Afkølingsudfordringerne ved 5G-basestationer
I 2025 vil kommunikationsindustrien forbruge 20 % af verdens's elektricitet, og i mobile kommunikationsnetværk er basestationer storforbrugere af elektricitet, og omkring 80 % af energiforbruget kommer fra vidt udbredte basestationer. Flere krypterede basestationer betyder højere energiforbrug, hvilket er en stor omkostningsudfordring, som 5G-netværk står over for.
Fra energistrukturen betyder strømforbruget højere omkostninger og et større indirekte pres på miljøforureningen.
Fra termisk designs perspektiv genererer basestationen mere varme, og vanskeligheden ved temperaturstyring stiger kraftigt.
Ingeniører, der har arbejdet i kommunikationsindustrien, ved, at kommunikationsbasestationer normalt installeres på jernrammer på taget af bygninger og høje steder i marken. Størrelsen og vægten er meget vigtige for udstyrets installationskomfort."Tilfældigvis" er, at strømforbrug, volumen og vægt er de centrale designgrænsebetingelser i termisk design.
Fra tidligere designvaner er basestationen en typisk lukket naturlig varmeafledningsenhed (udendørs applikationer kræver strengt vandtæt og støvtæt). Efter at varmen er afgivet fra komponenterne, er der kun to steder:
1. Absorberet af interne enheder - varme omdannes til intern energi, hvilket får enhedens temperatur til at stige;
2. På grund af temperaturforskellen overføres varme fra højtemperaturobjektet til lavtemperaturobjektet - når temperaturen stabiliserer sig, varmeoverførselshastigheden =varmegenereringshastigheden
For at reducere produkternes volumen og vægt har efterspørgslen efter termisk design af sådanne produkter udviklet sig for at maksimere varmeoverførselseffektiviteten og reducere varmeoverførselsmodstanden i det samme rum. Varmeoverførselsmodstanden er her opdelt i intern termisk modstand og ekstern termisk modstand.
Reduktionen af intern termisk modstand kræver et rimeligt chiplayout, så selve varmekilden er tættere på varmeafledningsskallen. Dette er et samarbejde mellem hardwareingeniører og termiske designingeniører.
Fra et materialesynspunkt skal der påføres et termisk grænseflademateriale mellem chippen og huset. 5G-basestationer kan fremme en stor forbedring af det termiske grænseflademateriale, hvilket kommer til udtryk i følgende aspekter:
1. Den lavest mulige termiske modstand - højere termisk ledningsevne og bedre grænsefladebefugtning er påkrævet;
2. Pålidelighedsbasestationer bruges i komplekse udendørs miljøer over hele verden med et temperaturområde på -40C~55C, vanskelige at vedligeholde efter fejl - fremragende termisk stabilitet, anti-nedbøjning og anti-revnedannelse
3. Usability-5G-basestationer bruger en stor mængde varmeafledning, og der er krav til materialemontageautomatisering og stress, der genereres i montageprocessen.
Effektiviteten af naturlig varmeafledning er begrænset. Med tilnærmelsen af strømvæggen studeres også luftkøling og væskekøling af basestationer. Når temperaturen er godt kontrolleret, vil det ikke kun påvirke produktets pålidelighed, men også reducere enhedens strømforbrug.
Det statiske strømforbrug forårsaget af lækstrømmen vil stige hurtigt med temperaturstigningen, og med udviklingen af chipfremstillingsprocessen bliver transistorens størrelse mindre og mindre, og lækstrømmen bliver større og større.
Det betyder, at temperaturens indvirkning på chipstrømforbruget bliver mere og mere signifikant. Hvis temperaturen ikke kontrolleres korrekt, vil produktets strømforbrug stige, hvilket vil opvarme yderligere og få produktets's termiske cyklus til at forringes.
I de seneste år har eludgifterne udgjort omkring 20 % af operatørerne' omkostninger til netværksvedligeholdelse. Der er ingen tvivl om, at strømproblemer vil blive et stort pres for operatører til at investere i 5G-netværk.
Regeringen, operatører, udstyrsleverandører og elnetselskaber er nødt til at arbejde sammen for at reducere strømforbruget og elomkostningerne for 5G-basestationer.
