半導(dǎo)體制冷片-帕爾貼

1、半導(dǎo)體制冷片-帕爾貼第一頁，共16頁。什么是帕爾貼？帕爾貼是從英文“Peltier”一詞翻譯過來的，國內(nèi)有多種名稱，如制冷片，半導(dǎo)體制冷片，熱電半導(dǎo)體致冷組件等。國內(nèi)目前以 帕爾貼半導(dǎo)體（中國）有限公司 生產(chǎn)的以“Peltier為品牌的帕爾貼熱電半導(dǎo)體致冷器件，品質(zhì)優(yōu)良，價格低廉，成為半導(dǎo)體制冷的航母。 第二頁，共16頁。peltier制冷片制冷特點及應(yīng)用半導(dǎo)體致冷器作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點和特點：1、 不需要任何致冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動部件，是一種固體器件，工作時沒有震動、噪音、壽命長、安裝容易。2、 半導(dǎo)體致冷器具有兩種功能，既

2、能致冷，又能加熱，致冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個器件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和致冷系統(tǒng)。3、 半導(dǎo)體致冷器是電流換能型器件，通過輸入電流的控制，可實現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。4、 半導(dǎo)體致冷器熱慣性非常小，致冷致熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，致冷器就能達到最大溫差。 5、 半導(dǎo)體致冷器的反向使用就是溫差發(fā)電，半導(dǎo)體致冷器一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。6、 半導(dǎo)體致冷器的單個致冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成致冷系統(tǒng)的話，功率就可以做

3、的很大，因此致冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。 7、半導(dǎo)體致冷器的溫差范圍，從正溫90到負溫度130都可以實現(xiàn)。第三頁，共16頁。通過以上分析，半導(dǎo)體溫差電器件應(yīng)用范圍有：致冷、加熱、發(fā)電，致冷和加熱應(yīng)用比較普遍，有以下幾個方面： 應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)用范圍 1.軍事方面 導(dǎo)彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導(dǎo)行系統(tǒng) 2.醫(yī)療方面 冷力、冷合、白內(nèi)障摘除器、血液分析儀等 3.實驗室裝置方面 冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實驗儀器 4.專用裝置方面 石油、生化產(chǎn)品低溫測試儀、細菌培養(yǎng)箱、恒溫顯影槽、電腦等 5.日常生活方面 空調(diào)、冷熱兩用箱、飲水機、電子信箱等。此外，還有其它方

4、面的應(yīng)用 第四頁，共16頁。工作原理帕爾帖效應(yīng)的物理原理為：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現(xiàn)為制冷）。第五頁，共16頁。第六頁，共16頁。不僅需要N型和P型半導(dǎo)體特性，還要根據(jù)摻入的微量原素改變半導(dǎo)體的溫差電動勢率，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率使這種特殊半導(dǎo)體能滿足制冷的材料。目前國內(nèi)常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中P型是Bi2Te3Sb2Te3，N型是Bi2Te3Bi2Se3，采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。第七頁，共16頁。第八頁，共16頁。peltier制冷片安裝方法致

5、冷器的安裝方法一般有三種：焊接、粘合、螺栓壓縮固定。在生產(chǎn)上具體用哪一種方法安裝，要根據(jù)產(chǎn)品的要求來定，總的來說對于這三種的安裝時，首先都要用無水酒精棉將致冷器件的兩端面擦洗干凈，儲冷板和散熱板的安裝表面應(yīng)加工，表面平面度不大于0.03mm，并清洗干凈，以下就是三種安裝的操作過程。 1、焊接。 焊接的安裝方法要求致冷器件外表面必須是金屬化，儲冷板和散熱板也必須能夠上焊料（如：銅材的儲冷板或散熱板）安裝時先將儲冷板、散熱板、致冷器進行加溫，（溫度和焊料的熔點差不多）在各安裝表面都熔上約70110之間的低溫焊料0.1mm。然后將致冷器件的熱面和散熱板的安裝面，致冷器件的冷面和儲冷板的安裝面平行接觸

6、并且旋轉(zhuǎn)擠壓，確保工作面的接觸良好后冷卻。該安裝方法較復(fù)雜，不易維修，一般應(yīng)用在較特殊的場合。 2、粘合。 粘合的安裝方法是用一種具有導(dǎo)熱性能較好的粘合劑，均勻的涂在致冷器件、儲冷板、散熱板的安裝面上。粘合劑的厚度在0.03mm，將致冷器的冷熱面和儲冷板、散熱板的安裝面平行的擠壓第九頁，共16頁。peltier制冷片散熱方式半導(dǎo)體致冷器件的散熱是一門專業(yè)技術(shù)，也是半導(dǎo)體致冷器件能否長期運行的基礎(chǔ)。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導(dǎo)體致冷器的幾種散熱方式： 1、 自然散熱。采用導(dǎo)熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱器，在靜止的空氣中自由的散發(fā)熱量，使用方便，缺點是體積太大。

7、2、 充液散熱。用較好的散熱材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫。缺點是用水不方便，浪廢太大，優(yōu)點是體積小，散熱效果最好。 3、 強迫風(fēng)冷散熱。工作氣氛為流動空氣，散熱器所用的材料和自然散熱器相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點是增加一個風(fēng)機出現(xiàn)噪音。 4、 真空潛熱散熱。最常用的就是“熱管”散熱器，它是利用蒸發(fā)潛熱快速傳遞熱容量。 在真空狀態(tài)下，液體的沸點降低； 同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多； 多孔毛細結(jié)構(gòu)對液體的抽吸力可使液體流動。第十頁，共16頁。第十一頁，共16頁。peltier制冷片選用原則半導(dǎo)體致冷應(yīng)用產(chǎn)品的心臟部分是半導(dǎo)體致冷器，根據(jù)半導(dǎo)體溫差致冷器的特點，弱點及應(yīng)用范圍

8、，選用致冷器時首先應(yīng)確定以下幾個問題：1、 確定致冷器的工作狀態(tài)。根據(jù)工作電流的方向和大小，就可以決定致冷器的致冷，加熱和恒溫性能，盡管最常用的是致冷方式，但也不應(yīng)忽視它的致熱和恒溫性能。2、 確定致冷時熱端實際溫度。因為致冷器是溫差器件，要達到最佳的致冷效果，致冷器須安裝在一個良好的散熱器上，根據(jù)散熱條件的好壞，決定致冷時致冷器熱端的實際溫度，要注意，由于溫度梯度的影響，致冷器熱端實際溫度總是要比散熱器表面溫度高，通常少則零點幾度，多則高幾度、十幾度。同樣，除了熱端存在散熱梯度以外，被冷卻的空間與致冷器冷端之間也存在溫度梯度。3、確定致冷器的工作環(huán)境和氣氛。這包括是工作在真空狀況還是在普通大

9、氣，干燥氮氣，靜止或流動空氣及周圍的環(huán)境溫度，由此來考慮保溫（絕熱）措施，并決定漏熱的影響。4、確定致冷器工作對象及熱負載的大小。除了受熱端溫 度影響以外，致冷器所能達到的最低溫度或最大溫差是在空載和絕熱兩個條件下確定的，實際上工作的，致冷器既不可能真正絕熱，也必須有熱負載，否則無意義。第十二頁，共16頁。5、確定Peltier的級數(shù)。電堆級數(shù)的選定必須滿足實際溫差的要求，即電堆標稱的溫差必須高于實際要求的溫差，否則達不到要求，但是級數(shù)也不能太多，因電堆的價格隨著級數(shù)的增加而大大提高。 6、電堆的規(guī)格。選定電堆的級數(shù)以后，就可以選定電堆的規(guī)格，特別是電堆的工作電流。因為同時能滿足溫差及產(chǎn)冷的電

10、堆有好幾種，但是由于工作條件不同，通常選用工作電流最小的電堆，因為這時配套電源費用較小，然而電堆的總功率是決定因素，同樣的輸入電功率減少工作電流就得增加電壓（每對元件0.1v），因而元件對數(shù)就得增加。7、確定電堆的數(shù)量。這是根據(jù)能滿足溫差要求的電堆產(chǎn)冷總功率來決定的，它必須保證在工作溫度時電堆產(chǎn)冷量的總和大于工作對象熱負載的總功率，否則無法達到要求。電堆的熱慣性非常小，空載下不大于一分鐘，但是由于負載的慣性（主要是由于負載的熱容量造成的），因此實際要達到設(shè)定溫度時的工作速度要遠遠大于一分鐘，多時達幾小時。如工作速度要求愈大，電堆的數(shù)量也就愈多，熱負載的總功率是由總熱容量加上漏熱量（溫度愈低、漏熱量愈大）。 第十三頁，共16頁。上述七個方面是選用電堆時考慮的一般原則，根據(jù)上述原用戶首先應(yīng)根據(jù)需要提出要求來選擇制冷器件。一般的要求： 、給定使用的環(huán)境溫度Th 、被冷卻的空間或物體達到的低溫度Tc 、已知熱負載Q（熱功率Qp 、漏熱Qt）W 已知Th、Tc和Q，再根據(jù)溫差制冷器的特性曲線就可估算所需的電堆及電堆數(shù)量。 1、確定Peltier的型號規(guī)格 2、選定型號后，查閱該型號的溫差電制冷特性曲線圖。 3、由使用環(huán)境溫度和散熱方式確定制冷器的