温控系统介绍-TEC温控器.PDF

成都业贤科技 温控系统介绍 本文避免过多的理论，而以形象、实例的方式介绍半导体制冷片以及使用它的小型温控 系统。 半导体制冷片的基本特性 外观组成 半导体制冷片，上下两个面是陶瓷面，中间是半导体元件，可以通过两根引线对它供电。 它的英文名称简写是TEC 。 温控面（正向电流时吸热制冷，反向电流时放热） 陶瓷 陶瓷 半导体 散热面 （正向电流时放热，反向电流时吸热） 图：半导体制冷片的示意、实物 工作机理 当直流电压被加载到TEC 模块两个引线上，其中一个表面的热将被吸收，然后热量被运 送到相对的另外一面释放。整个过程中，TEC 模块相当于一个“热泵”。 热量的转移会导致温度的变化，因此半导体制冷片可以用来控温。 1 / 18 成都业贤科技 冷面和热面 ，温控面和散热面 常规的冷面、热面的说法，用户容易混淆，因此我们这里改成温控面、散热面。 电压方向为正向时（红线正、黑线负），温控面制冷，散热面释放热量。 电压方向为负向时（红线负、黑线正），温控面加热，散热面吸收热量。 可见，电压方向（即电流方向）是可以交换的；当电压方向改变后，热量转移的方向也 随之发生变化，因此半导体制冷片可以用来降温，也可以用来升温。 一般情况下，引线焊接的那一面是散热面。 制冷量 被运送的热量，叫做制冷量；半导体制冷片的电功率，相当于运送制冷量的运费。一般 情况下，半导体制冷片的电功率和制冷量，不一定相等。制冷量和电功率的比值叫做制冷效 率 （能效比）。该效率和制冷片两面的温差等工作条件相关。比如，温差越大，制冷效率越 低。 TEC 的制冷效率远低于使用压缩机的空调，它的优点是静音，小巧，无机械振动部件。 因此它主要用在小型的温控系统中（粗略的讲，被温控物体尺寸小于10cm x 10cm x 10cm）， 如果你的被温控物体的体积很大，那么它不适用。因此，后文我们所提到的温控系统，主要 都是指这种小型温控系统。 最大制冷量：当温差为 0 时，TEC 满功率运转时能够搬运的最大热量。当然，当温差 从0 开始增大时，制冷能力逐渐降低。 最大温差：当需要TEC 运送的制冷量接近0 （此时TEC 的工作量最小）时，TEC 的两 面能够达到的温差最大值。当然，当运送的制冷量增加时，能够达到的最大温差减小。因此， 如果希望达到的温差大于单个TEC 的极限时，通常采用多层TEC，通过降低效率的方式得 到大温差。 2 / 18 成都业贤科技 散热要求 在半导体制冷片温控系统中，制冷量并没有消失，只是被转移，那么发热的那一面总热 量=TEC 电功率+制冷量。因此，绝大多数应用中，无论是加热应用还是制冷应用，半导体 制冷片的其中一面必须要有散热的装置( 比如散热片，风扇，或水冷板等)，提供一个温度相 对平稳的基准。 制冷时，散热器和风扇负责把热量（TEC 吸收来的热量 + TEC 本身发热）散发到空气 中，确保TEC 的热面不至于高于环境温度太多。 加热时，散热器和风扇负责从环境中吸取热量，供TEC 传递给物体，防止TEC 的热面 低于环境温度太多，导致温差过大，甚至结露结霜。 如果散热能力不够，则温差会越来越大，效率越来越低，最后效果变成了物体、TEC、 散热器整体被加热，温控温度很有可能无法稳定。如果TEC 两面都没有散热，只有TEC 被 干烧，极有可能导致TEC 被烧坏。 TEC 的承受能力 最大工作电压、最大工作电流：这两个指标是相关的，超过这两个值易损坏。 因此，温控器的输出电压绝对不能超过TEC 的最大工作电压；实际应用时，建议不要 超过半导体制冷片的最大工作值的80%。 加在TEC 上的电压决定了TEC 的电功率，电功率又影响了制冷量。因此可根据制冷量 的需求来确定加在TEC 上的电压，TEC 不是必须工作在的最大工作电压值。