【技术】半导体制冷散热器如何选择?

2017-12-02 甜梦文库(世强编辑整理)
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热电制冷器在工作时是作为一个热泵,将热量从一点转移到另一点,而不是普通的吸热过程或者魔术般的将热量消耗掉的过程。通电之后,热电制冷器的一面会变冷而另一面变热。被制冷一面的热量将被传递到热端,完全符合热力学过程。为了完成一个热流的循环过程,热电制冷器的热端必须要连接在一个合适的散热器上,从而释放掉从冷端传递过来的热量和器件运行过程中产生的热量。


由于所有的热电制冷器件的使用性能都与散热器的温度有关,所以我们在散热器的选择和设计过程中需要非常认真。散热器在吸收了从热电制冷器件传来的全部热量之后,温度的增加量能够保持在可以接受的范围内。这里,尽管所谓的"散热器的温度增加量在可以接受的范围内"是与不同的应用环境相关联的,但是由于热电制冷器的制冷量是随着温差的增加而减小的,所以在设计时一定要尽量减小散热器的温度增加量。对于目前市场上流通的典型热电制冷器的应用来说,散热器的温度高于室温5~15 ℃是比较常见的。


目前,有很多种散热器可供选择,其中包括自然对流式、强制对流式、和液体冷却式三种。自然对流式散热器可以在功率非常低的应用条件下使用,特别是当小型热电制冷器的工作电流在2 A以下时。而对于大部分应用条件来说,自然对流式散热器并不能满足将所需热量全部排出的要求,这时就需要使用强制对流式散热器或者液体冷却式散热器了。


自然对流式散热器:一般来说,自然对流式散热器只能用在涉及少量热量流动的小功率条件下。尽管很难精确概括,但是大部分自然对流式散热器的热阻值要大于0.5 ℃/w,而且,多数情况下会达到10 ℃/w。自然对流式散热器的安装位置要满足两个条件:(a),散热片的长度方向要沿着空气流动的方向,垂直方向的操作可以增强自然对流;(b),不可以有明显的物理阻挡妨碍空气流动。另外,我们还需要考虑到,在散热器周围会有一些其他的器件产生热量,环境温度会提高,从而对整体的使用性能产生影响。


强制对流式散热器:强制对流式散热方法可以算是在热电制冷器中应用得最常见的散热方法。合格的强制对流散热系统的热阻一般维持在0.02~0.5 ℃/w的范围内。应用中,既可以通过风扇或鼓风机获得冷却的空气,又可以使空气从散热器的长度方向通过,或者通过将空气朝向散热器的中心吹入,使其在开口的两端流出而获得冷却。一般来说,如果空气从散热器表面流入,可以加强涡流,增强传热效果,如下图5.1所示的空气流通模式,可以提供最佳的热电制冷性能。为了获得最佳的性能,单轴风扇的外壳应该焊接在距离散热器8~20 mm(0.31-0.75")的位置。另外,基于不同的应用条件还可能需要其他的布局方式。 


 

在谈到散热器挤片的热阻值时,需要说明特定的气流条件。具体的关系式需要使用气流速率,或者大多数风扇所提供的输出体积来表示。输出体积与气体速率之间的转换关系是:

 气体速率=输出体积/空气通过的横截面积


液体冷却式散热器:与前两种散热器相比,相同体积的液体冷却式散热器可以提供最好的性能,通过优化设计,可以得到非常低的热阻值。排除少量特殊情况,典型的液体冷却式散热器的热阻通常可以低到0.01~0.1 ℃/w。简单的液体冷却散热器可以通过将铜质涡轮焊接在铜板上得到,或者在金属块体上钻孔使水从中通过。如果想得到更复杂的结构,也就是更高的性能,可以在铜块或者铝块上加工出精细的盘旋式水槽,然后用盖板封闭整个体系


II-VI MARLOW公司是高品质热电半导体制冷/发电技术的全球领军企业。为航空航天,国防工业,医疗行业,工业领域,汽车制造,发电行业及通讯市场等开发、生产了热电模块和增值系统。旗下的半导体制冷片可实现-100~100℃范围内的精准控温;尺寸从1.5mm到62mm可选择,可定制;在20~95℃范围内,能够达到上百万次的冷热循环。


II-VI Marlow以其能够提供满足客户要求的标准或定制模块以及半成品而感到骄傲。

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  • 风中羽翼11 Lv6 高级专家 2019-11-07
    半导体制冷散热器如何选择?
    • 用户97031550_世强回复: 世强这边有代理Marlow和国产热电新能源的半导体制冷片。选择时主要关注供电电压、电流、尺寸相关参数。可提供相关的需求,再做详细推荐。

      查看全部5条回复

  • liangxinji Lv5 技术专家 2018-12-03
    医疗设备半导体制冷选型问题: 你好我是做医疗设备的,现在样机基本已经出来了,在大量测试过程中发现半导体制冷片(国内某公司)很容易坏,现在要选用你们代理的 Marlow(马洛)半导体制冷片,有几个问题请教咨询下: 1、希望你们推荐下具体的型号,我们现在使用半导体的参数是:24V供电,2A电流,使体积为: 20cm*10cm* 10cm 温度维持在 4℃ ---8℃。 2,我们使用的半导体制冷片为什么容易坏呢? 我们使用的是水冷散热的,热面应该不会超过65℃。 3,使用PWM控制输出控制半导体制冷片,是不是容易导致其损坏。是否推荐上下限温度来控制即低于下限温度关闭输出,超过上限打开输出。 谢谢!
    • g1225jianmin_世强回复: 问题比较具体,1-推荐串联使用的Marlow半导体制冷片RC12-6,串联使用,足够满足空间降温。2-半导体制冷片最难控制的是可靠性,这是Marlow半导体制冷片和其他厂牌的最根本的区别。水冷散热应该是没有问题的。3-多数半导体制冷片的工作方式都是PWM控制,这个没有问题。医疗设备最重要的就是可靠性。arlow制冷片资料请参考II-VI Marlow(贰陆马洛)——高品质热电半导体制冷/发电技术的全球领军企业

      查看全部2条回复

  • 用户96526954 Lv5 2019-11-26
  • 用户88963348 Lv4. 资深工程师 2019-11-24
    留着学习
  • TAO Lv7. 资深专家 2019-11-19
    学习了
  • liudianlingliu Lv5. 技术专家 2019-11-19
    学习
  • 用户46026466 Lv6. 高级专家 2019-11-10
    学习
  • 徒步走天涯 Lv5. 技术专家 2019-11-07
    好资料啊
  • 泉水叮咚rrq Lv5. 技术专家 2019-11-05
    不错
  • zhbird Lv4. 资深工程师 2019-11-05
    学习了
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