TEC热电制冷器在电子产品热设计中的应用

  • 工作原理

热电效应是一个由温差产生电压的直接转换,是指当受热物体中的电子,随着温度梯度由高温区往低温区移动时,产生电流现象,且反之亦然,当通过直流电时,具有热电能量转换特性的材料可产生致冷功能,称之为热电致冷。这种效应可以用来产生电能,用于测量温度、冷却或加热物体。热测试中最关键的测试工具——热电偶的测温原理就是热电效应。

TEC热电制冷器在电子产品热设计中的应用

 

  • 散热应用

TEC在电子产品中使用时,可以将冷面与发热芯片贴合。热电制冷器通电后,由于热电效应,冷面将会吸收发热芯片的发出的热量,热面则释放大量热。这时,如果必要,则可以在热面贴合散热器而将热量及时转移到外界环境中。

Monsoon II Active TEC CPU Cooling System

除了热电式散热器,TEC还可以用在高防护要求的户外电子设备中实现设备舱内空气的冷却。

TEC热电制冷器在电子产品热设计中的应用

在这种应用中,TEC安装在户外机柜的机柜门上,冷面贴近内舱,机柜内的热空气经过冷面后,热量被冷面吸走而变为低温空气。热量借由热电效应转移到热端,在置于舱外的散热器和风扇的作用下散失到周围环境中。这样,机柜无需与外界环境产生任何物质交换,就可以将热量传递到舱外,从而可以实现很高的防水、防尘等级。

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  • 优缺点

从散热设计的角度看,半导体制冷片作为一种特殊的冷却装置,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,没有污染源和旋转部件,不会产生回转效应,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。结构简单,部件少,维修方便;
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,在那些使用环境温度变化范围很大(有时需要冷却,有时又需要加热的工况下)的设备中,有特殊的优势;
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、热电效应具有制冷功能,可以将热源温度控制到环境温度以下,这是常规的风冷、自然冷却甚至液冷无法做到的。

缺点:

  1. 制冷温度与环境温度有关;
  2. 热电制冷器本身并不具备冷却能力,仅仅是耗费电量,营造温差。从能量守恒角度来看,热电制冷器最终仍会增加整个系统的能耗和热耗。对于整体结构尺寸已经限定的设备,其价值有限。

一个不可忽略的事实是,热电效应使得另外一侧温度加高,这样高温面与环境之间的温差被加大,热量传输动力更大。某些情境下,予以引导,也可能给电子产品的热设计带来新的思路。

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