Warum funktionieren Geräte bei extremer Kälte nicht mehr richtig?

Ich habe bemerkt, dass viele Smartphones sagen, dass sie nicht unter -4 Grad F (-20 Grad C) funktionieren. Kann mir jemand erklären, was passiert, wenn die Telefone kalt werden und nicht mehr funktionieren?

-4 F ist -20C, eine standardmäßige Untergrenze für Chips und elektrische Komponenten. Einige davon sind nur, weil es sehr schwierig ist, Chips bei niedrigen Temperaturen zu testen, aber es gibt echte Probleme, auf die Sie stoßen können, darunter:

• Batterien werden bei niedrigen Temperaturen abhängig von ihrer Chemie abgebaut.

  • Die Batterieausgangsspannung ist niedriger, was bedeutet, dass Sie mehr Strom benötigen, um die gleiche Leistung zu erzielen

  • Der Batterieinnenwiderstand kann sich erhöhen. Der zusätzliche Widerstand kann die Platine erwärmen, verschwendet aber auch Strom und verringert die Stabilität der Batterieausgangsspannung, da sie sich mit der Stromaufnahme ändert.

  • Die durch den zusätzlichen Widerstand verursachte Hitze kann den Akku möglicherweise beschädigen, da Sie das Innere aufheizen, während das Äußere kalt ist, wodurch ein thermischer Gradient erzeugt wird, der die mechanische Beanspruchung erhöht.

• Die Temperaturwechselbeanspruchung von Teilen kann sich verschlechtern. Dinge brechen, wenn man sie kalt macht und sie durch Wärmeausdehnung erwärmt. Ich glaube, dass dieses Problem bei niedrigeren Temperaturen noch schlimmer ist. Möglicherweise werden Metalle spröde, wenn sie sehr kalt sind.

• Chips können bei niedrigen Temperaturen mehr Strom ziehen. Dieses Problem verstärkt die beiden anderen, da mehr Strom zu mehr Wärme wird, was die Temperaturwechselbeanspruchung erhöht.

• Das Timing des Chips ändert sich. In digitalen Schaltkreisen gelten spezielle Zeitgebungsregeln, um sicherzustellen, dass alle Signale zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind. Wenn die Temperatur gesenkt wird, ändert sich dies alles und es kann zu Rennbedingungen kommen.

Bei den meisten dieser Geräte ist es das Display ...

LCDs mögen die Kälte nicht.

Typischerweise liefert Standard - LCD - Zeichen- und Graphikmodule einen Temperaturbereich von 0 ° C bis + 50 ° C . Einige Displayhersteller bieten jedoch Modelle für extreme Temperaturen mit Betriebstemperaturen von -40 ° C bis +80 ° C oder +85 ° C an. Es gibt auch eine große Auswahl an Standardversionen, die von -20 ° C bis + 70 ° C reichen

Quelle

Die neueren OLED- Typen haben jedoch eine viel bessere Temperaturtoleranz von -40 ° C bis + 80 ° C.

Batterien mögen keine Kälte.

Im Allgemeinen verlieren alle Batterien in der Kälte an Kapazität und Strom. (Wenn Sie sie jedoch häufig verwenden, werden sie aufgewärmt.) Lithien haben ein besonderes Problem damit , in der Kälte aufgeladen zu werden .

Geräte sind auch besorgt über Kondenswasser im Inneren des Geräts durch feuchte Luft, die in die Kopfhörerbuchse usw. eintritt.

Quarzoszillatoren werden möglicherweise nicht gestartet. oder die Quarzresonanzfrequenz, die einen Temperaturkoeffizienten aufweist, kann außerhalb des garantierten Bereichs der automatischen Frequenzregelung (afc) liegen, der erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die Datenpakete auch nach einigen Betriebsstunden und Phasenrutschen in erwarteten Zeitschlitzen starten.

Um meine 2 Cent auf all die tollen Antworten (die nicht nur für elektronische Geräte, sondern generell für alle elektrischen Geräte gelten würden) zu addieren: Der Temperaturabfall führt zu einer Änderung der Materialbeständigkeit (dh bei Metallen werden sie weniger beständig), während dies möglicherweise ein Problem darstellt Kleinigkeit, in Industrieanlagen ist dies einer der Gegenstände, die entfallen. Elektronische Geräte leiden am meisten darunter, weil viele Mikrochips darauf angewiesen sind, dass Widerstände zwischen einigen ihrer Leitungen einen bestimmten Wert haben. Wenn sich dieser Wert ändert, kann der Mikrochip sich schlecht verhalten oder vollständig herunterfahren.

Analoge Schaltungen können auch bei niedrigen Temperaturen Probleme haben. Der Widerstand ändert sich mit der Temperatur, ebenso wie die Transistorschwellenspannungen und Transkonduktanzen. Wenn eine Referenzspannung oder ein Referenzstrom außerhalb der Spezifikation liegt, kann dies Auswirkungen auf andere davon abhängige Analogschaltkreise haben (z. B. einen ADC oder eine Ladungspumpe).

Wenn Sie ein Design simulieren und (später) Hardware charakterisieren und testen, müssen Sie eine Untergrenze für die Temperatur festlegen. Es kann sein, dass es keine tatsächlichen Probleme gibt, wenn Sie diese Temperatur etwas unterschreiten. Der Hersteller kann dies jedoch nur garantieren korrekten Betrieb , wenn Sie die getesteten Grenzwerte einhalten.

Allerdings sind bei Smartphones der Akku und das Display wahrscheinlich die größten Probleme, wie die anderen Antworten zeigen.

Wenn man in Minus-Zahlen gerät, verlangsamt sich die Geschwindigkeit. Es gibt ABSOLUTE NULL, die 0 Grad Kelvin oder minus 273 C beträgt. @ 0 Kelvin bewegt sich nichts, einschließlich Protonen und Elektronen, es friert im Grunde genommen Elektrizität ein (nicht sicher, was mit Photonen passiert) ). Eventuell verlangsamt sich die Geschwindigkeit des Chips, jedoch nicht mit der gleichen Geschwindigkeit, so dass die Synchronisation verloren geht.

Meine 2 Cent sind, dass es eine "Diodengleichung" (google it!) Gibt, die Strom, Spannung und Temperatur enthält. So ein Halbleiter Verhalten ist abhängig von der Temperatur . Nützlich für ein digitales Thermometer, muss aber durch Hinzufügen von Spurenelementen und anderen magischen Mitteln von den Herstellern gewöhnlicher Chips ausgeglichen werden, damit sie "gerade" funktionieren. Dies funktioniert jedoch nur innerhalb einer begrenzten Zeit. Bereich je nach Budget und Nutzung. Ich denke also, es wäre möglich, ein Telefon herzustellen, das beispielsweise nur zwischen -220 ° C und -150 ° C funktioniert.