Mengapa perangkat berhenti beroperasi dengan benar di suhu yang sangat dingin?

33

Saya perhatikan bahwa banyak ponsel pintar mengatakan bahwa mereka tidak akan beroperasi di bawah -4 derajat F (-20 derajat C). Adakah yang bisa menjelaskan kepada saya apa yang terjadi ketika telepon menjadi dingin yang menghentikannya beroperasi?

power-electronics telephone

— Sean Moriarty
sumber

Inilah pertanyaan lain yang sedikit terkait. - Mungkin agak menarik untukmu.

— Harry Svensson

2

Ponsel cerdas pertama yang saya gunakan memiliki LCD-nya menjadi padat pada -3 ° C

— PlasmaHH

3

Baterai menjadi tidak aktif secara kimia dalam cuaca dingin. Panaskan mereka, atau gunakan engkol dan gunakan diri Anda sebagai sumber listrik. Serius, ini dapat dikurangi hanya dengan memiliki perangkat di saku mantel bagian dalam Anda.

— user2497

38

-4 F adalah -20C, yang merupakan batas rendah standar untuk chip dan komponen listrik. Beberapa di antaranya hanya karena sangat sulit untuk menguji chip pada suhu rendah, tetapi ada masalah nyata yang dapat Anda hadapi, termasuk:

Baterai terdegradasi pada suhu rendah, tergantung pada kimianya.
- Tegangan output baterai lebih rendah, artinya Anda perlu lebih banyak arus untuk mendapatkan daya yang sama
- Daya tahan internal baterai dapat meningkat. Perlawanan tambahan dapat memanaskan papan, tetapi juga membuang-buang daya dan membuat tegangan output baterai kurang stabil, karena akan berubah dengan penarikan saat ini.
- Panas yang disebabkan oleh resistensi ekstra berpotensi merusak baterai, karena Anda memanaskan bagian dalam sementara bagian luarnya dingin, menciptakan gradien termal yang menambah tekanan mekanis.
Siklus termal bagian dapat menjadi lebih buruk. Hal-hal pecah ketika Anda membuatnya dingin dan memanaskannya karena ekspansi termal. Saya percaya masalah ini lebih buruk pada suhu yang lebih rendah, kemungkinan terkait dengan logam menjadi rapuh ketika mereka sangat dingin.
Keripik dapat menarik lebih banyak arus pada suhu rendah. Masalah ini memperparah dua lainnya, karena lebih banyak arus menjadi lebih panas, yang meningkatkan siklus termal.
Waktu chip berubah. Sirkuit digital memiliki aturan pengaturan waktu khusus untuk memastikan bahwa semua sinyal berada di tempat yang tepat pada waktu yang tepat. Menurunkan suhu akan mengubah semua itu dan dapat menciptakan kondisi balapan.

— pscheidler
sumber

6

Saya kecewa ketika chip tidak bekerja saat saya menginjak waktu.

— Yosua

11

Titik baterai agak membingungkan ... karena " mereka akan menjadi lebih panas saat Anda menarik lebih banyak arus " jadi bukankah itu memecahkan masalah suhu rendah?

— Xen2050

@ Xen2050 pemanasan baterai (atau pemanasan chip) dapat melindungi diri sendiri seluruh perangkat jika penutup tempat perangkat ini terisolasi dengan baik - seperti, mungkin perlu berhari-hari untuk mencapai suhu rendah, dan setelah periode mulai dingin perangkat mungkin cukup hangat untuk menjaga dirinya sendiri dalam suhu pengoperasian

— KyranF

2

@ Xen2050 KyranF benar, sistem pada akhirnya akan memanas, tetapi ada masalah terkait daya yang terbuang (panas harus datang dari suatu tempat) dan, berpotensi, gradien suhu bukan yang terbaik, karena masalah mekanis. Tidak ada desainer yang mengatakan "mari kita menghangatkan papan ini dengan memanaskan bagian dalam baterai kita". Saya akan mengklarifikasi jawaban asli saya.

— pscheidler

5

"Aku kecewa ketika chipnya tidak bekerja sementara aku menginjak waktu." Ada dua jenis kesalahan waktu dalam sirkuit digital: kesalahan pengaturan waktu dan kesalahan waktu tahan. Yang terakhir ini tidak tergantung pada frekuensi clock sehingga akan gagal pada loncatan tunggal juga.

— Oldfart

21

Untuk sebagian besar perangkat ini adalah layar ...

LCD tidak suka dingin.

Biasanya, karakter LCD standar dan modul grafik menyediakan kisaran suhu 0 ° C hingga + 50 ° C. However, several display manufacturers offer extreme temperature models with operating temperatures of -40°C to +80 or +85°C. There also is a wide selection of standard versions that range from -20°C to +70°

Sumber

Tipe OLED yang lebih baru memiliki toleransi suhu yang jauh lebih baik, -40 ° C hingga + 80 ° C.

— Trevor_G
sumber

In my experience with laptop LCDs in the cold (around -10°C) the picture gets grainy and slow but it still works. There are rugged laptops with heated displays to work around this problem. Some smartphones have OLED displays, do they have the same issues?

— Michael

@Michael OLEDs do have a wider temp range since there is no fluid to thicken or freeze. " -40°C to +80°C. " OLEDs do have other issues though.

— Trevor_G

As a card-carrying Canadian, I can verify that the LCDs in my car dashboard work just fine at -20°C.

— Spehro Pefhany

1

@SpehroPefhany hey fellow Hoser, as my answer states, some can be made to work at -40C, but automotive parts and cheap phone parts are not in the same class. The heat generated from the backlight helps a lot to keep the liquid fluid too. If you let them freeze they can and will crack though.

— Trevor_G

16

Batteries dislike cold.

Generally all batteries lose capacity and current in the very cold. (However, using them often warms them up.). Lithiums have a particular problem with being charged in the very cold.

Also, devices are concerned about condensation occurring inside the device from humid air entering the headphone jack etc.

— Harper - Reinstate Monica
sumber

9

Crystal oscillators may not start up; or the crystal resonant frequency, which has a temperature coefficient, may be outside the guaranteed Automatic Frequency Control (afc) range, needed to ensure the data packets start on expected time slots even after some hours of operation and phase slipping.

— analogsystemsrf
sumber

5

To add my 2 cents on all the great answers (which would apply not only to electronic devices but generally all electric devices) - the temperature drop results in change of material resistance (namely for metals they become less resistant), while this might seem a minor thing, in industrial equipment this is one of the items accounted for. Electronic devices would suffer most at that because many microchips rely on resistors between some of their lines to be of specific value, if that value changes the microchip may start misbehaving or completely shutdown.

— Alexey Kamenskiy
sumber

4

Analog circuits can also have problems at low temperatures. Resistance changes across temperature, and so do transistor threshold voltages and transconductances. If a reference voltage or current goes out of spec, it can affect other analog circuits that depend on it (like an ADC or a charge pump).

When you're simulating a design and (later) characterizing and testing hardware, you have to pick a lower bound for temperature. There may not be any actual problems if you go a little below that temperature, but the manufacturer can only guarantee correct operation if you stay within the tested limits.

That being said, for smartphones the battery and display are probably the bigger concerns, as the other answers show.

— Adam Haun
sumber

0

When you get into minus figures things start to slow down, there is something called ABSOLUTE ZERO which is 0 degrees Kelvin or minus 273 C. @ 0 Kelvin nothing moves, including protons and electrons, it basically freezes electricity (not sure what happens with photons). Eventually chip speeds will slow down but not at the same rate so the sync is lost.

— Lee Wilson
sumber

that should be -273 Cent, 0 K, or -460 Farenheit, or 0 Rankin.

— analogsystemsrf

-3

My 2 cents is that there is a "Diode Equation" (google it!) that includes current, voltage and temperature. So a semiconductors behaviour depends on temperature. Useful in a digital thermometer, but must be counteracted by adding trace elements and other magic by the manufacturers of ordinary chips to make them work "straight". But this works only within a limited temp. range depending on budget and usage. So I guess it would be possible to make a phone that works well only between -220C and -150C, for example.

— P Oltergeist
sumber