Предизвикателствата за охлаждане на 5G базовите станции

До 2025 г. комуникационната индустрия ще консумира 20% от електроенергията в света', а в мобилните комуникационни мрежи базовите станции са големи консуматори на електроенергия и около 80% от потреблението на енергия идва от широко разпространени базови станции. Повече криптирани базови станции означават по-висока консумация на енергия, което е основно предизвикателство за разходите, пред което са изправени 5G мрежите.

От енергийната структура консумацията на енергия означава по-високи разходи и по-голям косвен натиск върху замърсяването на околната среда.

От гледна точка на термичния дизайн, базовата станция генерира повече топлина и трудността при контрола на температурата се повишава рязко.

Инженерите, които са работили в комуникационната индустрия, знаят, че комуникационните базови станции обикновено се монтират върху железни рамки на покрива на сгради и високи места в полето. Размерът и теглото са много важни за удобството при инсталиране на оборудването."Случайно" е, че консумацията на енергия, обемът и теглото са основните гранични условия на дизайна в топлинния дизайн.

От предишните дизайнерски навици базовата станция е типично затворено устройство за естествено разсейване на топлината (външните приложения изискват строга водоустойчивост и прахоустойчивост). След отделянето на топлина от компонентите има само две места:

1. Погълната от вътрешните устройства - топлината се превръща във вътрешна енергия, което води до повишаване на температурата на устройството;

2. Поради температурната разлика, топлината се прехвърля от високотемпературния обект към нискотемпературния обект - когато температурата се стабилизира, скоростта на топлопреминаване=скоростта на генериране на топлина

За да се намали обемът и теглото на продуктите, търсенето на топлинен дизайн на такива продукти се е развило, за да се увеличи максимално ефективността на топлопреминаването и да се намали съпротивлението на топлопреминаване в същото пространство. Съпротивлението на топлопреминаване тук се разделя на вътрешно термично съпротивление и външно термично съпротивление.

Намаляването на вътрешното термично съпротивление изисква разумно разположение на чипа, така че самият източник на топлина да е по-близо до обвивката за разсейване на топлината. Това е съвместната работа на хардуерни инженери и инженери по топлинен дизайн.

От гледна точка на материала, между чипа и корпуса трябва да се приложи термичен интерфейсен материал. 5G базовите станции могат да допринесат за голямо подобрение в материала на термичния интерфейс, което се проявява в следните аспекти:

1. Най-ниското възможно термично съпротивление - изискват се по-висока топлопроводимост и по-добра омокряемост на интерфейса;

2. Базовите станции за надеждност се използват в сложни външни среди по целия свят, с температурен диапазон от -40C~55C, трудни за поддържане след повреда-отлична термична стабилност, против увисване и срещу напукване

3. Използваемост-5G базовите станции използват голямо количество разсейване на топлината и има изисквания за автоматизация на сглобяването на материала и напрежението, генерирано в процеса на сглобяване.

Ефективността на естественото разсейване на топлината е ограничена. С наближаването на захранващата стена се проучват и въздушно охлаждане и течно охлаждане на базови станции. Когато температурата е добре контролирана, това не само ще повлияе на надеждността на продукта, но и ще намали консумацията на енергия на устройството.

Статичната консумация на енергия, причинена от тока на утечка, ще нараства бързо с повишаването на температурата и с развитието на производствения процес на чип, размерът на транзистора става все по-малък и по-малък, а токът на утечка ще става все по-голям и по-голям.

Това означава, че влиянието на температурата върху консумацията на енергия на чипа ще става все по-значително. Ако температурата не се контролира правилно, консумацията на енергия на продукта ще се увеличи, което допълнително ще се нагрее и ще доведе до влошаване на термичния цикъл на продукта'

През последните години разходите за електроенергия представляват около 20% от операторите' разходи за поддръжка на мрежата. Няма съмнение, че проблемите с захранването ще се превърнат в огромен натиск за операторите да инвестират в 5G мрежи.

Правителството, операторите, доставчиците на оборудване и енергийните компании трябва да работят заедно, за да намалят консумацията на енергия и разходите за електроенергия на 5G базовите станции.