半导体制冷片怎么恒温

Ⅰ 半导体制冷片原理及其技术运用

半导体制冷片(TE)也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。

半导体制冷片的工作运转是用直流电流，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，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料(碲化铋)，这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成。

半导体制冷片的工作原理

当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应。

1、塞贝克效应(SEEBECKEFFECT)

一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES=S.△T

式中：ES为温差电动势

S(?)为温差电动势率(塞贝克系数)

△T为接点之间的温差

2、珀尔帖效应(PELTIEREFFECT)

一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ为放热或吸热功率

π为比例系数，称为珀尔帖系数

I为工作电流

a为温差电动势率

Tc为冷接点温度

3、汤姆逊效应(THOMSONEFFECT)

当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：

Qτ=τ.I.△T

Qτ为放热或吸热功率

τ为汤姆逊系数

I为工作电流

△T为温度梯度

以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。

约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件。

中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用。

制冷片的技术应用

半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

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系统。

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，很容易实现遥控、程控、计算机控制，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、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7、半导体制冷片的温差范围，从正温到负温度都可以实现。

通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：

1、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。

2、医疗方面;冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。

3、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。

4、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。

5、日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。

半导体制冷片的散热方式

半导体制冷片件的散热是一门专业技术，也是半导体制冷片件能否长期运行的基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。以下就是半导体制冷片的几种散热方式：

1、自然散热。

采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热片，在静止的空气中自由的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。

2、充液散热。

用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。缺点是用水不方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。

3、强迫风冷散热。

工作气氛为流动空气，散热片所用的材料和自然散热片相同，使用方便，体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。

4、真空潜热散热。

最常用的就是“热管”散热片，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。

Ⅱ 半导体制冷片原理

半导体制冷片是通过直流电源驱动电子流，实现热量的转移和温差产生的一种高效冷热源。其工作原理是，电子在P型和N型半导体之间的循环过程中，一边吸收热量，一边释放热量，形成明显的冷热端。冷端与热源相连，如CPU或用于冷饮机和保温箱，而热端则通过散热来维持平衡。

这种制冷片具有显著的技术优势。首先，它无需制冷剂，可持续工作且无污染，无旋转部件，避免了回转效应和震动噪音。它是一种固体片件，安装方便，且具有独特的功能：制冷和制热，制冷效率虽然较低，但制热效率极高。此外，通过电流控制，能实现精确温度管理，支持远程和计算机控制，便于自动化系统集成。

半导体制冷片反应迅速，只需短暂通电，就能快速达到最大温差，而且还可以利用温差发电，适用于中低温环境。单个元件功率小，但通过串联和并联方式可构建大功率制冷系统，功率范围广泛，从几毫瓦到上万瓦不等。温差范围广泛，从正温90℃到负温度130℃，适应性强。

Ⅲ 如何调节半导体制冷片冷端温度

这个首先是由半导体制冷片本身功率决定的，一但半导体制冷片确定了，个人实践发现主要还是要散热做得足够好，才能达到很好的制冷效果。至于调节冷端温度，在相同散热条件下，这就是你的控制算法的问题了。你可以简单点用PWM控制，通过调节制冷片工作的时间调节问题。复杂一点的可以根据控制通过半导体制冷片的电流来控制功率，从而实现冷端温度的精确控制。

Ⅳ 半导体制冷片原理

半导体制冷片，作为一种热传递工具，其工作原理基于N型半导体与P型半导体材料的连接，通过电流通过热电偶对，导致两端产生热量转移，从而形成温差，实现冷热端的温差。

然而，半导体材料自身存在电阻，电流流过时会产生热量，影响热传递效率。同时，热传递还会通过空气和半导体材料逆向进行。当冷热端达到特定温差时，正逆向热传递达到平衡，此时温度不再变化。为了实现更低温度，可通过散热等方法降低热端温度。

风扇和散热片的作用是为制冷片的热端散热。通常情况下，半导体制冷片的冷热端温差可达40～65度，通过主动散热降低热端温度，冷端温度相应下降，实现更低温度。

当N型和P型半导体材料形成电偶对时，接通直流电流后，电流由N型元件流向P型元件接头，吸收热量成为冷端，由P型元件流向N型元件接头，释放热量成为热端。吸热和放热的大小由电流大小和半导体材料的N、P元件对数决定。

热电制冷中，涉及三种效应：塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。塞贝克效应描述了当两种不同导体连接时，温差产生电动势的现象；珀尔帖效应表明电流通过导体接点时，产生放热或吸热现象，其大小由电流决定；汤姆逊效应则涉及电流流经存在温度梯度的导体时，产生额外放热或吸热的现象。

苏联科学院半导体研究所约飞院士在1954年发表的研究成果，表明碲化铋化合物固溶体具有良好的制冷效果，成为最早的也是最重要的热电半导体材料。这一理论随后得到实践应用，众多学者在六十年代对半导体制冷材料进行研究，优值系数达到相当水平，实现大规模应用。

中国在半导体制冷技术的探索始于20世纪50年代末至60年代初，当时在国际研究中处于领先行列。60年代中期，半导体材料性能达到国际水平，60年代末至80年代初是半导体制冷片技术发展的重要阶段。在这期间，不仅提高了材料的优值系数，还拓宽了应用领域。中国科学院半导体研究所在此期间投入大量资源，成功开发出半导体制冷片及其相关产品，推动了半导体制冷技术的应用和发展。

半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题，具有很高的实用价值。