半导体制冷器的三种散热方式

 

半导体制冷器的工作过程不是普通的吸热过程或者将热量消耗掉的过程。热电制冷器在通电之后，它的一面会变冷而另一面变热。我们可以将半导体制冷器看作一个介质为热的泵，热量从一面被运送到另一面，即被制冷一面的热量将被传递到了另一面--热端，传递的过程完全符合热力学过程。由于半导体制冷器的制冷量是随着冷热面的温差增加而减小的，所以半导体制冷器的热端必须要连接在一个合适的散热器上，以便释放掉从冷端传递过来的热量和器件运行过程中产生的焦耳热。

 

根据不同的应用条件，半导体制冷器需要有不同种类的散热器与之相匹配，并且，还会有不同的机械约束条件，使整个设计过程非常复杂。由于每种应用条件都不相同，很难推荐一种单一的散热器结构可以满足大多数条件。

 

市场上，有很多种散热器可供选择，其中包括自然对流式、强制对流式、和液体冷却式三种。自然对流式散热器可以在功率非常低的应用条件下使用，特别是当小型热电制冷器的工作电流在2 A以下时。而对于大部分应用条件来说，自然对流式散热器并不能满足将所需热量全部排出的要求，这时就需要使用强制对流式散热器或者液体冷却式散热器了。

 

1、自然对流式散热：

自然对流式散热一般只能用在小功率条件下。大部分自然对流式散热的热阻值要大于0.5 ℃/W，而且，多数情况下会达到10 ℃/W。自然对流式散热器的安装位置要满足两个条件：a.散热片的长度方向要沿着空气流动的方向，垂直方向的操作可以增强自然对流；b.不可以有明显的物理阻挡妨碍空气流动。另外，我们还需要考虑到散热器周围其他的器件产生热量，环境温度会提高，从而对整体的使用性能产生影响。

 

2、强制对流式散热：

强制对流式散热方法是热电制冷器中最常见的散热方法。合格的强制对流散热系统的热阻一般维持在0.02~0.5 ℃/W的范围内。许多标准散热器挤型与合适的风扇配合就可以作为完整冷却系统的基础。应用中，既可以通过风扇或鼓风机获得冷却的空气，又可以使空气从散热器的长度方向通过，或者通过将空气朝向散热器的中心吹入，使其在开口的两端流出而获得冷却。

 

3、液体冷却式散热：

与前两种散热器相比，相同体积的液体冷却式散热器可以提供最好的性能，通过优化设计，可以得到非常低的热阻值。典型的液体冷却式散热器的热阻通常可以低到0.01~0.1 ℃/w。简单的液体冷却散热器可以通过将铜质涡轮焊接在铜板上得到，或者在金属块体上钻孔使水从中通过。如果想得到更复杂的结构，也就是更高的性能，可以在铜块或者铝块上加工出精细的盘旋式水槽，然后用盖板封闭整个体系。