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4.1 半導體致冷器件的選型

       制冷器件是一種熱量搬運的電子器件,可以在器件兩端維持一個溫差,當熱面溫度Th達到50℃時這個溫差可超過75℃(單級器件),當熱面的熱量被不斷地移除時,熱量就從冷面持續地被抽運出來。抽運的速率跟器件的功率有關,一般地功率越大這個速率越大,為了良好地平衡制冷效果與成本,首先需要恰當地選擇制冷器件規格。


       ● 認識制冷器件主要的規格參數:
       1.外 形  尺 寸:通常規格的器件為方形,也有長方形和圓形,多級器件的寶塔形等。單層器件厚度約3—5mm,雙層或多層近乎3mm的倍數。
       2.最大 產 冷量:保持器件熱面溫度27℃(或50℃)時可從冷面抽運熱量的最大值。實際使用時的制冷量通常遠小于該數值。最大產冷量一般用來比較不同規格器件的制冷能力。
       3.最大溫差電壓:器件維持兩端溫差大小的能力與加在器件上的直流電壓成正比,達到最大溫差時的電壓稱為最大溫差電壓,施加的電壓超過該電壓后溫差將會減小。測定最大產冷量時使用最大溫差電壓,器件使用時的電壓應該小于該電壓,最常選用的范圍是最大電壓的70%--80%,當需要的溫差較小時可以使用更小的電壓。此時所能獲得的最大溫差、最大產冷量也相應較小。該參數表明了器件工作時適用的電壓范圍。
       4.最大溫差電流:是確定器件功率的重要指標,有時用電阻值替代表示,是冷熱面溫度27℃時(溫差為0)在最大溫差電壓下的電流值,器件工作時的電流一般小于該值,實際工作電流還會隨著溫差增加、熱面溫度升高而減小。該數值可以比較直觀地代表制冷器件的功率大小,此外表示了器件工作時的電流范圍。
 

       ● 選型方法
       1.為了選擇制冷器件規格要先確定需要的制冷量,即需要移除的熱量,如果不能確切的測量或計算也可以通過溫升等外部狀況推算和估計,將估算值標記為Qc,如果冷面溫度與環境溫度的差小于30℃,屬于常規制冷應用,直接用1.5*Qc與制冷器件規格表中27℃的最大制冷量比較,找到數值相近的規格(±5W),再參照希望采用的電流、電壓即可選擇一款合適的制冷器件。
       2.對于制冷溫差30℃--60℃的非常規制冷應用,需要選用2.5*Qc甚至更高制冷量的規格,因為器件的特性是隨著溫差增加抽運熱的能力呈線性下降。
       3.選擇制冷器件時還應充分地考慮到散熱條件的制約,散熱條件直接影響器件熱面的溫度,器件工作時需要不斷地從熱面移除抽運出來的熱量,和器件工作時消耗功率而產生的熱量,總的散熱量其數值等于Qc+V*I,V*I是輸入到器件的功率,如果散熱不充分熱量就會倒流回冷端,使冷端溫度升高,所以在散熱條件受制約時選擇功率較小的器件制冷效果反而有可能改善。
       4.作為選擇時的一種方案是以較多數量的小功率器件代替較少數量的大功率器件,獲得相同的制冷量,目的在于增加熱源面積降低散熱功率密度。少數大功率器件常常需要水冷散熱,比如12715器件在12V下工作,當電流為9A時根據Th=50℃的特性圖Qc≈10W,散熱量Qh=12*9+10=118W,所以散熱負荷很大,風冷散熱時對散熱器要求很高。解決的方案可以使用2片12708替代或采用水冷散熱。
       5.以上作為一種近似的簡易的選型方案使對制冷器件應用缺乏實際經驗的設計者能夠快速地切近主題,在此基礎上獲得設計的大概輪廓,然后通過實際模擬和測試確定最終的制冷器規格和周邊設計。對于更為精確的計算和設計請隨時聯系我們的技術人員,我們會為您提供更為豐富的實踐經驗幫助您盡可能地完善設計。
 


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