基于半导体制冷片TEC的温度控制器优选稿
2013-3-7-PID控制TEC半导体制冷片工作状态优化设计
PID 控制TEC 半导体制冷片工作状态优化设计作者：艾克思PID 控制温度为当前最普遍的控制策略，几乎涵盖到所有温度控制中，控制温度也能达到非常高的精度。
为实现温度控制系统的小型化，系统中往往采用TEC 制冷片作为温度制冷加热装置。
然而TEC 半导体制冷片的工作状态较为复杂，简单的TEC 驱动电路往往使得TEC 工作效率低、TEC 热端发热量大、系统耗电量加大、TEC 工作寿命缩短等问题。
下面介绍如何将TEC 半导体制冷片工作在最佳状态。
一． TEC-12706举例说明冷面TEC AIKSTECH图1 TEC-12706外形图TEC-12706最大温差电流为6. 0 A ，最大温差电压为15. 4 V ，最大制冷功率为51. 4 W ，最大温差为67℃，外形尺寸为40. 0 mm ×40. 0 mm ×3. 8 mm 。
TEC-12706工作的时候，应该在制冷片表面涂上导热硅脂以减少接触热阻，热电堆端面空隙填充绝热性能良好的绝热胶，冷热空间以隔热板隔开尽量减少冷热翅片间的传热，热端推荐采取水冷、风扇强制对流冷却，不推荐空气自然对流冷却热交换形式。
根据热力学制冷原理及半导体制冷基本理论，给出的制冷量、功率消耗、制冷系数、热端发热量等基本公式。
如果 热端发热量为P ，单位W ； 冷端制冷量为Q ，单位W ； 制冷片电功率W ，单位W ； 制冷效率：ε能够得到简单计算公式：P=Q+W ；ε=Q/W ；上面公式意思是热端的发热量等于冷端吸收的热量加上TEC 制冷中耗费的电能量，ε代表的是制冷片工作效率高低，ε的高低决定制冷片质量的好坏，ε的取值可能大于1，也可能小于1。
TEC 半导体制冷片工作状态优化设计就是要仔细分析ε在不同状态下的情况。
maxεW/IQ/IQmaxI/εEA OI mI EI 00.60.81.01.21.4ε12345678I/A2030405060W/W艾克思图2 TEC 制冷工作特性曲线TEC 制冷片的制冷量Q 、消耗电能W 、工作效率ε都是电流I 与温差△T 的函数，在某一给定温差△T 条件下， Q 、W 、ε仅是电流I 的函数。
基于半导体制冷器的激光器温度控制系统
ＶＯ１ ．３１ ＮＯ． ３
Ｊｎ ２ １ ｕ．００
基 于 半 导 体 制 冷 器 的激 光 器 温 度 控 制 系统
王博 钰 ， 贾文超
（ 春 工 业 大 学 电气 与 电 子 工 程 学 院 ，吉 林 长 春 １ ０ １ ） 长 ３０ ２
摘 要 ：采用 ＮＴ Ｃ作 为温 度传 感器 进行 温度 采 集 ， 利用 Ｐ ＷＭ 脉 宽调 制技 术及 Ｐ Ｄ补 偿算 法 Ｉ 实现 温度 调 节 ， 导体 制冷器 作 为控 制终 端 控制 激光器 温 度 。经过 实验 测 试 ， 激 光器 温度 保 半 使
激光 器温 度 检测 电路 主要 完成 对激 光器 温 度
的作 者 简 介 ：王 博 钰 （ ９ １ ） 男 ， 族 ， 林 吉 林 人 ， 春 工 业 大 学 硕 士 研 究 生 ， 要 从 事 数 字 化 检 测 技 术 方 向 研 究 ， — ｉ： １８ 一 ， 汉 吉 长 主 Ｅｍａ ｌ ｗａ ｇ ｏ ｕ ｃ ｓ．ｄ ．ｎ ＊联 系 人 ： 文 超 （ ９ ５ ） 男 ， 族 ， 林 松 原 人 ， 春 工 业 大 学 教 授 ， 士 ， ｎ ｂ ｙ ＠ ｕ ｔｅｕ ｃ ． 贾 １６一 ， 汉 吉 长 博 主要 从 事 电气 工 程 、 达 、 拟 仪 器 等 方 向研 究 ， － ｉｊ ｗｅｃ ａ ＠ ｍａ ．ｃ ｔｅ ｕ ａ ． 雷 虚 Ｅ ｍａｌ ｉ ｎ ｈ ｏ ：ａ ｉ ｃｕ． ｄ ．ｎ ｌ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ａｓ ｔ ｅ ｅ ｔａ ｔ ｈ ｔ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ ｅ ｓ ｒ，ＮＴＣ ｓ ｕｓ ｄ ｔ ｓ ｍｐｌ ｈｅ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ． Ｔｈｅ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｎ ｏ ｉ ｅ ｏ ａ ｅｔ ｅ ｒｔ ｅ ｅ ｒ ｔ ｅ ｉ
基于STM32半导体制冷片温控系统的设计
基于STM32半导体制冷片温控系统的设计【摘要】激光器的工作温度至关重要，该设计用于激光器工作温度调节模块，以提高激光器的稳定性能。
本文以STM32F303为控制芯片，采用TEC为制冷元件，通过采集温度并模数转换传给上位机，上位机程序控制STM32的数模输出控制TEC的加热或制冷，同时以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统。
实验结果表明，通过PID算法调节，半导体制冷温度控制系统能够为激光器提供所需的工作温度，精度可达到±0.1℃。
【关键词】温度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW1.前言温控系统受环境温度影响较大，因为温度调节过程中惯性大，对于温度上升或下降的有效快速调节是难题，目前我们熟知的温控系统都存在成本高或精度低及灵活性差的缺点。
针对这些问题本系统在工作过程中可以随时切换极性，从而完成对设定温度值的精确控制。
2.硬件系统设计本设计通过HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器连接pt100将采集到的温度传给STM32单片机，STM32将采集到的温度值模数转换后传给上位机显示，并将采集温度值记为sp，将当前温度值sp减去设定值ap后给PID控制器，STM32根据PID的输出信号m（t）进行数模转换并输出给TTC-DS驱动模块，TTC-DS驱动模块控制TEC工作.2.1 测量部分：采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器，输出信号是电压信号，其工作电压是±24V，输出是0-5V，对应的温度范围是-40-100℃，温度与电压呈线性关系，，其采集精度可达到0.05℃。
pt100是一种稳定性高和性能良好的温度传感器，工作范围-200℃至650℃。
pt100是电阻式温度检测器，具有正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：，其中=0.00392，为100（在0℃的电阻值），为摄氏温度[1]。
传感器型变送器通常包含信号转换器与传感器两部分。
采用半导体制冷片的温控系统的设计
采用半导体制冷片的温控系统的设计半导体制冷片的温控系统是一种常见的用来控制温度的技术，它利用半导体物质的特性，通过通过电流的通过来实现温度的控制。
首先，我们需要了解半导体制冷片的工作原理。
半导体制冷片是一种基于Peltier效应的制冷技术。
当电流通过半导体材料时，热量会从一个一端吸收，然后从另一端释放。
这样就可以实现温度的调控。
在设计温控系统时，我们需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：温度传感器用于感知当前的温度值并将其传递给控制器。
常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻等。
2.控制器：控制器是整个系统的核心，它会根据传感器得到的温度值来判断是否需要制冷或制热。
根据温度变化的速度和幅度来调整半导体制冷片的电流，以实现精确的温度控制。
3.电源：半导体制冷片需要一个特定的电源来提供工作电流。
一般情况下，我们会使用可调电源来提供合适的电流给制冷片。
4.散热器：半导体制冷片在工作过程中会产生大量的热量，为了保持制冷系统的稳定性，我们需要使用散热器将多余的热量散发出去。
在实际的应用中1.常规型：常规型温控系统使用一个PID控制器或者其他类似的控制算法来实现温度的调控。
PID控制算法根据当前的温度误差、误差的变化速度和误差的累积值来调整半导体制冷片的工作电流，以达到温度的稳定控制。
2.自适应型：自适应型温控系统则是根据实际的温度变化情况来自动地选择合适的控制策略。
例如，系统可以根据当前的温度变化速度和幅度来自动调整控制算法的参数，使得温度的控制更为精确。
在设计半导体制冷片的温控系统时，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的温控策略，并进行相应的硬件和软件设计。
同时，我们还需要对温控系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。
总结而言，半导体制冷片的温控系统是一种实现温度控制的重要技术，它可以广泛应用于各种需要精确温度控制的领域。
在设计温控系统时，我们需要考虑传感器、控制器、电源和散热器等关键因素，并选择合适的控制算法来实现稳定的温度调控。
半导体制冷器TEC的驱动与控制 (一)
半导体制冷器TEC的驱动与控制 (一)半导体制冷器TEC（Thermo-Electric Cooler）是一种利用Peltier效应产生制冷的器件，其主要应用于微电子、激光器、传感器等领域的温度控制。
TEC驱动与控制一直是半导体电子学领域的研究热点之一。
一、TEC驱动方式TEC的驱动方式分为两种：恒定电流驱动和恒定电压驱动。
其中，恒定电流驱动是指在TEC两端加上一个恒定电流，使其产生的热量与冷量相等，达到匀速制冷的效果；恒定电压驱动则是在TEC两端加上一个恒定电压，使其产生的冷量和热量成一定比例，达到不同的温度控制效果。
二、TEC控制方法TEC的控制方法主要分为三类：PID控制、H∞控制和模型预测控制。
其中，PID控制是目前最常用的一种控制方法，其基本原理是通过比较目标温度值与实际温度值之间的偏差，计算出一个控制量，再通过PID 算法进行控制，使温度达到稳定状态。
三、TEC控制参数TEC控制参数包括：电流、电压、温度、功率和效率。
其中，电流和电压的控制可以实现恒定电流和恒定电压的控制方式；温度的控制需要采集温度传感器数据并进行反馈控制；功率和效率则需要根据TEC的工作状态和应用环境来进行动态调整。
四、TEC驱动与控制电路TEC驱动与控制电路主要包括三个部分：TEC驱动模块、温度采集模块以及控制模块。
其中，TEC驱动模块主要实现对TEC的驱动，而温度采集模块则用来采集温度传感器的数据，控制模块则实现了对TEC的PID 控制功能。
五、TEC控制软件TEC控制软件可以实现对TEC的控制参数设置、PID参数调整、温度采集和数据分析等一系列功能。
此外，软件还可以根据用户的需求，实现定时控制、手动控制和自动控制等功能，为用户操作提供更加便利的选择。
总之，TEC驱动与控制是半导体电子学领域的研究热点，通过对TEC控制参数的实时调整，可以使TEC达到最佳的制冷效果，为半导体行业和生产领域提供更好的温度控制解决方案。
基于半导体制冷器件的恒温系统
中国高新技术企业
基于半导体制冷器件的恒温系统
文 ／ 洪金海
【 摘 要 】 本 设 计 采 用 单 片 机 AT89S52 作 为 恒 温 系 统 的 核 心 部 件 ， 半 导 体 制 冷 片 TEC - 12706 作 为 恒 温 控 制 系 统 的 执 行 部 件 ， 运 用 模 糊 PID 控 制 算 法 实 现 温 度 快 速 、 稳 定 、 精 确 控 制 。 系 统 通 过 模 糊 PID 算 法 改 变 单 片 机 输 出 的 PWM 脉 冲 来 控 制 制 冷 片 工 作 状 态 ， 不 仅 使 系 统 的 温 度 能 够 自 动 调 整 到 设 定 值 ， 且 能 使 温 度 控 制 动 态 响应好、上升时间快、超调小、稳态精度高，具有很好的实时性。 【 关 键 词 】 单 片 机 半 导 体 制 冷 恒 温 控 制 系 统 模 糊 PID 算 法
单 片 机 ， 单 片 机 对 其 进 行 模 糊 PID 算 法 控 制 后 ， 由 P0 . 0 和 P0 . 1 口 输 出 相 应 的 PWM 信 号 。 其 中 P0 . 0 口 的 PWM 信 号 控 制 制 冷 单 元 ， P0 . 1 口 的 PWM 信 号 控 制 加 热 单 元 。 PWM 信 号 经 高 速 光 耦 TLP250 后 ， 将 PWM 的 电 压 幅 值 提 高 到 12V ， 以 减 小 MOS 管 IRF540 的 管 压 降 。
(作者单位系武Biblioteka 理工大学)- 76 -图 2 温度传感器及变送器 2.2 半导体制冷器驱动电路 温 度 传 感 器 及 变 送 电 路 的 输 出 信 号 （ Vout ） 经 AD 转 换 后 送 人
图 4 软件设计流程图 2.4 键盘及显示电路 键盘用作控制信息的输入。系统采用 4 个按键，分别实现系统的
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计作者：井绪忠，亓夫军来源：《科技创新导报》 2011年第12期井绪忠亓夫军(中国海洋大学山东青岛 266100)摘要:设计一种用于红外传感器工作温度调节控制的模块,使红外传感器在低温下工作,以提高红外传感器的探测性能。
通过以mega16芯片为核心,以半导体制冷片为制冷元件,以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统[1]。
实验结果表明,半导体制冷温度控制系统能够为红外探测器提供所需的工作温度。
关键词:温度半导体制冷片 PID算法中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0009-02温度对红外传感器有比较大的影响,当外界环境温度发生变化时,红外传感器对所测量的物理量会有较大的变动,影响其测量值的准确性[2],产生较大的外界噪声干扰,所以当进行精确测量时,将红外传感器控制在一个恒定的温度下,可以大大提高探测精度,减少误差。
1 半导体制冷器的工作原理半导体制冷也称热电制冷,是一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,半导体制冷是以温差电现象为基础制冷方法,利用帕尔贴效应的原理达到制冷目的。
帕尔帖效应:当电流I通过由两种不同材料组合成的闭合回路时,在材料的接头处一端会吸收热量Qp,另一端会放出热量Qp。
这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热,其吸热或放热由电流的方向决定,大小由公式决定。
π为帕尔帖系数,与温差电动势率有关,为组成回路两种材料的温差电动势率,T为相关接头的温度。
作为一种制冷源,半导体冷片可连续工作,不需要制冷剂,没有污染源和机械运动部件,不会产生回转效应,是一种固体元件,工作时没有噪音、震动、寿命长,安装容易。
半导体制冷片是电流换能型器件,通过控制输入电流,可实现高精度的温度控制。
热惯性小,制冷制热时间比较快,在热端散热良好冷端空载的情况下,可迅速达到最大温差。
2 温度控制系统的组成半导体温度控制系统结构框图如图1,由制冷片引起的温度变化经温度传感器传送给控制器,与设定的温度进行比较,所得的信号偏差通过PID进行调整处理,由控制器发出命令信号,通过驱动电路驱动半导体制冷片进行制热或者制冷,以达到红外传感器的工作温度环境。
基于半导体制冷器件的新型温度控制系统
系统采用 ２ Ｌ Ｄ显示 。 位 Ｅ 设置 ３ 个按键 。 ＷＭ１ Ｐ 半导体制冷片的优点 ， 是没有滑动部件 ， 可以应 实 现加热 ， 冷功率控制 ，ＷＭ 实 现风扇 转 速控 制 Ｐ ２ 用在一些空 间受到限制 、 可靠性要求高 、 无制冷剂污 制 。电流方向控制信号控制 电流方 向， 从而改变系统 染 的场合嘲 。利用半导体材料的帕尔帖效应 ， 当直流 的加热 、 制冷模式 。控制信号控制后续输出 ， 为高 电 电通过两种不 同半导体材料 串联成的电偶 时，在 电 平 时其他控制信号有效。
Ｅ ｕ ｐ ｎ ｎ ｆｅｒｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ １ ２ １ ｑ ｉ ｍｅ ｔ Ｍａ ｕａ ｔ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ， ０ ２ ｉ
基 于半导体 制冷器 件 的新型温度控制 系统
伍彩云 ’野 莹莹 ’刘 新 ２ ， 。
（． １沈阳理工大学 信息科学与工程学院， 辽宁 沈 阳 １０６ ； １ １８ ２ 沈阳东软飞利浦数字 医疗设备有限公司 ， ． 辽宁 沈阳 １０ １ ） １０ ５
导体制冷的方式 ， 来解决 的实际系统的散热问题 ， 具 Ｐ １０型热电阻 。也可 以直接连接 Ｄ １Ｂ ０ Ｔ０ Ｓ ８ ２ 型数字 有很高的实用价值 。 温度传感器嗍 。 设 计 利 用 了 ＰＣ ６ ８７内部 的 ２个 １ Ｉ １Ｆ ７ Ｏ位 的
２ 温度控制 系统
Ｐ ＷＭ波发生器 ， 可以对输 出的 Ｐ ＷＭ波进行 １ １ ０ ， ０ ０
偶 的两端即可分别 吸收热量和放出热量 ，可 以实现
针对 目前常见 的温度传感器存 在的不足 ，系统 加热 、制冷的 目的。它是一种产生负热阻的制冷技 充分利用 了 ＰＣ ６ ８７的内部 ＡＤ资源 ，可 以进行 Ｉ１Ｆ ７ ／ 术， 其特点是无运动部件 ， 可靠性也比较高［ 利用半 模拟信号的采集 ，支持连接 Ａ ５ ０ ３ ］ 。 Ｄ ９ 型温度传感器和
半导体制冷片tec评价
半导体制冷片tec评价
半导体制冷片（TEC）是一种利用Peltier效应实现制冷的装置，它具有许多优点和一些局限性。
首先，让我们来看看半导体制冷片
的优点。
一、高效性能，半导体制冷片具有快速响应和高效能的特点。
它们可以迅速实现制冷效果，因此在一些需要快速制冷的应用中非
常有用。
二、小型化，半导体制冷片相对于传统的制冷设备来说体积小巧，这使得它们可以被应用在一些空间有限的场合，比如微型制冷
器件或电子设备中。
三、无振动，与传统的压缩式制冷设备相比，半导体制冷片没
有运转时的振动，这使得它们在一些对振动敏感的应用中具有优势。
四、无环境污染，半导体制冷片不含有对臭氧层有害的氟利昂
等化学物质，因此对环境的影响较小。
然而，半导体制冷片也存在一些局限性：
一、制冷能力受限，相比传统的压缩式制冷设备，半导体制冷
片的制冷能力相对较弱，无法应对大功率、大制冷量的需求。
二、热效率较低，半导体制冷片的热效率通常较低，这意味着
它们在一些需要长时间连续工作的高负荷制冷应用中可能不太适用。
三、温差受限，半导体制冷片的制冷温差受到材料热导率的限制，因此无法实现非常低的温度。
综上所述，半导体制冷片在一些特定的应用场合具有明显的优势，但在一些对制冷能力和效率有较高要求的场合可能不太适用。
在选择是否采用半导体制冷片时，需要根据具体的应用需求进行全
面评估。
基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计
基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计李丹;蔡静【摘要】基于半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)设计了一种高精度控温电路系统.本文详细介绍了TEC的选型方法,设计并实现了以单片机为核心的硬件电路,采用PID软件控制算法优化温控参数.在实验中,选择较大热负载紫铜块作为控温对象进行实验验证,实验结果表明:在室温23℃的情况下,紫铜块的控温范围为-10~40℃,控温精度高达0.01℃.%This paper designed a high-precision temperature-control circuit system based on TEC.Introduction was made to the selection method of TEC,realizing a hardware circuit based on single-chip and using PID software control algorithm to optimize parameters.In experiment,choosing the higher thermal load copper block as the temperature control object to do the test verification.The result shows when the ambient temperature is 23℃,the temperature control range of the copper block is-10~40℃.The temperature control precision can be up to 0.01℃.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P19-21,39)【关键词】半导体制冷片;选型介绍;控温系统;电路设计【作者】李丹;蔡静【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB94;TM13半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)遵从帕尔贴效应，通过控制流过TEC 电流的方向及大小实现其加热制冷转换以及加热制冷量的调节。
基于斯特林散热的半导体制冷器温度控制系统
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｏｏｌｅｒ； Ｓｔｉｒｌｉｎｇ ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ； ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒｏｎ ＰＩＤ； ｃｏｌｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；
ｌｉｍｉｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
０ 引言
冷循环槽或压缩机为半导体制冷器进行散热，散热设
ｃａｎ ｒｅａｃｈ －１１３ ℃ ， ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＴＥＣ． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｒｒｏｒ ｒａｎｇｅ ｉｓ
ｗｉｔｈｉｎ ±０．０５ ℃ ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｇｏｏｄ．
制冷器散热，最低制冷温度达到 － ７２ ℃
［４］
；苏家雨等
备体积大，部分还需要真空密封，且最终制冷温度均
在 － ８０ ℃ 以上，难以满足仪器深低温、小型化的需求。
针对上述温度控制系统的不足，本文提出以商用
小型斯特林制冷机为热端散热装置，三级半导体制冷
器为控温执行器，采用单神经元 ＰＩＤ 算法提高控温精
ＡＤＣ． Ｃｏｌｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｕｓｅ ｄｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ． Ａ ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒｏｎ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ
ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ＴＥＣ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
基于单片机的半导体制冷智能控制
6基于单片机的半导体制冷智能控制系统,融合了单片机控制技术和半导体制冷技术,实现制冷设备温度控制的智能化,具有体积小、重量轻、使用寿命长等优点。
1 基于单片机的半导体制冷智能控制系统的结构及原理半导体制冷器是一种利用珀尔帖效应来进行制冷的器件,它具有体积小、重量轻、使用寿命长、没有噪音、无机械运动、加热制冷迅速、控制精度高、不需要制冷剂、无污染等优点。
单片机具有系统结构简单,使用方便,实现模块化;可靠性高,处理功能强,速度快;低电压,低功耗,便于生产便携式产品;控制功能强,环境适应能力强等优点,将单片机与半导体制冷技术结合起来,实现制冷设备的智能控制。
1.1 基于单片机的半导体制冷智能控制系统的结构基于单片机的半导体制冷智能控制系统的主要结构包括处理器、温度传感器、数码管显示、按键调节电路、控制信号驱动电路、半导体制冷执行器连接电路,其结果图如下图1所示。
从系统结构图系统结构图中可以看出,当温度低于(或高于)设定温度时,通过温度传感器感受温度,形成反馈信号,经过单片机内部模糊控制算法处理,形成单片机I /O 口输出的P W M 信号,单片机根据设定的程序和反馈信号给驱动器发射启动信号,驱动器控制半导体制冷器运转制冷,使得密封箱体的温度升高(或降低),同时,在温度反馈电路中,及时反馈温度值,通过单片机的控制运算达到设定温度,从而实现单片机半导体制冷设备的智能控制。
1.2 半导体制冷设备的原理半导体制冷设备的原理固体材料所具有的珀尔帖效应。
珀尔帖效应是指由于固体材料的原子能级都不相同,材料中的载流子所具有的势能也不同。
在外加电场作用下,载流子开始流动,流动方向从低势能材料流向高势能材料,流动过程中吸收热量,从而导致两种不同材料的连结处出现致冷现象。
半导体制冷又叫热电制冷,主要利用了热电效应的原理。
当直流电通过两种不同的材料组成的回路时,在两种材料的接触面会产生能量交换的现象。
通过直流电的时候,由P 型半导体材料和N 型半导体材料组成的半导体,当P N 接触就会产生电子由一种材料向另一种材料迁移的现象,在迁移的过程中,电子会把多余的能量释放出来,因此该接触面会产生热量。
基于半导体致冷器数学模型的tec制冷系统的效率估算
基于半导体致冷器数学模型的tec制冷系统
的效率估算
半导体致冷器（Thermoelectric Cooler，简称TEC）是一种具有机电耦合特性的新型致冷装置，它由两支金属基片夹紧直接连接一定数量半导体元件组成。
当每件TEC系统供电，半导体元件会消耗功率使冷侧与热侧温度有所差异，这种利用热电效应获得的热流做致冷原理的系统称为制冷系统。
采用基于半导体致冷器的数学模型可以估算TEC制冷系统的效率。
首先，为了计算TEC系统的有效热流，使用以TEC元件结构和工作温度为变量的热导系数公式，有：
α=α_1F_1-α_2F_2;
其中，α为TEC热流系数，α1和α2分别为TEC元件的热导系数，F1和F2分别为TEC元件的占比和抵消系数。
接下来，经考证，TEC元件的发热功率是其输入功率的一半，即：Q=P/2;
最后，根据传热关系可以计算TEC系统的效率：
η=(T_2-T_1)/T_2·Q=2·α·(T_2-T_1)/P;
其中，η为TEC制冷系统的效率，T1和T2分别为制冷系统热侧和冷侧的温度，Q和P分别为TEC制冷系统的热量流和耗电量。
因此，根据TEC半导体致冷器的数学模型可以估算TEC制冷系统的效率。
基于半导体制冷片TEC的温度控制器图文稿
基于半导体制冷片TEC的温度控制器图文稿基于半导体制冷片T E C 的温度控制器集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）一、原理半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现的。
其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。
其优缺点：1、不需要任何，可连续工作。
2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。
因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷。
3、半导体制冷片是电流换能型片件，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，，便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
二、使用说明：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。
正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。
2、电流不得超过组件的额定电流。
3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向(须在5分钟之后)。
4、制冷片内部不得进水。
5、制冷片周围湿度不得超过80％。
三、半导体制冷器的驱动电路设计半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。
为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。
2013-3-7-PID控制TEC半导体制冷片工作状态优化设计
PID 控制TEC 半导体制冷片工作状态优化设计作者：艾克思PID 控制温度为当前最普遍的控制策略，几乎涵盖到所有温度控制中，控制温度也能达到非常高的精度。
为实现温度控制系统的小型化，系统中往往采用TEC 制冷片作为温度制冷加热装置。
然而TEC 半导体制冷片的工作状态较为复杂，简单的TEC 驱动电路往往使得TEC 工作效率低、TEC 热端发热量大、系统耗电量加大、TEC 工作寿命缩短等问题。
下面介绍如何将TEC 半导体制冷片工作在最佳状态。
一． TEC-12706举例说明冷面TEC AIKSTECH图1 TEC-12706外形图TEC-12706最大温差电流为6. 0 A ，最大温差电压为15. 4 V ，最大制冷功率为51. 4 W ，最大温差为67℃，外形尺寸为40. 0 mm ×40. 0 mm ×3. 8 mm 。
TEC-12706工作的时候，应该在制冷片表面涂上导热硅脂以减少接触热阻，热电堆端面空隙填充绝热性能良好的绝热胶，冷热空间以隔热板隔开尽量减少冷热翅片间的传热，热端推荐采取水冷、风扇强制对流冷却，不推荐空气自然对流冷却热交换形式。
根据热力学制冷原理及半导体制冷基本理论，给出的制冷量、功率消耗、制冷系数、热端发热量等基本公式。
如果 热端发热量为P ，单位W ； 冷端制冷量为Q ，单位W ； 制冷片电功率W ，单位W ； 制冷效率：ε能够得到简单计算公式：P=Q+W ；ε=Q/W ；上面公式意思是热端的发热量等于冷端吸收的热量加上TEC 制冷中耗费的电能量，ε代表的是制冷片工作效率高低，ε的高低决定制冷片质量的好坏，ε的取值可能大于1，也可能小于1。
TEC 半导体制冷片工作状态优化设计就是要仔细分析ε在不同状态下的情况。
maxεW/IQ/IQmaxI/εEA OI mI EI 00.60.81.01.21.4ε12345678I/A2030405060W/W艾克思图2 TEC 制冷工作特性曲线TEC 制冷片的制冷量Q 、消耗电能W 、工作效率ε都是电流I 与温差△T 的函数，在某一给定温差△T 条件下， Q 、W 、ε仅是电流I 的函数。
半导体制冷片(TEC)智能驱动器
半导体制冷片（TEC）智能驱动器
图1 控制器实物图
一特性描述
TEC-10A是一款高功率密度的TEC温度控制器，额定工作负载5A，峰值电流可达10A。
此温度控制器可以连接专用调试器来进行参数的调节，参数调节完毕并保存后，撤去调试器，此温度控制器仍可以独立工作。
可以通过专用RS232调试线和电脑进行通讯，以进行参数设置和温度监视，以及进行温度程控。
性价比高，体积小安装省体积，无大电流脉冲工作，使得TEC工作寿命比普通开关工作时的寿命大大提高等优点。
二控制器指标
输入：DC12V
输出：近-12V到近+12V
额定电流：5A
控制温度范围：-55°~125°
控制器主板尺寸：64mm*40mm
定位孔尺寸：M3
三接线图
图3 TEC-10A应用接线图
这款温度控制模块可以制冷、加热两种功能，充分使用了TEC的全部特性。
广泛应用于实验、测试、生命、光电、材料、检测等领域，体积小，可靠性高。
基于半导体制冷技术的高精密温度控制系统研究
ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔ ｉＳ ｌｅＳＳ ｔｈａｎ±０．０２。Ｃ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｉＳ ｗｉｔｈｉｎ＋０．０５。Ｃ．
Ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｙｓｔｅｍ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；
关键词：高精密温度控制系统辨识模糊控制模糊自整定ＰＩＤ神经网络控制 ＬａｂＶＩＥＷ
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ－Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ＴＥＣ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｓｓｕｅ ｉｎ ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏ·ｍｅａｓｕ“：ｍｅｎｔｓ ｉＳ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｔｒ０１．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｋｉｔ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｃａｎ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂｅｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｕｓｉｎｇ
图５－１３模糊ＰＩＤ控制仿真结果图………………………………………………………．４１ 图５－１４ ＢＰ网络结构……………………………………………………………４２ 图５－１５神经网络结构…………………………………………………………４５ 图５．１６系统辨识过程…………………………………………………………４６ 图５－１７模型预测控制过程………………………………………………………４６ 图５－１８神经网络控制模块…………：…………………………………………．．４７ 图５－１９神经网络仿真结果………………………………………………………４７ 图６－ｌ测控系统Ｇ图…………………………………………………………５０ 图６．２ ＰＩＤ控制方法实验曲线…………………………………………………．．４９ 图６．３模糊控制方法试验曲线………………………………………………．５１ 图６－４模糊ＰＩＤ控制方法实验曲线……………………………………………５ｌ 图６－５温度场变化曲线…………………………………………………………５１
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基于半导体制冷片T E C 的温度控制器
集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
一、原理
半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既
可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷
片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来
实现的。
其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。
其优缺点：
1、不需要任何，可连续工作。
2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。
因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷。
3、半导体制冷片是电流换能型片件，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，，便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
二、使用说明：
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。
正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。
2、电流不得超过组件的额定电流。
3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向(须在5分钟之后)。
4、制冷片内部不得进水。
5、制冷片周围湿度不得超过80％。
三、半导体制冷器的驱动电路设计
半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。
为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。
PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。
（一）、总体框图：
（二）、驱动电路：
基于H桥的驱动电路：
当设置OUT3为高、OUT4为低电平，OUT2为低、OUT1为高电平时，Q3和Q4断开，Q1和Q 2导通，电流由TEC左至右；反之OUT3为低、OUT4为高电平，OUT2为高、OUT1为低电平时，Q3和Q4导通，Q1和Q2断开，电流由右至左。
通过单片机PID控制设置OUT1或者OUT4的PWM占空比，控制Q1或者Q4的导通时间来控制TEC的工作时间，从而达到控温的效果。