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半导体制冷器的原理优缺点及应用

2017-08-02
类别:行业趋势
eye 1041
文章创建人 拍明

  大家知道CPU工作时温度越低越好。很多文章都谈到CPU散热是否良好是超频能否成功的一个关键因素。一般通过用大风扇、涂导热硅脂等来改善CPU的散热条件,但这些方法都不可能使CPU的温度低于室温。

  这里谈到的半导体制冷器是根据热电效应技术的特点,采用特殊半导体材料热电堆来制冷,能够将电能直接转换为热能,效率较高。一般CPU的发热功率小于30W,而制冷器的功率则大于50W,如果散热良好,它完全可能使CPU工作在接近0℃甚至0℃以下。

  半导体制冷器的用途很多 ,可用于制作便携冷藏/保温箱、冷热饮水机等。也用于电子器件的散热。目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋,加入不纯物经过特殊处理而成 N 型或 P 型半导体温差元件。以市面常见的TEC1-12605为例,其 额定电压为:12v, 额定电流为5A,最大温差可达60摄氏度,外型尺寸为4 X 4 X 0.4Cm,重约25克。它的工作特点是一面制冷而一面发热。

  接通直流电源后,电子由负极(-)出发,首先经过 P 型半导体,在此吸收热量,到了 N 型半导体,又将热量放出, 每经过一个NP 模组,就有热量由一边被送到另外一边,造成温差,从而形成冷热端。

  下图是一个致冷器的典型结构,由许多 N 型和 P 型半极体之颗粒互相排列而成, 而 N P 之间以一般的导体相连接而成一完整线路,通常是铜、铝或其他金属导体,最后用两片陶瓷片像汉堡包一样夹起来。

  二、安装使用

  制冷片的安装及使用很简单。在安装前,最好准备一点导热硅脂,然后,找一节干电池,接在制冷器两根引线上,就可感到一端明显发凉而另一端发热,记住引线的极性并确定好制冷器的冷、热端。

半导体制冷器安装.jpg

  正式安装时,在制冷器两端均匀涂上导热硅脂,在CPU与散热器之间插入制冷片,请注意先试好的冷热面方向,冷面贴着CPU,热面与强力的(功率越高越好)散热片接触。然后想法固定好三者。要注意风扇的卡子不能太短,否则会很难固定。

  固定好后,就可以给制冷片和风扇接上电源了(一定要注意极性),如果你机箱电源功率小于230W,我劝你别接到机箱电源上,否则有可能因电源功率不足,造成电脑无法正常工作。推荐使用外接的 沟缭炊云涞ザ拦环矫婵梢酝ü鹘诘缪谷〉煤鲜实奈虏睿苊饨崧痘蚬币脖苊饬硕灾骰缭吹挠跋臁=ㄒ榻评淦?V左右的电压,在此电压下制冷片的制冷量和冷热面温差都比较合适。

  三、注意事项

  1、注意热端的散热。

  半导体制冷的热面温度不应超过60℃,否则就有损坏的可能。若在额定的工作电压(12V)下,一般的散热风扇根本无法为制冷片提供足够的散热能力,容易造成制冷片过热损坏。同时千万不要在无散热器的情况下为致冷器长时间通电,否则会造成致冷器内部过热而烧毁。

  2、结露问题。

  当半导体制冷片陶瓷表面的温度降至一定程度时,就很可能会产生结露现象,是否会结露与温度和湿度有关(即气象学中所谓露点的概念)。在电脑机箱中结露的情况是绝对不允许发生的。比较保险的方法是让半导体制冷器的冷面工作在20℃左右为宜;可以通过调整制冷片电压或散热片风扇转速来调节。

  3电脑电源功率问题。

  制冷片的功耗可能高达60W,这样大的负载无疑有可能会让质量不好的计算机电源发生问题。尤其值得注意的是,计算机电源中提供的5V12V电源的电流是不相同的,一般5V电源可提供20A以上的电流,而12V电源仅提供6A左右的电流。所以采用5V电压比较保险,也可以用外接稳压电源。

  4、注意机箱的散热。

  很显然,制冷片在降低CPU温度的同时,其热端的发热也相当大,可能导致机箱内温度升高,影响其他部件的工作。所以要注意机箱的散热,不妨在机箱内适当位置再加一个散热风扇。

  5、别对制冷片的效果抱太大幻想。

  必须说明,制冷片只是在一定程度上可以增强超频后CPU的稳定性,而并不能改变 CPU 原有的超频极限。由于制冷器比散热风扇昂贵许多,且在使用上有一定危险性和副作用,除非你愿意体验一种特别的感觉,在是否使用半导体制冷片的问题上一定要三思。


  半导体制冷的优、缺点及应用


  随着科学技术的迅猛发展,半导体致冷器件的材料体系、掺杂种类与浓度、制造工艺等技术性难题被攻破。在国内已有陶瓷工艺方法制备半导体制冷材料的技术,据鉴定,通过该技术研制的材料性能指标处于国际先进水平。另外,具有我国自主知识产权的高效半导体热电元件,其优值系数已在原来的基础上,成倍增长,可以超过 13×10-3K。现在高效的半导体制冷器在温差 50~C时,制冷系数大于3,制冷效率还能高于压缩机制冷。

  如今技术的发展使半导体制冷的优势重新显现出来。半导体制冷是一种固体制冷方式,它是靠空穴和电子在运动中直接传递热量来实现的。与压缩机制冷系统相比,没有机械转动部分,无需制冷剂,无噪声,无污染,可靠性高,寿命长,而且可电流反向加热,易于恒温控制等等。由于元件本身性能得到改进,以前认为是不可能应用这一技术的冷冻箱及 100L以上的冷藏箱,如今也能应用了。半导体冷藏柜等产品在数十年前还只是一个梦想,现在已完全进入到了实用阶段。

半导体制冷的优、缺点.jpg

  不过半导体制冷突出的优势,还在于可实现微小型制冷,功率可做到1W以下,且极轻极小(<50ram 3<1g),传统的机械式压缩制冷难以替代。比如现在半导体激光器和个人电脑的CPU冷却系统中已经开始应用这一技术。半导体制冷在许多特殊应用领域具有广阔的应用前景。

  此外,半导体制冷器件可以用来制作其他许多小家电产品,如帐内小空调、汽车小空调、冷暖机、除湿器、冷饮杯、制冰机、冷暖饮水机、冷暖床垫、空调椅、鱼缸水温调节器、各类芯片制冷器等。

  那么,半导体制冷片存在哪些优缺点呢?

  半导体制冷片图册半导体制冷片作为特种冷源,在技术应用上具有以下的优点和特点:

  1、不需要任何制冷剂,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。

  2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

  3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。

  4、半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下,通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。

  5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

  6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

半导体制冷的应用.jpg

  7、半导体制冷片的温差范围,从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

  通过以上分析,半导体温差电片件应用范围有:制冷、加热、发电,制冷和加热应用比较普遍,有以下几个方面:

  1、军事方面:导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。

  2、医疗方面;冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。

  3、实验室装置方面:冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。

  4、专用装置方面:石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。

  5、日常生活方面:空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。

 


责任编辑:Davia

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