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浅谈半导体散热

2021-06-24 81 南夏

半导体制冷片
半导体制冷片,也叫热电制冷片,是一种热泵。它的优点是没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应,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。

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。

半导体制冷的优点和特点:
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。
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。
安装
1.制冷片一面安装散热片,一面安装导冷系统,安装表面平面度不大于0.03mm,要除去毛刺、污物。
  2.制冷片与散热片和导冷块接触良好,接触面须涂有一薄层导热硅脂。
  3.固定制冷片时既要使制冷片受力均匀,又要注意切勿过度,以防止瓷片压裂。

使用条件
  1.使用直流电源电压不得超过额定电压,电源波纹系数小于10%。
  2.电流不得超过组件的额定电流。
  3.制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压(须在5分钟之后)。
  4.制冷片内部不得进水。
  5.制冷片周围湿度不得超过80%。
常见半导体

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。
  温度会降到零度以下,当温度与环境温度的温差超过8摄氏度时会结露,是否会“结露”与温度和湿度有关(即气象学中所谓“露dian”的概念)。比较保险的方法是让半导体制冷器的冷面工作在10-20℃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。

我自己的,小功率下就出水

结冰了,这个图是采的,我不知道谁的

这个他们的实测,就很离谱

  3,注意散热。
 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,可能导致手机周围温度升高,影响其他部件的工作。
大致模型来源

基本都是铜片+半导体+散热片+风扇,整合在手机壳上的模式

黑鲨拆解

总结
散热上去制冷才能强,也并不是制冷强了,对手机就一定好,你游戏水平就会提升(狗头受虐滑稽),其本质还是在自己,半导体散热只是辅助作用,在一个,制冷量高不代表总功率高,功率大不代表制冷效率高,温度低也不代表制冷效率高,找到合适的取舍点很重要,据了解,某黑鲨功率也不是很高(10w以内,来源于正维修实测,本人未实测了解),有其他不对的欢迎指正交流


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