Οι προκλήσεις ψύξης των σταθμών βάσης 5G

Μέχρι το 2025, η βιομηχανία επικοινωνιών θα καταναλώνει το 20% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας' και στα δίκτυα κινητής επικοινωνίας, οι σταθμοί βάσης είναι μεγάλοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας και περίπου το 80% της κατανάλωσης ενέργειας προέρχεται από ευρέως διανεμημένους σταθμούς βάσης. Περισσότεροι κρυπτογραφημένοι σταθμοί βάσης σημαίνουν υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας, η οποία είναι μια σημαντική πρόκληση κόστους που αντιμετωπίζουν τα δίκτυα 5G.

Από την ενεργειακή δομή, η κατανάλωση ενέργειας σημαίνει υψηλότερο κόστος και μεγαλύτερη έμμεση πίεση στην περιβαλλοντική ρύπανση.

Από την άποψη του θερμικού σχεδιασμού, ο σταθμός βάσης παράγει περισσότερη θερμότητα και η δυσκολία ελέγχου της θερμοκρασίας αυξάνεται απότομα.

Οι μηχανικοί που έχουν εργαστεί στον κλάδο των επικοινωνιών γνωρίζουν ότι οι σταθμοί βάσης επικοινωνίας εγκαθίστανται συνήθως σε σιδερένια κουφώματα στην οροφή κτιρίων και ψηλά σημεία στο χωράφι. Το μέγεθος και το βάρος είναι πολύ σημαντικά για την ευκολία εγκατάστασης του εξοπλισμού."Συμπτωματικά" είναι ότι η κατανάλωση ενέργειας, ο όγκος και το βάρος είναι οι βασικές οριακές συνθήκες σχεδιασμού στον θερμικό σχεδιασμό.

Από τις παλαιότερες σχεδιαστικές συνήθειες, ο σταθμός βάσης είναι μια τυπική κλειστή συσκευή φυσικής απαγωγής θερμότητας (οι εφαρμογές σε εξωτερικούς χώρους απαιτούν αυστηρή αδιάβροχη και ανθεκτική στη σκόνη). Αφού η θερμότητα εκπέμπεται από τα εξαρτήματα, υπάρχουν μόνο δύο θέσεις:

1. Απορροφάται από εσωτερικές συσκευές-η θερμότητα μετατρέπεται σε εσωτερική ενέργεια, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας της συσκευής.

2. Λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας, η θερμότητα μεταφέρεται από το αντικείμενο υψηλής θερμοκρασίας στο αντικείμενο χαμηλής θερμοκρασίας - όταν η θερμοκρασία σταθεροποιηθεί, ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας=ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας

Για να μειωθεί ο όγκος και το βάρος των προϊόντων, η ζήτηση για θερμικό σχεδιασμό τέτοιων προϊόντων έχει εξελιχθεί για να μεγιστοποιήσει την απόδοση μεταφοράς θερμότητας και να μειώσει την αντίσταση μεταφοράς θερμότητας στον ίδιο χώρο. Η αντίσταση μεταφοράς θερμότητας εδώ χωρίζεται σε εσωτερική θερμική αντίσταση και εξωτερική θερμική αντίσταση.

Η μείωση της εσωτερικής θερμικής αντίστασης απαιτεί μια λογική διάταξη τσιπ, έτσι ώστε η ίδια η πηγή θερμότητας να βρίσκεται πιο κοντά στο κέλυφος απαγωγής θερμότητας. Αυτή είναι η συλλογική εργασία μηχανικών υλικού και μηχανικών θερμικής σχεδίασης.

Από υλική άποψη, ένα υλικό θερμικής διεπαφής πρέπει να εφαρμοστεί μεταξύ του τσιπ και του περιβλήματος. Οι σταθμοί βάσης 5G μπορεί να προάγουν μια μεγάλη βελτίωση στο υλικό θερμικής διεπαφής, η οποία εκδηλώνεται στις ακόλουθες πτυχές:

1. Απαιτείται η χαμηλότερη δυνατή θερμική αντίσταση - υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και καλύτερη διαβρεξιμότητα διεπαφής.

2. Οι σταθμοί βάσης αξιοπιστίας χρησιμοποιούνται σε πολύπλοκα εξωτερικά περιβάλλοντα, σε όλο τον κόσμο, με εύρος θερμοκρασίας -40C~55C, δύσκολο να διατηρηθούν μετά από αστοχία-εξαιρετική θερμική σταθερότητα, κατά της χαλάρωσης και κατά της ρωγμής

3. Οι σταθμοί βάσης Usability-5G χρησιμοποιούν μεγάλη ποσότητα απαγωγής θερμότητας και υπάρχουν απαιτήσεις για την αυτοματοποίηση της συναρμολόγησης υλικών και την καταπόνηση που δημιουργείται στη διαδικασία συναρμολόγησης.

Η αποτελεσματικότητα της φυσικής απαγωγής θερμότητας είναι περιορισμένη. Με την προσέγγιση του power wall μελετάται και η αερόψυξη και η υγρή ψύξη των σταθμών βάσης. Όταν η θερμοκρασία ελέγχεται καλά, όχι μόνο θα επηρεάσει την αξιοπιστία του προϊόντος, αλλά θα μειώσει και την κατανάλωση ενέργειας της συσκευής.

Η κατανάλωση στατικής ισχύος που προκαλείται από το ρεύμα διαρροής θα αυξάνεται γρήγορα με την άνοδο της θερμοκρασίας και με την εξέλιξη της διαδικασίας κατασκευής τσιπ, το μέγεθος του τρανζίστορ γίνεται όλο και μικρότερο και το ρεύμα διαρροής θα γίνεται όλο και μεγαλύτερο.

Αυτό σημαίνει ότι η επίδραση της θερμοκρασίας στην κατανάλωση ενέργειας του τσιπ θα γίνεται όλο και πιο σημαντική. Εάν η θερμοκρασία δεν ελέγχεται σωστά, η κατανάλωση ενέργειας του προϊόντος θα αυξηθεί, γεγονός που θα θερμανθεί περαιτέρω και θα προκαλέσει την επιδείνωση του θερμικού κύκλου του προϊόντος'

Τα τελευταία χρόνια, οι δαπάνες ηλεκτρικής ενέργειας αντιπροσωπεύουν περίπου το 20% των φορέων εκμετάλλευσης' κόστος συντήρησης δικτύου. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι τα προβλήματα ρεύματος θα γίνουν τεράστια πίεση για τους φορείς εκμετάλλευσης να επενδύσουν σε δίκτυα 5G.

Η κυβέρνηση, οι φορείς εκμετάλλευσης, οι πωλητές εξοπλισμού και οι εταιρείες ηλεκτρικού δικτύου πρέπει να συνεργαστούν για να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας των σταθμών βάσης 5G.