Els reptes de refrigeració de les estacions base 5G
L'any 2025, la indústria de les comunicacions consumirà el 20% de l'electricitat mundial' i a les xarxes de comunicacions mòbils, les estacions base són grans consumidores d'electricitat i aproximadament el 80% del consum d'energia prové d'estacions base àmpliament distribuïdes. Més estacions base xifrades signifiquen un major consum d'energia, que és un gran repte de costos per a les xarxes 5G.
Des de l'estructura energètica, el consum d'energia suposa uns costos més elevats i una pressió indirecta més gran sobre la contaminació ambiental.
Des de la perspectiva del disseny tèrmic, l'estació base genera més calor i la dificultat del control de la temperatura augmenta bruscament.
Els enginyers que han treballat a la indústria de la comunicació saben que les estacions base de comunicacions solen instal·lar-se sobre marcs de ferro al terrat dels edificis i llocs alts del camp. La mida i el pes són molt importants per a la comoditat d'instal·lació de l'equip."Coincidència" és que el consum d'energia, el volum i el pes són les condicions límit del disseny bàsic en el disseny tèrmic.
A partir dels hàbits de disseny passats, l'estació base és un dispositiu de dissipació de calor natural tancat típic (les aplicacions a l'aire lliure requereixen estrictes impermeables i resistents a la pols). Després de l'emissió de calor dels components, només hi ha dos llocs:
1. Absorbida pels dispositius interns, la calor es converteix en energia interna, fent que la temperatura del dispositiu augmenti;
2. A causa de la diferència de temperatura, la calor es transfereix de l'objecte d'alta temperatura a l'objecte de baixa temperatura, quan la temperatura s'estabilitza, la velocitat de transferència de calor=la taxa de generació de calor
Per reduir el volum i el pes dels productes, la demanda de disseny tèrmic d'aquests productes ha evolucionat per maximitzar l'eficiència de transferència de calor i reduir la resistència a la transferència de calor al mateix espai. La resistència a la transferència de calor aquí es divideix en resistència tèrmica interna i resistència tèrmica externa.
La reducció de la resistència tèrmica interna requereix un disseny de xip raonable, de manera que la pròpia font de calor estigui més a prop de la carcassa de dissipació de calor. Aquest és el treball col·laboratiu d'enginyers de maquinari i enginyers de disseny tèrmic.
Des del punt de vista del material, cal aplicar un material d'interfície tèrmica entre el xip i la carcassa. Les estacions base 5G poden promoure una gran millora en el material de la interfície tèrmica, que es manifesta en els aspectes següents:
1. Es requereix la menor resistència tèrmica possible: una conductivitat tèrmica més alta i una millor humectabilitat de la interfície;
2. Les estacions base de fiabilitat s'utilitzen en entorns exteriors complexos, a tot el món, amb un rang de temperatures de -40C ~ 55C, difícil de mantenir després d'una fallada-excel·lent estabilitat tèrmica, anti-enfonsament i anti-esquerdes
3. Les estacions base d'usabilitat-5G utilitzen una gran quantitat de dissipació de calor, i hi ha requisits per a l'automatització del muntatge de materials i l'estrès generat en el procés de muntatge.
L'eficiència de la dissipació natural de la calor és limitada. Amb l'aproximació de la paret elèctrica, també s'està estudiant la refrigeració per aire i la refrigeració líquida de les estacions base. Quan la temperatura està ben controlada, no només afectarà la fiabilitat del producte, sinó que també reduirà el consum d'energia del dispositiu.
El consum d'energia estàtica causat pel corrent de fuga augmentarà ràpidament amb l'augment de la temperatura i, amb l'evolució del procés de fabricació del xip, la mida del transistor es fa cada cop més petita i el corrent de fuga es farà més i més gran.
Això significa que l'impacte de la temperatura en el consum d'energia del xip serà cada cop més significatiu. Si la temperatura no es controla correctament, el consum d'energia del producte augmentarà, la qual cosa s'escalfarà encara més i farà que el cicle tèrmic del producte' es deteriori.
En els últims anys, les despeses d'electricitat han representat al voltant del 20% dels operadors' costos de manteniment de la xarxa. No hi ha dubte que els problemes d'energia es convertiran en una gran pressió perquè els operadors inverteixin en xarxes 5G.
El govern, els operadors, els venedors d'equips i les empreses de xarxa elèctrica han de treballar junts per reduir el consum d'energia i els costos d'electricitat de les estacions base 5G.
