Em cenários como resfriamento de estações-base de comunicações 5G, controle de termostato a laser, frigorífico portátil e outros, um dispositivo de refrigeração sem compressor, sem vibração mecânica e tamanho apenas do tamanho de moeda está silenciosamente mudando o padrão tradicional de controle de temperatura - o dispositivo de refrigeração semicondutor.Seu princípio básico é baseado no efeito Peltier no efeito termoelétrico, que conduz diretamente a transferência direcional de calor através da energia elétrica, permitindo uma regulação de calor frio eficiente, precisa e silenciosa.

　　Efeito Peltier: magia fria e quente na migração de cargas

Quando a corrente contínua passa por um termopar composto de semicondutores de tipo P e N, os carregadores de carga (buracos e elétrons) migram no nó. Na "extremidade fria" do nó P-N, o buraco entra do material tipo P para o material tipo N, e os elétrons fluem de volta, a energia do veículo diminui e absorve o calor circundante; No "extremo quente", a energia do transportador aumenta, liberando calor para o ambiente. Este processo não requer refrigerantes ou peças mecânicas e é efetuado apenas através da conversão direta de energia elétrica e térmica.

Os dados experimentais mostram que o coeficiente de refrigeração (COP) da placa de refrigeração de semicondutores de estágio único pode atingir 0,5-0,7, quando a diferença de temperatura é ≤ 30 ° C, a potência de entrada por watt pode transferir 2-5 watts de calor. Se a estrutura em série ou cascada de vários estágios for usada, a diferença de temperatura pode ultrapassar 100 ° C para satisfazer as necessidades de baixa temperatura profunda.

　　Estrutura simplificada: design modular do chip ao sistema

O núcleo do dispositivo de refrigeração de semicondutores é o módulo termoelétrico, formado por dezenas de pares de semicondutores P-N conectados em série através de placas de cerâmica condutora. As placas de cerâmica são usadas como circuitos de conexão de eletrodos e exportam calor quente e frio através de cerâmicas altamente condutoras de calor, como óxido de alumínio. Em ambos os lados do módulo, geralmente são instaladas aletas de resfriamento de alumínio e micro-ventiladores para melhorar a eficiência de resfriamento no extremo quente.

Tome um termostático portátil, por exemplo, que usa uma placa de refrigeração semicondutora alimentada por corrente contínua de 24V, a extremidade fria se encaixa na parede interna da caixa e a extremidade quente conecta as aletas de refrigeração. O tamanho da corrente pode ser ajustado pelo algoritmo de controle de temperatura PID para reduzir o espaço de 5L de 25 ° C para 5 ° C em 10 minutos, com flutuações de temperatura de ± 0,5 ° C. Em comparação com a refrigeração do compressor, o volume é reduzido em 60% e o ruído é reduzido a menos de 30 dB.

　　Expansão das fronteiras de aplicação: do instrumento de precisão ao campo da vida do povo

No campo da fabricação de precisão, a refrigeração de semicondutores fornece um ambiente termostato de resposta de milissegundos para laser e detectores de infravermelho para garantir a estabilidade do equipamento; No setor médico, caixas de corrente de frio portáteis usam suas propriedades sem refrigerante líquido para transportar vacinas e amostras biológicas com segurança; No setor de eletrônica de consumo, a placa de resfriamento de telefone móvel e o módulo de controle de temperatura da CPU do computador exportam calor rapidamente através da refrigeração de semicondutores para evitar a redução da frequência do sobreaquecimento.

À medida que a ciência dos materiais avança, novos materiais termoelétricos (como ligas de paládio e compostos de cobalto quadrado) aumentam a eficiência de refrigeração em 30%, enquanto o desenvolvimento de filmes termoelétricos flexíveis torna possível o controle de temperatura de dispositivos vestíveis e tecidos inteligentes. Os dispositivos de refrigeração semicondutores estão redefinindo as fronteiras da tecnologia de controle de temperatura com a vantagem de serem silenciosos, precisos e miniaturizados.