最近同事出差到西北。设备是室外工作，环境温度低至-22℃
我们长期南方生活的人可能没有概念，-22℃时候，网线的外皮变脆，一捏就碎了。有部分设备出现无法启动的问题。
电子设备在低温环境下启动失败可能由以下几个方面引起。以下是常见原因及相应的排查思路：
1. 电池或电源问题
原因：
电池在低温环境下放电能力降低，内阻增大，可能导致设备供电不足。
电源管理电路无法正常启动或供电电压偏低。
我们设备采用锂电池，锂电池在低温时候放电能力急剧下降。锂电池的电解液负责锂离子的传导，在低温下，电解液的粘度会增加，甚至可能部分结晶化，导致锂离子的迁移率显著下降。这种传输能力的降低会直接影响电池的内阻增大，使得电池的放电能力减弱。
解决措施：
使用低温性能优异的电池（如锂亚硫酰氯电池或特殊锂离子电池）。
测试供电电路在低温环境下的输出是否稳定，必要时优化电源设计。
增加加热器或电池保温措施。
我们先定位问题，由于是室外移动设备。我们采取给怀疑的电源模块贴暖宝宝的方式，看能否改善，先锁定聚焦具体的问题点；同时在杭州实验室用高低温温箱同步实验，看电源模块是否有问题。
2. 电容器特性退化
原因：
常规电解电容器在低温下等效串联电阻（ESR）增加，导致滤波效果变差。
陶瓷电容的温度特性可能使电容值下降。
解决措施：
替换为宽温度范围（如 -55°C 至 +125°C）的低温专用电容器。
优化电源滤波电路以适应低温特性。
增强电容滤波特性，增加设计余量，考虑低温情况下，电容容值和ESR变化带来的影响，以及选择更大容值，或者更低ESR电容。
3. 振荡电路启动失败
原因：
晶体振荡器在低温下起振困难或频率漂移。
晶体参数与电路不匹配，导致低温下的振荡裕度不足。
解决措施：
使用宽温晶体振荡器或增加起振电路的裕度。
在低温环境下测量振荡信号，并调整匹配电容值。
4. 半导体器件性能下降
原因：
半导体器件的阈值电压随温度变化，低温下可能导致MOSFET或BJT无法正常导通。
放大器的偏置点可能偏移，导致工作点异常。
解决措施：
选择适合低温工作的半导体器件（标明工作温度范围）。
调整电路设计，确保器件在低温下的工作点正常。
这种情况是比较多大。
二极管的低温特性
特性变化：
正向压降增大：
二极管的正向压降（
V f 2 − 2.5 mV 在低温下，正向压降过高可能导致电路无法正常导通。
反向漏电流减小：
低温会降低少子浓度，反向漏电流显著减小，有利于减小反向功耗。
开关速度变化：
开关速度可能受影响，尤其是高速肖特基二极管，因载流子存储效应变慢。
针对这个特性来说，高温容易出问题。
解决措施：
选择正向压降更低的器件（如低温特性更好的肖特基二极管或快速恢复二极管）。
增加电路的驱动裕量，确保二极管在低温下仍能导通。
验证开关频率与二极管的反向恢复时间匹配。
三极管（BJT）的低温特性
特性变化：
增益变化：
三极管的直流增益（
h F E 低增益可能导致放大器性能下降，或开关电路驱动不足。
V_BE 电压升高：
基-射极电压（
V B E 2 mV/°C 如果驱动电压不足，可能导致器件无法完全导通。
饱和电压降低：
V C E ( s a t ) 解决措施：
调整偏置电阻值或选择宽温增益稳定的器件。
增加驱动电压裕量以应对
V B 对开关电路，测试是否在低温下仍能进入完全饱和状态。
MOSFET 的低温特性
特性变化：
阈值电压
V t h MOSFET 的开启阈值电压
V t h 导通电阻
R D S ( o n ) 低温下载流子迁移率增加，使
R D S ( o n ) 开关特性变化：
栅极电容的特性可能随温度改变，影响开关速度。
雪崩耐量提高：
在低温下，MOSFET 的雪崩电流能力（耐压能力）通常增强。
解决措施：
选择阈值电压较低的 MOSFET（如适合低温工作的逻辑级 MOSFET）。
测试栅极驱动能力是否足够，以确保 MOSFET 在低温下能完全开启。
针对高速开关电路，优化驱动电路的电容匹配。
5. 机械与连接问题
原因：
热膨胀/收缩效应导致机械连接松动或接触电阻增大。
PCB设计中，某些焊点在低温下产生微裂纹，导致接触不良。
解决措施：
检查和优化PCB工艺，确保焊点质量。
使用宽温范围的连接器或焊接材料。
6. 软件/固件启动逻辑问题
原因：
系统在低温下的时序或复位逻辑异常，可能是由时钟源或电源稳定性引起。
低温下 ADC 或其他关键传感器读取值异常，导致错误判断。
解决措施：
调整初始化逻辑，增加对关键时序的监控和恢复。
校准温度传感器，增加低温下的异常检测和容错机制。
7. 其他外部因素
原因：
冷凝水或霜冻短路电路。
低温导致材料变脆，可能引发机械损坏。
解决措施：
在低温环境下进行防潮设计，如涂覆防护漆。
对设备进行严格的低温机械性能测试。
——书籍推荐——
