半導體製冷片怎麼恆溫

Ⅰ 半導體製冷片原理及其技術運用

半導體製冷片(TE)也叫熱電製冷片，是一種熱泵，它的優點是沒有滑動部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無製冷劑污染的場合。

半導體製冷片的工作運轉是用直流電流，它既可製冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一製冷片上實現製冷或加熱，這個效果的產生就是通過熱電的原理，以下的圖就是一個單片的製冷片，它由兩片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導體材料(碲化鉍)，這個半導體元件在電路上是用串聯形式連結組成。

半導體製冷片的工作原理

當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成電偶對時，在這個電路中接通直流電流後，就能產生能量的轉移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸熱和放熱的大小是通過電流的大小以及半導體材料N、P的元件對數來決定，以下三點是熱電製冷的溫差電效應。

1、塞貝克效應(SEEBECKEFFECT)

一八二二年德國人塞貝克發現當兩種不同的導體相連接時，如兩個連接點保持不同的溫差，則在導體中產生一個溫差電動勢：ES=S.△T

式中：ES為溫差電動勢

S(?)為溫差電動勢率(塞貝克系數)

△T為接點之間的溫差

2、珀爾帖效應(PELTIEREFFECT)

一八三四年法國人珀爾帖發現了與塞貝克效應的效應，即當電流流經兩個不同導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱現象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ為放熱或吸熱功率

π為比例系數，稱為珀爾帖系數

I為工作電流

a為溫差電動勢率

Tc為冷接點溫度

3、湯姆遜效應(THOMSONEFFECT)

當電流流經存在溫度梯度的導體時，除了由導體電阻產生的焦耳熱之外，導體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導體兩點之間，其放熱量或吸熱量為：

Qτ=τ.I.△T

Qτ為放熱或吸熱功率

τ為湯姆遜系數

I為工作電流

△T為溫度梯度

以上的理論直到本世紀五十年代，蘇聯科學院半導體研究所約飛院士對半導體進行了大量研究，於一九五四年發表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的製冷效果，這是最早的也是最重要的熱電半導體材料，至今還是溫差製冷中半導體材料的一種主要成份。

約飛的理論得到實踐應用後，有眾多的學者進行研究到六十年代半導體製冷材料的優值系數，才達到相當水平，得到大規模的應用，也就是我們現在的半導體製冷片件。

中國在半導體製冷技術開始於50年代末60年代初，當時在國際上也是比較早的研究單位之一，60年代中期，半導體材料的性能達到了國際水平，60年代末至80年代初是我國半導體製冷片技術發展的一個台階。在此期間，一方面半導體製冷材料的優值系數提高，另一方面拓寬其應用領域。中國科學院半導體研究所投入了大量的人力和物力，獲得了半導體製冷片，因而才有了現在的半導體製冷片的生產及其兩次產品的開發和應用。

製冷片的技術應用

半導體製冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優點和特點：

1、不需要任何製冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。

2、半導體製冷片具有兩種功能，既能製冷，又能加熱，製冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大於1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和製冷系統。

3、半導體製冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程式控制、計算機控制，便於組成自動控制系統。

4、半導體製冷片熱慣性非常小，製冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鍾，製冷片就能達到最大溫差。

5、半導體製冷片的反向使用就是溫差發電，半導體製冷片一般適用於中低溫區發電。

6、半導體製冷片的單個製冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷系統的話，功率就可以做的很大，因此製冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

7、半導體製冷片的溫差范圍，從正溫到負溫度都可以實現。

通過以上分析，半導體溫差電片件應用范圍有：製冷、加熱、發電，製冷和加熱應用比較普遍，有以下幾個方面：

1、軍事方面：導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導行系統。

2、醫療方面;冷力、冷合、白內障摘除片、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、各種恆溫、高低溫實驗儀片。

4、專用裝置方面：石油產品低溫測試儀、生化產品低溫測試儀、細菌培養箱、恆溫顯影槽、電腦等。

5、日常生活方面：空調、冷熱兩用箱、飲水機、電子信箱等。此外，還有其它方面的應用，這里就不一一提了。

半導體製冷片的散熱方式

半導體製冷片件的散熱是一門專業技術，也是半導體製冷片件能否長期運行的基礎。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導體製冷片的幾種散熱方式：

1、自然散熱。

採用導熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱片，在靜止的空氣中自由的散發熱量，使用方便，缺點是體積太大。

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。缺點是用水不方便，浪廢太大，優點是體積小，散熱效果最好。

3、強迫風冷散熱。

工作氣氛為流動空氣，散熱片所用的材料和自然散熱片相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點是增加一個風機出現噪音。

4、真空潛熱散熱。

最常用的就是「熱管」散熱片，它是利用蒸發潛熱快速傳遞熱容量。

Ⅱ 半導體製冷片原理

半導體製冷片是通過直流電源驅動電子流，實現熱量的轉移和溫差產生的一種高效冷熱源。其工作原理是，電子在P型和N型半導體之間的循環過程中，一邊吸收熱量，一邊釋放熱量，形成明顯的冷熱端。冷端與熱源相連，如CPU或用於冷飲機和保溫箱，而熱端則通過散熱來維持平衡。

這種製冷片具有顯著的技術優勢。首先，它無需製冷劑，可持續工作且無污染，無旋轉部件，避免了回轉效應和震動噪音。它是一種固體片件，安裝方便，且具有獨特的功能：製冷和制熱，製冷效率雖然較低，但制熱效率極高。此外，通過電流控制，能實現精確溫度管理，支持遠程和計算機控制，便於自動化系統集成。

半導體製冷片反應迅速，只需短暫通電，就能快速達到最大溫差，而且還可以利用溫差發電，適用於中低溫環境。單個元件功率小，但通過串聯和並聯方式可構建大功率製冷系統，功率范圍廣泛，從幾毫瓦到上萬瓦不等。溫差范圍廣泛，從正溫90℃到負溫度130℃，適應性強。

Ⅲ 如何調節半導體製冷片冷端溫度

這個首先是由半導體製冷片本身功率決定的，一但半導體製冷片確定了，個人實踐發現主要還是要散熱做得足夠好，才能達到很好的製冷效果。至於調節冷端溫度，在相同散熱條件下，這就是你的控制演算法的問題了。你可以簡單點用PWM控制，通過調節製冷片工作的時間調節問題。復雜一點的可以根據控制通過半導體製冷片的電流來控制功率，從而實現冷端溫度的精確控制。

Ⅳ 半導體製冷片原理

半導體製冷片，作為一種熱傳遞工具，其工作原理基於N型半導體與P型半導體材料的連接，通過電流通過熱電偶對，導致兩端產生熱量轉移，從而形成溫差，實現冷熱端的溫差。

然而，半導體材料自身存在電阻，電流流過時會產生熱量，影響熱傳遞效率。同時，熱傳遞還會通過空氣和半導體材料逆向進行。當冷熱端達到特定溫差時，正逆向熱傳遞達到平衡，此時溫度不再變化。為了實現更低溫度，可通過散熱等方法降低熱端溫度。

風扇和散熱片的作用是為製冷片的熱端散熱。通常情況下，半導體製冷片的冷熱端溫差可達40～65度，通過主動散熱降低熱端溫度，冷端溫度相應下降，實現更低溫度。

當N型和P型半導體材料形成電偶對時，接通直流電流後，電流由N型元件流向P型元件接頭，吸收熱量成為冷端，由P型元件流向N型元件接頭，釋放熱量成為熱端。吸熱和放熱的大小由電流大小和半導體材料的N、P元件對數決定。

熱電製冷中，涉及三種效應：塞貝克效應、珀爾帖效應和湯姆遜效應。塞貝克效應描述了當兩種不同導體連接時，溫差產生電動勢的現象；珀爾帖效應表明電流通過導體接點時，產生放熱或吸熱現象，其大小由電流決定；湯姆遜效應則涉及電流流經存在溫度梯度的導體時，產生額外放熱或吸熱的現象。

蘇聯科學院半導體研究所約飛院士在1954年發表的研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體具有良好的製冷效果，成為最早的也是最重要的熱電半導體材料。這一理論隨後得到實踐應用，眾多學者在六十年代對半導體製冷材料進行研究，優值系數達到相當水平，實現大規模應用。

中國在半導體製冷技術的探索始於20世紀50年代末至60年代初，當時在國際研究中處於領先行列。60年代中期，半導體材料性能達到國際水平，60年代末至80年代初是半導體製冷片技術發展的重要階段。在這期間，不僅提高了材料的優值系數，還拓寬了應用領域。中國科學院半導體研究所在此期間投入大量資源，成功開發出半導體製冷片及其相關產品，推動了半導體製冷技術的應用和發展。

半導體製冷片，也叫熱電製冷片，是一種熱泵。它的優點是沒有滑動部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無製冷劑污染的場合。利用半導體材料的Peltier效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現製冷的目的。它是一種產生負熱阻的製冷技術，其特點是無運動部件，可靠性也比較高。利用半導體製冷的方式來解決LED照明系統的散熱問題，具有很高的實用價值。