Những thách thức về việc làm mát của các trạm gốc 5G
Đến năm 2025, ngành công nghiệp truyền thông sẽ tiêu thụ 20% điện năng trên thế giới' và trong các mạng thông tin di động, các trạm gốc là những người tiêu thụ điện lớn và khoảng 80% năng lượng tiêu thụ đến từ các trạm gốc được phân phối rộng rãi. Nhiều trạm gốc được mã hóa hơn đồng nghĩa với việc tiêu thụ năng lượng cao hơn, đây là thách thức lớn về chi phí mà mạng 5G phải đối mặt.
Từ cơ cấu năng lượng, tiêu thụ điện có nghĩa là chi phí cao hơn và áp lực gián tiếp lớn hơn đến ô nhiễm môi trường.
Từ góc độ thiết kế nhiệt, trạm gốc tạo ra nhiều nhiệt hơn và khó kiểm soát nhiệt độ tăng mạnh.
Các kỹ sư đã từng làm việc trong ngành thông tin liên lạc đều biết rằng các trạm thu phát sóng thông tin liên lạc thường được lắp đặt trên khung sắt trên nóc các tòa nhà và những nơi cao ráo ngoài hiện trường. Kích thước và trọng lượng rất quan trọng đối với sự thuận tiện trong lắp đặt của thiết bị." Thật trùng hợp" là mức tiêu thụ điện năng, khối lượng và trọng lượng là các điều kiện thiết kế cốt lõi trong thiết kế nhiệt.
Từ thói quen thiết kế trước đây, trạm gốc là một thiết bị tản nhiệt tự nhiên khép kín điển hình (các ứng dụng ngoài trời yêu cầu nghiêm ngặt về chống thấm và chống bụi). Sau khi nhiệt tỏa ra từ các bộ phận, chỉ có hai nơi:
1. Bị hấp thụ bởi các thiết bị bên trong - nhiệt được chuyển thành nội năng, làm cho nhiệt độ của thiết bị tăng lên;
2. Do sự chênh lệch nhiệt độ nên nhiệt lượng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - khi nhiệt độ ổn định thì tốc độ truyền nhiệt=suất sinh nhiệt
Để giảm khối lượng và trọng lượng của sản phẩm, nhu cầu về thiết kế nhiệt của các sản phẩm đó đã phát triển để tối đa hóa hiệu quả truyền nhiệt và giảm lực cản truyền nhiệt trong cùng một không gian. Điện trở truyền nhiệt ở đây được chia thành điện trở nhiệt bên trong và điện trở nhiệt bên ngoài.
Việc giảm điện trở nhiệt bên trong cần bố trí chip hợp lý, để bản thân nguồn nhiệt gần vỏ tản nhiệt hơn. Đây là công trình hợp tác của các kỹ sư phần cứng và kỹ sư thiết kế nhiệt.
Từ quan điểm vật liệu, vật liệu giao diện nhiệt cần được áp dụng giữa chip và vỏ. Các trạm gốc 5G có thể thúc đẩy một cải tiến lớn về vật liệu giao diện nhiệt, được thể hiện ở các khía cạnh sau:
1. Yêu cầu khả năng chịu nhiệt thấp nhất - độ dẫn nhiệt cao hơn và khả năng thấm ướt giao diện tốt hơn;
2. Trạm gốc độ tin cậy được sử dụng trong các môi trường ngoài trời phức tạp, trên toàn thế giới, với dải nhiệt độ -40C ~ 55C, khó bảo trì sau khi hỏng hóc-ổn định nhiệt tuyệt vời, chống chảy xệ và chống nứt
3. Khả năng sử dụng - Các trạm gốc 5G sử dụng một lượng lớn tản nhiệt và có các yêu cầu về tự động hóa lắp ráp vật liệu và ứng suất tạo ra trong quá trình lắp ráp.
Hiệu quả của tản nhiệt tự nhiên bị hạn chế. Với cách tiếp cận của tường điện, việc làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng của các trạm gốc cũng đang được nghiên cứu. Khi nhiệt độ được kiểm soát tốt, nó sẽ không chỉ ảnh hưởng đến độ tin cậy của sản phẩm, mà còn làm giảm điện năng tiêu thụ của thiết bị.
Công suất tiêu thụ tĩnh do dòng điện rò rỉ gây ra sẽ tăng nhanh khi nhiệt độ tăng lên, và với sự phát triển của quá trình sản xuất chip, kích thước của bóng bán dẫn ngày càng nhỏ, và dòng điện rò rỉ sẽ ngày càng lớn hơn.
Điều này có nghĩa là ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức tiêu thụ điện năng của chip sẽ ngày càng trở nên đáng kể hơn. Nếu nhiệt độ không được kiểm soát đúng cách, mức tiêu thụ điện của sản phẩm sẽ tăng lên, điều này sẽ tiếp tục nóng lên và làm cho chu trình nhiệt của sản phẩm' xấu đi.
Trong những năm gần đây, chi phí điện đã chiếm khoảng 20% của các nhà khai thác' chi phí bảo trì mạng. Không còn nghi ngờ gì nữa, vấn đề về nguồn điện sẽ trở thành áp lực rất lớn đối với các nhà mạng khi đầu tư vào mạng 5G.
Chính phủ, các nhà khai thác, các nhà cung cấp thiết bị và các công ty lưới điện cần hợp tác với nhau để giảm mức tiêu thụ điện và chi phí điện của các trạm gốc 5G.
