半導體制冷片的工作原理

在原理上，半導體制(zhi)冷(leng)(leng)片是一(yi)個熱(re)(re)(re)傳遞的(de)工具。當一(yi)塊N型半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)和一(yi)塊P型半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)聯結成(cheng)(cheng)的(de)熱(re)(re)(re)電偶對(dui)中有電流通過時，兩端(duan)(duan)之間就會產(chan)生(sheng)(sheng)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)轉(zhuan)移，熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)就會從(cong)一(yi)端(duan)(duan)轉(zhuan)移到另一(yi)端(duan)(duan)，從(cong)而產(chan)生(sheng)(sheng)溫(wen)差(cha)形(xing)成(cheng)(cheng)冷(leng)(leng)熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)。但是半(ban)導體(ti)自身存在電阻當電流經過半(ban)導體(ti)時就會產(chan)生(sheng)(sheng)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)，從(cong)而會影(ying)響熱(re)(re)(re)傳遞。而且兩個極板之間的(de)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)也會通過空(kong)氣和半(ban)導體(ti)材(cai)料(liao)自身進行逆向(xiang)熱(re)(re)(re)傳遞。當冷(leng)(leng)熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)達到一(yi)定溫(wen)差(cha)，這(zhe)兩種熱(re)(re)(re)傳遞的(de)量(liang)(liang)相等時，就會達到一(yi)個平(ping)衡點，正(zheng)逆向(xiang)熱(re)(re)(re)傳遞相互抵消。此時冷(leng)(leng)熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)的(de)溫(wen)度(du)就不(bu)會繼續(xu)發生(sheng)(sheng)變化。為(wei)了達到更低的(de)溫(wen)度(du)，可以采取散熱(re)(re)(re)等方式降低熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)的(de)溫(wen)度(du)來實現(xian)。

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風扇以及散熱(re)(re)(re)片(pian)的(de)作用主(zhu)要(yao)是為制冷片(pian)的(de)熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)散熱(re)(re)(re)。通(tong)(tong)常半導體(ti)制冷片(pian)冷熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)的(de)溫(wen)(wen)差(cha)可以達到40～65度(du)之(zhi)間，如果通(tong)(tong)過主(zhu)動散熱(re)(re)(re)的(de)方式來降低熱(re)(re)(re)端(duan)(duan)溫(wen)(wen)度(du)，那冷端(duan)(duan)溫(wen)(wen)度(du)也會相應的(de)下降，從而達到更低的(de)溫(wen)(wen)度(du)。

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成電偶對(dui)時，在這(zhe)個電路中(zhong)接(jie)通(tong)直流(liu)(liu)電流(liu)(liu)后，就能產(chan)生能量的(de)(de)(de)轉(zhuan)移(yi)，電流(liu)(liu)由N型(xing)元件(jian)(jian)(jian)流(liu)(liu)向P型(xing)元件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)接(jie)頭吸收熱(re)量，成為冷(leng)(leng)端;由P型(xing)元件(jian)(jian)(jian)流(liu)(liu)向N型(xing)元件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)接(jie)頭釋放(fang)熱(re)量，成為熱(re)端。吸熱(re)和放(fang)熱(re)的(de)(de)(de)大小(xiao)是(shi)通(tong)過電流(liu)(liu)的(de)(de)(de)大小(xiao)以及半導體材料N、P的(de)(de)(de)元件(jian)(jian)(jian)對(dui)數來(lai)決(jue)定，以下(xia)三點是(shi)熱(re)電制冷(leng)(leng)的(de)(de)(de)溫差電效應。

塞貝克效應

一(yi)八(ba)二(er)二(er)年(nian)德國人塞貝克發現當兩種不同的(de)導體相連接時，如(ru)兩個(ge)連接點保持不同的(de)溫(wen)(wen)差(cha)，則在導體中產生一(yi)個(ge)溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)(dian)動(dong)勢(shi)：ES=S.△T式中：ES為溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)(dian)動(dong)勢(shi)，S為溫(wen)(wen)差(cha)電(dian)(dian)動(dong)勢(shi)率（塞貝克系數），△T為接點之間的(de)溫(wen)(wen)差(cha)。

珀爾帖效應

一八三四年法國人珀(po)爾帖發現了與(yu)塞貝(bei)克效應(ying)的相反效應(ying)，即當(dang)電流流經(jing)兩個(ge)不同導體形成的接點時，接點處會產生放熱(re)(re)和吸(xi)熱(re)(re)現象(xiang)，放熱(re)(re)或吸(xi)熱(re)(re)大小由電流的大小來(lai)決(jue)定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ為放熱(re)或吸熱(re)功(gong)率，π為比例系(xi)數，稱為珀(po)爾帖系(xi)數，I為工作(zuo)電流(liu)，a為溫(wen)差電動(dong)勢率，Tc為冷(leng)接點溫(wen)度。

湯姆遜效應

當電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)存在(zai)溫(wen)度梯度的導(dao)(dao)體時，除了由(you)導(dao)(dao)體電(dian)阻(zu)產(chan)生的焦(jiao)耳熱(re)(re)之外，導(dao)(dao)體還(huan)要放出或吸收熱(re)(re)量，在(zai)溫(wen)差(cha)為(wei)△T的導(dao)(dao)體兩點之間，其放熱(re)(re)量或吸熱(re)(re)量為(wei)：Qτ=τ.I.△T，Qτ為(wei)放熱(re)(re)或吸熱(re)(re)功率，τ為(wei)湯姆遜系數，I為(wei)工作(zuo)電(dian)流(liu)，△T為(wei)溫(wen)度梯度

半導體制冷片散熱器的優缺點

N.P型半導體通過金屬導流片(pian)鏈接，當(dang)電流由N通過P時，電場使(shi)N中的電子和P中的空穴反(fan)向流動，他們產生的能量(liang)來自晶管的熱(re)能，于是(shi)(shi)在(zai)(zai)導流片(pian)上吸熱(re)，而在(zai)(zai)另一端放熱(re)，產生溫差”——這就是(shi)(shi)半導體制冷片(pian)的制冷原理(li)。

優點：能(neng)使溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降到非(fei)常理想的室(shi)溫(wen)(wen)(wen)以(yi)下(xia)；并且(qie)可以(yi)通(tong)過使用(yong)閉環溫(wen)(wen)(wen)控(kong)電路精(jing)確調(diao)整溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)最高(gao)可以(yi)精(jing)確到0.1度(du)(du)；可靠性(xing)高(gao)，使用(yong)固體器件致冷，不會(hui)對CPU有(you)磨損；使用(yong)壽(shou)命長。

缺點：CPU周圍可能會結露(lu)，有可能會造成主(zhu)板短(duan)路；安裝比較困難，需要(yao)一定的電子知識。比較保險的方法是(shi)讓半導體制冷器的冷面工作在20℃左右(you)為宜(yi)

半導體制冷片功率

半導體制(zhi)冷(leng)(leng)片的(de)(de)(de)單個(ge)制(zhi)冷(leng)(leng)元件對的(de)(de)(de)功率很(hen)小，但組(zu)合成電(dian)堆，用同(tong)類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)電(dian)堆串(chuan)、并(bing)聯的(de)(de)(de)方法組(zu)合成制(zhi)冷(leng)(leng)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)話，功率就可以(yi)做(zuo)的(de)(de)(de)很(hen)大(da)，因此制(zhi)冷(leng)(leng)功率可以(yi)做(zuo)到幾毫(hao)瓦到上(shang)萬瓦的(de)(de)(de)范圍(wei)。