历史发展

工作原理

材料组成

规格选型

散热方式

电源选择

安装方式

温控方式

单级半导体制冷片型号规格

多级半导体制冷片型号规格

Peltier，也叫帕尔贴，中文称为半导体制冷片，它是一种产生负热阻的制冷技术，优点是无活动部件，应用在一些空间受到限制，可靠高，无制冷剂的场合。主要利用材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。广泛用于医疗、机算机、冷藏箱、饮水机、军工石油和科学实验仪器等方面。按级数分别有TEC1～TEC6级，按尺寸大小分，目前最小可以做到4.2*4.2mm/7 对PN晶堆, 如TES1-007014242, 最大的可做到84*84mm/960 对PN晶堆, 如TEC1-960028484, 被誉为制冷片之王。

历史发展

Peltier是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才出现，然而其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家ThomasSeeback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JeanPeltier，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[制冷器]的发明(注意，这种叫制冷器，还不叫半导体制冷片)。由许多N型和P型半导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，最後由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，组成我们现在看到的样式。

Peltier主要三大功能是：制冷，致热，发电。

工作原理

1、塞贝克效应

（SEEBECKEFFECT） 半导体制冷片

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

2、帕尔帖效应

（PELTIEREFFECT） 一八三四年法国人帕尔帖发现了与塞贝克效应的效应，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 式中：Qπ为放热或吸热功率 π为比例系数，称为帕尔帖系数 I为工作电流 a为温差电动势率 Tc为冷接点温度

3、汤姆逊效应

（THOMSONEFFECT） 当电 半导体制冷片

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 I为工作电流 △T为温度梯度

材料组成

任何物质都是由原子组成，原子是由原子核和电子组成。电子以高速度绕原子核转动，受到原子核吸引，因为受到一定的限制，所以电子只能在有限的轨道上运转，不能任意离开，而各层轨道上的电子具有不同的能量(电子势能)。离原子核最远轨道上的电子，经常可以脱离原子核吸引，而在原子之间运动，叫导体。如果电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参加导电，叫绝缘体。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。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。

N型半导体中的自由电子，P型半导体中的“空穴”，他们都是参与导电，统称为“载流子”，它是半导体所特有，是由于掺入其它微量原素的结果。

不仅需要N型和P型半导体特性，还要根据掺入的微量原素改变半导体的温差电动势率，导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。

规格选型

半导体制冷应用产品的心脏部分是Peltier，根据半导体温差电堆的特点，弱点及应用范围，选用电堆时首先应确定以下几个问题：

1、 确定电堆的工作状态。根据工作电流的方向和大小，就可以决定电堆的制冷，加热和恒温性能，尽管最常用的是制冷方式，但也不应忽视它的致热和恒温性能。

2、 确定制冷时热端实际温度。因为电堆是温差器件，要达到最佳的制冷效果，电堆须安装在一个良好的散热器上，根据散热条件的好坏，决定制冷时电堆热端的实际温度，要注意，由于温度梯度的影响，电堆热端实际温度总是要比散热器表面温度高，通常少则零点几度，多则高几度、十几度。同样，除了热端存在散热梯度以外，被冷却的空间与电堆冷端之间也存在温度梯度。

3、确定电堆的工作环境和气氛。这包括是工作在真空状况还是在普通大气，干燥氮气，静止或流动空气及周围的环境温度，由此来考虑保温（绝热）措施，并决定漏热的影响。

4、确定电堆工作对象及热负载的大小。除了受热端温度影响以外，电堆所能达到的最低温度或最大温差是在空载和绝热两个条件下确定的，实际上工作的，电堆既不可能真正绝热，也必须有热负载，否则无意义。

5、确定Peltier的级数。电堆级数的选定必须满足实际温差的要求，即电堆标称的温差必须高于实际要求的温差，否则达不到要求，但是级数也不能太多，因电堆的价格随着级数的增加而大大提高。

6、电堆的规格。选定电堆的级数以后，就可以选定电堆的规格，特别是电堆的工作电流。因为同时能满足温差及产冷的电堆有好几种，但是由于工作条件不同，通常选用工作电流最小的电堆，因为这时配套电源费用较小，然而电堆的总功率是决定因素，同样的输入电功率减少工作电流就得增加电压（每对元件0.1v），因而元件对数就得增加。

7、确定电堆的数量。这是根据能满足温差要求的电堆产冷总功率来决定的，它必须保证在工作温度时电堆产冷量的总和大于工作对象热负载的总功率，否则无法达到要求。电堆的热惯性非常小，空载下不大于一分钟，但是由于负载的惯性（主要是由于负载的热容量造成的），因此实际要达到设定温度时的工作速度要远远大于一分钟，多时达几小时。如工作速度要求愈大，电堆的数量也就愈多，热负载的总功率是由总热容量加上漏热量（温度愈低、漏热量愈大）。

上述七个方面是选用电堆时考虑的一般原则，根据上述原用户首先应根据需要提出要求来选择制冷器件。一般的要求：

①、给定使用的环境温度Th ℃

②、被冷却的空间或物体达到的低温度Tc ℃

③、已知热负载Q（热功率Qp 、漏热Qt）W

已知Th、Tc和Q，再根据温差制冷器的特性曲线就可估算所需的电堆及电堆数量。

1、确定Peltier的型号规格

2、选定型号后，查阅该型号的温差电制冷特性曲线图。

3、由使用环境温度和散热方式确定制冷器的热端温度Th，得出相近的Tc。

4、在相应的特性曲线图中查出冷端Qc的产冷量。

5、由所需的产冷量Q除以每个电堆的产冷量Qc就得到所需的电堆数量N=Q/Qc

散热方式

Peltier的散热是一门专业技术，也是Peltier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Peltier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片，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，散热片所用的材料和自然散热片相同，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”散热片，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。

特别提醒：禁止不装散热器上电测试，否则将会导致制冷片烧毁。

电源选择

1、直流电源。直流电源的优点是可以直接使用，不需要转换，缺点是电压电流必须适用于半导体制冷片，有些可以通过半导体制冷片的串、并联的方式解决。

2、交流电流。这是一个最普通的电源，使用时必须整流为直流才能供制冷片使用。由于制冷器件是低电压大电流器件，应用时先降压、整流、滤波，有些为了方便使用还要加上温度测量，温度控制，电流控制等。

3、由于半导体制冷片是直流电源供应，电源的波纹系数必须小于10%，否则对制冷效果有较大的影响。

4、半导体制冷看的工作电压及电流必须符合所工作器件的需要，例如：型号为TEC1-127064040的器件，则127为制冷器件，PN的电偶对数，制冷片的工作极限电压V=电偶对数×0.11，06为允许通过最大的电流值。

5、制冷片冷热交换时的通电必须待两端面恢复到室温时（一般需要5分钟以上方可进行），否则易造成制冷片的线路损坏和陶瓷片的破裂。

6、半导体制冷片电源的电子线路都是常见通用的，在一般的电子技术参考书中都可以查到。

安装方式

Peltier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Peltier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、Peltier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Peltier的热面和散热板的安装面，Peltier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Peltier、储冷板、散热板的安装面上。粘合剂的厚度在0.03mm，将Peltier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Peltier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Peltier、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Peltier的热面和散热板的安装面、制冷片的冷面和储冷板的安装面平行接触，并且轻轻的来回旋转制冷片，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、制冷片、储冷板三者之间紧固，紧固时用力应均匀，切勿过量或太轻，重了易压坏制冷片，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。

温控方式

Peltier的温控方式目前大致分为二种，一种是用温控继电器或温控开关来控制Peltier的通断来实现，另一种是变频技术来控制实现的，前者温控精度不高，而且频繁通断冲击对Peltier寿命有一定影响，而后者温控精准，几乎对Peltier冲击为零。

单级半导体制冷片型号规格

昆晶冷片规 格 型 号　电堆　最大电流(A)　最大电压(V)　最大冷量（W）　最大温差（℃）　外型尺寸（mm）　电阻

Part Number　Couples　A(Max)　V(Max)　热端温度TH=27℃　A　B　H　Ω

TEC1-007xx1010　007　3~10A　0.82V　1.6~4.8W　67℃　10　10　-　-

TEC1-017xx1515　017　3~10A　2V　3.9~11.5W　67℃　15　15　-　-

TEC1-017xx2020　 　8~20A　2V　9.5~22.6W　66℃　20　20　-　-

TEC1-017xx2323　 　9~30A　2V　10.1~34W　66℃　23　23　-　-

TEC1-023xx1520　023　3~10A　2.9V　4.8~15.5W　66℃　15　20　-　-

TEC1-031xx1515　031　2~5A　3.7V　4.6~11.5W　66℃　15　15　-　-

TEC1-031xx2020　 　3~10A　3.7V　7.2~20.2W　66℃　20　20　-　-

TEC1-031xx2525　 　8~30A　3.7V　16.8~64.2W　66℃　25　25　-　-

TEC1-031xx3030　 　8~30A　3.7V　16.8~64.2W　66℃　30　30　-　-

TEC1-031xx3535　 　30~80A　3.7V　64.2~171W　66℃　35　35　-　-

TEC1-031xx4040　 　30~80A　3.7V　64.2~171W　66℃　40　40　-　-

TEC1-031xx5555　 　40A　3.5V　85.5W　66℃　55　55　-　-

TEC1-035xx1530　035　3~10A　4.2V　7.3~24.5W　66℃　15　30　-　-

TEC1-047xx2020　047　3~5A　5.6V　10.5~17.4W　66℃　20　20　 　

TEC1-047xx2030　 　3~6A　5.6V　10.5~20.9W　66℃　20　30　 　

TEC1-049xx2525　049　3~10A　5.8V　10~32.5W　66℃　25　25　-　-

TEC1-063xx1530　063　2~5A　7.5V　9.4~23.4W　66℃　15　30　-　-

TEC1-063xx3015　 　2~5A　7.5V　9.4~23.4W　66℃　30　15　-　-

TEC1-063xx2040　 　3~10A　7.5V　13.2~41.9W　66℃　20　40　-　-

TEC1-063xx4020　 　3~10A　7.5V　13.2~41.9W　66℃　40　20　-　-

TEC1-071xx2323　071　3~6A　8.4V　16.4~28.7W　67℃　23　23　-　-

TEC1-071xx3030　 　3~10A　8.4V　16.4~47.3W　67℃　30　30　-　-

TEC1-071xx3838　 　8~20A　8.4V　38~94.4W　67℃　38　38　-　-

TEC1-071xx4444　 　8~20A　8.4V　38~94.4W　67℃　44　44　-　-

TEC1-071xx4646　 　9~30A　8.4V　42.5~145W　67℃　46　46　-　-

TEC1-071xx5555　 　30~80A　8.4V　145~390W　67℃　55　55　-　-

TEC1-071xx6262　 　40~80A　8.4V　190~390W　64℃　62　62　-　-

TEC1-079xx2050　079　3~10A　9.3V　16.6~52.4W　66℃　20　50　-　-

TEC1-127xx2020　127　0.8~2A　15.2V　7.1~16.9W　67℃　20　20　-　-

TEC1-127xx3030　 　1~6A　15.2V　9.8~56.5W　68℃　30　30　-　-

TEC1-127xx4040　 　2~12A　15.2V　18.9~105.3W　67℃　40　40　-　-

TEC1-127xx5050　 　8~24A　15.2V　69~251W　67℃　50　50　-　-

TEC1-127xx6262　 　9~30A　15.2V　80~293W　66℃　62　62　-　-

TEC1-161xx5050　161　5A　19V　53W　67℃　50　50　-　-

TEC1-199xx4040　199　3~11A　23.4V　41.8~150W　67℃　40　40　-　-

TEC1-241xx4040　241　2~8A　28.8V　48~129W　67℃　40　40　-　-

TEC1-263xx5050　263　10~15A　30V　200~268W　65℃　50　50　-　-

TEC1-040085100　040　8A　4.5V　21W　66℃　5　100　-　-

TEC1-960028484　960　2A　105V　145W　68℃　84　84　-　-

多级半导体制冷片型号规格

昆晶冷片规 格 型 号　电堆　最大电流(A)　最大电压(V)　最大冷量（W）　最大温差（℃）　外型尺寸（mm）　电阻

Part Number　Couples　A(Max)　V(Max)　热端温度TH=27℃　A　B　H　Ω

TEC2-049041520　49　4A　4V　5.8W　73℃　15　20　7　-

TEC2-103042030　103　4A　8.6V　12.7W　87℃　20　30　6.9　-

TEC2-159042040　159　4A　13.3V　28.0W　73℃　20　40　6.9　-

TEC2-091020750　091　2A　10V　17.8W　73℃　7　50　10　-

TEC2-091030750　 　3A　10V　26W　73℃　7　50　7　-

TEC2-159064040　159　6A　13.3V　41.0W　73℃　40　40　7.8　-

TEC2-159084040　 　8A　13.3V　54.0W　73℃　40　40　7.6　-

TEC2-191033030　191　3A　16V　15.0W　83℃　30　30　6.3　-

TEC2-191044040　 　4A　16V　24.0W　83℃　40　40　7.0　-

TEC2-191064040　 　6A　16V　36.0W　83℃　40　40　6.4　-

TEC2-191084040　 　8A　16V　45.0W　83℃　40　40　6.0　-

TEC2-199044040　199　4A　16V　22.4W　83℃　40　40　7.6　-

TEC2-199064040　 　6A　16V　32.4W　83℃　40　40　6.9　-

TEC2-199084040　 　8A　16V　42.9W　83℃　40　40　6.4　-

TEC2-199086262　 　9A　16V　55.0W　83℃　62　62　8.8　-

TEC3-120041530　120　4A　7.8V　6.5W　88℃　15　30　10.4　-

TEC3-120061530　 　6A　7.8V　10.0W　88℃　15　30　9.0　-

TEC3-230032040　230　3A　16V　11.1W　93℃　20　40　10.8　-

TEC3-230042550　 　4A　16V　13.0W　93℃　25　50　12.4　-

TEC3-230082550　 　8A　16V　26.4W　93℃　25　50　10.5　-

TEC4-247031540　247　3A　6.8V　6.8W　110℃　15　40　13.6　-

TEC4-247061540　 　6A　13.5V　6.8W　110℃　15　40　11.8　-

TEC4-247072050　 　7A　17V　6.8W　110℃　20　50　13.7　-

TEC6-606062062　606　6A　30V　10.0W　120℃　20　62　23　-