技术分享：5G基站的液冷散热解决方案

随着移动互联网的发展，很多低头族开始手捧着手机，沉溺于游戏、视频、购物、聊天等娱乐活动，当人们在享受着移动互联网带来的便利时，熟不知这些都离不开通讯网络的发展。


01 什么是5G？

2G通讯网络的发展，诞生了UC等wap网页浏览器；3G通讯网络的发展，丰富了人们的交流，崛起了微信等即时通讯软件；4G通讯网络的发展，兴起了短视频和在线视频的传播，成就了抖音等超级APP，让有才艺之人成了网红主播；那么接下来即将登场的5G通讯网络将会给人们带来哪些惊喜呢？

技术分享：5G基站的液冷散热解决方案
5G作为第五代移动通信系统，其主要的优势在于传输带宽大和低延时：最大带宽高达10Gbit/s，传输的数据量大，是4G的100倍；网络延时低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。

数据传输更大，5G网络不仅将为手机服务，在连接更多的智能设备，如共享单车、智能汽车、智能摄像头、智能门锁、智能照明灯具等之后，社会将进入物联网IOT时代。5G的低延时特点使智能制造工厂、无人驾驶、远程高清医疗手术等都成为可能。



02 5G基站简介

目前全球已有26张5G网络，到2020年可能会增加到60张，仅中国到2020年将有100万个5G基站。5G基站主要有两种，一种是宏基站，另一种是微基站。

宏基站

宏基站体积较大，建于室外，覆盖区域大。

微基站

微基站主要建在城区和室内，到了5G时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。

基站设备的内部结构主要包含：BBU、射频（RF）单元、功率放大器（PA）、主电源、天线接口、散热系统等。


5G基站主设备AAU与BBU

BBU包含控制单元、传输单元和基带处理单元等，主要负责信号滤波、OFDM、调制解调、频域处理（符号映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（数字预失真处理）等功能。

AAU其实就是4G时代的RRU+天线，其主要作用，是将基带数字信号转换成模拟信号，然后调制成高频射频信号，再通过功放单元放大功率，通过天线发射出去。

03 5G基站功耗

基站功耗类型

1计算功耗

指BBU消耗的电量，包括数字部分处理、管理和控制、与核心网和其他基站间通信等相关功耗。

2传输功耗

包括功率放大器（PA）和射频（RF）部分所消耗的电量，其主要执行基带信号与无线信号之间的信号转换，反馈电线的功耗包括在传输功耗之内。

3额外功耗

指从市电引入到基站直流供电的整个转换过程中的额外损失的电量，也包括机房空调、制冷设备所消耗的电量。

随着移动通讯业务的不断发展，海量的数据需处理，同时传输速率需成倍提升，5G基站的BBU和AUU的功耗将逐渐上升，5G基站功耗达到了4G基站的2.5~3.5倍，AUU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。目前单站满载功率近3700W。



04 5G基站散热挑战

5G基站功耗的上升将意味着发热量增加，发热量的增加将导致芯片温度升高。

传统冷却方案

1、降低芯片与外壳的温差，采用高导热界面材料和热桥接导热块或热管；

2、降低外壳表面温度，增加设备的外壳体积，优化散热叶片设计，加大表面积；

3、改善外壳温度均匀性，采用铸铝加厚外壳；


在实际产品中，方案 1 的改善效果有限，当外壳被太阳光暴晒时，其表面温度可高达60℃至90℃。而很多芯片的Tc要求在90℃以内，此时将无法满足散热要求；对于方案 2 和方案 3 ，通常产品的外观尺寸和产品重量有一定的限制，不能随意的增大。因此5G散热将是一个很大的挑战。


为了更好的解决5G基站和超算中心的散热问题，祥博研发团队精益求精，匠心独用，打破了传统散热解决方案的思维，创新性的研发出了针对5G基站和超算中心专用的液冷散热模组。通过结构设计，热仿真分析，实测验证，并对流道和温度场进行不断优化和改进，最终研发出成功的产品。

技术参数

单颗CPU散热功率100W-300W，进出口温差1-5℃，压降5-20kPa。

技术优势

1、CPU与CPU之间的温差小；

2、CPU与散热器之间的温差小；

3、散热器温度分布均匀，表面温差小；

4、多个主副发热器件一站式液冷散热；



06 5G基站散热案例

1 CPU并排液冷散热模组

仿真图


实物图

2 CPU串排液冷散热模组


仿真图


实物图


3 铝材相变均温板




吹胀铝相变均温板

对于5G基站外壳均温性能的提升，研发出铝材均温板，通过内部的相变工质实现均温功能，成本较铜材均温板低很多，同时可实现大面积均温效果。

后续我们也将在公众号中不断推出热管理方面的成功案例，和大家一起学习交流，探索新兴领域。敬请期待！

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