半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制冷(leng)片是一個(ge)(ge)熱(re)(re)(re)傳遞(di)(di)(di)的(de)工具。當一塊N型半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)和一塊P型半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)聯結成(cheng)的(de)熱(re)(re)(re)電(dian)偶對中(zhong)有電(dian)流通過時(shi)，兩端之間就(jiu)會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)轉(zhuan)移，熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)就(jiu)會(hui)(hui)從(cong)一端轉(zhuan)移到另(ling)一端，從(cong)而產(chan)生(sheng)溫(wen)差形成(cheng)冷(leng)熱(re)(re)(re)端。但是半(ban)導(dao)體(ti)自身存在電(dian)阻(zu)當電(dian)流經過半(ban)導(dao)體(ti)時(shi)就(jiu)會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)，從(cong)而會(hui)(hui)影響(xiang)熱(re)(re)(re)傳遞(di)(di)(di)。而且兩個(ge)(ge)極板之間的(de)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)也會(hui)(hui)通過空氣(qi)和半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)自身進行(xing)逆(ni)向(xiang)熱(re)(re)(re)傳遞(di)(di)(di)。當冷(leng)熱(re)(re)(re)端達(da)到一定溫(wen)差，這兩種熱(re)(re)(re)傳遞(di)(di)(di)的(de)量(liang)(liang)相等時(shi)，就(jiu)會(hui)(hui)達(da)到一個(ge)(ge)平衡點(dian)，正(zheng)逆(ni)向(xiang)熱(re)(re)(re)傳遞(di)(di)(di)相互(hu)抵消(xiao)。此時(shi)冷(leng)熱(re)(re)(re)端的(de)溫(wen)度就(jiu)不會(hui)(hui)繼(ji)續發(fa)生(sheng)變化。為了達(da)到更低的(de)溫(wen)度，可以(yi)采(cai)取散熱(re)(re)(re)等方(fang)式降低熱(re)(re)(re)端的(de)溫(wen)度來實現。

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風(feng)扇以(yi)(yi)及散熱片(pian)的(de)(de)(de)作用主(zhu)要(yao)是(shi)為制冷(leng)片(pian)的(de)(de)(de)熱端散熱。通(tong)常半導(dao)體(ti)制冷(leng)片(pian)冷(leng)熱端的(de)(de)(de)溫差可以(yi)(yi)達(da)到40～65度(du)之間，如果(guo)通(tong)過主(zhu)動散熱的(de)(de)(de)方式來(lai)降低熱端溫度(du)，那(nei)冷(leng)端溫度(du)也會相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)下降，從而達(da)到更低的(de)(de)(de)溫度(du)。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料(liao)聯結(jie)成電(dian)偶對時，在這個電(dian)路中接(jie)通直流電(dian)流后，就能產生能量(liang)的轉移，電(dian)流由N型(xing)元(yuan)件流向P型(xing)元(yuan)件的接(jie)頭吸收(shou)熱(re)量(liang)，成為(wei)(wei)冷(leng)端;由P型(xing)元(yuan)件流向N型(xing)元(yuan)件的接(jie)頭釋放(fang)熱(re)量(liang)，成為(wei)(wei)熱(re)端。吸熱(re)和放(fang)熱(re)的大小是通過電(dian)流的大小以(yi)及半導體(ti)材料(liao)N、P的元(yuan)件對數來決(jue)定，以(yi)下三(san)點(dian)是熱(re)電(dian)制冷(leng)的溫差(cha)電(dian)效應(ying)。

塞貝克效應

一八(ba)二二年德國(guo)人塞貝(bei)克發(fa)現當兩(liang)種(zhong)不(bu)(bu)同的(de)(de)導體相連(lian)接時(shi)，如兩(liang)個連(lian)接點保持不(bu)(bu)同的(de)(de)溫(wen)(wen)差(cha)，則在導體中產生一個溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)動勢(shi)：ES=S.△T式中：ES為(wei)(wei)溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)動勢(shi)，S為(wei)(wei)溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)動勢(shi)率（塞貝(bei)克系數），△T為(wei)(wei)接點之間(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)差(cha)。

珀爾帖效應

一八(ba)三四年法國人珀(po)爾(er)帖發現了與塞貝克效應的(de)(de)相(xiang)反效應，即(ji)當電(dian)流流經兩個不同導(dao)體形成的(de)(de)接(jie)點(dian)時，接(jie)點(dian)處會產(chan)生放熱和(he)吸熱現象(xiang)，放熱或吸熱大(da)小由(you)電(dian)流的(de)(de)大(da)小來決(jue)定(ding)。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ為放熱或吸熱功率，π為比(bi)例系數(shu)，稱為珀(po)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(jie)點溫度。

湯姆遜效應

當電(dian)(dian)流流經存(cun)在溫度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)導(dao)體(ti)(ti)時，除(chu)了由導(dao)體(ti)(ti)電(dian)(dian)阻(zu)產生的(de)焦耳熱之(zhi)外，導(dao)體(ti)(ti)還要(yao)放(fang)(fang)出或吸收熱量，在溫差為(wei)△T的(de)導(dao)體(ti)(ti)兩點之(zhi)間，其放(fang)(fang)熱量或吸熱量為(wei)：Qτ=τ.I.△T，Qτ為(wei)放(fang)(fang)熱或吸熱功率，τ為(wei)湯姆遜(xun)系數，I為(wei)工(gong)作電(dian)(dian)流，△T為(wei)溫度(du)(du)梯度(du)(du)

半導體制冷片散熱器的優缺點

N.P型半導體通過(guo)金屬導流(liu)片(pian)(pian)鏈接，當電(dian)流(liu)由(you)N通過(guo)P時(shi)，電(dian)場使N中(zhong)的(de)電(dian)子(zi)和P中(zhong)的(de)空穴(xue)反向流(liu)動，他們產生的(de)能(neng)量來自晶管的(de)熱(re)能(neng)，于(yu)是(shi)在(zai)(zai)導流(liu)片(pian)(pian)上(shang)吸熱(re)，而在(zai)(zai)另一端放(fang)熱(re)，產生溫差”——這就是(shi)半導體制冷片(pian)(pian)的(de)制冷原理。

優點：能使溫(wen)(wen)度降到非常理想的室溫(wen)(wen)以下；并且可(ke)以通過使用(yong)閉環(huan)溫(wen)(wen)控電(dian)路精(jing)(jing)確調(diao)整溫(wen)(wen)度，溫(wen)(wen)度最高可(ke)以精(jing)(jing)確到0.1度；可(ke)靠性高，使用(yong)固體器(qi)件致冷，不會對CPU有磨損；使用(yong)壽(shou)命(ming)長。

缺點：CPU周圍可(ke)能會結(jie)露，有可(ke)能會造(zao)成主板短(duan)路；安裝比較困(kun)難，需要一定的(de)電子知識。比較保(bao)險的(de)方法是讓(rang)半導體制冷(leng)器的(de)冷(leng)面工作在20℃左右為宜

半導體制冷片功率

半導體制(zhi)(zhi)冷(leng)片的(de)(de)(de)單個(ge)制(zhi)(zhi)冷(leng)元(yuan)件對的(de)(de)(de)功(gong)率很(hen)小，但組(zu)(zu)合成電(dian)堆，用同類型(xing)的(de)(de)(de)電(dian)堆串、并(bing)聯的(de)(de)(de)方(fang)法組(zu)(zu)合成制(zhi)(zhi)冷(leng)系統的(de)(de)(de)話，功(gong)率就(jiu)可以(yi)做的(de)(de)(de)很(hen)大，因此(ci)制(zhi)(zhi)冷(leng)功(gong)率可以(yi)做到幾(ji)毫瓦(wa)到上萬瓦(wa)的(de)(de)(de)范(fan)圍。