TEC半导体制冷系统更好发挥产品的性能

TEC是热电冷却器的缩写。TEC 是一种半导体或固态器件，利用珀尔帖效应产生加热和冷却。TEC 的其他名称包括帕尔贴设备、固态冰箱和帕尔贴热泵。TEC可用于在很宽的范围内散热，从几毫瓦一直到几千瓦。

一、半导体制冷器(Thermo Electric Cooler)的工作原理

如果电源反转，触点处的温度将发生相反的变化。这种现象称为珀尔帖效应，也称为热电效应。1821年，托马斯·塞贝克（Thomas Seebeck）发现，当两个不同材料的导体连接在一个回路中，并且两个结之间存在温差时，电流流过回路。十二年后，J. C. Peltier展示了相反的效果 - 通过切断回路中的一根导体并迫使电流通过回路，观察到两个结之间的温差。

由于当时可用的材料，所涉及的大电流产生的电阻热主导了珀尔帖效应。如今，随着材料的进步，这些连接点已变得更加实用，可用作热电热泵，其功能与基于碳氟化合物的蒸汽压缩制冷相同。虽然它们仍然不如蒸汽循环装置有效，但它们没有运动部件或工作流体，并且尺寸可能非常小。纯金属的热电效应很小。如果使用N型半导体和P型半导体来代替金属，效果会大得多。通电后，在上部触点附近产生电子-空穴对，因此内部能量降低，温度降低，热量被外界吸收。在这种情况下，上部称为冷端。由于下接触的电子-空穴对的复合，内部能量增加，温度升高，热量释放到环境中。在这种情况下，下部称为热端。

一对半导体热电元件产生的温差和冷却能力非常小。实用的热电冷却器由多对并联和串联的热电元件组成，也称为热电桩。单级热电桩可以获得约60°C的温差;C，即冷端的温度可以达到-10到-20°C.增加热电桩阶段的数量可以增加两端之间的温差。但是，阶段数不宜太多，一般为2至3个年级。当这些复合热电元件覆盖瓷砖或其他导热绝缘材料时，在带电状态下形成吸热和放热效应。

二、热电冷却器的特点

热电冷却器具有无噪音、无振动、无需制冷剂、体积小、重量轻等特点，工作可靠，操作方便，制冷量调节方便。但是，它的制冷系数相对较小，功耗相对较大，因此主要用于冷耗小，占地面积小的场合，例如电子设备和无线电通信设备中某些组件的冷却;有些也用于家用冰箱，但不经济。热电冷却器也可以做成零点表，以保证热电偶温度测量中的零点温度。

二、热电冷却器技术应用

1950年代，随着半导体材料的快速发展，热电冷却器逐渐从实验室走向工程实践，并应用于国防、工业、农业、医疗和日常生活，从核潜艇空调到用于冷却红外探测器的探头。作为一种特殊的冷源，热电冷却器在技术应用中具有以下优势：

1.不需要任何制冷剂，可以连续工作，并且没有污染源，没有旋转部件，没有旋转效应。它没有振动，噪音，并且寿命长，安装方便。

2.热电冷却器有两个功能：冷却和加热。冷却效率一般不高，但加热效率很高，总是大于1。因此，使用一个组件可以取代单独的加热和冷却系统。

3.热电冷却器是一种电流交换部件。通过对输入电流的控制，可以实现高精度的温度控制。结合温度检测和控制手段，易于实现远程控制、程序控制、计算机控制，便于形成自动控制系统。

4.热电冷却器的热惯性很小，冷却和加热时间非常快。当热端散热良好，冷端为空时，冷却器可在不到一分钟的时间内达到最大温差。

5.热电冷却器的反向使用是温差发电。热电冷却器一般适用于中低温地区的发电。

6.热电冷却器的单个制冷元件对的功率非常小。但是，如果将它们组合成串联并联的堆栈以形成制冷系统，则可以使功率变得如此之大，以至于冷却功率可以从几磨瓦到数万瓦不等。

7.热电冷却器的温差范围可以从90°C的正温度实现;C至130°C的负温度。

通过以上分析，热电元件的应用范围包括冷却、加热、发电。冷却和加热应用更为常见。有以下几个方面：

(1)热电空调

半导体空调的特点是无制冷剂，噪音低，改变直流方向。它可以从制冷转移到加热操作，因此适用于特殊环境中的空调，例如潜艇，电子通信车辆等，不允许制冷剂泄漏。

(2)热电温控器

半导体制冷温控器的特点是容量小，控温精度高，可用于要求高的仪器和实验仪器。例如，半导体零点计和半导体恒温水浴作为半导体热电桩的测量基准，其控温精度可以达到0.01K。

(3)半导体制冷饮水机

带半导体制冷的饮水机的特点是无制冷剂，制冷系统结构紧凑，适用于要求冰箱轻巧小、禁止制冷剂泄漏的各种场合，如波音飞机上的半导体制冷饮水机。

(4)医用热电冷却器

采用半导体制冷的医疗器械具有结构紧凑、使用方便等特点，如冷冻切片机、冷冻麻醉床垫、白内障摘除装置、皮肤病冷疗仪等。

(5)热电除湿机

采用半导体制冷的空气除湿机的特点是无制冷剂，噪音低。适用于不允许制冷剂泄漏的军用仓库、低噪音潜艇、水下高压罐等特殊环境。

(6)热电热泵

采用半导体制冷的热泵的特点是热惯性低，工况转换方便。一般半导体空调或半导体温控器可根据热泵条件运行。

精密热控制应用将继续使用TEC作为解决方案。TEC性能有望继续提高，使其成为越来越多的温度控制应用的更具吸引力的解决方案。TEC甚至可以取代用于加热和冷却家庭的蒸汽循环制冷设备。TEC驱动器和热控制回路才刚刚开始找到实际应用。

【 文章来源：展至科技 】

审核编辑 黄宇