¿Por qué los dispositivos dejan de funcionar correctamente en condiciones de frío extremo?

Me di cuenta de que muchos teléfonos inteligentes dicen que no funcionarán a menos de -4 grados F (-20 grados C). ¿Alguien puede explicarme qué sucede cuando los teléfonos se enfrían que les impide funcionar?

-4 F es -20C, que es un límite bajo estándar para chips y componentes eléctricos. Algo de eso es solo porque es muy difícil probar chips a baja temperatura, pero hay problemas reales con los que puede encontrarse, que incluyen:

• Las baterías se degradan a bajas temperaturas, dependiendo de su química.

  • El voltaje de salida de la batería es menor, lo que significa que necesita más corriente para obtener la misma potencia.

  • La resistencia interna de la batería puede aumentar. La resistencia adicional puede calentar la placa, pero también desperdicia energía y hace que el voltaje de salida de la batería sea menos estable, ya que cambiará con el consumo de corriente.

  • El calor causado por la resistencia adicional puede dañar potencialmente la batería, ya que está calentando el interior mientras el exterior está frío, creando un gradiente térmico que agrega tensión mecánica.

• El ciclo térmico de las piezas puede empeorar. Las cosas se rompen cuando las enfrías y las calientas debido a la expansión térmica. Creo que este problema es peor a temperaturas más bajas, posiblemente relacionadas con la fragilidad de los metales cuando están muy fríos.

• Los chips pueden extraer más corriente a bajas temperaturas. Este problema complica los otros dos, ya que más corriente se convierte en más calor, lo que aumenta el ciclo térmico.

• Cambios de tiempo de chip. Los circuitos digitales tienen reglas de temporización especiales para garantizar que todas las señales estén en el lugar correcto en el momento correcto. Bajar la temperatura cambia todo eso y puede crear una condición de carrera.

Para la mayoría de estos dispositivos es la pantalla ...

A los LCD no les gusta el frío.

Típicamente, los módulos de caracteres LCD estándar y gráficos proporcionan un rango de temperatura de 0 ° C a + 50 ° C . Sin embargo, varios fabricantes de pantallas ofrecen modelos de temperatura extrema con temperaturas de funcionamiento de -40 ° C a +80 o + 85 ° C. También hay una amplia selección de versiones estándar que van desde -20 ° C a + 70 °

Fuente

Sin embargo, los tipos OLED más nuevos tienen una tolerancia a la temperatura mucho mejor, de -40 ° C a + 80 ° C.

Las baterías no les gusta el frío.

En general, todas las baterías pierden capacidad y corriente cuando hace mucho frío. (Sin embargo, usarlos a menudo los calienta). Los litios tienen un problema particular con la carga en el muy frío .

Además, los dispositivos están preocupados por la condensación que se produce dentro del dispositivo por el aire húmedo que ingresa al conector de auriculares, etc.

Los osciladores de cristal pueden no arrancar; o la frecuencia resonante de cristal, que tiene un coeficiente de temperatura, puede estar fuera del rango garantizado de Control Automático de Frecuencia (afc), necesario para garantizar que los paquetes de datos comiencen en los intervalos de tiempo esperados incluso después de algunas horas de operación y deslizamiento de fase.

Para agregar mis 2 centavos a todas las excelentes respuestas (que se aplicarían no solo a dispositivos electrónicos sino en general a todos los dispositivos eléctricos), la caída de temperatura da como resultado un cambio en la resistencia del material (es decir, para los metales se vuelven menos resistentes), mientras que esto puede parecer un Una cosa menor, en equipos industriales, este es uno de los elementos contabilizados. Los dispositivos electrónicos sufrirían más debido a que muchos microchips dependen de las resistencias entre algunas de sus líneas para tener un valor específico, si ese valor cambia, el microchip puede comenzar a comportarse mal o apagarse por completo.

Los circuitos analógicos también pueden tener problemas a bajas temperaturas. La resistencia cambia a través de la temperatura, al igual que los voltajes y transconductancias de umbral del transistor. Si un voltaje o corriente de referencia se sale de las especificaciones, puede afectar a otros circuitos analógicos que dependen de él (como un ADC o una bomba de carga).

Cuando simula un diseño y (luego) caracteriza y prueba el hardware, debe elegir un límite inferior para la temperatura. Es posible que no haya ningún problema real si baja un poco por debajo de esa temperatura, pero el fabricante solo puede garantizar un funcionamiento correcto si se mantiene dentro de los límites probados.

Dicho esto, para los teléfonos inteligentes, la batería y la pantalla son probablemente las principales preocupaciones, como muestran las otras respuestas.

Cuando entras en cifras negativas, las cosas comienzan a disminuir, hay algo llamado CERO ABSOLUTO que es 0 grados Kelvin o menos 273 C. @ 0 Kelvin nada se mueve, incluidos los protones y los electrones, básicamente congela la electricidad (no estoy seguro de lo que sucede con los fotones). ) Finalmente, la velocidad de los chips disminuirá pero no a la misma velocidad, por lo que se pierde la sincronización.

Mis 2 centavos es que hay una "ecuación de diodo" (¡google!) Que incluye corriente, voltaje y temperatura. Entonces, el comportamiento de los semiconductores depende de la temperatura . Útil en un termómetro digital, pero debe ser contrarrestado agregando elementos traza y otra magia por los fabricantes de chips comunes para que funcionen "directamente". Pero esto funciona solo dentro de una temperatura limitada. rango dependiendo del presupuesto y el uso. Entonces, supongo que sería posible hacer un teléfono que funcione bien solo entre -220C y -150C, por ejemplo.