, necessario per garantire che i pacchetti di dati inizino sugli intervalli di tempo previsti anche dopo alcune ore di funzionamento e lo sfasamento della fase.

Aggiungendo i miei 2 centesimi a tutte le grandi risposte (che si applicherebbero non solo ai dispositivi elettronici ma in generale a tutti i dispositivi elettrici) - la caduta di temperatura provoca un cambiamento della resistenza del materiale (in particolare per i metalli che diventano meno resistenti), mentre questo potrebbe sembrare un cosa minore, nelle attrezzature industriali questo è uno degli articoli considerati. I dispositivi elettronici ne risentirebbero di più perché molti microchip si basano su resistori tra alcune delle loro linee per avere un valore specifico, se tale valore cambia il microchip può iniziare a comportarsi male o spegnersi completamente.

I circuiti analogici possono anche avere problemi a basse temperature. La resistenza cambia attraverso la temperatura, così come le tensioni e le transconduttanze della soglia del transistor. Se una tensione o corrente di riferimento non rientra nelle specifiche, può influire su altri circuiti analogici che dipendono da essa (come un ADC o una pompa di carica).

Quando simuli un progetto e (successivamente) caratterizzi e collaudi l'hardware, devi scegliere un limite inferiore per la temperatura. Non ci possono essere problemi reali se si scende leggermente al di sotto di tale temperatura, ma il produttore può garantire il corretto funzionamento solo se si rispettano i limiti testati.

Detto questo, per gli smartphone la batteria e il display sono probabilmente le maggiori preoccupazioni, come mostrano le altre risposte.

Quando entri in meno figure le cose iniziano a rallentare, c'è qualcosa chiamato ABSOLUTE ZERO che è 0 gradi Kelvin o meno 273 C. @ 0 Kelvin nulla si muove, inclusi protoni ed elettroni, fondamentalmente congela l'elettricità (non sono sicuro di cosa accada con i fotoni ). Alla fine la velocità del chip rallenterà ma non alla stessa velocità, quindi la sincronizzazione andrà persa.

I miei 2 centesimi sono che esiste una "equazione a diodi" (google it!) Che include corrente, tensione e temperatura. Quindi un comportamento dei semiconduttori dipende dalla temperatura . Utile in un termometro digitale, ma deve essere contrastato aggiungendo oligoelementi e altra magia dai produttori di chip ordinari per farli funzionare "dritti". Ma questo funziona solo entro un tempo limitato. varia in base al budget e all'utilizzo. Quindi suppongo che sarebbe possibile realizzare un telefono che funzioni bene solo tra -220 ° C e -150 ° C, ad esempio.