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半导体制冷片型号的选择

2019-03-08  来自: 浏览次数:571

    制冷片是一种热量搬运的电子器件,可以在器件两端维持一个温差,当热面温度Th达到50℃时这个温差可超过75℃(单级器件),当热面的热量被不断地移除时,热量就从冷面持续地被抽运出来。抽运的速率跟器件的功率有关,一般功率越大这个速率越大,为了良好地平衡制冷效果与成本,首先需要恰当地选择制冷片的规格。

    ● 制冷片主要的规格参数:

       1.外形尺寸:通常规格的制冷片为正方形,也有长方形、环形、多级器件的宝塔形等。单层器件厚度约3~5mm,双层或多层近乎3mm的倍数。

       2.最大制冷量:保持制冷片热面温度30℃(或50℃)时可从冷面抽运热量的最大值。实际使用时制冷量通常远小于该数值。最大制冷量一般用来比较不同规格制冷片的制冷能力。

       3.最大温差电压:制冷片维持两端温差大小的能力与施加在制冷片上的直流电压成正比,达到最大温差时的电压称为最大温差电压,施加的电压超过该电压后温差将会减小。测定最大制冷量时使用最大温差电压,器件使用时的电压应该小于该电压,最常选用的范围是最大电压的70%--80%,当需要的温差较小时可以使用更小的电压。此时所能获得的最大温差、最大制冷量也相应较小。该参数表明了制冷片工作时适用的电压范围。

       4.最大温差电流:是确定制冷片功率的重要指标,有时用电阻值替代表示,是热面温度30℃时(温差为0)在最大温差电压下的电流值,制冷片工作时的电流一般小于该值,实际工作电流还会随着温差增加、热面温度升高而减小。该数值可以比较直观地代表制冷片的功率大小,此外表示了制冷片工作时的电流范围。

    ● 选型方法:

       1.为了选择制冷片规格要先确定需要的制冷量,即需要移除的热量,如果不能确切的测量或计算也可以通过温升等外部状况推算和估计,将估算值标记为Qc,如果冷面温度与环境温度的差小于30℃,属于常规制冷应用,直接用1.5*Qc与制冷片规格表中30℃的最大制冷量比较,找到数值相近的规格(±5W),再参照希望采用的电流、电压即可选择一款合适的制冷片。

       2.对于制冷温差30℃--60℃的非常规制冷应用,需要选用2.5*Qc甚至更高制冷量的规格,因为制冷片的特性是随着温差增加抽运热的能力呈线性下降。

       3.选择制冷片时还应充分地考虑到散热条件的制约,散热条件直接影响制冷片热面的温度,制冷片工作时需要不断地从热面移除抽运出来的热量,和制冷片工作时消耗功率而产生的热量,总的散热量其数值等于Qc+U*I,U*I是输入到器件的功率,如果散热不充分热量就会倒流回冷端,使冷端温度升高,所以在散热条件受制约时选择功率较小制冷片制冷效果反而有可能改善。

       4.作为选择时的一种方案是以较多数量的小功率制冷片代替较少数量的大功率制冷片,获得相同的制冷量,目的在于增加热源面积降低散热功率密度。少数大功率制冷片常常需要水冷散热,比如12715制冷片在12V下工作,当电流为9A时根据Th=50℃的特性曲线图Qc≈10W,散热量Qh=12*9+10=118W,所以散热负荷很大,风冷散热时对散热器要求很高。解决的方案可以使用2片12708替代或采用水冷散热。

       5.以上作为一种近似的简易的选型方案使对制冷片应用缺乏实际经验的设计者能够快速地切近主题,在此基础上获得设计的大概轮廓,然后通过实际模拟和测试确定最终的制冷片规格和周边设计。

关键词: 制冷片型号选择           

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