В некоторых ситуациях необходимо, чтобы используемая радиоэлектронная схема выдерживала работу в жарких условиях, таких как внутренняя часть моторного отсека автомобиля, сельскохозяйственные системы, печи или посудомоечные машины. Кроме того, высокая термостойкость требуется в системах мониторинга батарей или фотоэлектрических систем.
Чтобы определить какие одноплатные компьютеры и простые микроконтроллерные модули могут выдерживать повышенные температуры, был протестирован ряд плат: Arduino Uno, Arduino Nano с ATmega328P, Adafruit на основе ESP8266, Sparkfun Micro с ATmega32U4, Raspberry Pi 3 с SoC Broadcom BCM2837, а также Raspberry Pi Zero с чипом Broadcom BCM2836.
Эти платы представляют собой прототипы, доступные на рынке для построения любительских и коммерческих, серийно выпускаемых устройств. Чтобы проверить какие из этих модулей могут выдерживать высокие температуры, каждый из них был помещен в электрическую печь, предварительно нагретую до 65, 93 и 121С. В таких условиях платам пришлось провести по 5 минут.
На каждом модуле была запущена простая программа — мигание светодиода. Во время эксперимента наблюдался момент когда диод погаснет, что указывало на повреждение платы. Питание модуля обеспечивалось кабелем USB, проложенным между дверцей и корпусом духового шкафа.
Почему именно эти температуры были выбраны для испытаний? Потому что при 121C соединения начали проявлять значительные признаки деформации, что означало модуль больше нельзя использовать при этой температуре, если не применять специальные высокотемпературные соединения и пайку. Учитывая что Raspberry Pi снижает скорость процессора, когда достигается 85C, выбранные температурные пороги представляются разумным диапазоном, в котором с одной стороны, схемы могут работать и, с другой стороны, выходить за пределы указанных безопасных для них температур, что может привести к сбоям.
Удивительно, но хотя температура каждого модуля превысила пределы, каждый из них мигал светодиодом на протяжении всего теста. Можно было бы предположить, что интегральные микросхемы не достигали заданной температуры печи в течение 5 минут после нахождения в ней, хотя они довольно тонкие и не слишком изолированы от окружающей среды. Это говорит о том, что микроконтроллерные модули могут быть очень горячими, что и подтверждено испытаниями.
Несмотря на то, что полученные результаты являются неожиданными, трудно было ожидать что какой-либо из модулей сможет выдержать температуры превышающие заявленные производителем. Поэтому было необходимо пойти еще дальше и повысить температуру печи до более высокой температуры. Заключительные испытания проводились при 180С.
После разогрева духовки в нее поместили мигающий клон Arduino Nano, ожидая что светодиод перестанет мигать не более чем через 5 минут. Когда время прошло, LED все еще мигал. Учитывая, что это была среда с температурой почти на 90C выше максимальной для микропроцессора, это действительно удивительно.
Несмотря на столь внушительную надежность было решено оставить этот модуль в духовке еще на 5 минут. Через 9 минут казалось, что модуль выйдет из испытания целым, но внезапно светодиод перестал мигать. Это было результатом замыкания провода идущего от платы к разъему USB, через который подавалось питание в схему.
Подведение итогов
Хотя при разработке радиосхем и необходимо следовать рекомендациям производителей, стоит отметить что они могут выдерживать значительно более высокую температуру окружающей среды в течение, по крайней мере, короткого периода времени. Конечно никто не поощряет установку устройств IoT прямо в духовку, но при адекватной теплоизоляции микроконтроллер, расположенный рядом с источником тепла, должен очень хорошо с этим справляться.
Обсуждение закрыто.