半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制冷(leng)(leng)片是一(yi)(yi)(yi)個熱傳遞(di)(di)的工具(ju)。當一(yi)(yi)(yi)塊N型半導體(ti)材料(liao)和一(yi)(yi)(yi)塊P型半導體(ti)材料(liao)聯結(jie)成的熱電(dian)偶對(dui)中有電(dian)流通(tong)過時(shi)，兩(liang)端(duan)之(zhi)間就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)熱量轉移，熱量就(jiu)會(hui)從一(yi)(yi)(yi)端(duan)轉移到另一(yi)(yi)(yi)端(duan)，從而(er)(er)產(chan)生(sheng)溫差形成冷(leng)(leng)熱端(duan)。但是半導體(ti)自身存在電(dian)阻當電(dian)流經過半導體(ti)時(shi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)熱量，從而(er)(er)會(hui)影響熱傳遞(di)(di)。而(er)(er)且兩(liang)個極板之(zhi)間的熱量也(ye)會(hui)通(tong)過空氣和半導體(ti)材料(liao)自身進行逆(ni)向(xiang)熱傳遞(di)(di)。當冷(leng)(leng)熱端(duan)達到一(yi)(yi)(yi)定溫差，這兩(liang)種熱傳遞(di)(di)的量相(xiang)(xiang)等(deng)(deng)時(shi)，就(jiu)會(hui)達到一(yi)(yi)(yi)個平(ping)衡(heng)點，正逆(ni)向(xiang)熱傳遞(di)(di)相(xiang)(xiang)互抵消。此時(shi)冷(leng)(leng)熱端(duan)的溫度(du)就(jiu)不會(hui)繼續發生(sheng)變(bian)化。為(wei)了(le)達到更低(di)的溫度(du)，可以(yi)采取(qu)散熱等(deng)(deng)方式降低(di)熱端(duan)的溫度(du)來(lai)實現。

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風扇以及散(san)熱(re)(re)片(pian)的(de)(de)作用主要是為制冷片(pian)的(de)(de)熱(re)(re)端(duan)散(san)熱(re)(re)。通常半導(dao)體(ti)制冷片(pian)冷熱(re)(re)端(duan)的(de)(de)溫差(cha)可以達(da)(da)到(dao)(dao)40～65度之(zhi)間，如(ru)果通過(guo)主動散(san)熱(re)(re)的(de)(de)方(fang)式來降低(di)熱(re)(re)端(duan)溫度，那(nei)冷端(duan)溫度也會(hui)相應的(de)(de)下降，從而達(da)(da)到(dao)(dao)更低(di)的(de)(de)溫度。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成(cheng)電(dian)(dian)偶對時(shi)，在這個電(dian)(dian)路中(zhong)接(jie)通(tong)直流電(dian)(dian)流后，就能產生(sheng)能量的轉移，電(dian)(dian)流由N型元件流向(xiang)P型元件的接(jie)頭(tou)吸收熱(re)(re)(re)量，成(cheng)為(wei)冷(leng)端;由P型元件流向(xiang)N型元件的接(jie)頭(tou)釋放熱(re)(re)(re)量，成(cheng)為(wei)熱(re)(re)(re)端。吸熱(re)(re)(re)和放熱(re)(re)(re)的大(da)小是通(tong)過電(dian)(dian)流的大(da)小以(yi)及半導體(ti)材料N、P的元件對數(shu)來決定，以(yi)下三點是熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)制冷(leng)的溫差電(dian)(dian)效應。

塞貝克效應

一八二二年德國人塞(sai)貝克(ke)發(fa)現(xian)當兩(liang)種(zhong)不(bu)同的(de)導(dao)體(ti)相連(lian)接(jie)時，如兩(liang)個連(lian)接(jie)點保持(chi)不(bu)同的(de)溫(wen)(wen)差(cha)，則在導(dao)體(ti)中產(chan)生一個溫(wen)(wen)差(cha)電動勢：ES=S.△T式(shi)中：ES為(wei)溫(wen)(wen)差(cha)電動勢，S為(wei)溫(wen)(wen)差(cha)電動勢率（塞(sai)貝克(ke)系數），△T為(wei)接(jie)點之間的(de)溫(wen)(wen)差(cha)。

珀爾帖效應

一(yi)八(ba)三(san)四(si)年法國人珀爾帖發現了(le)與塞貝(bei)克效應(ying)的(de)相反(fan)效應(ying)，即當電(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)經兩個不同導體形成的(de)接點(dian)時(shi)，接點(dian)處會產(chan)生放(fang)熱(re)和吸熱(re)現象，放(fang)熱(re)或吸熱(re)大(da)小由電(dian)流(liu)(liu)的(de)大(da)小來決定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ為放(fang)熱(re)或吸熱(re)功率，π為比例系數(shu)，稱(cheng)為珀爾帖(tie)系數(shu)，I為工(gong)作電流，a為溫差電動勢率，Tc為冷接點溫度。

湯姆遜效應

當(dang)電流流經存在(zai)溫(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)導(dao)體時(shi)，除了由導(dao)體電阻產生的(de)焦耳熱(re)之外(wai)，導(dao)體還要放(fang)出或(huo)吸收熱(re)量，在(zai)溫(wen)差為(wei)(wei)△T的(de)導(dao)體兩點之間，其放(fang)熱(re)量或(huo)吸熱(re)量為(wei)(wei)：Qτ=τ.I.△T，Qτ為(wei)(wei)放(fang)熱(re)或(huo)吸熱(re)功率，τ為(wei)(wei)湯(tang)姆遜系(xi)數，I為(wei)(wei)工作電流，△T為(wei)(wei)溫(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)

半導體制冷片散熱器的優缺點

N.P型半導體通(tong)過(guo)金屬導流(liu)片(pian)鏈接，當電流(liu)由N通(tong)過(guo)P時，電場使N中(zhong)的(de)(de)(de)電子和(he)P中(zhong)的(de)(de)(de)空(kong)穴反向流(liu)動，他們產(chan)生的(de)(de)(de)能量(liang)來自晶管的(de)(de)(de)熱(re)(re)能，于是在導流(liu)片(pian)上吸(xi)熱(re)(re)，而在另(ling)一端放熱(re)(re)，產(chan)生溫差”——這就是半導體制冷片(pian)的(de)(de)(de)制冷原(yuan)理。

優點：能使(shi)(shi)溫(wen)(wen)度(du)降到非常理想的室溫(wen)(wen)以下；并且可(ke)以通過使(shi)(shi)用閉環(huan)溫(wen)(wen)控電路精確調整溫(wen)(wen)度(du)，溫(wen)(wen)度(du)最高可(ke)以精確到0.1度(du)；可(ke)靠性(xing)高，使(shi)(shi)用固(gu)體器件(jian)致(zhi)冷，不會對CPU有磨損；使(shi)(shi)用壽命長。

缺點：CPU周圍可能(neng)會(hui)結露，有可能(neng)會(hui)造(zao)成(cheng)主(zhu)板(ban)短路(lu)；安裝比(bi)(bi)較困難，需(xu)要(yao)一(yi)定的(de)電(dian)子知識(shi)。比(bi)(bi)較保險(xian)的(de)方(fang)法是讓(rang)半導體制冷(leng)器(qi)的(de)冷(leng)面工作在20℃左右為宜

半導體制冷片功率

半(ban)導體制(zhi)(zhi)冷(leng)片的(de)單個(ge)制(zhi)(zhi)冷(leng)元件(jian)對的(de)功(gong)(gong)率很(hen)(hen)小，但(dan)組合成電堆，用(yong)同類型(xing)的(de)電堆串、并聯(lian)的(de)方(fang)法組合成制(zhi)(zhi)冷(leng)系統的(de)話(hua)，功(gong)(gong)率就可以做的(de)很(hen)(hen)大，因此制(zhi)(zhi)冷(leng)功(gong)(gong)率可以做到(dao)幾(ji)毫瓦到(dao)上(shang)萬瓦的(de)范圍(wei)。