半导体制冷片--帕尔贴

peltier制冷片选用原则
• 半导体致冷应用产品的心脏部分是半导体致冷器，根据半导体温差致 冷器的特点，弱点及应用范围，选用致冷器时首先应确定以下几个问 题： • 1、 确定致冷器的工作状态。根据工作电流的方向和大小，就可 以决定致冷器的致冷，加热和恒温性能，尽管最常用的是致冷方式， 但也不应忽视它的致热和恒温性能。 • 2、 确定致冷时热端实际温度。因为致冷器是温差器件，要达到 最佳的致冷效果，致冷器须安装在一个良好的散热器上，根据散热条 件的好坏，决定致冷时致冷器热端的实际温度，要注意，由于温度梯 度的影响，致冷器热端实际温度总是要比散热器表面温度高，通常少 则零点几度，多则高几度、十几度。同样，除了热端存在散热梯度以 外，被冷却的空间与致冷器冷端之间也存在温度梯度。 • 3、确定致冷器的工作环境和气氛。这包括是工作在真空状况还 是在普通大气，干燥氮气，静止或流动空气及周围的环境温度，由此 来考虑保温（绝热）措施，并决定漏热的影响。 • 4、确定致冷器工作对象及热负载的大小。除了受热端温 度影响 以外，致冷器所能达到的最低温度或最大温差是在空载和绝热两个条 件下确定的，实际上工作的，致冷器既不可能真正绝热，也必须有热 负载，否则无意义。
peltier制冷片安装方法
• 致冷器的安装方法一般有三种：焊接、粘合、 螺栓压缩固定。在生产上具体用哪一种方法 安装，要根据产品的要求来定，总的来说对 于这三种的安装时，首先都要用无水酒精棉 将致冷器件的两端面擦洗干净，储冷板和散 热板的安装表面应加工，表面平面度不大于 0.03mm，并清洗干净，以下就是三种安装的 操作过程。 1、焊接。 焊接的安装方法要求致冷器件 外表面必须是金属化，储冷板和散热板也必 须能够上焊料（如：铜材的储冷板或散热板） 安装时先将储冷板、散热板、致冷器进行加 温，（温度和焊料的熔点差不多）在各安装 表面都熔上约70℃——110℃之间的低温焊 料0.1mm。然后将致冷器件的热面和散热板 的安装面，致冷器件的冷面和储冷板的安装 面平行接触并且旋转挤压，确保工作面的接 触良好后冷却。该安装方法较复杂，不易维 修，一般应用在较特殊的场合。 2、粘合。 粘合的安装方法是用一种具有 导热性能较好的粘合剂，均匀的涂在致冷器 件、储冷板、散热板的安装面上。粘合剂的 厚度在0.03mm，将致冷器的冷热面和储冷板、 散热板的安装面平行的挤压
•
• •
peltier制冷片散热方式
• • • • • • • • • • 半导体致冷器件的散热是一门专业技术，也是半导体致冷器件能否长期运行 的基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。以下就是半导体致 冷器的几种散热方式： 1、 自然散热。 采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热器，在静止的空气中自 由的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。 2、 充液散热。 用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。缺点是用水 不方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。 3、 强迫风冷散热。 工作气氛为流动空气，散热器所用的材料和自然散热器相同，使用方便， 体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。 4、 真空潜热散热。 最常用的就是“热管”散热器，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。 ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热 高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。
• 我在网上找到的一些产品信息都是以下的：最大电流 A ， 最大温差 T ，最大电压 V ，最大致冷 W ，尺寸 mm
• 性能计算
• 在应用致冷器前，要进一步的了解它的性能，实际上致冷器的冷端从周围吸 收的热Qл外，还有两个：一个是焦耳热Qj；另一个是传导热Qk。电流从元件 内部通过就产生焦耳热，焦耳热的一半传到冷端，另一半传到热端，传导热 从热端传到冷端。 产冷量Qc =Qπ-Qj-Qk 热端散掉的热Qh =Qπ+Qj-Qk =（2p-2n）.Tc.I-1/2j² R-K（Th-Tc） =（2p-2n）.Th.I+1/2I² R-K（Th-Tc） 式中，R表示一对电偶的总电阻，K是总热导。 从上面两公式中可以看出，输入的电功率恰好就是热端散掉的热与冷端吸收 的热之差，这就是“热泵”的一种： Qh-Qc=I² R=P 由上式得出一个电偶在热端放出的热量Qh等于输入电功率与冷端产冷量之和， 相反得出冷端产冷量Qc等于热端放出的热量与输入电功率之差。 Qh=P+Qc → Qc=Qh-P 最大致冷功率的计算方法： A.1 在热端温度Th为27℃±1℃, 温差为△T=0 , I=Imax 时， 最大致冷功率Qcmax(W)按公式（1）计算：Qcmax=0.07NI (1)式中：N ---器件对数, I ---器件的最大温差电流（A）。 A.2 若热面温度为3~40℃时，最大致冷功率Qcmax（W）应按公式（2）加以 修正， Qcmax∣Th= Qcmax×[1+0.0042(Th--27)] (2)式中：Qcmax ---热面温度Th=27℃±1℃的最大致冷功率（W）， Qcmax∣Th --热面温度Th --3~40℃时的实测温度下的最大致冷功率（W）
• 5、确定Peltier的级数。电堆级数的选定必须满足实际温差的要求， 即电堆标称的温差必须高于实际要求的温差，否则达不到要求，但是 级数也不能太多，因电堆的价格随着级数的增加而大大提高。 • 6、电堆的规格。选定电堆的级数以后，就可以选定电堆的规格，特 别是电堆的工作电流。因为同时能满足温差及产冷的电堆有好几种， 但是由于工作条件不同，通常选用工作电流最小的电堆，因为这时配 套电源费用较小，然而电堆的总功率是决定因素，同样的输入电功率 减少工作电流就得增加电压（每对元件0.1v），因而元件对数就得增 加。 • 7、确定电堆的数量。这是根据能满足温差要求的电堆产冷总功率来 决定的，它必须保证在工作温度时电堆产冷量的总和大于工作对象热 负载的总功率，否则无法达到要求。电堆的热惯性非常小，空载下不 大于一分钟，但是由于负载的惯性（主要是由于负载的热容量造成 的），因此实际要达到设定温度时的工作速度要远远大于一分钟，多 时达几小时。如工作速度要求愈大，电堆的数量也就愈多，热负载的 总功率是由总热容量加上漏热量（温度愈低、漏热量愈大）。
peltier制冷片制冷特点及应用
• • • • • • • • 半导体致冷器作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点： 1、 不需要任何致冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会 产生回转效应，没有滑动部件，是一种固体器件，工作时没有震动、噪音、 寿命长、安装容易。 2、 半导体致冷器具有两种功能，既能致冷，又能加热，致冷效率一般 不高，但致热效率很高，永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加 热系统和致冷系统。 3、 半导体致冷器是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高 精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计 算机控制，便于组成自动控制系统。 4、 半导体致冷器热惯性非常小，致冷致热时间很快，在热端散热良好 冷端空载的情况下，通电不到一分钟，致冷器就能达到最大温差。 5、 半导体致冷器的反向使用就是温差发电，半导体致冷器一般适用于 中低温区发电。 6、 半导体致冷器的单个致冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同 类型的电堆串、并联的方法组合成致冷系统的话，功率就可以做的很大，因 此致冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。 7、半导体致冷器的温差范围，从正温90℃到负温度130℃来自百度文库可以实现。
• 通过以上分析，半导体温差电器件应用范围有：致冷、加热、发电， 致冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面： • 应用领域 应用范围 • 1.军事方面 导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统 • 2.医疗方面 冷力、冷合、白内障摘除器、血液分析仪等 • 3.实验室装置方面 冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种 恒温、高低温实验仪器 • 4.专用装置方面 石油、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温 显影槽、电脑等 • 5.日常生活方面 空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外， 还有其它方面的应用
工作原理
• "帕尔帖效应"的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成 电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当 它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反 之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。
不仅需要N型和P型半导体特性，还要根据掺入的微 量原素改变半导体的温差电动势率，导电率和导热 率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内 常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其 中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3， 采用垂直区熔法提取晶体材料。
• 上述七个方面是选用电堆时考虑的一般原则，根据上述原用户首先应 根据需要提出要求来选择制冷器件。一般的要求： • ①、给定使用的环境温度Th ℃ • ②、被冷却的空间或物体达到的低温度Tc ℃ ③、已知热负载Q （热功率Qp 、漏热Qt）W 已知Th、Tc和Q，再根据温差制冷器 的特性曲线就可估算所需的电堆及电堆数量。 • 1、确定Peltier的型号规格 • 2、选定型号后，查阅该型号的温差电制冷特性曲线图。 • 3、由使用环境温度和散热方式确定制冷器的热端温度Th，得出相近 的Tc。 • 4、在相应的特性曲线图中查出冷端Qc的产冷量。 • 5、由所需的产冷量Q除以每个电堆的产冷量Qc就得到所需的电堆数 量N=Q/Qc
• • • • • •
• • • • • •
• • •
光机电综合设计
—帕尔贴制冷 091270032 王利东
什么是帕尔贴？
• 帕尔贴是从英文“Peltier”一词翻译过来的，国内有多种 名称，如制冷片，半导体制冷片，热电半导体致冷组件等。 国内目前以 帕尔贴半导体（中国）有限公司 生产的以 “Peltier"为品牌的帕尔贴热电半导体致冷器件，品质优良， 价格低廉，成为半导体制冷的航母。