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半导体制冷器

发布时间:2012-11-22

       大家知道CPU工作时温度越低越好。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。
 

半导体制冷器概念

       半导体制冷器(Thermoelectric cooler):利用半导体的热-电效应制取冷量的器件,又称热-电制冷器。

       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

 

半导体制冷器原理详解

       用导体连接两块不同的金属,接通直流电,则一个接点处温度降低,另一个接点处温度升高。若将电源反接,则接点处的温度相反变化。这一现象称为珀耳帖效应,又称热-电效应。纯金属的热-电效应很小,若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属,效应就大得多。接通电源后,上接点附近产生电子-空穴对,内能减小,温度降低,向外界吸热,称为冷端。另一端因电子-空穴对复合,内能增加,温度升高,并向环境放热,称为热端。一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小,实用的半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成,也称热电堆。单级热电堆可得到大约60℃的温差,即冷端温度可达-10~-20℃。增加热电堆级数即可使两端的温差加大。但级数不宜过多,一般为2~3级。

结合图片则更好理解。


       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。 
 



制冷器温差图示

 
       下图是一个制冷器的典型结构,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。
 

制冷器结构

制冷器典型结构

 


半导体制冷器使用注意事项

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5V和12V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。

 

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