半导体制冷片的研究.doc

半导体制冷片的研究 李炎 090601128 摘要：半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。 关键词：半导体制冷片，测温，热能 半导体制冷片，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，当直流电流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。它是一种产生热负阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也较高。利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题，具有很高的使用价值 一：半导体制冷片的介绍 半导体制冷片是根据热点效应，采用特殊半导体材料----热电堆，能够将电能直接转换为热能，效率较高。加在其两端的电压可以在一定的范围内调节，一般来说，制冷量随着随着电压的升高而增加。但是，要提高制冷效果（降低冷端的温度），还与制冷片所处环境有非常大的关系，例如，可以采取措施，通过降低热锻温度，防止冷端从环境吸热等来提高制冷效果。半导体制冷片的用途很多，可用于制作便携冷藏保温箱、冷热饮水机等，也可用于电子器件的散热。 二：工作原理 在原理上，半导体的制冷片只能算是一个热传递的工具，虽然制冷片会主动为芯片散热，但依然要将热端的高于芯片的发热量散发掉。在制冷片工作期间，只要冷热端出现温差，热量便不断地通过晶格的传递，将热量移动到热端并通过散热设备散发出去。因此，制冷片对于芯片来说是主动制冷的装置，而对于整个系统来说，只能算是主动的导热装置，因此，采用半导体制冷装置的ZENO96智冷版，依然要采取主动散热的方式对制冷片的热端进行降温。 　　风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热，通常热端的温度在没有散热装置的时候会达到100度左右，极易超过制冷片的承受极限，而且半导体制冷效率的关键就是要尽快降低热端温度以增大两端温差，提高制冷效果，因此在热端采用大型的散热片以及主动的散热风扇将有助于散热系统的优良工作。在正常使用情况下，冷热端的温差将保持在40～65度之间。 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。 三：优点和特点 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。 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。 四：技术应用 压制好由于频率提升带来的大发热量一直是众overclocker讨论的一个问题，从风冷、水冷，到压缩机、半导体制冷，再到变态的液氮、干冰，用尽降温方法。比较BT的风冷散热器和水冷由于其低成本和易用性的特点已经成为入门级超频发烧友的标准配置，缺点在于：即使是最好的风冷或水冷，也只能把温度控制得接近或等于环境温度；为了把温度降得低于零度，发烧友们选择了压缩机和半导体制冷，VapoChill和Mach系列压缩机通过相变制冷可以使蒸发器温度达到-50℃，而国外发烧友自制的三级压缩机系统甚至达到了-196℃，也就是相当于液氮的蒸发温度，但是由于压缩机系统高昂的价格，只能被极少数发烧友接受；液氮和干冰也许是骨灰极发烧友才会用到的极限利器，但是蒸发/升华速度非常快，只能带来短时间的极限效能，没有实用价值。所以选择了半导体制冷。 　　把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接而成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时，2.3端上产生吸热现象，此端称冷端而下面1.4端产生放热现象，此端称热端如果电流方向反过来，则冷热端相互转换。由于一个电偶产生热效应较小（一般约IKcal／h）所以实际上将