半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制冷(leng)片(pian)是一(yi)個(ge)熱(re)(re)傳遞(di)(di)的(de)工(gong)具。當一(yi)塊(kuai)N型半(ban)導體(ti)(ti)材料和(he)一(yi)塊(kuai)P型半(ban)導體(ti)(ti)材料聯結成的(de)熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)對中有(you)電(dian)(dian)流通(tong)過時，兩(liang)端(duan)之(zhi)間就(jiu)會(hui)(hui)產生熱(re)(re)量轉移，熱(re)(re)量就(jiu)會(hui)(hui)從一(yi)端(duan)轉移到(dao)另一(yi)端(duan)，從而產生溫差形成冷(leng)熱(re)(re)端(duan)。但是半(ban)導體(ti)(ti)自(zi)身(shen)存在電(dian)(dian)阻當電(dian)(dian)流經過半(ban)導體(ti)(ti)時就(jiu)會(hui)(hui)產生熱(re)(re)量，從而會(hui)(hui)影響熱(re)(re)傳遞(di)(di)。而且兩(liang)個(ge)極板(ban)之(zhi)間的(de)熱(re)(re)量也會(hui)(hui)通(tong)過空氣和(he)半(ban)導體(ti)(ti)材料自(zi)身(shen)進行逆向(xiang)熱(re)(re)傳遞(di)(di)。當冷(leng)熱(re)(re)端(duan)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)溫差，這兩(liang)種(zhong)熱(re)(re)傳遞(di)(di)的(de)量相等時，就(jiu)會(hui)(hui)達(da)到(dao)一(yi)個(ge)平衡點，正逆向(xiang)熱(re)(re)傳遞(di)(di)相互抵消。此時冷(leng)熱(re)(re)端(duan)的(de)溫度(du)就(jiu)不會(hui)(hui)繼續(xu)發生變(bian)化(hua)。為了達(da)到(dao)更低的(de)溫度(du)，可以采取(qu)散(san)熱(re)(re)等方(fang)式降低熱(re)(re)端(duan)的(de)溫度(du)來實現。

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風扇以及散熱(re)片(pian)的作用主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)制(zhi)冷(leng)(leng)片(pian)的熱(re)端散熱(re)。通(tong)常半(ban)導體制(zhi)冷(leng)(leng)片(pian)冷(leng)(leng)熱(re)端的溫差可以達到(dao)40～65度(du)之(zhi)間，如果通(tong)過主(zhu)動散熱(re)的方(fang)式來降低熱(re)端溫度(du)，那冷(leng)(leng)端溫度(du)也會相應的下降，從(cong)而達到(dao)更低的溫度(du)。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材(cai)料(liao)聯(lian)結成電(dian)偶(ou)對(dui)時，在(zai)這個電(dian)路中接通直流(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)后，就能產(chan)生(sheng)能量(liang)的轉移，電(dian)流(liu)(liu)由N型(xing)(xing)元(yuan)件(jian)(jian)流(liu)(liu)向P型(xing)(xing)元(yuan)件(jian)(jian)的接頭吸(xi)收熱量(liang)，成為(wei)冷端;由P型(xing)(xing)元(yuan)件(jian)(jian)流(liu)(liu)向N型(xing)(xing)元(yuan)件(jian)(jian)的接頭釋(shi)放熱量(liang)，成為(wei)熱端。吸(xi)熱和(he)放熱的大小是通過(guo)電(dian)流(liu)(liu)的大小以及半導體材(cai)料(liao)N、P的元(yuan)件(jian)(jian)對(dui)數來決定，以下三點是熱電(dian)制冷的溫差電(dian)效應。

塞貝克效應

一(yi)八二(er)二(er)年德國(guo)人塞貝克發現當兩種不(bu)同的(de)導體(ti)相(xiang)連(lian)接(jie)時，如兩個連(lian)接(jie)點保持不(bu)同的(de)溫(wen)差(cha)(cha)(cha)，則在導體(ti)中(zhong)產生一(yi)個溫(wen)差(cha)(cha)(cha)電動勢：ES=S.△T式中(zhong)：ES為溫(wen)差(cha)(cha)(cha)電動勢，S為溫(wen)差(cha)(cha)(cha)電動勢率(lv)（塞貝克系數），△T為接(jie)點之間(jian)的(de)溫(wen)差(cha)(cha)(cha)。

珀爾帖效應

一(yi)八三四年法國人(ren)珀爾帖(tie)發現(xian)了與塞貝克效(xiao)應的(de)相(xiang)反(fan)效(xiao)應，即當電流流經(jing)兩(liang)個不同導體形成的(de)接(jie)點(dian)時，接(jie)點(dian)處會產生放熱和吸(xi)熱現(xian)象(xiang)，放熱或吸(xi)熱大(da)小由電流的(de)大(da)小來決(jue)定。

Qл=л.Iл=aTc

式中(zhong)：Qπ為(wei)放熱或(huo)吸熱功率，π為(wei)比例(li)系數(shu)，稱為(wei)珀爾帖系數(shu)，I為(wei)工作電流，a為(wei)溫差電動(dong)勢率，Tc為(wei)冷接點溫度。

湯姆遜效應

當(dang)電流(liu)(liu)流(liu)(liu)經存在溫度梯度的(de)導(dao)(dao)體時(shi)，除了由導(dao)(dao)體電阻(zu)產(chan)生的(de)焦耳熱(re)(re)之外，導(dao)(dao)體還要放(fang)出或吸(xi)收熱(re)(re)量(liang)，在溫差為△T的(de)導(dao)(dao)體兩點之間，其(qi)放(fang)熱(re)(re)量(liang)或吸(xi)熱(re)(re)量(liang)為：Qτ=τ.I.△T，Qτ為放(fang)熱(re)(re)或吸(xi)熱(re)(re)功率，τ為湯(tang)姆遜(xun)系(xi)數，I為工作電流(liu)(liu)，△T為溫度梯度

半導體制冷片散熱器的優缺點

N.P型半導體通(tong)過金(jin)屬(shu)導流片(pian)(pian)鏈接(jie)，當電流由(you)N通(tong)過P時，電場使(shi)N中的電子和P中的空穴反向(xiang)流動，他們產(chan)生的能量來自(zi)晶管的熱能，于是(shi)在導流片(pian)(pian)上吸熱，而在另一端(duan)放熱，產(chan)生溫差”——這就(jiu)是(shi)半導體制冷片(pian)(pian)的制冷原理。

優點：能使溫(wen)度降到(dao)非常(chang)理想的室溫(wen)以(yi)下；并且(qie)可(ke)以(yi)通過(guo)使用(yong)(yong)閉環溫(wen)控電路精確調(diao)整溫(wen)度，溫(wen)度最(zui)高可(ke)以(yi)精確到(dao)0.1度；可(ke)靠性(xing)高，使用(yong)(yong)固(gu)體器件(jian)致(zhi)冷，不會對CPU有磨損；使用(yong)(yong)壽命長。

缺點：CPU周圍可(ke)能(neng)會(hui)結(jie)露，有可(ke)能(neng)會(hui)造成主板短路；安裝比較(jiao)困難(nan)，需要一(yi)定的電子(zi)知識。比較(jiao)保險的方法是(shi)讓(rang)半導體(ti)制冷器的冷面(mian)工(gong)作在20℃左右為宜

半導體制冷片功率

半(ban)導體(ti)制(zhi)冷片的單個制(zhi)冷元(yuan)件對的功(gong)(gong)率(lv)很小，但組(zu)合成電堆(dui)，用同類(lei)型的電堆(dui)串(chuan)、并聯的方法組(zu)合成制(zhi)冷系(xi)統的話，功(gong)(gong)率(lv)就可以做(zuo)的很大(da)，因此制(zhi)冷功(gong)(gong)率(lv)可以做(zuo)到(dao)幾(ji)毫瓦到(dao)上萬瓦的范圍。