【选型】TEC半导体制冷片如何选？

时间： 2019-07-05 来源：II-VI MARLOW

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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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用户34034008 Lv2 2022-11-10

一个新项目准备选用制冷片、项目是制作一个制冷平台，将制冷平台上的温度稳定在-20摄氏度，制冷片的热端准备采用水冷，怎么样计算主动负荷和被动负荷从而去选型制冷片，我在你们平台搜到了tec制冷片的选型，但是里面说的有些疑问。我该怎么去计算去选型
- Caligula_世强回复：您好，如沟通，您的设备主要热耗时被动散热，其中对流传热的传热系数h值难以估计，需要根据具体制冷器件所处的环境判断，对于自热对流来说，普遍取5~10W/m2K。另一方面，辐射散热量也比较难以判断，总的来说，保守的话可以取极大值，我们后续可以详细聊被动散热量的计算与TEC的选择，有问题随时沟通，保持交流，谢谢！
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大王小王 Lv7 2024-01-03

受教了

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正元泰达（Z-TEK）半导体制冷片和制冷装置选型指南

公司简介半导体致冷片（TEC）产品性能和规格参数 S-标准系列 P-门廊系列 M-多级系列 U-薄型系列 F-方形中心孔系列 A-环形系列 H-耐高温产品系列 OT-series C-耐冷热冲击系列半导体致冷装置（TEA）产品性能和规格参数空气对空气致冷系统平面对空气致冷系统液体对空气致冷系统平面对液体致冷系统液体对液体致冷系统半导体水冷机半导体恒温浴电子冷凝除湿器发酵罐/恒温罐 PCR扩增仪模块汽车座椅通风模块

正元泰达 - THERMOELECTRIC GENERATOR,THERMOELECTRIC ASSEMBLY,发电片,PCR TEC,THERMOELETRIC MODULE,PCR扩增仪系统,半导体恒温,半导体制冷装置,半导体制冷系统,半导体致冷片,半导体整机,HIGH TEMPERATURE TEC,ULTRA TEC,半导体循环冷水机,PORCH TEC,THERMOELECTRIC COOLER,半导体制冷片,STANDARD TEC,TEA,TEC,半导体液冷器,半导体冷凝除湿机,ANNULAR TEC,CENTER HOLE TEC,半导体温控系统,汽车座椅空调模组,MULTISTAGE TEC,MINI TEC,发酵罐系统,半导体恒温浴,OT10.07.0303.F1,OT12.65.13.12.F2,U8.12.F2.3034.T1.E.W6,LA-0160,M2.049.14.14.15.15.11.W8,U6.24.F1.5555.T1.E.W6,LA0150,LA-0045,U15.288.F2.5256.T1.E.W6,U15.24.F2.5256.T1.E.W6,OT19.35.0612.F1,U15.12.F2.4044.T1.E.W6,M3.070.20.25.11.W8,AA-0033,S06.199.4040.1406.T1.R.W6,AA,S04.63.1515.1005.T1.R.W6,OT-SERIES,C10.127.06.T1.R.W6,DA-0300,M3.119.14.15.11.W8,M4.129.10.15.11.W8,OT15.30.0310.F2,AA-0200-D024,LA-0020,S03.254.6060.1006.T1.R.W6,M2.010.06.06.11.11.11.W2,S02.63.1212.0806.T1.R.W6,S09.51.1010.1445.T1.R.W6,H9.3.F2.2525.T1.W6,U6.19.F1.4040.T1.E.W6,A14.32.06.T1.NA.W,H8.12.F2.4040.T1.W6,AA-0250,U8.288.F2.5256.T1.E.W6,S04.31.1515.1005.T1.R.W6,OT20.65.13.12.F2,LA-0150,2.01.002.16190233,S09.199.4040.1445.T1.R.W6,LA-0034,C14.127.045.T1.R.W6,OT08.08.0303.F0,S04.31.2020.1010.T1.R.W6,OT20.30.0610.F2,LA-0035,DA-0200,F14.125.10.T1.NA.W6,DA-0200P,BB.1211,2.01.002.16190108,AA-0480,OT20.31.0909.F1,AA-0200-D048,LL-0060,DA,OT20.66.1211.F0,P08.127.3034.1445. T1.R.W6,LA-0120,2.01.002.16190201,DL,LA0070,2.01.0001.16190156,AA-0200-D048-32,9.14.03.00005,DA-0060,OT12.31.0707.F1,S03.127.3030.1008.T1.R.W6,A14.14.10.T1.NA.W,LL-0120,M3.119.20.15.11.W8,C10.127.08.T1.R.W6,H6.12.F2.4040.T1.W6,AA-0100,OT08.18.0505.F0,P04.127.3034.1410. T1.R.W6,OT15.66.1211.F0,DL-0200,S06.51.1010.1406.T1.R.W6,1.12.001.16090146,S03.127.2525.0805.T1.R.W6,9.14.03.00001,9.14.01.00008,RC-0150,F10.23.06.T1.NA.W6,9.14.02.00016,S09.35.1515.1445.T1.R.W6,P06.127.4044.1410. T1.R.W6,9.14.02.00013,2.01.003.16190228,H3.12.F2.3030.T1.W6,DA-0080,1.12.001.16090133,1.12.001.16090134,M2.024.06.06.11.11.11.W2,OT08.04.0203.F0,9.14.01.00019,9.14.02.00008,9.14.02.00007,S09.127.4040.1405.T1.R.W6,H4.6.F2.2143.T1.W6,S03.71.2323.1006.T1.R.W6,2.01.001.16190112,DA-0150,DA-0035,H1.12.F2.3030.T1.W6,F10.125.05.T1.NA.W6,AA-0150-D024,2.01.001.16190120,S02.127.2525.0806.T1.R.W6,F14.125.06.T1.NA.W6,DA-0020,M2.107.10.10.12.12.11.W8,2.01.001.16190122,S04.127.4040.1410.T1.R.W6,LL-0200,2.01.001.16190119,U9.28.F2.4044.T1.E.W6,H8.7.F2.3030.T1.W6,M2.049.10.10.15.15.11.W8,U8.25.F1.5555.T1.E.W6,OT12.18.0606.F2,9.14.04.00004,2.01.001.16190130,DL-0120,LA-0300,S03.63.1515.1006.T1.R.W6,2.01.003.16190168,S04.17.1515.1410.T1.R.W6,C10.127.05.T1.R.W6,AA-0150-D048,M2.190.10.10.12.12.11.W8,2010100000001,DA-0160,DA-0280,C14.127.06.T1.R.W6,2.01.001.16190146,U8.200.F2.4044.T1.E.W6,DA-0040,9.14.05.00003,2.01.003.16190151,9.14.05.00007,AA-0080,LA,2.01.003.16190158,A14.14.06.T1.NA.W,F08.28.05.T1.NA.W6,LL,H4.7.F2.3030.T1.W6,OT12.12.0406.F0,S04.127.3030.1005.T1.R.W6,2.01.002.16190160,M4.115.14.15.11.W8,U11.12.F2.3034.T1.E.W6,H2.12.F2.3030.T1.W6,P06.71.3034.1406. T1.R.W6,AA-0070,S06.127.4040.1406.T1.R.W6,OT20.68.1313.F1,OT08.32.0707.F0,9.16.02.00002,9.16.02.00001,S04.71.2323.1005.T1.R.W6,OT12.07.0303.F1,2.01.002.16190173,9.16.02.00004,S02.31.1212.0806.T1.R.W6,RB-0352,RB-0350,DA-0105,H4.12.F2.3030.T1.W6,DL-0060,AA-0060,OT08.66.1009.F0,C14.127.10.T1.R.W6,LA-0300L,M2.192.14.20.15.25.11.W8,DA-0014,C10.127.04.T1.R.W6,AA-0050,P04.127.4044.1406. T1.R.W6,S03.127.3030.1006.T1.R.W6,2.01.002.16190138,S03.31.1515.1008.T1.R.W6,LA0220,2.01.001.16190216,U15.200.F2.4044.T1.E.W6,F14.125.145.T1.NA.W6,2.01.003.16190191,M2.192.14.20.11.18.11.W8,AA-0040,RC-0300,DA-0800,航空,半导体气相沉积,汽车,生物工程,3D打印,智能汽车,实验分析,超导磁共振,高效液相色谱仪,工业仪器,离心机冷却系统,PCR医疗产品,基因检测仪器,医疗器械,光通讯,军工,INTEGRATED CIRCUITS,医疗检测与控制,机箱散热,5G通讯,创新电子,PCR仪,医疗产品,数据中心,CVD,氮氧化物分析仪,美容仪器,化学沉积系统,医疗,美容医疗设备,电信,试验设备,DATA CENTERS,消费电子,SMART VEHICLES,航空航天,医疗诊断和分析仪器,INNOVATIVE ELECTRONICS,PCR 仪,光电子器件,医疗分析&试验设备,半导体设备,医学诊断仪器,移动基站,医疗分析设备,半导体设备精密控温,原子沉积系统,激光设备,VOCS 在线监测系统,工业,分析仪器,医用激光器,室外配电站散热,SEMICONDUCTOR EQUIPMENT,VOCS在线监测系统,电池柜散热,医药卫生,SCIENTIFIC INSTRUMENTS,信号塔,INDUSTRIAL EQUIPMENT,集成电路,食品饮料制冷,光学仪器,汽车座椅,科学仪器,MEDICAL DEVICES,化学/原子沉积系统,微波治疗机,5G COMMUNICATION,AEROSPACE,工业设备,理疗按摩椅,化学分析,工业激光系统,工业激光

2023/6/1 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

【经验】如何检测半导体制冷片是否失效？

TEC是根据半导体的珀尔帖效应制作的热交换模块，其内部结构中的P型半导体与N型半导体依次串联，在两面分别起到制冷与加热的效果，当施加的直流电方向改变时，冷热面交换。在使用TEC进行研发过程中出现使用异常问题时，工程师希望能检查TEC是否失效。那么具体该如何操作呢，本文以Marlow XLT2435为例，讲解如何快速判断TEC失效与否。

2023-06-16 - 设计经验代理服务技术支持采购服务