【半導體制冷片】半導體制冷片的工作原理 半導體制冷片的優(yōu)缺點

半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制冷片是一個熱傳遞的工具。當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。但是半導體自身存在電阻當電流經(jīng)過半導體時就會產(chǎn)生熱量，從而會影響熱傳遞。而且兩個極板之間的熱量也會通過空氣和半導體材料自身進行逆向熱傳遞。當冷熱端達到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時，就會達到一個平衡點，正逆向熱傳遞相互抵消。此時冷熱端的溫度就不會繼續(xù)發(fā)生變化。為了達到更低的溫度，可以采取散熱等方式降低熱端的溫度來實現(xiàn)。

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風扇以及散熱片的作用主要是為制冷片的熱端散熱。通常半導體制冷片冷熱端的溫差可以達到40～65度之間，如果通過主動散熱的方式來降低熱端溫度，那冷端溫度也會相應的下降，從而達到更低的溫度。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個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電流的大小以及半導體材料N、P的元件對數(shù)來決定，以下三點是熱電制冷的溫差電效應。

塞貝克效應

一八二二年德國人塞貝克發(fā)現(xiàn)當兩種不同的導體相連接時，如兩個連接點保持不同的溫差，則在導體中產(chǎn)生一個溫差電動勢：ES=S.△T式中：ES為溫差電動勢，S為溫差電動勢率（塞貝克系數(shù)），△T為接點之間的溫差。

珀爾帖效應

一八三四年法國人珀爾帖發(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應的相反效應，即當電流流經(jīng)兩個不同導體形成的接點時，接點處會產(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)，稱為珀爾帖系數(shù)，I為工作電流，a為溫差電動勢率，Tc為冷接點溫度。

湯姆遜效應

當電流流經(jīng)存在溫度梯度的導體時，除了由導體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導體兩點之間，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

半導體制冷片散熱器的優(yōu)缺點

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

優(yōu)點：能使溫度降到非常理想的室溫以下；并且可以通過使用閉環(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，不會對CPU有磨損；使用壽命長。

缺點：CPU周圍可能會結(jié)露，有可能會造成主板短路；安裝比較困難，需要一定的電子知識。比較保險的方法是讓半導體制冷器的冷面工作在20℃左右為宜

半導體制冷片功率

半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，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瓦的范圍。