半导体致冷器

　　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。

　　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。

　　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，三级致冷器最低温度可达－90℃。

　　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。

　　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最大电流（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。