【半導(dǎo)體制冷片】半導(dǎo)體制冷片的工作原理 半導(dǎo)體制冷片的優(yōu)缺點(diǎn)

半導(dǎo)體制冷片的工作原理

在原理上，半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞的工具。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過(guò)時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會(huì)從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。但是半導(dǎo)體自身存在電阻當(dāng)電流經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱量，從而會(huì)影響熱傳遞。而且兩個(gè)極板之間的熱量也會(huì)通過(guò)空氣和半導(dǎo)體材料自身進(jìn)行逆向熱傳遞。當(dāng)冷熱端達(dá)到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時(shí)，就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，正逆向熱傳遞相互抵消。此時(shí)冷熱端的溫度就不會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化。為了達(dá)到更低的溫度，可以采取散熱等方式降低熱端的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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風(fēng)扇以及散熱片的作用主要是為制冷片的熱端散熱。通常半導(dǎo)體制冷片冷熱端的溫差可以達(dá)到40～65度之間，如果通過(guò)主動(dòng)散熱的方式來(lái)降低熱端溫度，那冷端溫度也會(huì)相應(yīng)的下降，從而達(dá)到更低的溫度。

當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對(duì)時(shí)，在這個(gè)電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端;由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸熱和放熱的大小是通過(guò)電流的大小以及半導(dǎo)體材料N、P的元件對(duì)數(shù)來(lái)決定，以下三點(diǎn)是熱電制冷的溫差電效應(yīng)。

塞貝克效應(yīng)

一八二二年德國(guó)人塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時(shí)，如兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫差，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)：ES=S.△T式中：ES為溫差電動(dòng)勢(shì)，S為溫差電動(dòng)勢(shì)率（塞貝克系數(shù)），△T為接點(diǎn)之間的溫差。

珀?duì)柼?yīng)

一八三四年法國(guó)人珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的相反效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來(lái)決定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ為放熱或吸熱功率，π為比例系數(shù)，稱(chēng)為珀?duì)柼禂?shù)，I為工作電流，a為溫差電動(dòng)勢(shì)率，Tc為冷接點(diǎn)溫度。

湯姆遜效應(yīng)

當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為：Qτ=τ.I.△T，Qτ為放熱或吸熱功率，τ為湯姆遜系數(shù)，I為工作電流，△T為溫度梯度

半導(dǎo)體制冷片散熱器的優(yōu)缺點(diǎn)

N.P型半導(dǎo)體通過(guò)金屬導(dǎo)流片鏈接，當(dāng)電流由N通過(guò)P時(shí)，電場(chǎng)使N中的電子和P中的空穴反向流動(dòng)，他們產(chǎn)生的能量來(lái)自晶管的熱能，于是在導(dǎo)流片上吸熱，而在另一端放熱，產(chǎn)生溫差”——這就是半導(dǎo)體制冷片的制冷原理。

優(yōu)點(diǎn)：能使溫度降到非常理想的室溫以下；并且可以通過(guò)使用閉環(huán)溫控電路精確調(diào)整溫度，溫度最高可以精確到0.1度；可靠性高，使用固體器件致冷，不會(huì)對(duì)CPU有磨損；使用壽命長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：CPU周?chē)赡軙?huì)結(jié)露，有可能會(huì)造成主板短路；安裝比較困難，需要一定的電子知識(shí)。比較保險(xiǎn)的方法是讓半導(dǎo)體制冷器的冷面工作在20℃左右為宜

半導(dǎo)體制冷片功率

半導(dǎo)體制冷片的單個(gè)制冷元件對(duì)的功率很小，但組合成電堆，用同類(lèi)型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話(huà)，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬(wàn)瓦的范圍。