您好,欢迎来到维库电子市场网 登录 | 免费注册

半导体致冷器
阅读:7520时间:2011-06-20 00:32:52

  半导体致冷器(TE)又称温差致冷组件、热电致冷器,俗称电子制冷片。具有体积小、重量轻、无噪声、无振动、无制冷管路、无机械磨损和安装简便等特点,的优点是制冷不需制冷剂,无工质污染,被誉为绿色环保制冷,它没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无致冷剂污染的场合。

优点

  a、体积小重量轻,具有致冷和加热两种功能:改变直流电源的极性,同一致冷器可实现加热和致冷两 种功能。

  b、精确温控:使用闭环温控电路,精度可达+-0.1℃。

  c、高可靠性:致冷组件为固体器件,无运动部件,因此失效率低。寿命大于二十万小时。

  d、工作时无声:与机械制冷系统不一样,工作时不产生噪音。

  e、可使用常规电源:致冷器对电源要求不高。可使用一般直流电源,工作电压和电流可在大范围内调 整。12V 额定电压,实际可使用到 8V-14V,开关电源和变压器电源均可,波纹系数在 10%以内。

  f、可实现点致冷:可只冷却一专门的元件或特定的面积。

  g、具有发电能力:若在致冷组件两面建立温差,则可产生直流电。

原理

  半导体温差致冷是建立在法国物理学家Peltien帕尔帖效应(即温差效应)基础上的具体应用。当电流流经两种不同性质的导体形成接点时,其接点会产生放热和吸热现象,即其两端形成温差而实现制冷和制热。

半导体致冷器的原理

  依据上述原理,利用半导体材料制成的致冷器称为半导体致冷器,其工作原理图如图1所示。为了便于叙述起见,以一对N/P型半导体材料构成的电偶对介绍工作原理,所谓电偶对就是掼NP结的数量。图1中的N/P型半导体元件通过铜导流片连接起来,当由N通过铜导流片到P通以正向直流电时,在电场作用下,N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴背向导流(朝接头)运动,即在导流片接头处N型和P型分别产生电子、空穴。电子、空穴产生的能量来自晶格振动的热能,于是在导流片上产生吸热现象,而在N/P型的另一端产生放热现象,从而产生温差。当放热的高温侧的热量能有效地放热时,吸热的低温侧不断地吸热,使其起到致冷的作用。

  半导体致冷器的N型/P型元件的排列,在电学上串联,在热学上是并联的,低温侧(制冷)和高温侧(制热)的能量,与输入电流成正比例,改变输入直流电源的电流强度,就可以调整制冷或制热的功率。同时,通过改变直流电源的极性,就能使热量的移动方向逆转,从而达到任意选择制冷或制热的目的。一对电偶的产冷量是有限的,将多个电偶对按串联、热并联的方式,用特殊的工艺组装起来,就能制成不同规格的半导体致冷器。为了得到更低的温度,可以采用二级或三级的致冷器,即一级冷面为二级热面的散热面。目前,三级致冷器温度可达-90℃。

结构

  半导体致冷器的结构如图2所示。由N型和P型半导体材料制成,每一种半导体元件的规格、尺寸均相同,然后按一只N型半导体元件和一只P型半导体元件由铜导流片连接成一对电偶。不同规格的半导体致冷器系由一定数量电偶串联,使其冷面排在一面,热面排在另一面,采用A1203陶瓷板作基板,基板内侧敷铜金属压层和温差电偶两端的导流片,连接成一个整体,首末电偶用横截面≥0.3mm2多股铜导线焊接起来作为输入引线,红色引线接正极,黑(蓝或白色)引线接负极。为了提高半导体致冷器的寿命,在两块陶瓷基板四周外露的PN电偶处涂敷706单组室温固化硅橡胶,固化后呈乳白色有弹性的胶体,这样四周电偶与外界空气完全隔绝,起到防氧化保护作用,提高其使用寿命。

半导体致冷器的结构

应用

  半导体致冷器作为一种崭新的冷源已被广泛用于军事工程、航天工业、工业测量、光缆通信、石油化工检测、医疗数据分析等高科技领域。特别是近几年,应用于家用电器如电脑CPU冷却、空调器、小型冰箱、冰热饮水机、手提式冷热保温箱、汽车冷藏箱、酒柜、微型除湿箱、冷却水分分析器等。

作用、安装与维护事项

  1、半导体致冷器的识别(以TEC1-12705型为例)

  “05”表示允许电流值,单位A;

  “127”表示致冷器电偶对数;

  “TEC1”表示致冷器的型号。

  2、半导体致冷器的冷、热面的判别

  半导体致冷器红色引线为正,黑(蓝或白色)引线为负极,将黑色引线接到12V直流电源的负极,用手拿住致冷器陶瓷基板,然后将红色引线碰触直流电源的正极,时间为1~2s,此时手感有冷意的为冷面,有热量的为热面。空载接通电源的时间不宜过长,否则热面的热量很快传给冷面造成热短路导致不能判别冷、热面,严重时会导致半导体致冷器损坏。遇此情况应立即断开电源,使其自然冷却至室温(15min左右)后再试。

  3、半导体致冷器的电源

  可以采用12V直流电源如蓄电池,或采用220V/12V直流变换器,但输出电源的纹波系数应<10%,以感性滤波为宜。电源电流大小视半导体致冷器的功率而定,使用过程中不可超过其额定电流(见附表)。

  4、半导体致冷器的冷却方式

  半导体致冷器的热面必须加装散热装置,常用的散热方式有自然风冷、强迫风冷、水冷等三种,不论采用何种散热方式,热面散热要充分,温度不宜超过90℃。

  5、半导体致冷器静态电阻

  业余条件下,可用万用表R×1挡进行测量,几种正品半导体致冷器静态电阻见表2,供参考。

  6、半导体致冷器的安装

  现以小型冰箱、冰热饮水机、冷热保温箱为例,介绍半导体致冷器的安装,图3是半导体致冷器安装示意图(冷却装置未画面,可采用12V直流风扇强迫风冷),安装步骤如下:

  (1)储冷器(也可理解为向外界吸热的集热器)、半导体致冷器、铝散热器三者接触面应清洁干净并进行脱脂。

  (2)储冷器、半导体致冷器、铝散热器各接触面需涂一层导热硅脂,以利导热。涂层应均匀,宜薄忌厚,若涂层过厚不但浪费硅脂还会增加热阻而降低制冷(制热)量。

  (3)将半导体致冷器的冷面贴到储冷器面上,轻轻施加压力并左右、上下微移动,使冷面粘住储冷器。再将聚乙烯橡胶板正放于致冷器四周。橡胶板的作用是隔离致冷工作时冷、热端交换所产生的热损耗,有效地提高制冷量。然后将铝散热器贴在致冷器的热面,同时微量移动铝散热器使其充分接触致冷器热面,校正两个螺孔位置后,用M4螺钉拧紧致冷器的塑料箱体。

  (4)半导体致冷器为陶瓷基极,其质硬而脆,所以拧紧螺钉力矩要适当,应均衡拧紧,以免挤碎陶瓷基板。

  (5)安装完毕再用万用表复测半导体致冷器静态电阻。

  7、半导体致冷器的维护

  (1)若采用冷、热交变方式工作时,方式转换间隔时间应不小于30S。

  (2)更换半导体致冷器,切忌拉引引线,否则会造成焊点受力过大而脱焊。

  (3)避免机械冲击和受潮。

  (4)经常清洁铝散热器表面灰尘,以免影响制冷效果。

  (5)冷却风扇若停转,应及时修好。

维库电子通,电子知识,一查百通!

已收录词条44954