用半导体制冷片为CPU降温

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生产厂家 河北宇翔电子有限公司
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承德职业学院学报 2005 年第 4 期 JOU RNAL O F CH EN GD E VO CA T IONAL COLL EGE NO. 4. 2005
1. 电致冷组件的散热方式有: 水冷式、自然风冷式和强 表 3:
迫风冷式。 但无论采用何种方式, 散热条件一定要好, 热面 温度不得超过 90℃。
2. 电源可直接用 6V 直 流 电 ( 如 蓄 电 池) , 也 可 采 用 220V 6V 交直流变换器, 但 6V 输出电压的纹波系数应小 于 10% , 以感性滤波为宜。
后摸一下就知道了。 2、半导体制冷片的热端一定要有良好的散热, 因为它
的冷端温度决定于它的热端温度, 而且半导体制冷片是有 一定的正常工作温度的, 超出的话, 就会烧毁。 所以, 半导 体制冷块的热端要加装散热风扇或是水冷式散热器。
3、是降温还是“冷冻”。 也许有人认为, CPU 工作时温度越低越好, 其实几乎 所有电子元件正常工作时的环境温度在负 10℃至 40℃, CPU 当然也不例外。P 5 类CPU 的功率一般都小于30W , 发 热功率则小于 10W , 而CT 1—12703 的制冷功率大于 33W , CT 1—12705 的制冷功率则大于 50W , 如果散热良好, 它们 完全可能使CPU 工作在接近0℃甚至0℃以下, 但这并不是 我们所希望的。 4、结露问题。 当半导体制冷片陶瓷表面的温度降至一定程度时, 就 不可避免地会产生结露现象, 在电脑机箱中这种情况绝对 不允许发生。In tel 公司在过去的研究中已经发现了结露这 个问题, 所以工作中应当避免半导体制冷片从一个骤冷的 环境到一个骤热环境中去, 也可以让半导体制冷器的冷面 工作在 20℃左右为宜; 可以通过调整制冷片电压或散热片 风扇转速来调节。 本次实验中没有出现结露问题。 5、制冷条件。 半导体制冷的热面温度不应超过 60℃, 否则就有损坏 的可能。若在额定的工作电压 (12V ) 下, 一般的散热风扇根 本无法为制冷片提供足够的散热能力, 容易造成制冷片过 热损坏。 同时千万不要在无散热的情况下为制冷片长时间 通电, 会造成制冷片内部过热而烧毁。 6、各部分相接触的地方都要涂导热硅胶。
目前帮助CPU 散热的方式有很多种, 用户最熟知的应 该要算风冷散热, 它由散热片和风扇构成。 这种散热方式 的原理很简单, CPU 产生的热量直接传递到散热片, 风扇 的转动产生气流将散热片蓄积的热量带走。 风冷散热器的
制造成本低, 可操作性强, 使用起来也较安全, 所以普及程 度相当高。 但是由于受制于风冷原理自身, 散热效果的改 善是较小的。下面就将几种时下流行的CPU 致冷方式做一 比较 (如表 1 所示) : 表 1:
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注解: 导热硅脂是一种白色高分子材料。 不易挥发, 耐 高温。 涂于物体的接触面, 导热效果可以增大 2～ 3 倍。
5、实验参数: (见表 3)
CPU 型号
常规制冷时的温度 安装制冷片后的温度
降温幅度
制冷片稳定性
Celeron 400
46. 8—47. 2℃
41. 2—42. 3℃
5℃左右
稳定
Celeron 700
2、主要元件: 6V 直流电源 (外接) 半导体制冷片 散热片及风扇
硅胶 (导热硅脂)
表 2:
型号 T ES1212740
1V 2A 6V
△Tm ax ≥66℃
Qm ax 33. 40W
4、组装如下:
所应用的CPU 监测软件: CPU COOL 3、本次实验制冷片规格如下:
L ×B ×H 30×30×3. 2mm
. 正确的安装、组装方法: 1. 制冷片一面安装散热片, 一面安装导冷系统, 安装表
面平面度不大于 0. 03mm , 要除去毛刺、污物。 2. 制冷片与散热片和导冷块接触良好, 接触面须涂有
一薄层导热硅脂。 3. 固定制冷片时既要使制冷片受力均匀, 又要注意切
勿过度, 以防止瓷片压裂。 . 注意:
2、温差电致冷组件致冷原理: 如上图把若干对半导体 热电偶在电路上串联起来, 而在传热方面则是并联的, 这就 构成了一个常见的致冷热电堆。 按图示接上直流电源后, 这个热电堆的上面是冷端, 下面是热端。 借助热交换器等 手段, 使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度, 把热 电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温, 这就是温差电致 冷组件的工作原理。
单一散 散热片
半导体 压缩机 液氮
散热方式
水冷
热片 + 风扇
制冷 制冷 制冷
复杂程度 很低 低 较高 较低 高 很高
成本 很低 一般 较高 一般 高 高
散热效果 不好 一般 好 好 很好 很好
通过上述比较不难看出, 在兼顾复杂程度、成本、散热 效果三方面的同时, 半导体制冷技术是一种行之有效且简
用半导体制冷片为C PU 降温
● 承德职业学院 申 勇
摘 要: 本文从CPU 的散热问题出发, 简介了几种时下流行的 CPU 散热方式, 然后重点介绍了半导体制冷 片的工作原理、制冷特点, 并通过实验测试验证了半导体制冷片的工作稳定性、性能及降温效果。同时介绍了半导 体制冷片的选型要诀及注意事项。 关键词: 半导体制冷; 半导体制冷片; 帕尔贴效应; 温差; 实验测试 中图分类号: TN 30 文献标识码: A 文章编号: 1673- 2758 (2005) 04- 0073- 04
CPU 作为电Leabharlann 的核心部分一直以来都受到格外的关 注, 近几年来其制造工艺、集成度以及主频经历了一次次质 的飞跃, CPU 的性能也得到了极大的提高。 虽然每次主频 的提高CPU 的电压都在不断下降, 但是由于半导体管的数 量的增加, 电流的加大, 功耗也在不断地提升, 随之而来的 是CPU 温度的不断提升。 用一个性能较好的散热器, 打造 一个稳定的散热环境, 可以说对CPU 工作时的性能起决定 性作用。CPU 和散热器制造工艺的改善给用户带来的最大 好处就是CPU 的超频能力进一步得到提高。 超频后, CPU 必然将产生更多的热量, 如果散热措施不理想, 不能及时将 CPU 产生的热量带走, CPU 内部就会出现电子迁移现象, 它直接导致的结果便是死机现象。
测试, 以及表 3 中所测得的实验数据可以证明半导体制冷 片具有良好的工作稳定性, 并具有明显的致冷降温效果。 可见, 半导体制冷片应用于 CPU 的降温是可行的, 且效果 是相当好的。
四、半导体制冷片选型要诀 制冷器型号繁多, 适合不同之用途, 现将选择方法介绍 给大家: 选型要诀一: 制冷片的参数有下面几个: 最大温差: 冷 面 热面的最大温度差, 都在65～ 68℃之间; 最大电压: 允许 加的最大电压一般在 1. 9～ 15. 4 伏, 超过这个电压不但不 能制冷反而会制热! 外形尺寸越小, 这个允许电压也越小, 跟厚度关系不大。 制冷功率: 当然越大越好, 外形尺寸越 大, 制冷量越大, 相同尺寸, 一般是厚度越薄, 制冷量越大, 相应的电流也越大。 不同型号的制冷量从 3. 9～ 68 瓦! 选型要诀二: 确定外形尺寸。 大多数是方形从 15× 15mm 到 40×40mm , 可根据不同芯片的大小来定。 还有厚 度问题, 从 3. 2～ 4. 5mm , 由于制冷片要夹在芯片和散热片 中间, 所以如何固定要事先考虑好。 选型要诀三: 确定制冷量。 根据芯片的发热功率来选。 比如早期的奔腾芯片, 自身功耗达13W , 那么理论上说只要 有一个制冷量为 13W 的制冷片就可以把奔腾发出的热量 全部吸收! 实际上, 大型制冷片的制冷量可高达 40～ 68W ! 所以绝对能把 CPU 的热量吸得一干二净, 当然, 代价是要 给它提供足够的电源功率和良好的散热环境。 五、注意事项 1、不要搞错冷热端, 分辨冷热端的方法很简单, 通电以
二、半导体制冷片的特点 1、无噪音、无磨损、运行可靠、维护方便、体积小、重量 轻, 可大大缩小整机体积。 它只需要一种特殊结构的半导 体, 通上电就可以打破热平衡; 2、冷却速度快, 其冷却速度可通过调节工作电流来控 制, 便于手动和自动控制; 3、半导体致冷在小功率致冷时效率高、成本低;
4、可通过改变电流的方向达冷却和加热的两种目的; 5、不使用制冷剂, 不污染环境; 6、半导体制冷片可以高精度地控制温度, 可以在各种 特殊条件下工作; 由于半导体致冷具备了上述优点完全适合 CPU 的降 温, 所以用在CPU 的降温是完全可行的。 三、关于本次实验测试 本实验通过在 CPU 顶部与散热器之间加一块半导体 制冷片, 用制冷片的冷端来进行散热。 由于此法采用的是 主动制冷而不是被动散热, 可以收到良好的降温效果。 实 验通过在服务器和电脑 CPU 上应用半导体制冷片来测试 半导体制冷片的稳定性、性能及对CPU 的降温效果。 1、半导体制冷片外观:
32. 1—33. 4℃
25. 2—26. 5℃
7℃左右
稳定
注解: 表 3 中的“常规制冷时的温度”是指使用散热片+ 风扇制冷时CPU 运行 2 小时左右的温度,“安装制冷片后的温度”是指在安装制 冷片后开机运行 2 小时左右的CPU 温度。
6、实验结论: 通过在服务器和电脑 CPU 上对半导体制冷片的降温
下面就将几种时下流行的cpu致冷方式做一比较如表1所示散热方式单一散风扇水冷半导体制冷压缩机制冷液氮制冷复杂程度很低较高较低很高成本很低一般较高一般散热效果不好一般很好很好通过上述比较不难看出在兼顾复杂程度成本散热效果三方面的同时半导体制冷技术是一种行之有效且简单易行的对cpu降温的方法
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单易行的对CPU 降温的方法。下面我们就来详细介绍一下 半导体制冷技术以及使用半导体制冷片为 CPU 降温所做 的实验测试。
一、工作原理 1834 年, 法国科学家帕尔贴发现了热电致冷和致热现 象, 即金属温差电逆效应。 由两种不同金属组成一对热电 偶, 当热电偶输入直流电流后, 因直流电通入的方向不同, 将在电偶结点处产生吸热和放热现象, 称这种现象为帕尔 贴效应。帕尔贴效应早在200 年之前发现, 但是用到致冷还 是近几十年的事。 我国于 1956 年开始研究半导体致冷器, 它是半导体技术领域中一个特殊的分支。 半导体制冷片原用于小冰箱及低压供电的制冷场所。 现在一般有 12V 3A 及 12V 5A 的两种规格。当通电后, 其 两个表面产生温差 (一面吸热, 一面放热) , 利用其可以制冷 的特点可用于CPU 降温。 现在简要地介绍一下它的性能参数: 功率: 电源 2v～ 15v, 消耗电流 3A —8A , 最大功耗高达 68W ! 如果电脑电源可以承受这样的功率, 则可以直接使用 电脑电源, 否则只能使用外接电源。 制冷量: 温差最大可达65 度! 将冷面对准芯片, 热面贴 巨型散热片和风扇, 假如你提供足够的电流保持热面温度 不高于 65 度, 那么极限情况下, 冷面可达零度甚至零度以 下! 经初步实验, 在不接CPU 的时候, 冷面温度可达零下15 度! 这个时候功耗也将达到最大值! 1、半导体致冷原理: 如图把一只N 型半导体元件和一 只 P 型半导体元件联结成热电偶, 接上直流电源后, 在接头 处就会产生温差和热量的转移。 在上面的一个接头处, 电 流方向是 n→p , 温度下降并且吸热, 这就是冷端。 而下面
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的一个接头处, 电流方向是p →n, 温度上升并且放热, 因此 是热端。