半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制(zhi)冷(leng)片是一個(ge)熱(re)(re)(re)(re)傳遞(di)(di)的(de)(de)工具。當一塊N型(xing)半(ban)(ban)導體材料(liao)和(he)一塊P型(xing)半(ban)(ban)導體材料(liao)聯結成(cheng)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)對中有電(dian)(dian)流通過時，兩(liang)端之間就會(hui)(hui)(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)轉(zhuan)移(yi)，熱(re)(re)(re)(re)量(liang)就會(hui)(hui)(hui)從一端轉(zhuan)移(yi)到(dao)(dao)另一端，從而(er)產(chan)生(sheng)溫(wen)差形成(cheng)冷(leng)熱(re)(re)(re)(re)端。但(dan)是半(ban)(ban)導體自身(shen)存在電(dian)(dian)阻當電(dian)(dian)流經過半(ban)(ban)導體時就會(hui)(hui)(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)，從而(er)會(hui)(hui)(hui)影響熱(re)(re)(re)(re)傳遞(di)(di)。而(er)且(qie)兩(liang)個(ge)極板之間的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)也會(hui)(hui)(hui)通過空氣和(he)半(ban)(ban)導體材料(liao)自身(shen)進行逆(ni)向熱(re)(re)(re)(re)傳遞(di)(di)。當冷(leng)熱(re)(re)(re)(re)端達(da)到(dao)(dao)一定溫(wen)差，這(zhe)兩(liang)種熱(re)(re)(re)(re)傳遞(di)(di)的(de)(de)量(liang)相(xiang)等時，就會(hui)(hui)(hui)達(da)到(dao)(dao)一個(ge)平(ping)衡點(dian)，正逆(ni)向熱(re)(re)(re)(re)傳遞(di)(di)相(xiang)互抵消。此(ci)時冷(leng)熱(re)(re)(re)(re)端的(de)(de)溫(wen)度(du)就不會(hui)(hui)(hui)繼續發生(sheng)變化。為了達(da)到(dao)(dao)更(geng)低的(de)(de)溫(wen)度(du)，可以采取散熱(re)(re)(re)(re)等方式降(jiang)低熱(re)(re)(re)(re)端的(de)(de)溫(wen)度(du)來實現(xian)。

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風扇以及散(san)(san)熱片的(de)作(zuo)用主(zhu)要是為(wei)制(zhi)冷(leng)片的(de)熱端散(san)(san)熱。通常(chang)半導(dao)體(ti)制(zhi)冷(leng)片冷(leng)熱端的(de)溫差可以達到40～65度(du)之間，如(ru)果通過主(zhu)動(dong)散(san)(san)熱的(de)方式來降低熱端溫度(du)，那冷(leng)端溫度(du)也會相應(ying)的(de)下降，從而達到更低的(de)溫度(du)。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材(cai)料聯結(jie)成電(dian)(dian)偶對(dui)時，在這個電(dian)(dian)路中(zhong)接通直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)流(liu)后，就能(neng)產生能(neng)量的轉移，電(dian)(dian)流(liu)由N型元(yuan)件(jian)流(liu)向(xiang)(xiang)P型元(yuan)件(jian)的接頭吸(xi)收熱量，成為冷端(duan);由P型元(yuan)件(jian)流(liu)向(xiang)(xiang)N型元(yuan)件(jian)的接頭釋放熱量，成為熱端(duan)。吸(xi)熱和放熱的大小(xiao)是通過電(dian)(dian)流(liu)的大小(xiao)以(yi)及半(ban)導體(ti)材(cai)料N、P的元(yuan)件(jian)對(dui)數來決定，以(yi)下三點是熱電(dian)(dian)制冷的溫差電(dian)(dian)效應(ying)。

塞貝克效應

一八二(er)二(er)年德國人塞貝(bei)克發現當兩種不同(tong)的導體(ti)相連(lian)接(jie)時(shi)，如兩個連(lian)接(jie)點(dian)保持不同(tong)的溫(wen)(wen)(wen)差，則在(zai)導體(ti)中(zhong)產生一個溫(wen)(wen)(wen)差電動(dong)勢(shi)(shi)：ES=S.△T式中(zhong)：ES為(wei)(wei)溫(wen)(wen)(wen)差電動(dong)勢(shi)(shi)，S為(wei)(wei)溫(wen)(wen)(wen)差電動(dong)勢(shi)(shi)率(lv)（塞貝(bei)克系數），△T為(wei)(wei)接(jie)點(dian)之(zhi)間(jian)的溫(wen)(wen)(wen)差。

珀爾帖效應

一八(ba)三四年法(fa)國(guo)人珀爾(er)帖發現了與塞(sai)貝克效應的相反效應，即當電流(liu)流(liu)經(jing)兩(liang)個不同導體形(xing)成的接(jie)點時(shi)，接(jie)點處會產生放(fang)熱(re)和(he)吸熱(re)現象，放(fang)熱(re)或(huo)吸熱(re)大小(xiao)由電流(liu)的大小(xiao)來決定。

Qл=л.Iл=aTc

式(shi)中(zhong)：Qπ為放(fang)熱(re)或吸(xi)熱(re)功率，π為比例系(xi)數(shu)，稱(cheng)為珀爾帖系(xi)數(shu)，I為工作電(dian)流(liu)，a為溫差(cha)電(dian)動勢(shi)率，Tc為冷接點溫度。

湯姆遜效應

當電流流經存在(zai)溫度(du)梯(ti)度(du)的導(dao)體時，除(chu)了由導(dao)體電阻(zu)產生的焦(jiao)耳熱(re)之(zhi)外，導(dao)體還要(yao)放(fang)出或吸收熱(re)量，在(zai)溫差(cha)為(wei)△T的導(dao)體兩(liang)點之(zhi)間，其放(fang)熱(re)量或吸熱(re)量為(wei)：Qτ=τ.I.△T，Qτ為(wei)放(fang)熱(re)或吸熱(re)功率(lv)，τ為(wei)湯姆遜(xun)系(xi)數，I為(wei)工作(zuo)電流，△T為(wei)溫度(du)梯(ti)度(du)

半導體制冷片散熱器的優缺點

N.P型半導體通(tong)過金屬導(dao)流(liu)(liu)片(pian)鏈接，當(dang)電(dian)(dian)流(liu)(liu)由N通(tong)過P時(shi)，電(dian)(dian)場使N中(zhong)(zhong)的電(dian)(dian)子和(he)P中(zhong)(zhong)的空(kong)穴反向流(liu)(liu)動，他們產生的能量來自(zi)晶(jing)管的熱能，于是在導(dao)流(liu)(liu)片(pian)上吸(xi)熱，而在另一端放熱，產生溫差”——這(zhe)就是半導(dao)體(ti)制冷(leng)片(pian)的制冷(leng)原理。

優點：能使溫(wen)(wen)(wen)度(du)降到非常理想的室溫(wen)(wen)(wen)以下；并且可以通過使用閉環溫(wen)(wen)(wen)控電(dian)路(lu)精(jing)確調整溫(wen)(wen)(wen)度(du)，溫(wen)(wen)(wen)度(du)最高(gao)可以精(jing)確到0.1度(du)；可靠性高(gao)，使用固體(ti)器件致(zhi)冷，不(bu)會對CPU有磨損(sun)；使用壽命長(chang)。

缺點：CPU周圍(wei)可能會結(jie)露，有可能會造(zao)成主(zhu)板短路；安裝比較困難，需要一定(ding)的(de)電子知識(shi)。比較保險的(de)方法是讓(rang)半導體制冷器的(de)冷面工作在(zai)20℃左右為宜

半導體制冷片功率

半導體制(zhi)(zhi)(zhi)冷片的(de)(de)(de)(de)單個制(zhi)(zhi)(zhi)冷元件(jian)對(dui)的(de)(de)(de)(de)功(gong)率很(hen)小，但組合(he)成(cheng)電(dian)(dian)堆，用同類型的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)堆串(chuan)、并(bing)聯(lian)的(de)(de)(de)(de)方法組合(he)成(cheng)制(zhi)(zhi)(zhi)冷系統的(de)(de)(de)(de)話，功(gong)率就可以做的(de)(de)(de)(de)很(hen)大，因此制(zhi)(zhi)(zhi)冷功(gong)率可以做到幾毫(hao)瓦到上萬瓦的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)。