【选型】TEC半导体制冷片如何选?
II-VI MARLOW(贰陆马洛)公司推出一系列半导体制冷片,有批量标准产品也可根据客户需要定制特殊产品,有一级制冷,也有二级三级等多级制冷产品。半导体制冷片利用半导体的热电效应,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,冷端和热端分别吸收和释放热量,成为温度循环应用的理想选择。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。此外,它不含滑动部件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。半导体制冷片广泛应用于对温度控制精度要求较高,可靠性要求较高的医疗、军事及实验室等领域。
如何选型是应用的开始,只有选择合适的制冷片才能达到预期的温度控制目标。在选择制冷片之前,首先要明确制冷需求,制冷的目标对象是什么,选择什么样的制冷技术,何种热传导方式,目标温度是多少,可以提供多大功率。如果计划选择II-VI MARLOW公司的半导体制冷片,可以通过以下选型步骤来确定所需型号。
1.估算热负荷
热负荷是在一个温度环境下,将制冷目标物的温度降到指定温度,需要带走的热量,单位是W(瓦特)。热负荷主要包括主动负荷,被动负荷,及它们的组合。主动热负荷是制冷目标物自身产生的热负荷。被动热负荷是由外部辐射,对流和传导导致的热负荷。主动负荷计算公式:
Qactive = V2/R = VI = I2R ;
Qactive = 主动热负荷 (W) ;
V = 制冷目标物所加电压 (V) ;
R = 制冷目标物电阻;
I = 流过制冷目标物电流 (A)。
辐射热负荷是通过电磁辐射传给目标物的热负荷,计算公式:
Qrad = F e s A (Tamb4 - Tc4) ;
Qrad = 辐射热负荷(W) ;
F = shape factor (最坏值 = 1) ;
e = emissivity (最坏值 = 1) ;
s = Stefan-Boltzmann 常数 (5.667 X 10-8W/m2K4) ;
A = 冷却面面积(m2) ;
Tamb = 环境温度 (K) ;
Tc = TEC冷端温度(K) 。
对流热负荷是外部通过目标物表面的流体自然对流传递的热负荷,计算公式:
Qconv = h A (Tair - Tc) ;
Qconv = 对流热负荷 (W)
h = 对流热传递系数 (W/m2 °C) (在一个标准大气压下水平面典型值) = 21.7 W/m2 °C ;
A = 表面积(m2) ;
Tair =环境温度(°C) ;
Tc = 冷端温度(°C) ;
传导热负荷是外部通过目标物表面接触物传递的热负荷,计算公式:
Qcond =k A DT/L;
Qcond = 传到热负荷 (W) ;
k = 导热材料的导热系数(W/m °C) ;
A = 导热材料的截面积(m2) ;
L = 导热路径长度(m) ;
DT = 导热路径的温差(°C) (通常指环境温度或散热器温度减去冷端温度。)
对于对流和传导复合热负荷,计算公式:
Q passive = (A x DT)/(x/k + 1/h) ;
Qpassive = 热负荷 (W) ;
A =外壳的总表面积(m2) ;
x = 保温层厚度(m) ;
k = 绝缘导热系数(W/m °C) ;
h = 对流换热系数(W/m2 °C) ;
DT =温差(°C) 。
2.计算总热负荷
通过第一步,我们可以计算出制冷目标总的热负荷。
假设在实际项目中,主动热负荷为8W,辐射热负荷为0.2W,对流热负荷为0.8W,传导热负荷为0W,总热负荷为9W。
3.定义温度
定义制冷片热端温度,冷端温度,制冷温差。假设实际项目中,环境温度为27°C,制冷目标温度为-8°C,制冷温差DT=35°C。
4.确定制冷级数
确定了需求制冷温差,查表1,得到我们所需的制冷级数。表1中给出了制冷片在氮气和真空环境中,不同级数所能达到的制冷温差。所选级数的制冷温差需要大于我们的需求制冷温差,并留有一定余量。
表1:
5.选择合适的制冷片
通过前面的估算我们获得了需求制冷温差DT,选出来制冷片级数对于有其最大制冷温差DTmax,可以计算出温差系数DT/DTmax,举例DT= 35°C ,DTmax= 64°C,DT/DTmax=0.55。
图1 一级制冷片性能图
如图1所示为一级制冷片性能图,横轴为制冷片电流,纵轴分别为温差系数、热负荷系数。在温差系数0.55出画一条水平线,在原点到右上角画斜线,为最优制冷曲线,两线交点即为最有工作点,水平线的最右端为最大热负荷点,对应的热负荷系数为:
最优 Q/Qmax = 0.25,最大Q/Qmax = 0.45。
假设根据前面估算出制冷目标物的总热负荷为9W,可得最优Qmax = 9/0.25=36W,最大Qmax=9/0.45=20。查找II-VI MARLOW公司的半导体制冷片产品目录,找出Qmax在20~36之间的产品。我们可以找到型号RC6-6 ,RC6-4 符合要求。
6.引线及外部金属化部件选择
对于量产产品,II-VI MARLOW公司提供标准的4英寸引线,对于NL产品,可根据用户安装需求定制金属化外部封装。
7.评估所选制冷片的使用性能
根据前面的几个步骤,我们已经能够选出合适的半导体制冷片了,对于最选出的制冷片我们可以评估其实际使用性能。
假设所选制冷片最小参数:
DTmax :65° C ;
Qmax :30 W ;
Imax :5.6 A ;
Vmax :8.2 V ;
需求制冷温差DT=35° C;
DT/DTmax=35/65=0.54;
假设需求热负荷为9W;
Q/Qmax = 9/30=0.3;
图2 所选制冷片性能曲线
如图2所示所选制冷片性能曲线。在上图中0.54出画水平线,与Q/Qmax=0.3曲线相交,在此点画垂直线与下图曲线相交,与曲线的两个交点画水平线,得到两个V/Vmax,获得制冷片的工作电压范围V= 8.2 X 0.54~ 8.2 X 0.68=4.4~5.6V,横轴值I/Imax ,获得工作电流I= 5.6 X 0.6 =3.4A。制冷片的最大功耗为3.4X 5.6=19W,对于如此制冷应用,其总的热负荷应该是制冷目标物热负荷和制冷片功耗之和,即9+19=28W。
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年产能达2000万片,低功耗制冷片厂商正元泰达授权世强硬创代理
半导体制冷片(TEC)、半导体制冷组件(TEA)、发电片、半导体制冷系统、半导体温控系统等产品已上线世强硬创平台。
Laird Thermal Systems(莱尔德热系统)热电冷却器选型指南(中文)
目录- 公司简介和产品介绍 热电冷却器 表面处理选项和热管理大师
型号- 430478-502,HTX20-31-F2A-0909-11-W2.25,64979-501,CP085-127-06-L1-W4.5,UTX15-24-F2-5252-TA-W6,CP14-31-10-L1-W4.5,ETX7-3-F1-2020-TA-RT-W6,9360001-301,7050045-502,71061-504,ETX14-12-F1-6262-TA-W6,UTX6-24-F1-5555-TA-W6,HTX15-31-F2A-0909-TB-W2.25,PCX7-156-F2-1672-TA-RT-W6,387008429,SH08-28-05-L1-W4.5,PCX6-12-F1-4040-TA-RT-W6,ULTRATEC™ UTX SERIES,CP14-71-10-L1-W4.5,PCX8-12-F1-4040-TA-W6,9340006-301,PCX7-16-F1-4040-TA-W6,ETX4-7-F1-2323-TA-W6,71092-501,ETX15-28-F2-5252-TA-RT-W6,387008431,CP14-127-10-L1-W4.5,387007103,CP14-35-045-L1-W4.5,ETX4-7-F2-3030-TA-RT-W6,430705-503,387007106,387007227,387007108,HTX12-65-F2A-1312-TB-RT-W2.25,OPTOTEC™ HTX,430874-503,71062-514,387007231,CP08-63-06-L1-W4.5,387007112,387007113,9350004-301,387007115,430052-501,387007117,MS5-257-10-15-11-W8,ETX2.5-12-F1-3030-TA-RT-W6,CP08-127-05-L1-W4.5,PCX10-223-F1-3172-TA-RT-W6,HITEMP ETX SERIES,CP14-127-045-L1-W4.5,430922-501,387007120,387007123,387007122,9320002-301,MS3-119-20-15-11-W8,ETX11-12-F1-4040-TA-RT-W6,MS 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服务
可定制TEC尺寸范围:1.4~62mm;制冷功率高达258W,工作电压低至1.2~5V,可实现±100℃范围内的精准控温,产品寿命达10年,在20~95℃范围内,达上百万次的冷热循环。
最小起订量: 500pcs 提交需求>
提供稳态、瞬态、热传导、对流散热、热辐射、热接触、和液冷等热仿真分析,通过FloTHERM软件帮助工程师在产品设计初期创建虚拟模型,对多种系统设计方案进行评估,识别潜在散热风险。
实验室地址: 深圳 提交需求>
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