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:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива AM4376 - новое поколение процессоров Sitara 23.05.2016 Компания Texas Instruments представляет новую линейку мощных вычислительных процессоров Sitara - AM4x. Реализованный на базе ядра Cortex-A9 с улучшенной производительностью модуля Vector Floating Point, новый процессор AM4376 позволяет повысить производительность всей системы на 40% по сравнению с предыдущим поколением процессоров Sitara. AM4376 содержит новые аппаратные модули и обладает еще более высоким уровнем интеграции: два интерфейса камеры, интерфейс QSPI-NOR, до 512 кБайт встроенной памяти, продвинутая подсистема дисплея, два ядра АЦП и многое другое. Отдельно стоит отметить два модуля PRU-ICCS, которые вместе предоставляют пользователю 4 дополнительных вычислительных модуля реального времени с детерминированным прямым доступом к выводам I/O. Подсистема PRU-ICCS позволяет расширить возможности периферийных модулей или разгрузить от вычислений основное ядро. Благодаря подсисистеме PRU-ICCS у разработчиков появилась возможность реализовывать двойные одновременные протоколы с резервированием, такие как PROFINET®, POWERLINK®, EtherNet/IP™, BISS и другие. Криптографический модуль доступен в любом процессоре серии AM437x. Модуль защиты (Secure Control Module - SCM) от нелегального клонирования или обновления программного обеспечения доступен только в процессорах AM437xHS.

Другие интересные новости:

▪ Нанокомпозит на графене и кремнии улучшит литиево-ионные аккумуляторы

▪ Искусственное солнце для Тироля

▪ Концерт после инсульта

▪ Игровая портативная консоль GPD WIN4 2023

▪ 5-нм чип IBM

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Сухомлинский Василий Александрович. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему регулярное потребление алкоголя, даже умеренное, вредно для организма? Подробный ответ

▪ статья Копировщик. Должностная инструкция

▪ статья Смоляномасляные олифы. Простые рецепты и советы

▪ статья Четыре короля. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025