В таких сценариях, как охлаждение базовой станции связи 5G, термостат лазера, портативный холодильник и т. Д., Холодильное устройство без компрессора, без механической вибрации и размером с монету спокойно меняет традиционный режим контроля температуры - полупроводниковое холодильное устройство.Его основной принцип основан на эффекте Пельтье в термоэлектрическом эффекте, который напрямую управляет направленной передачей тепла с помощью электрической энергии для достижения эффективного, точного и бесшумного регулирования тепла и холода.

　　Эффект Пельтье: Холодная и горячая магия в переносе заряда

Когда постоянный ток проходит через термопару, состоящую из полупроводников типа P и типа N, зарядовые заряды (дырки и электроны) перемещаются в точке узла. В "холодном конце" узла P - N дырка поступает из материала P - типа в материал N - типа, электрон течет в обратном направлении, энергия носителей уменьшается, поглощая окружающее тепло; А на "горячих концах" энергия носителей повышается, высвобождая тепло в окружающую среду. Этот процесс не требует хладагентов или механических компонентов и обеспечивает охлаждение только путем прямого преобразования электрической и тепловой энергии.

Экспериментальные данные показывают, что коэффициент охлаждения (COP) для одноступенчатых полупроводниковых холодильных пластин может достигать 0,5 - 0,7, а входная мощность на ватт может передаваться от 2 до 5 Вт тепла при разности температур более 30 °C. Если используется многоступенчатая последовательная или каскадная структура, разница температур может превысить 100 °C для удовлетворения потребностей глубокой и низкой температуры.

　　II. Упрощение структуры: модульный дизайн от чипа к системе

Ядром полупроводниковой холодильной установки является термоэлектрический модуль, состоящий из десятков пар полупроводников P - N, последовательно соединенных проводящими керамическими пластинами. Керамические пластины служат как цепями соединения электродов, так и экспортируют тепло с холодным и горячим концами через высокопроводящую керамику (например, оксид алюминия). По обеим сторонам модуля обычно устанавливаются алюминиевые радиаторы и миниатюрные вентиляторы, которые усиливают эффективность охлаждения на тепловом конце.

В качестве примера возьмем портативный термостат, в котором используется полупроводниковая холодильная пластина с питанием постоянного тока 24V, холодный конец прикрепляется к внутренней стенке корпуса, а горячий конец соединяется с радиатором плавника. Размер тока регулируется с помощью алгоритма управления температурой PID, который уменьшает пространство 5L с 25°C до 5°C за 10 минут с колебанием температуры ±0,5 °C. По сравнению с охлаждением компрессора, объем уменьшается на 60%, шум снижается ниже 30 децибел.

　　III. Расширение границ применения: от точных приборов до средств к существованию людей

В области прецизионного производства полупроводниковое охлаждение обеспечивает термостатическую среду для лазеров и инфракрасных детекторов с миллисекундной реакцией для обеспечения стабильности оборудования; В медицинской промышленности переносные холодильные цепи используют свои свойства без жидких хладагентов для безопасной перевозки вакцин и биологических образцов; Область потребительской электроники, задний зажим для охлаждения мобильных телефонов, модуль управления температурой процессора компьютера через полупроводниковое охлаждение быстро экспортирует тепло, чтобы предотвратить перегрев и снижение частоты.

С развитием материаловедения новые термоэлектрические материалы (такие как сплавы на основе теллурида висмута, квадратные кобальтовые соединения) повышают эффективность охлаждения на 30%, в то время как разработка гибких термоэлектрических пленок делает возможным носимое оборудование и интеллектуальный контроль температуры ткани. Полупроводниковые холодильные установки переопределяют границы технологии управления температурой с преимуществами « тихого, точного, микро».