|  ---熱電冷卻系統(tǒng)問世已經(jīng)很久了,但到目前為止它們?nèi)允遣挥每諝饣驂嚎s機進行電路冷卻的最有效方式。它們的工作原理是什么？怎樣使用？如何為具體的應用選擇合適的熱電器件？
珀耳帖效應
---熱電冷卻的物理基礎是珀耳帖效應。流經(jīng)兩種有不同傳導性的半導體材料的電子在通過一種材料時會吸收周圍的熱量,在通過另一種材料時會釋放熱量。
---通過適當?shù)脑O計,可以用這些材料制成一側(cè)熱一側(cè)冷的小模塊。僅靠這種熱電模塊也許不適合多數(shù)冷卻應用,但它們卻是熱電冷卻系統(tǒng)的核心。加上散熱片、風扇、鰭片、冷卻片、水套等,可以用熱電器件制成空調(diào)器、水冷卻器和冷卻片,見圖1。 比較：常規(guī)制冷
---因為熱電冷卻屬于固態(tài)制冷,所以有緊湊、耐用的優(yōu)點。與蒸汽循環(huán)制冷系統(tǒng)相比,熱電冷卻器沒有活動部件（除風扇外）,沒有流體,不需要笨拙的管道和機械壓縮機。這種堅固性允許熱電冷卻用在不能采用常規(guī)制冷的地方,如熱電冷卻片被用于冷卻安裝在噴氣式戰(zhàn)斗機翼尖的無線電設備。精確的尺寸和重量要求及苛刻的超重狀態(tài)不能使用常規(guī)制冷方式。
---熱電器件還有一個能比常規(guī)制冷控制更小溫度范圍的優(yōu)點。熱電器件可以把目標溫度控制在±1℃或更小的范圍,而常規(guī)制冷的溫度波動在幾度攝氏的范圍。
---不幸的是,模塊往往價格昂貴,限制了它們用在需要1kW/h以上制冷能力的應用中。熱電模塊兩側(cè)可以達到的最大溫差也有限。不過,在需要高溫差的應用中,模塊可以通過一個摞一個的方式連在一起。一個模塊的冷端是另一個模塊的熱端,用這樣的方式可以獲得較低的溫度。 機箱冷卻
---除模塊本身外,今天制造的大多數(shù)熱電器件也許是空調(diào)器。熱電空調(diào)大部分用于機箱冷卻,特別是電子設備機箱的冷卻。這些空調(diào)器通常是為直接安裝在機箱壁設計的,這樣可以在空調(diào)器和機箱之間形成嚴格的密封。因為熱電技術(shù)的固態(tài)性,這些空調(diào)器在機箱和周圍環(huán)境之間不交換空氣或其他物質(zhì)。如果必須把精密電子儀器或特殊材料保留在惡劣的環(huán)境,這可能是一個重要的有利條件。
---機箱的尺寸、熱負荷和環(huán)境條件有很大的不同,被熱電空調(diào)器冷卻的機箱有環(huán)境試驗箱、船用冰箱和ATM等多種應用。用這種方法冷卻計算機電路板卡尤其普遍,如通過與微型熱電冷卻片直接接觸來冷卻個人電腦芯片。
---熱電空調(diào)器還適合Class 1 Division 1（含）以上的危險環(huán)境。這種器件必須設計成即使工作在有爆炸性氣體的環(huán)境也不會導致爆炸。這種器件不能有風扇,因為旋轉(zhuǎn)的扇葉可能會產(chǎn)生靜電。 參數(shù)選擇
---由于熱電冷卻器常被用于冷卻機箱,所以某些材料的選擇常圍繞這個應用。對熱電冷卻器的選擇取決于某些技術(shù)參數(shù)。特別是工程師需要了解機箱的表面積、機箱的理想溫度、環(huán)境溫度、機箱的隔熱能力和機箱內(nèi)的有源負荷。
---實際上,熱電器件的選擇現(xiàn)在非常簡單。多數(shù)冷卻器制造商在他們的網(wǎng)站有可供免費下載的“尺寸計算軟件”。在提示用戶輸入所需的全部數(shù)據(jù)后,這類軟件運行全部必要的計算并推薦一個或多個適用的產(chǎn)品。
---此外,還可以通過性能曲線選擇熱電器件。性能曲線描述不同溫差值下的泵熱能力。使用性能曲線需要工程師對冷卻器的散熱能力有一定的了解。并不是所有廠商都用同一種方法衡量產(chǎn)品性能,因此在比較不同廠商的數(shù)據(jù)時要當心。
---無論是通過尺寸計算軟件還是通過比較性能曲線進行選擇,工程師都要對熱電冷卻器安在哪里和如何安裝有一定了解,如把熱電空調(diào)器直接安在機箱壁上,它們也許不會侵占機箱空間。此外,熱電空調(diào)器一般沒有方向性,除一些液體冷卻器外,熱電技術(shù)沒有上下左右之分,因此熱電空調(diào)器可以用在機箱的上、下或任何一個側(cè)面。
---熱電器件的功率需求有很大的不同。雖然模塊本身只能工作在直流下,但空調(diào)器、液體冷卻器或冷卻片既能工作在直流下,也能工作在交流下,可用的電壓和頻率范圍也很廣。即使功率規(guī)格不常見,熱電器件通常也能配合使用。  注意額定值
---在比較熱電器件時,清楚機箱溫度和環(huán)境溫度之間的理想溫差是重要的。按慣例,熱電器件的額定溫差通常為0℃,即機箱溫度和環(huán)境溫度平衡。實際應用常要求負溫差,即機箱溫度比環(huán)境溫度低。而要求機箱溫度高于環(huán)境溫度的應用不太常見。
---多數(shù)情況下,這類冷卻通常用敞開機箱或安裝風扇來實現(xiàn)。不過,如果一個應用既要機箱保持密封,還要維持在某個溫度以上（如高于露點溫度）,那么也許需要高于環(huán)境溫度的主動冷卻。
---在選擇熱電冷卻器時,工程師要當心,不要受器件額定值誤導。冷卻器的散熱量和機箱與周圍環(huán)境的溫差有關,見圖2。
---任何給出0℃溫差下的性能額定值的冷卻器在20℃溫差下會獲得更高的性能額定值,因此在比較額定值相同的產(chǎn)品時必須當心。嚴格和一致將帶來最一致和可靠的結(jié)果。
（李維譯） |
