半导体制冷片为什么没有在桌面级散热中广泛应用?

田贵溯


用半导体冷片给cpu散热,那么问题来了,我还得买风扇给冰片散热……左右都是在一个机箱里,有这成本我可以买更大的鳍片换更大的风扇不好么?[捂脸]


白给中年人


图为半导体制冷片的原理。


简单来说,效率低,成本高,没必要。

1.效率低

用制冷功率适合一般桌面级CPU的半导体制冷片12715来说,其制冷功率约为140W,但是本体的额定电功率却至少高达144W,这意味着高达100%的能源浪费,同时对散热器施加了额外100%的散热压力。考虑到热面温度过高效能下降的情况,效能会比理论计算更低。

也就是说,如果要压制125W的TDP的cpu,本来只需要150W左右的散热器就行,现在却需要300W了,反而等效于降低了散热效率。

2.成本高

即使是127对PN结的12715的成本也高达40-50元,然而非发烧级的中塔式风冷(可以承受125-250W的TDP)仅售80-150。

3.没必要

半导体制冷的优势在于,他可以营造一个高温差环境来提升热交换速率。

半导体制冷的本质相当于一个热交换加速器,但是其本身的导热效率是很低的,根本不能和硅脂填充的金属直触的导热效率相比,之所以会用在手机散热器上,是因为手机的背板热交换效率非常差,而且不能使用填充剂(往手机背板涂硅脂,疯了吧),所以需要高温差环境来提升热交换效率。而桌面级CPU的瓶颈在散热面积和风量,无脑加鳍片和扇子的风量静压就可以提供很好的散热效率,根本没有必要用高温差环境提升CPU到散热器之间的热交换效率。


穷Sao


读者可以自己动手用半导体制冷片制作小冰箱吗?可以,没问题!

实际上,半导体制冷片在桌面级散热中不是没有被使用,反而在某些桌面级散热中一直在使用,使用中还展现出了其独特的优点;至于它在桌面级散热中应用不够广泛的问题,那是因为它除了优点之外,还存在某些缺点。为了说明它的优点和缺点,以及在桌面级散热中选用不选用它所依据的原则,最好是从半导体制冷片的工作原理说起。等大家明白了它的工作原理以后,一旦遇到需要设计桌面级散热问题时,选不选用半导体制冷片,自然自己也就容易定夺了。

我们先考虑一个现象,使用过半导体收音机、电子管收音机、具有拉杆天线电视机的读者都知道,用另外一个金属体接触它们的拉杆天线时,会听到“卡吧卡吧”的声音,电视屏幕上会出现明显的干扰线条。其原因在于两种不同的金属或半导体之间,在相同温度下,具有不同的自由电子密度,二者相互接触时,简单地说,由于自由电子密度的不同,出现了电势高低之差,自由电子就会从密度高的一方流向密度低的一方,这种电流开始流动时会产生电流瞬变波谱,从而干扰了收音机、电视机的信号接受。其实,除了其它金属接触拉杆天线外,任何两种金属或半导体,在每个温度下都具有特定的电势差,这种物理现象叫作塞贝克效应。利用塞贝克效应,测量特定两种金属或半导体接触点之间的电势差,就可以知道它们接触点位置的温度,这种测温用的电子元件叫作热电偶。用于选择构成热电偶的金属间组合或金属半导体间组合的考虑因素,一般包括塞贝克系数的大小、使用的温度范围、塞贝克效应的线性度区间、成本等。目前常用的热电偶包括,铁—康铜热电偶、镍铬硅—镍硅热电偶、镍铬—铜镍(康铜)热电偶、镍铬—镍硅(镍铝)热电偶、铂铑—铂热电偶等。

上面说的是没有与电源相连接的两种金属或半导体间的接触;那么如果将相互接触的两种金属或半导体改为与电源正负极相连接的时候,又会是什么样子呢?这时候它们的接触点会变冷或变热,即出现接触点吸收热量或放出热量的现象;如果改换与之相连接的电源极性,即改变电流流向,原来变冷的接触点会改为变热,原来变热的接触点会改为变冷,即吸热的变为放热,或者放热的改为吸热。其吸放热的多少与金属或半导体的种类有关,与电流的大小成正比。电致吸热(电致冷)的现象叫作帕尔贴效应,它是在1834年由法国科学家帕尔贴首先发现的;而电致发热(非电阻加热)的现象叫作汤姆逊效应,与本文无关,暂不讨论它。利用帕尔贴效应,可以制作出非电阻式加热元件或电致冷元件。优化金属或半导体间的组合,就可以获得更佳的加热或制冷效果。半导体制冷片就是利用这种帕尔贴效应制作出来的电致冷元件。

半导体制冷片目前被大量用于,军事领域的导弹、雷达、潜艇等系统内红外探测器或者红外导航仪的冷阱;医疗卫生领域的冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等方面;在实验室内,主要用于冷阱、冷槽、小型冷箱、低温电子测试装置、各种恒温低温实验仪片等;在专用设备方面,包括石油产品低温测试仪、生物化学产品低温测试仪、细菌培养箱、低温恒温显影槽,大型超级电脑等;日常生活方面,用于小型空调、小型专用冷藏箱等,据说有位单身狗自己动手用半导体制冷片制作了一台自用的小型冰箱放在自己的桌子上。

半导体制冷片的优点是,无冷媒,环保无污染;全部部件无旋转,无滑动,无振动,无噪声,长寿命,易安装;即可制冷,更换电源正负电极极性就可以制热,而且制热效率永远大于制冷效率(因为电流流过产生的焦耳热对制热可以起到加强作用,而对于制冷却多多少少扯了点后腿);因为半导体制冷属于电能与热能之间的直接转化,可以通过控制电流来高精度地控制温度,再加上温度测控电路,很容易实现遥控、程控、自动控制;半导体制冷片热惯性小,制冷制热都非常快,甚至一分钟之内就可达到最大温差;半导体制冷片还可以逆向使用,进行中低温区温差发电;半导体制冷片允许积木式连接,通过串联或并联,制冷功率能够在毫瓦级到万瓦级之间任意组合;半导体制冷片的制冷温度范围宽,可以在在正90℃到负130℃之间任意精确调节。

半导体制冷片的缺点与其优点一样,都十分鲜明,因此限制了它的广泛应用。半导体制冷片在开始使用前,热端温度必须低于80℃,否则开始工作后热端温度会继续升高,以致造成器件短路或断路,使其报废;必须使用直流电源,波纹系数应小于10%;半导体制冷片在作制冷制热交换使用时,两端面必须先降到室温(大约在15分钟以上)方可转换电源极性,否则陶瓷片可能会炸裂。

如果读者购买半导体制冷片进行手工制作时,可按照使用说明书的指导实施操作;其中需要注意是,散热板、储冷板与半导体制冷片之间导热薄层粘接,以及散热板与储冷板之间隔热材料填充。

下面三张照片分别是半导体制冷片以及带有散热片与储冷板的半导体制冷片、用半导体制冷片制作的宠物空调箱。





梁瑞林


温度高了压不住,温度低了还结霜!你说气人不![抠鼻]


坏8小8孩


能耗大,制冷量小。


喷我的小心


咱脑抽了也玩过这个,发现根本压不住!制冷功率跟不上cpu发热的功率,而且制冷片一面制冷另外一边发热,比cpu发的热更厉害,风扇压不住!一开机开点小游戏cpu报警机箱也报警,打开机箱一股热浪,拆下来的时候cpu导热硅脂都化了!


精浓于血


起霜问题是个大问题,时间稍微一长,就容易到处流


Mr张62625914


1,制冷效率低于1,不是好的制冷手段

2,低温不代表散热效率高,相反,制冷片在一面制冷时,另一面不仅有制冷片转移的热量还有制冷片产生的热量,如果不能有效带出机箱,反而会使机箱内环境温度恶化

3,散热是需要使需要散热的设备尽量与环温一致,如果被散热设备温度低于环温,会产生凝水,而凝水有使电路板短路的危险


认证失败的丐帮帮主


目前我们桌面级别的电脑使用的主要有水冷和风冷两种散热方式。由于风冷技术比较成熟,制作难度低总体来说效果还可以所以应用的最广泛。

水冷相对来说成本比较高,安装比较困难,维护也相对麻烦一些,所以普及率并不如风冷高。衡量一个系统是否可用?除了成本制造难度以外,还要在效率和维护方面多方面的权衡,目前我们使用的风冷和水冷系统就是两种经过权衡比较成熟的方案。

半导体制冷片通过电压驱动时半导体制冷片两端产生温差来制冷。普遍用于一些车载冰箱之类的场景,制冷片在制冷的时候一端很冷,但是另一端很热不得不需要很强的散热系统来进行散热,最终还是要通过丰隆系统或者水冷系统来给散热片降温。并且由于另一端寒冷所以很容易结霜产生水珠,这对于主板这样的电路来说是致命的。


风来了156


因为制冷不会无中生有,制冷片也是需要热端散热并且效率低于1。如果你有一块140W的CPU假设满功耗运行你就需要一块近140W的制冷片并且算上导热等各方面损失实际温度也是>0℃的,制冷片还需要另外散热,散热也要达到这么多功耗。属于脱裤子放屁行为,有给高功耗制冷片散热的能力何不直接用于CPU散热,一般玩制冷的都是定制极限玩家,用多块高功耗制冷片给CPU散热除了液氮之外应该是最容易做到CPU低温而且成本很高为了导热面积大入门用4块一组30-50W制冷片一块价格就要几十,还不算水路水泵冷排等成本,普通用户最多也就买个百元散热器甚至用送的散热器接受不了这种价格。


分享到:


相關文章: