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半导体制冷片的工作原理是什么?

143 半导体
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半导体制冷片是利用半导体材料的Peltier效应而制作的电子元件,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件,可靠性也比较高。半导体制冷片的工作原理是什么?半导体制冷片有哪些优缺点?
        
        
        

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2021-2-24 09:24:02   评论 分享淘帖 邀请回答
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  半导体制冷片的工作原理
  在原理上,半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时,两端之间就会产生热量转移,热量就会从一端转移到另一端,从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量,从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差,这两种热传递的量相等时,就会达到一个平衡点,正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度,可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
  风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40~65度之间,如果通过主动散热的方式来降低热端温度,那冷端温度也会相应的下降,从而达到更低的温度。
  当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时,在这个电路中接通直流电流后,就能产生能量的转移,电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量,成为冷端;由P型元件流向N型元件的接头释放热量,成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定,以下三点是热电制冷的温差电效应。
  塞贝克效应
  1822年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时,如两个连接点保持不同的温差,则在导体中产生一个温差电动势:ES=S.△T式中:ES为温差电动势,S为温差电动势率(塞贝克系数),△T为接点之间的温差。
  珀尔帖效应
  1834年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的相反效应,即当电流流经两个不同导体形成的接点时,接点处会产生放热和吸热现象,放热或吸热大小由电流的大小来决定。
  Qл=л。Iл=aTc
  式中:Qπ为放热或吸热功率,π为比例系数,称为珀尔帖系数,I为工作电流,a为温差电动势率,Tc为冷接点温度。
  汤姆逊效应
  当电流流经存在温度梯度的导体时,除了由导体电阻产生的焦耳热之外,导体还要放出或吸收热量,在温差为△T的导体两点之间,其放热量或吸热量为:Qτ=τ。I.△T,Qτ为放热或吸热功率,τ为汤姆逊系数,I为工作电流,△T为温度梯度
2021-2-24 17:38:22 评论

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  半导体制冷片散热器的优缺点
  N.P型半导体通过金属导流片链接,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,他们产生的能量来自晶管的热能,于是在导流片上吸热,而在另一端放热,产生温差“——这就是半导体制冷片的制冷原理。
  优点:能使温度降到非常理想的室温以下;并且可以通过使用闭环温控电路精确调整温度,温度可以精确到0.1度;可靠性高,使用固体器件致冷,不会对CPU有磨损;使用寿命长。
  缺点:CPU周围可能会结露,有可能会造成主板短路;安装比较困难,需要一定的电子知识。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
2021-2-24 17:38:36 评论

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  半导体制冷片功率
  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。
2021-2-24 17:38:39 评论

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