【选型】如何计算和评估半导体制冷片TEC的制冷功率？

时间： 2019-06-29 来源：世强

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很多工程师在使用半导体制冷片时，很难理解半导体制冷片的制冷功率到底是多少，如何评估使用时的制冷功率，在设计产品中不能很好把控设计状态，造成设计与预期不符的问题。只有充分理解了半导体制冷片的数学模型，才能有效分析工作机理及更好的应用，直接关系到器件选型是否正确。II-IV Marlow公司半导体制冷片具有高可靠性、高性能的特点，在医疗、通信、军工等高可靠性领域广泛应用，以XLT2420为例，分析TEC制冷功率问题。

XLT2420是II-IV Marlow公司推出的XLT系列半导体制冷片专门用于温度循环应用的高可靠性产品，能够满足100万次的温度循环，完全满足医疗PCR仪等高可靠性应用。其采用特殊的合金焊料，能够保证在温度循环过程中，焊接点有足够的韧性，特殊的加工工艺和流程控制，保证了产品的可靠性与一致性。其在27℃时的最大制冷功率为52w，最大工作电压与电流为14.4V/5.6A，典型参数与尺寸如下图1所示。

图1 XLT2420外形尺寸与典型参数

其冷端的吸热功率数学模型为Qc=αNP T1 I – 0.5I2R – k（T2 – T1）其中R为N、P电偶臂的电阻，αNP 为N、P电偶臂的温差电动势总和，与制冷器的电偶臂对数有关，I为通过回路的电流，k为电偶臂的热阻总和。同一款产品中αNP可以理解为固定不变的，内阻R也是给定的值，真正动态相关的主要有T1、T2、I. 在半导体制冷片工作时，αNP T1 I为冷端的帕尔帖吸收热，0.5I2R为电路中的焦耳热（有一半产生于冷端），K（T2-T1）是热回流（热传导，有高温界面传导到低温界面）.XLT2420工作在14.4V/5.6A时,其冷面的热量状态计算如下.

图2 XLT2420在热面温度27℃时的参数状态图

如上图2,在热负载等于0时,冷面吸热Qc=0w=αNP T1 I – 0.5I2R – k（T2 – T1）

由Qmax=52w=αNP T I -0.5I2R(T=300K)可得, αNP=0.0514

冷端电流产生的功率:0.5I2R=0.5x5.6x5.6x2.2=34.496w

派尔帖吸热功率: αNP T1 I =69.485w

温差传导热量功率:Q=K(T2-T1)=34.989w,得到热阻总和K=0.58315

通过上公式计算，得到半导体制冷片的诸多相关参数，在选择特定温度负载是可按公式Qload=αNP T1 I – 0.5I2R – k（T2 – T1）计算评估,可做一定的参考，在实际评估中，还需考虑各个参数随温度的变化，评估的结果会与实际测试结果有所偏移，需要工程师调试与评估。设计中，在基本确定目标值时，尽可能多留一些余量，以弥补其他热传导的问题。

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用户42588679 Lv3. 高级工程师 2020-11-26

散热功率怎么求
用户42588679 Lv3. 高级工程师 2020-11-26

吸热功率怎么求呢

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NL1020T-01AC	TEC 单级制冷片	72	64	0.9	1.8	0.8	0.16	0.16	0.16	0.16	0.085