Kylningsutmaningarna för 5G-basstationer
År 2025 kommer kommunikationsindustrin att förbruka 20 % av världens's elektricitet, och i mobilkommunikationsnätverk är basstationer stora elkonsumenter, och cirka 80 % av energiförbrukningen kommer från basstationer som är utbredda. Fler krypterade basstationer innebär högre energiförbrukning, vilket är en stor kostnadsutmaning för 5G-nätverk.
Från energistrukturen innebär elförbrukning högre kostnader och större indirekt press på miljöföroreningar.
Ur termisk designs perspektiv genererar basstationen mer värme, och svårigheten med temperaturkontroll ökar kraftigt.
Ingenjörer som har arbetat inom kommunikationsbranschen vet att kommunikationsbasstationer vanligtvis installeras på järnramar på taket av byggnader och höga platser i fält. Storleken och vikten är mycket viktiga för installationsbekvämligheten för utrustningen."Slumpmässigt" är att strömförbrukning, volym och vikt är de centrala designgränsvillkoren i termisk design.
Från tidigare designvanor är basstationen en typisk innesluten anordning för naturlig värmeavledning (utomhusapplikationer kräver strikt vattentät och dammtät). Efter att värmen avges från komponenterna finns det bara två platser:
1. Absorberas av interna enheter - värme omvandlas till intern energi, vilket gör att enhetens temperatur stiger;
2. På grund av temperaturskillnaden överförs värme från högtemperaturobjektet till lågtemperaturobjektet - när temperaturen stabiliseras, värmeöverföringshastigheten =värmegenereringshastigheten
För att minska volymen och vikten av produkter har efterfrågan på termisk design av sådana produkter utvecklats för att maximera värmeöverföringseffektiviteten och minska värmeöverföringsmotståndet i samma utrymme. Värmeöverföringsmotståndet är här uppdelat i internt termiskt motstånd och externt termiskt motstånd.
Minskningen av internt termiskt motstånd kräver en rimlig chiplayout, så att själva värmekällan är närmare värmeavledningsskalet. Detta är ett samarbete mellan hårdvaruingenjörer och termiska designingenjörer.
Ur materialsynpunkt behöver ett termiskt gränssnittsmaterial appliceras mellan chipet och huset. 5G-basstationer kan främja en stor förbättring av det termiska gränssnittsmaterialet, vilket manifesteras i följande aspekter:
1. Lägsta möjliga värmeresistans - högre värmeledningsförmåga och bättre vätbarhet i gränssnittet krävs;
2. Tillförlitlighetsbasstationer används i komplexa utomhusmiljöer, över hela världen, med ett temperaturområde på -40C~55C, svåra att underhålla efter fel - utmärkt termisk stabilitet, anti-sagning och anti-sprickbildning
3. Användbarhet-5G-basstationer använder en stor mängd värmeavledning, och det finns krav på materialmonteringsautomation och stress som genereras i monteringsprocessen.
Effektiviteten av naturlig värmeavledning är begränsad. Med kraftväggens närmande studeras även luftkylning och vätskekylning av basstationer. När temperaturen är väl kontrollerad kommer det inte bara att påverka produktens tillförlitlighet, utan också minska enhetens strömförbrukning.
Den statiska strömförbrukningen som orsakas av läckströmmen kommer att stiga snabbt med temperaturökningen, och med utvecklingen av chiptillverkningsprocessen blir transistorns storlek mindre och mindre, och läckströmmen blir större och större.
Detta innebär att temperaturens inverkan på kretsens energiförbrukning kommer att bli mer och mer betydande. Om temperaturen inte kontrolleras ordentligt kommer produktens strömförbrukning att öka, vilket kommer att värmas upp ytterligare och göra att produktens's termiska cykel försämras.
De senaste åren har elkostnaderna stått för cirka 20 % av operatörerna' nätunderhållskostnader. Det råder ingen tvekan om att strömproblem kommer att bli ett stort tryck för operatörer att investera i 5G-nät.
Regeringen, operatörer, utrustningsleverantörer och elnätsföretag måste arbeta tillsammans för att minska strömförbrukningen och elkostnaderna för 5G-basstationer.
