peliter的效应！半导体致冷片、致冷模组、TE MODULE……

【专家解说】：半导体致冷器的工作原理 半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，於1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。如图是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。 通上电源之后，冷端的热量被移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是著名的Peltier effect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家Jean Peltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用，也就是[致冷器]的发明(注意，这种叫致冷器，还不叫半导体致冷器) 半导体致冷法的原理以及结构： 半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N 型材料有多余的电子，有负温差电势。P 型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P 型穿过结点至N 型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。 直接接触的热电偶电路在实际应用中不可用，所以用下图的连接方法来代替，实验证明，在温差电路中引入第三种材料（铜连接片和导线）不会改变电路的特性。 这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求。把一个P 型半导体元件和一个N 型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。 在上面的接头处，电流方向是从N至P，温度下降并且吸热，这就是冷端；而在下面的一个接头处，电流方向是从P至N，温度上升并且放热，因此是热端。 因此是半导体致冷片由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图所示 N型半导体，重要的特性是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电能力，而且可以根据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为N型半导体。 P型半导体，是靠“空穴”来导电。在外电场作用下“空穴”流动方向和电子流动方向相反，即“空穴”由正板流向负极，这是P型半导体原理。 温差发电原理 1821年，塞贝克发现在两种不同金属构成的回路中，如果两个接头处的温度不同，其周围就会出现磁场。进一步实验之后，发现了回路中有一电动势存在，这种现象称为塞贝克效应或温差电效应。 一块导体或者半导体的两端如果温度不同就会产生温差电动势，称为赛贝克效应，利用这个原理发电就叫温差发电。 图1为简单的温差发电元件（或称温差电池），N型半导体1和P型半导体2在一端用金属片3连接起来，另一端接负载电阻R。当一端加热至温度T1，而另一端保持在温度T0时，回路中产生温差电动势，使负载电阻上有电流I流过，根据塞贝克定律 式中α为电池两臂温差电动势率之和，r为两臂的内阻之和。 温差发电 r＝(ρ1/s1+ρ2/s2)l 式中ρ1、ρ2、 s1、s2分别表示两臂的电阻率和横截面积；l表示两臂的长度。负载电阻上得到的功率为 温差发电效率的定义是外电路中得到的有用电能I2R与热源所消耗的能量之比。热源消耗的能量包括以下几项： ① 在热端吸收的珀尔帖热Q1 Q1＝α2T1(T1-T0)/(R+r) ② 由热端传导到冷端的热量Qm Qm＝K(T1-T0) 式中K为热导 K＝(λ1s1+λ2s2)/l 式中λ1、λ2分别为两臂的热导率。 ③ 温差电池内部，电流I流过所放出的焦耳热中，有一半将转移到热端，因而把功率 还给热源。 汤姆逊热较小，可以忽略不计。在最大输出功率条件下，即R＝r时，温差电池的效率为 式中 称为温差材料的品质因数。如果选 则得最大效率为 因此，温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数Z，Z值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。 最早用的温差发电材料为ZnSb合金(P型),用康铜片(N型)连接，其热端温度可达400 。Bi2Te3-Bi2Se3固溶体(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶体在0～300 范围内具有较高品质因数( ),是较好的低温温差发电材料。在300 到600 的中等温区,常采用PbTe或PbTe与SnTe或 PbSe的固溶体、GeTe、AgSbTe2等作温差发电材料。600 以上的高温发电材料有Ge-Si合金、MnTe等。人们对稀土元素的硫化物、碳硼化合物以及In-Ga-As系已作了较多的研究。 在温差发电机中，在较大温差下，为了使温差电池臂的所有部分都具有较高品质因数，可采取“分段”的办法,处于不同温度的电偶臂的各段,采用不同材料或不同成分。图2a的两段电偶臂采用不同材料。这种结构当上端温度为550 、温差为530 时，效率可达12％。图2b是成分分段改变的温差电池，当热端温度为1000K,冷端温度为300K时效率可达12％～15％。 温差发电 半导体温差发电机无转动部分，因而无噪声、寿命长、工作稳定可靠、轻便，且可利用各种能源，包括固、液、气态燃料,太阳能、核能,以及各种设备的废热、余热等，因而特别适用于军事、勘探和边远地区等的小功率发电和星际航行。 80年代美国已研制成 500瓦的军用温差发电机。利用同位素加热的核能温差发电机已应用于航天。 半导体致冷片的应用领域 热电致冷器由于它与制冷压缩机有着不同的优势所以其产品广泛应用于各种民用、军用、科研等方面的小型制冷场合。 采用半导体热电致冷器的产品在上世纪九十年代初期开始进行民用市场，如冷热饮水机，化妆品储存箱，便携式冷藏箱（汽车冰箱），冷热按摩器等，已引起广大消费者的青睐。随着半导体致冷技术水平的不断提高，人们将热电致冷器使用到越来越多的场合，以下列表是目前世界上热电致冷器使用到的领域以及相关的产品或项目。 1、光学领域 激光器件的温度控制 高灵敏度CCD的温度控制 SHG激光、DWDM、光电管、高输出LD 高温下摄像头的冷却 采用微型小型致冷片 如7、17、31、49、71对系列 投影机、复印机 127对系列致冷片 2、民用领域 汽车冰箱、除湿机、小型饮料机、笼物恒温床 127对40*40mm系列 车用冷杯、冷热按摩器、冷帽、汽车座椅 71、127对30*30mm系列 化妆品储存箱、冰箱、酒柜、防潮米筒 71、127对30*30mm系列 3、医用领域 DNA扩增仪、生物试剂检测装置 低温药剂保存箱、恒温床 冰帽、以及各种高精度的医疗仪器 恒温呼吸机 127对系列致冷片 4、电脑领域 半导体致冷机箱、 CPU致冷风扇 127对40*40mm系列 显卡致冷风扇、主板北桥致冷芯片 71、127对30*30mm系列 CPU测试平台、机箱冷却系统 200W以上大功率系列 5、半导体领域 冷风装置 循环器、冷却板 半导体测试恒温平台 127对系列致冷片 6、计量领域 分光光度计 色谱机 127对系列致冷片 TEC1 127 Couples TYPE COUPLES Imax (A) Umax (V) Qcmax(w) ΔT =0 ΔTmax（℃） Qc=0 DIMENSIONS (mm) R (Ω) Th=27℃ L M H TEC1-12703 127 3 15.4 26.7 68 40 40 4.92 3.42 TEC1-12704 4 35.6 68 40 40 4.54 3.02 TEC1-12705 5 44.5 68 40 40 4.20 2.40 TEC1-12706 6 53.3 68 40 40 3.82 1.98 TEC1-12707 7 62.2 68 40 40 3.80 1.70 TEC1-12708 8 71.1 68 40 40 3.80 1.50 TEC1-12709 9 80.1 68 40 40 3.37 1.36 TEC1-12710 10 88.9 67 40 40 3.30 1.08 TES1-09702 97 2 12 13.6 68 20 20 TES1-09703 3 20.4 68 20 20 TES1-09704 4 27.2 68 20 20 TES1-09705 5 33.9 68 20 20 3.25 1.90 TES1-09706 6 40.7 68 20 20 3.12 1.60 TES1-12702 127 2 15.4 18.4 68 25 25 6.80 TES1-12703 3.0 26.7 68 25 25 3.50 TES1-12704 3.9 35.6 68 25 25 3.10 TES1-12705 5 44.5 68 25 25 2.30 TES1-12702 127 2 15.4 18.4 68 30 30 3.84 6.80 TES1-12703 3.0 26.7 68 30 30 3.63 3.50 TES1-12704 3.9 35.6 68 30 30 3.20 3.10 TES1-12705 5 44.5 68 30 30 3.00 2.30 Notes: 1.The operating temperature: 125℃, 150℃, 200℃. 2.The length of lead wire could be fixed by clients, the common length is 150mm. 3.The sealing of TE modules: Unsealing, Silicon, Epoxy, the normal sealing is silicon gel. 4.Both sides of TE modules can be Lapped with high accuracy.