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半导体致冷器基础知识解析
云汉芯城 | 2019-07-10 16:33:04    阅读:1859   发布文章

半导体致冷器(TEC)也叫热电致冷器,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,无致冷剂污染的场合。半导体致冷器的工作运转是用直流电流,它既可致冷又可加热,通过改变直流电流的极性来决定在同一致冷器上实现致冷或加热,这个效果的产生就是通过热电的原理。

半导体致冷器(TEC)也叫热电致冷器,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,无致冷剂污染的场合。半导体致冷器的工作运转是用直流电流,它既可致冷又可加热,通过改变直流电流的极性来决定在同一致冷器上实现致冷或加热,这个效果的产生就是通过热电的原理。

工作原理

半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应,是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时,其一端吸热,一端放热的现象。

重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料,碲化铋元件采用电串联,并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对(组),它们通过电极连在一起,并且夹在两个陶瓷电极之间;

TEC组件每一侧的陶瓷电极的作用是防止由TEC电路引起的激光器管芯的短路;

TEC的控制温度可达30℃-40℃,当有电流从TEC流过时,电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧,在TEC上产生″热″侧和″冷″侧,这就是TEC的加热与致冷原理。是致冷还是加热,以及致冷、加热的速率,由通过它的电流方向和大小来决定。

在实际应用中,TEC通常安装在热沉和组件外壳之间。其冷侧与激光器芯接触,起到致冷作用,它的热侧与散热片接触,把热量散到外部去,这也只是一种最普遍的情况。在对激光器工作温度的稳定性要求较高的场所,一般都采用双向温控,即在常温和高温时对激光器制冷,在低温环境中则制热;

半导体致冷器在电流方向逆转时,原来的冷端和热端的位置就互换;则贴近激光器芯的一则就变成了热端,对激光器芯加热。

应用优势

1、不需要任何致冷剂,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器件,工作时没有震动,噪音,寿命长,安装容易。

2、半导体致冷器具有两种功能,既能致冷,又能加热,致冷效率一般不高,但致热效率很高,永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和致冷系统。

3、半导体致冷器是电流换能型器件,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,程式控制,电脑控制,便於组成自动控制系统。

4、半导体致冷器热惯性非常小,致冷致热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下,通电不到一分钟,致冷器就能达到最大温差。

5、半导体致冷器的反向使用就是温差发电,半导体致冷器一般适用于中低温区发电。

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

7、半导体致冷器的温差范围,从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

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