半導(dǎo)體制冷片-帕爾貼概要課件

帕爾貼制冷帕爾貼制冷1什么是帕爾貼？帕爾貼是從英文“Peltier”一詞翻譯過(guò)來(lái)的，國(guó)內(nèi)有多種名稱(chēng)，如制冷片，半導(dǎo)體制冷片，熱電半導(dǎo)體致冷組件等。國(guó)內(nèi)目前以帕爾貼半導(dǎo)體（中國(guó)）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(jià)格低廉，成為半導(dǎo)體制冷的航母。什么是帕爾貼？帕爾貼是從英文“Peltier”一詞翻譯過(guò)來(lái)的2peltier制冷片制冷特點(diǎn)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(diǎn)和特點(diǎn)：1、不需要任何致冷劑，可連續(xù)工作，沒(méi)有污染源沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒(méi)有滑動(dòng)部件，是一種固體器件，工作時(shí)沒(méi)有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)、安裝容易。2、半導(dǎo)體致冷器具有兩種功能，既能致冷，又能加熱，致冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠(yuǎn)大于1。因此使用一個(gè)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(guò)輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。4、半導(dǎo)體致冷器熱慣性非常小，致冷致熱時(shí)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(dá)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(gè)致冷元件對(duì)的功率很小，但組合成電堆，用同類(lèi)型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成致冷系統(tǒng)的話(huà)，功率就可以做的很大，因此致冷功率可以做到幾毫瓦到上萬(wàn)瓦的范圍。

7、半導(dǎo)體致冷器的溫差范圍，從正溫90℃到負(fù)溫度130℃都可以實(shí)現(xiàn)。peltier制冷片制冷特點(diǎn)及應(yīng)用半導(dǎo)體致冷器作為特種冷源，3通過(guò)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(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用范圍

1.軍事方面導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線(xiàn)探測(cè)、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(shí)驗(yàn)室裝置方面冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測(cè)試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)儀器

4.專(zhuān)用裝置方面石油、生化產(chǎn)品低溫測(cè)試儀、細(xì)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(jī)、電子信箱等。此外，還有其它方面的應(yīng)用通過(guò)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，4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(yùn)動(dòng)形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)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）。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(yùn)動(dòng)形成5半導(dǎo)體制冷片--帕爾貼概要ppt課件6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(dòng)勢(shì)率，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率使這種特殊半導(dǎo)體能滿(mǎn)足制冷的材料。目前國(guó)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Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。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)7半導(dǎo)體制冷片--帕爾貼概要ppt課件8peltier制冷片安裝方法致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(lái)定，總的來(lái)說(shuō)對(duì)于這三種的安裝時(shí)，首先都要用無(wú)水酒精棉將致冷器件的兩端面擦洗干凈，儲(chǔ)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(guò)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(chǔ)冷板和散熱板也必須能夠上焊料（如：銅材的儲(chǔ)冷板或散熱板）安裝時(shí)先將儲(chǔ)冷板、散熱板、致冷器進(jìn)行加溫，（溫度和焊料的熔點(diǎn)差不多）在各安裝表面都熔上約70℃——110℃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(chǔ)冷板的安裝面平行接觸并且旋轉(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(chǎng)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(chǔ)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(chǔ)冷板、散熱板的安裝面平行的擠壓peltier制冷片安裝方法致冷器的安裝方法一般有三種：焊接9peltier制冷片散熱方式半導(dǎo)體致冷器件的散熱是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，也是半導(dǎo)體致冷器件能否長(zhǎng)期運(yùn)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(diǎn)是體積太大。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(diǎn)是用水不方便，浪廢太大，優(yōu)點(diǎn)是體積小，散熱效果最好。3、強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。工作氣氛為流動(dòng)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(diǎn)是增加一個(gè)風(fēng)機(jī)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。

⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。peltier制冷片散熱方式半導(dǎo)體致冷器件的散熱是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技10半導(dǎo)體制冷片--帕爾貼概要ppt課件11peltier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(diǎn)，弱點(diǎn)及應(yīng)用范圍，選用致冷器時(shí)首先應(yīng)確定以下幾個(gè)問(wèn)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(shí)熱端實(shí)際溫度。因?yàn)橹吕淦魇菧夭钇骷?，要達(dá)到最佳的致冷效果，致冷器須安裝在一個(gè)良好的散熱器上，根據(jù)散熱條件的好壞，決定致冷時(shí)致冷器熱端的實(shí)際溫度，要注意，由于溫度梯度的影響，致冷器熱端實(shí)際溫度總是要比散熱器表面溫度高，通常少則零點(diǎn)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氣，干燥氮?dú)?，靜止或流動(dòng)空氣及周?chē)沫h(huán)境溫度，由此來(lái)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(duì)象及熱負(fù)載的大小。除了受熱端溫度影響以外，致冷器所能達(dá)到的最低溫度或最大溫差是在空載和絕熱兩個(gè)條件下確定的，實(shí)際上工作的，致冷器既不可能真正絕熱，也必須有熱負(fù)載，否則無(wú)意義。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125、確定Peltier的級(jí)數(shù)。電堆級(jí)數(shù)的選定必須滿(mǎn)足實(shí)際溫差的要求，即電堆標(biāo)稱(chēng)的溫差必須高于實(shí)際要求的溫差，否則達(dá)不到要求，但是級(jí)數(shù)也不能太多，因電堆的價(jià)格隨著級(jí)數(shù)的增加而大大提高。6、電堆的規(guī)格。選定電堆的級(jí)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?yàn)橥瑫r(shí)能滿(mǎn)足溫差及產(chǎn)冷的電堆有好幾種，但是由于工作條件不同，通常選用工作電流最小的電堆，因?yàn)檫@時(shí)配套電源費(fèi)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(duì)元件0.1v），因而元件對(duì)數(shù)就得增加。7、確定電堆的數(shù)量。這是根據(jù)能滿(mǎn)足溫差要求的電堆產(chǎn)冷總功率來(lái)決定的，它必須保證在工作溫度時(shí)電堆產(chǎn)冷量的總和大于工作對(duì)象熱負(fù)載的總功率，否則無(wú)法達(dá)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(fù)載的慣性（主要是由于負(fù)載的熱容量造成的），因此實(shí)際要達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)的工作速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一分鐘，多時(shí)達(dá)幾小時(shí)。如工作速度要求愈大，電堆的數(shù)量也就愈多，熱負(fù)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）。5、確定Peltier的級(jí)數(shù)。電堆級(jí)數(shù)的選定必須滿(mǎn)足實(shí)際溫差13上述七個(gè)方面是選用電堆時(shí)考慮的一般原則，根據(jù)上述原用戶(hù)首先應(yīng)根據(jù)需要提出要求來(lái)選擇制冷器件。一般的要求：①、給定使用的環(huán)境溫度Th℃②、被冷卻的空間或物體達(dá)到的低溫度Tc℃③、已知熱負(fù)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(xiàn)就可估算所需的電堆及電堆數(shù)量。1、確定Peltier的型號(hào)規(guī)格2、選定型號(hào)后，查閱該型號(hào)的溫差電制冷特性曲線(xiàn)圖。3、由使用環(huán)境溫度和散熱方式確定制冷器的熱端溫度Th，得出相近的Tc。4、在相應(yīng)的特性曲線(xiàn)圖中查出冷端Qc的產(chǎn)冷量。5、由所需的產(chǎn)冷量Q除以每個(gè)電堆的產(chǎn)冷量Qc就得到所需的電堆數(shù)量N=Q/Qc我在網(wǎng)上找到的一些產(chǎn)品信息都是以下的：最大電流A，最大溫差T，最大電壓V，最大致冷W，尺寸mm上述七個(gè)方面是選用電堆時(shí)考慮的一般原則，根據(jù)上述原用戶(hù)首先應(yīng)14半導(dǎo)體制冷片--帕爾貼概要ppt課件15性能計(jì)算在應(yīng)用致冷器前，要進(jìn)一步的了解它的性能，實(shí)際上致冷器的冷端從周?chē)盏臒酫л外，還有兩個(gè)：一個(gè)是焦耳熱Qj；另一個(gè)是傳導(dǎo)熱Qk。電流從元件內(nèi)部通過(guò)就產(chǎn)生焦耳熱，焦耳熱的一半傳到冷端，另一半傳到熱端，傳導(dǎo)熱從熱端傳到冷端。產(chǎn)冷量Qc=Qπ-Qj-Qk熱端散掉的熱Qh=Qπ+Qj-Qk=（2p-2n）.Tc.I-1/2j2R-K（Th-Tc）=（2p-2n）.Th.I+1/2I2R-K（Th-Tc）式中，R表示一對(duì)電偶的總電阻，K是總熱導(dǎo)。從上面兩公式中可以看出，輸入的電功率恰好就是熱端散掉的熱與冷端吸收的熱之差，這就是“熱泵”的一種：Qh-Qc=I2R=P由上式得出一個(gè)電偶在熱端放出的熱量Qh等于輸入電功率與冷端產(chǎn)冷量之和，相反得出冷端產(chǎn)冷量Qc等于熱端放出的熱量與輸入電功率之差。Qh=P+Qc→Qc=Qh-P最大致冷功率的計(jì)算方法：A.1在熱端溫度Th為27℃±1℃,溫差為△T=0,I=Imax時(shí)，最大致冷功率Qcmax(W)按公式（1）計(jì)算：Qcmax=0.07NI(