Полупроводниковые холодильники Пельтье. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электричество для начинающих

 Комментарии к статье

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно в режимах разгона. Эффективная работа таких компонентов требует соответствующих средств охлаждения. Как правило, такими средствами являются традиционные радиаторы и вентиляторы.

Их параметры непрерывно улучшаются, тем не менее на компьютерном рынке появились и стали популярными такие средства охлаждения, как полупроводниковые холодильники Пельтье.

В 60-е и 70-е годы промышленность СССР предпринимала попытки выпуска бытовых малогабаритных холодильников Пельтье. Однако несовершенство существовавших технологий, низкий КПД и высокие цены не позволили в те времена подобным устройствам покинуть лаборатории.

Выпускаемые в настоящее время модули Пельтье благодаря своим уникальным тепловым и эксплуатационным свойствам позволяют достичь необходимого уровня охлаждения компьютерных элементов без больших финансовых затрат.

Конструкция. Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников р- и n-типа проводимости. В зависимости от направления электрического тока через контакт полупроводников разного типа p-n и n-p переходов вследствие рекомбинации зарядов энергия либо поглощается, либо выделяется (рис.1).

Объединение большого количества пар полупроводников р- и n-типа позволяет создавать охлаждающие элементы - модули Пельтье сравнительно большой мощности. Структура такого модуля показана на рис.2.

В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пельтье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла. Внешний вид типового модуля Пельтье показан на рис.3.

Типовый модуль обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение модулей (рис.4). Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье, часто называют активными холодильниками Пельтье или кулерами Пельтье.

Большое значение имеет мощность модуля Пельтье, которая зависит от его размера. Модуль малой мощности не обеспечивает необходимое охлаждение защищаемого электронного элемента (например, процессора). В то же время модуль слишком большой мощности может охладить элемент до уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных цепей (может привести к коротким замыканиям в схеме).

Необходимо отметить, что модули Пельтье в процессе своей работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине необходимо применять не только мощный вентилятор в составе кулера, но и меры по снижению температуры внутри корпуса компьютера для предупреждения перегрева остальных компонентов компьютера. На рис.5 показан внешний вид активного кулера, в составе которого использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Особенности эксплуатации модулей Пельтье следующие:

1) Выделение большого количества тепла требует наличия в составе кулера соответствующих радиатора и вентилятора. Модули Пельтье имеют сравнительно низкий КПД и являются поэтому мощными источниками тепла. Кроме того, эти модули являются мощной дополнительной нагрузкой для блока питания. Мощность блока питания в компьютере приходится поднимать до 250 Вт. А это приводит к необходимости разделить блок питания на несколько блоков.

2) В случае выхода из строя модуль Пельтье изолирует охлаждаемый элемент от радиатора кулера. Это приводит к быстрому нарушению теплового режима защищаемого элемента и выходу его из строя из-за перегрева.

3) Низкие температуры, возникающие в процессе работы холодильников Пельтье избыточной мощности, способствуют конденсации влаги из воздуха. В табл.1 приведена температура конденсации влаги при различной влажности воздуха и температуре окружающей среды.

Таблица 1

Обратите внимание, что при влажности 70% достаточно снизить температуру внутри корпуса всего на 6°, как начнется конденсация влаги. Поэтому нужно точно определять мощность холодильников Пельтье, чтобы избежать опасности конденсации.

4) Современные процессоры предусматривают снижение энергопотребления в зависимости от нагрузки (это предусмотрено и стандартами энергосбережения). Но это плохо сочетается с кулерами Пельтье, рассчитанными на непрерывный режим работы. Необходимо вводить элементы управления кулерами, в противном случае их использовать нельзя.

Появились сообщения об экспериментах по встраиванию миниатюрных модулей Пельтье непосредственно в микросхемы процессоров. Такое решение способствует снижению теплового сопротивления процессора и позволяет повысить его рабочую частоту.

Смотрите другие статьи раздела Электричество для начинающих.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Будет построен тоннель Нью-Йорк - Вашингтон 10.08.2017 Основатель аэрокосмической компании SpaceX и автопроизводителя Tesla Элон Маск (Elon Musk) решил заняться строительством тоннеля между Нью-Йорком и Вашингтоном, который, по его словам, сократит время движения между двумя городами с четырех часов до 29 минут. Впервые об идее прокладки подземного тоннеля, чтобы избавиться от автомобильных пробок, Маск рассказал в конце прошлого года. Однако следует отметить важную деталь - сейчас речь идет о прокладке тоннеля для транспортной системы Hyperloop, а не автомобильном тоннеле, который Маск планирует проложить под Лос-Анджелесом. В июле Элон Маск сообщил о словесном одобрении со стороны правительства строительства компанией Boring Company подземного тоннеля между Нью-Йорком и Вашингтоном с остановками по пути следования в Филадельфии и Балтиморе. Это сообщение было подвергнуто критике представителями массмедиа, утверждавшими, что никаких переговоров по этому поводу не было. Хотя спустя некоторое время представитель Белого дома подтвердил, что администрация провела "многообещающие переговоры" с Элоном Маском и руководством Boring Company. "Мы планируем строить недорогие, быстроходные туннели, в которых будут размещаться новые высокоскоростные транспортные системы. Большинство из них будут стандартными герметичными туннелями с электрическими платформами, достигающими скорости 125 миль в час (201 км/ч). Для дальних маршрутов на прямых линиях, таких как между Нью-Йорком и Вашингтоном, имеет смысл использовать герметичные капсулы в разгерметизированном тоннеле (Hyperloop), чтобы обеспечить скорость до примерно 600 миль в час (966 км/ч)", - сообщил представитель Boring Company ресурсу Wired. Ранее Маск заявлял об отсутствии намерения самостоятельно заниматься Hyperloop ввиду необходимости концентрации на проектах SpaceX и Tesla, если только реализация замысла не затянется. Реализовать его идею сейчас пытается несколько стартапов, включая Hyperloop One и Hyperloop Transportation Technologies.

Другие интересные новости:

▪ Recon Jet: конкурент Google Glass

▪ Карты памяти Transcend объемом 512 ГБ и скоростью 510 МБ/с

▪ Микроконтроллеры TI Hercules RM57Lx и TMS570LCx

▪ Примиальная клавиатура Seneca

▪ Продукты, которые можно есть перед сном

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД). Подборка статей

▪ статья Злоба дня. Крылатое выражение

▪ статья Что такое сасими? Подробный ответ

▪ статья Модернизация тракторного сервомеханизма. Личный транспорт

▪ статья Пожарная опасность электрических источников света. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Доработка АС импортных мини-систем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025