半导体制冷片Word文档下载推荐.docx
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当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。
但是半导体自身存在电阻，当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。
而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。
当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。
此时冷热端的温度就不会继续发生变化。
为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。
通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。
吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应。
塞贝克效应
（SEEBECKEFFECT）
一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：
ES=S.△T
式中：
ES为温差电动势
S为温差电动势率（塞贝克系数）
△T为接点之间的温差
珀尔帖效应
（PELTIEREFFECT）
一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的相反效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。
Qл=л.Iл=aTc
Qπ为放热或吸热功率
π为比例系数，称为珀尔帖系数
I为工作电流
a为温差电动势率
Tc为冷接点温度
汤姆逊效应
（THOMSONEFFECT）
当电
流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：
Qτ=τ.I.△T
Qτ为放热或吸热功率
τ为汤姆逊系数
△T为温度梯度
以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。
约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件。
中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。
在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。
中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用。
优缺点
优点和特点
半导体
制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：
1、不需要任何制冷剂，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片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。
2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。
因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
3、半导体制冷片是电流换能型片件，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、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
7、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
半导体温差电片件应用范围
通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：
制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：
1、军事
方面：
导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。
2、医疗方面；
冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。
3、实验室装置方面：
冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。
4、专用装置方面：
石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。
5、日常生活方面：
空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。
此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。
使用说明
一、正确的安装、组装方法：
1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。
2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。
3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。
二、正确的使用条件：
1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10%。
2、电流不得超过组件的额定电流。
3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压（须在5分钟之后）。
4、制冷片内部不得进水。
5、制冷片周围湿度不得超过80%。
三、CDL1系列制冷组件使用中的注意问题：
1、当采用非专用设备检验该器件时，在工作参数下，热端的温度必须低于80℃，（含改变电流方向冷端变成热端）。
在热端没有散热条件下，瞬间通电进行试验，即用手触摸制冷器的两个端面，感到有一定的热感，一面稍有冷感即可。
否则由于热端温度太高，极易造成器件短路或断路，使制冷器报废。
2、在一般条件下，鉴别制冷组件的极性时可将制冷组件冷端朝上放置，引线端朝向人体方向，此时右侧引线即为正极，通常用红色表示；
左侧为负极，通常用黑色，兰或白色表示，此种极性是制冷组件工作时的接线方法。
需制热时，只要改变电流极性即可。
制冷工作时，必须采用直流电源，电源的绞波系数应小于10%。
3、制冷电偶对数及极限电压的识别方法，电偶对数即指PN结点的数量。
例如：
制冷器的型号为CDL1-12703，则127为制冷组件的电偶对数，03为允许电流值（单位安培），制冷组件的极限电压V；
电偶对数×
0.11，例如：
CDLl-12703的极限电压V=l27×
0.11=13.97（V）。
4、各种制冷组件不论在使用还是在试验中，冷热交换时必须待两端面恢复到室温时，（一般需要15分钟以上方可进行）。
否则易造成陶瓷片炸裂。
5、为了提高制冷组件的寿命，使用前应该对制冷组件四周外露PN元件进行固化处理。
方法用706单组固化橡胶，均匀地涂在制冷组件四周PN元件上，不要涂在两个端面上。
所涂的橡胶24小时自然固化，固化后呈乳白色有弹性的固体。
固化的目的是使制冷组件电偶与外界空气完全隔离。
起防潮的作用，可提高制冷组件寿命约50%。
6、在安装时，首先用无水酒精棉，将制冷组件的两端擦洗干净，均匀的涂上很薄的一层导热硅脂：
安装表面（储冷板、散热板）应加工，表面平面度不大于0.03MM，并清洗干净；
在安装过程中制冷组件的冷端工作面一定要与储冷板接触良好，热端应与散热板接触良好（如用螺丝紧固，用力应均匀，切勿过度）；
储冷板、散热板的尺寸大小取决于冷却方法及冷却功率大小，可视情况自行决定；
为达到最佳制冷效果，储冷板和散热板之间应当用隔热材料充填，其厚度在25~30mm为宜。
7、用户在没有专用仪器的情况下，可根据生产厂的说明书，测量其外型尺寸及高度，判断其性能。
用万用表测试制冷组件静态电阻，不准确，只可供参考。
技术应用
电脑散热
由于频率提升带来的大发热量一直是众overclocker讨论的一个问题，从风冷、水冷，到压缩机、半导体制冷，再到疯狂的液氮、干冰，用尽降温方法。
比较普遍的风冷散热器和水冷由于其低成本和易用性的特点已经成为入门级超频发烧友的标准配置，缺点在于：
即使是最好的风冷或水冷，也只能把温度控制得接近或等于环境温度。
为了把温度降得低于零度，发烧友们选择了压缩机和半导体制冷。
VapoChill和Mach系列压缩机通过相变制冷可以使蒸发器温度达到-50℃，而国外发烧友自制的三级压缩机系统甚至达到了-196℃，也就是相当于液氮的蒸发温度。
但是由于压缩机系统高昂的价格，只能被极少数发烧友接受，液氮和干冰也许是骨灰极发烧友才会用到的极限利器，且蒸发/升华速度非常快，只能带来短时间的极限效能，没有实用价值，所以半导体制冷成为最佳选择。
把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接而成一个电偶对。
当直流电流从N极流向P极时，2.3端上产生吸热现象，此端称冷端而下面1.4端产生放热现象，此端称热端如果电流方向反过来，则冷热端相互转换。
由于一个电偶产生热效应较小（一般约IKcal/h）所以实际上将几十。
上百对电偶联成的热电堆。
所以半导体的致冷即一端吸热一端放热，是由载流子（电子和空穴）流过结点，由势能的变化而引起的能量传递，这是半导体致冷的本质，即帕尔帖效应。
这套系统为Socket939CPU设计，所以没有考虑其他平台，诸看官可以根据自己的情况，设计462/478/754/775的扣具。
两个水冷头和两块半导体制冷片来个合影，两块半导体制冷片通过导热铜块给CPU冷却，水冷头则给半导体制冷片的热端降温，从而达到把CPU温度控制在室温甚至零度以下的目的。
这里采用的是两片输入功率231W的制冷片，输入电压15V，制冷功率128W。
因为温度会降到零度以下，当温度与环境温度的温差超过8摄氏度时会结露，所以保温工作一定要做好。
这里用到了聚氨酯保温泡沫，保温效果很好。
在外面再穿一层“衣服”——环氧树脂，纯粹为了外观。
如果直接给半导体制冷片通电的话会有被烧毁的危险，在测试之前，主板也要作适当的保护，防止因为温差过大而结霜或者结露。
半导体制冷片制冷原理
原理图
半导体制冷片（TE）也叫热电制冷片，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，无制冷剂污染的场合。
半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，上图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料（碲化铋），这个半导体元件在电路上是用串联形式连接组成.半导体制冷片的工作原理是：
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料连结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。
吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。
制冷片内部是由上百对电偶联成的热电堆（如右图），以达到增强制冷（制热）的效果。
以下三点是热电制冷的温差电效应。
三.
性能计算
在应用致冷器前，要进一步的了解它的性能，实际上致冷器的冷端从周围吸收的热Qл外，还有两个：
一个是焦耳热Qj；
另一个是传导热Qk。
电流从元件内部通过就产生焦耳热，焦耳热的一半传到冷端，另一半传到热端，传导热从热端传到冷端。
产冷量Qc
=Qπ-Qj-Qk
热端散掉的热Qh
=QπBQk
=（2p-2n）.Tc.I-1/2j²
R-K（Th-Tc）
=（2p-2n）.Th.I+1/2I²
式中，R表示一对电偶的总电阻，K是总热导。
从上面两公式中可以看出，输入的电功率恰好就是热端散掉的热与冷端吸收的热之差，这就是“热泵”的一种：
Qh-Qc=I²
R=P
由上式得出一个电偶在热端放出的热量Qh等于输入电功率与冷端产冷量之和，相反得出冷端产冷量Qc等于热端放出的热量与输入电功率之差。
Qh=P+Qc
→
Qc=Qh-P
最大致冷功率的计算方法：
A.1
在热端温度Th为27℃±
1℃,
温差为△T=0
I=Imax
时，
最大致冷功率Qcmax（W）按公式
（1）计算：
Qcmax=0.07NI
（1）式中：
N
---器件对数,
I
---器件的最大温差电流（A）
A.2
若热面温度为3~40℃时，最大致冷功率Qcmax（W）应按公式
（2）加以修正，
Qcmax∣Th=
Qcmax×
[1+0.0042（Th--27）]
（2）式中：
Qcmax
---热面温度Th=27℃±
1℃的最大致冷功率（W），
Qcmax∣Th
--热面温度Th
--3~40℃时的实测温度下的最大致冷功率（W）
五.
散热方式
半导体致冷器件的散热是一门专业技术，也是半导体致冷器件能否长期运行的基础。
良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。
以下就是半导体致冷器的几种散热方式：
1、自然散热。
采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热器，在静止的空气中自由的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。
2、充液散热。
用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。
缺点是用水不方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。
3、强迫风冷散热。
工作气氛为流动空气，散热器所用的材料和自然散热器相同，使用方便，体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。
4、真空潜热散热。
最常用的就是“热管”散热器，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。
六.
安装方式
致冷器的安装方法一般有三种：
焊接、粘合、螺栓压缩固定。
在生产上具体用哪一种方法安装，要根据产品的要求来定，总的来说对于这三种的安装时，首先都要用无水酒精棉将致冷器件的两端面擦洗干净，储冷板和散热板的安装表面应加工，表面平面度不大于0.03mm，并清洗干净，以下就是三种安装的操作过程。
1、焊接。
焊接的安装方法要求致冷器件外表面必须是金属化，储冷板和散热板也必须能够上焊料（如：
铜材的储冷板或散热板）安装时先将储冷板、散热板、致冷器进行加温，（温度和焊料的熔点差不多）在各安装表面都熔上约70℃——110℃之间的低温焊料0.1mm。
然后将致冷器件的热面和散热板的安装面，致冷器件的冷面和储冷板的安装面平行接触并且旋转挤压，确保工作面的接触良好后冷却。
该安装方法较复杂，不易维修，一般应用在较特殊的场合。
2、粘合。
粘合的安装方法是用一种具有导热性能较好的粘合剂，均匀的涂在致冷器件、储冷板、散热板的安装面上。
粘合剂的厚度在0.03mm，将致冷器的冷热面和储冷板、散热板的安装面平行的挤压，并且轻轻的来回旋转确保各接触面的良好接触，通风放置24小时自然固化。
该安装方法一般应用在想永久的把致冷器固定在散热板或储冷板的地方。
3、螺柱压缩固定。
螺柱压缩固定的安装方法是将致冷器件、储冷板、散热板各安装面均匀的涂上很薄的一层导热硅脂，厚度大约在0.03mm。
然后将致冷器件的热面和散热板的安装面、致冷器件的冷面和储冷板的安装面平行接触，并且轻轻的来回旋转致冷器，挤压过量的导热硅脂，一定要确保各工作面的接触良好，再用螺丝将散热板、致冷器、储冷板三者之间紧固，紧固时用力应均匀，切勿过量或太轻，重了易压坏致冷器件，轻了容易造成工作面不接触。
该安装简单、快速，维修方便，可靠性较高，是目前产品应用中最多的一种安装方法。
以上三种安装方法为了能够达到最佳的致冷效果，储冷板和散热板之间应用隔热材料填充，固定螺丝应用隔热垫圈，为减少冷热交替，储冷板和散热板的尺寸大小取决于冷却方法及冷却功率大小，根据应用情况决定。
e:
半导体制冷器的原理与使用
一、正确的安装、组装方法1．制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。
2．制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。
3．固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。
二、正确的使用条件1．使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。
2．电流不得超过组件的额定电流。
3．制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压（须在5分钟之后）。
4．制冷片内部不得进水。
5．制冷片周围湿度不得超过80％。
三、CDL1系列制冷组件使用中的注意问题1、当采用非专用设备检验该器件时，在工作参数下，热端的温度必须低于80℃，（含改变电流方向冷端变成热端）。
2、在一般条件下，鉴别制冷组件的极性时可将制冷组件冷端朝上放置，引线端朝向人体方向，此时右侧引线即为正极，通常用红色表示；
制冷工作时，必须采用直流电源，电源的绞波系数应小于10％。
3、制冷电偶对数及极限电压的识别方法，电偶对数即指PN结点的数量。
CDLl-12703的极限电压V=l27×
4、各种制冷组件不论在使用还是在试验中，冷热交换时必须待两端面恢复到室温时，（一般需要15分钟以上方可进行）。
5、为了提高制冷组件的寿命，使用前应该对制冷组件四周外露PN元件进行固化处理。
起防潮的作用，可提高制冷组件寿命约50％。
6、在安装时，首先用无水酒精棉，将制冷组件的两端擦洗干净，均匀的涂上很蒲的一层导热硅脂：
为达到最佳制冷效果，储冷板和散热板之间应当用隔热材料充填，其厚度在25~30mm为宜。
7、用户在没有专用仪器的情况下，可根据生产厂的说明书，测量其外型尺寸及高度，判断其性能。
用万用表测试制冷组件静态电阻，不准确，只可供参考
半导体制冷器的原理与使用<
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一、原理概述<
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大家知道CPU工作时温度越低越好。
很多文章都谈到CPU散热是否良好是超频能否成功的一个关键因素。
一般通过用大风扇、涂导热硅脂等来改善CPU的散热条件，但这些方法都不可能使CPU的温度低于室温。
这里谈到的半导体制冷器是根据热电效应技术的特点，采用特殊半导体材料热电堆来制冷，能够将电能直接转换为热能，效率较高。
一般CPU的发热功率小于30W，而制冷器的功率则大于50W，如果散热良好，它完全可能使CPU工作在接近0℃甚至0℃以下。
半导体制冷器的用途很多，可用于制作便携冷藏/保温箱、冷热饮水机等。
也用于电子器件的散热。
目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋，加入不纯物经过特殊处理而成N型或P型半导体温差元件。
以市面常见的TEC1-12605为例，其额定电压为：
12v，额定电流为5A，最大温差可达60摄氏度，外型尺寸为4X4X0.４Cm，重约25克。
它的工作特点是一面制冷而一面发热。
接通直流电源后，电子由负极（-）出发，首先经过P型半导体，在此吸收热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模组，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。
下图是一个致冷器的典型结构，由许多N型和P型半极体之颗粒互相排列而成，而NP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，最后用两片陶瓷片像汉堡包一样夹起来。
<
二、安装使用<
制冷片的安装及使用很简单。
在安装前，最好准备一点导热硅脂，然后，找一节干电池，接在制冷器两根引线上，就可感到一端明显发凉而另一端发热，记住引线的极性并确定好制冷器的冷、热端。
正式安装时，在制冷器两端均匀涂上导热硅脂，在CPU与散热器之间插入制冷片，请注意先试好的冷热
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