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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Frigoriferi a semiconduttore Peltier. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Elettricità per principianti Il funzionamento dei moderni componenti elettronici ad alte prestazioni che costituiscono la base dei computer è accompagnato da una significativa dissipazione del calore, soprattutto nelle modalità di overclocking. Il buon funzionamento di tali componenti richiede opportuni mezzi di raffreddamento. Di norma, tali mezzi sono radiatori e ventole tradizionali. I loro parametri sono in costante miglioramento, tuttavia, tali mezzi di raffreddamento come i frigoriferi a semiconduttore Peltier sono apparsi e sono diventati popolari sul mercato dei computer. Negli anni '60 e '70, l'industria dell'URSS ha tentato di produrre frigoriferi domestici di piccole dimensioni Peltier. Tuttavia, l'imperfezione delle tecnologie esistenti, la bassa efficienza e i prezzi elevati non consentivano a tali dispositivi di lasciare i laboratori in quel momento. Grazie alle loro proprietà termiche e prestazionali uniche, i moduli Peltier attualmente prodotti consentono di raggiungere il livello richiesto di raffreddamento degli elementi del computer senza ingenti costi finanziari. disegno. L'effetto Peltier è più fortemente osservato nel caso di semiconduttori di tipo p e n. A seconda della direzione della corrente elettrica, l'energia viene assorbita o rilasciata attraverso il contatto di semiconduttori di diversi tipi di giunzioni pn e np a causa della ricombinazione delle cariche (Fig. 1).
La combinazione di un gran numero di coppie di semiconduttori di tipo p e n consente di creare elementi di raffreddamento: moduli Peltier di potenza relativamente elevata. La struttura di tale modulo è mostrata in Figura 2.
A seguito del passaggio di una corrente elettrica di una certa polarità, si forma una differenza di temperatura tra i radiatori del modulo Peltier: un radiatore funziona come un frigorifero, l'altro radiatore si riscalda e serve a sottrarre calore. L'aspetto di un tipico modulo Peltier è mostrato in Fig.3.
Un modulo tipico fornisce una differenza di temperatura significativa, che è di diverse decine di gradi. Per aumentare la differenza di temperatura è possibile il collegamento in cascata dei moduli (Fig. 4). I dispositivi di raffreddamento basati su moduli Peltier sono spesso indicati come dispositivi di raffreddamento Peltier attivi o dispositivi di raffreddamento Peltier.
Di grande importanza è la potenza del modulo Peltier, che dipende dalle sue dimensioni. Il modulo a bassa potenza non fornisce il necessario raffreddamento dell'elemento elettronico protetto (ad esempio, un processore). Allo stesso tempo, un modulo con troppa potenza può raffreddare l'elemento fino al livello di condensazione dell'umidità dall'aria, che è pericoloso per i circuiti elettronici (può causare cortocircuiti nel circuito). Va notato che i moduli Peltier emettono una quantità relativamente grande di calore durante il loro funzionamento. Per questo motivo è necessario utilizzare non solo una potente ventola come parte del dispositivo di raffreddamento, ma anche misure per ridurre la temperatura all'interno del case del computer per evitare il surriscaldamento di altri componenti del computer. La Figura 5 mostra l'aspetto di un dispositivo di raffreddamento attivo, che include un modulo semiconduttore Peltier.
Caratteristiche di funzionamento I moduli Peltier sono i seguenti: 1) Il rilascio di una grande quantità di calore richiede la presenza di un adeguato dissipatore e ventola nel radiatore. I moduli Peltier hanno un'efficienza relativamente bassa e sono quindi potenti fonti di calore. Inoltre, questi moduli costituiscono un potente carico aggiuntivo per l'alimentazione. La potenza dell'alimentatore nel computer deve essere aumentata a 250 watt. E questo porta alla necessità di dividere l'alimentatore in più blocchi. 2) In caso di guasto, il modulo Peltier isola l'elemento raffreddato dal radiatore di raffreddamento. Ciò porta a una rapida violazione del regime termico dell'elemento protetto e al suo guasto dovuto al surriscaldamento. 3) Le basse temperature che si verificano durante il funzionamento dei frigoriferi Peltier con potenza eccessiva contribuiscono alla condensazione dell'umidità dall'aria. La tabella 1 mostra la temperatura di condensazione dell'umidità a diverse umidità dell'aria e temperatura ambiente. Tabella 1
Si noti che al 70% di umidità è sufficiente ridurre la temperatura all'interno della custodia di soli 6 °, poiché inizia la condensazione dell'umidità. Pertanto, è necessario determinare con precisione la potenza dei frigoriferi Peltier per evitare il pericolo di condensa. 4) I moderni processori prevedono una riduzione del consumo energetico in funzione del carico (questo è previsto anche dagli standard di risparmio energetico). Ma questo non va bene con i raffreddatori Peltier progettati per il funzionamento continuo. È necessario immettere i controlli del dispositivo di raffreddamento, altrimenti non possono essere utilizzati. Ci sono state segnalazioni di esperimenti sull'incorporamento di moduli Peltier in miniatura direttamente nei chip del processore. Questa soluzione aiuta a ridurre la resistenza termica del processore e consente di aumentarne la frequenza operativa.
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