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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Refrigeradores de semiconductores Peltier. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Electricidad para principiantes. El funcionamiento de los modernos componentes electrónicos de alto rendimiento que forman la base de las computadoras se acompaña de una importante disipación de calor, especialmente en los modos de overclocking. El funcionamiento eficiente de dichos componentes requiere medios de refrigeración apropiados. Como regla, tales medios son radiadores y ventiladores tradicionales. Sus parámetros mejoran constantemente, sin embargo, han aparecido medios de enfriamiento como los refrigeradores de semiconductores Peltier y se han vuelto populares en el mercado de las computadoras. En los años 60 y 70, la industria de la URSS intentó producir refrigeradores domésticos pequeños Peltier. Sin embargo, la imperfección de las tecnologías existentes, la baja eficiencia y los altos precios no permitieron que tales dispositivos salieran de los laboratorios en ese momento. Debido a sus propiedades térmicas y de rendimiento únicas, los módulos Peltier producidos actualmente permiten lograr el nivel requerido de enfriamiento de los elementos de la computadora sin grandes costos financieros. diseño. El efecto Peltier se observa con mayor fuerza en el caso de los semiconductores de tipo p y n. Dependiendo de la dirección de la corriente eléctrica, la energía es absorbida o liberada a través del contacto de semiconductores de diferentes tipos de uniones pn y np debido a la recombinación de cargas (Fig. 1).
La combinación de una gran cantidad de pares de semiconductores de tipo p y n le permite crear elementos de enfriamiento: módulos Peltier de potencia relativamente alta. La estructura de dicho módulo se muestra en la Figura 2.
Como resultado del paso de una corriente eléctrica de cierta polaridad, se forma una diferencia de temperatura entre los radiadores del módulo Peltier: un radiador funciona como un refrigerador, el otro radiador calienta y sirve para eliminar el calor. La apariencia de un módulo Peltier típico se muestra en la Fig.3.
Un módulo típico proporciona una diferencia de temperatura significativa, que es de varias decenas de grados. Para aumentar la diferencia de temperatura, es posible la conexión en cascada de los módulos (Fig. 4). Los dispositivos de enfriamiento basados en módulos Peltier a menudo se denominan enfriadores Peltier activos o enfriadores Peltier.
De gran importancia es la potencia del módulo Peltier, que depende de su tamaño. El módulo de bajo consumo no proporciona la refrigeración necesaria del elemento electrónico protegido (por ejemplo, un procesador). Al mismo tiempo, un módulo con demasiada potencia puede enfriar el elemento hasta el nivel de condensación de humedad del aire, lo que es peligroso para los circuitos electrónicos (puede provocar cortocircuitos en el circuito). Cabe señalar que los módulos Peltier emiten una cantidad relativamente grande de calor durante su funcionamiento. Por esta razón, es necesario usar no solo un ventilador potente como parte del enfriador, sino también medidas para reducir la temperatura dentro de la carcasa de la computadora para evitar el sobrecalentamiento de otros componentes de la computadora. La figura 5 muestra la apariencia de un enfriador activo, que incluye un módulo de semiconductores Peltier.
Características de operación Los módulos Peltier son los siguientes: 1) La liberación de una gran cantidad de calor requiere la presencia de un disipador de calor y un ventilador adecuados en el enfriador. Los módulos Peltier tienen una eficiencia relativamente baja y, por lo tanto, son potentes fuentes de calor. Además, estos módulos son una potente carga adicional para la fuente de alimentación. La potencia de la fuente de alimentación en la computadora debe elevarse a 250 vatios. Y esto lleva a la necesidad de dividir la fuente de alimentación en varios bloques. 2) En caso de falla, el módulo Peltier aísla el elemento enfriado del radiador enfriador. Esto conduce a una rápida violación del régimen térmico del elemento protegido y su falla debido al sobrecalentamiento. 3) Las bajas temperaturas que se producen durante el funcionamiento de los frigoríficos Peltier con exceso de potencia contribuyen a la condensación de la humedad del aire. La Tabla 1 muestra la temperatura de condensación de la humedad a diferentes niveles de humedad del aire y temperatura ambiente. Tabla 1
Tenga en cuenta que con un 70% de humedad, es suficiente reducir la temperatura dentro de la carcasa solo 6 °, ya que comienza la condensación de humedad. Por lo tanto, es necesario determinar con precisión la potencia de los refrigeradores Peltier para evitar el peligro de condensación. 4) Los procesadores modernos prevén una reducción en el consumo de energía dependiendo de la carga (esto también está previsto por los estándares de ahorro de energía). Pero esto no va bien con los enfriadores Peltier diseñados para un funcionamiento continuo. Se deben ingresar los controles del enfriador, de lo contrario no se pueden usar. Ha habido informes de experimentos sobre la incorporación de módulos Peltier en miniatura directamente en los chips del procesador. Esta solución ayuda a reducir la resistencia térmica del procesador y le permite aumentar su frecuencia de funcionamiento.
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