TEC（半导体制冷器）原理及选型介绍

1、TEC的原理

TEC（Thermoelectriccooler）半导体制冷器，也叫热电制冷器，是利用珀耳帖效应，又称热-电效应制作而成的散热器件。在电路中放置P型半导体和N型半导体组成一对单元，通电时会在一端产生电子空穴对，内能减小，温度降低，形成冷端；另一端因电子空穴对复合，内能增加，温度升高，形成热端。单对PN单元产生的冷热温差有限，可以在电路中多对串联、并联，再使用陶瓷板上下封装成TEC器件，这样TEC器件的一端为冷面，一端为热面。可以理解为TEC是将冷端的热量转运到热端，在热量转运的过程中，TEC本身需要通入电流电压，也会产生热量。

单个TEC冷热端温差可达60~70℃，冷端温度达-20~-10℃，如果想获取的温差更大，冷端温度更低可将多个TEC堆叠使用。根究使用场景、方式的不同市面上可购买到各种形状的TEC。

2、TEC的选型及性能参数介绍

TEC有几种主要的性能参数，参数之间相互制约形成TEC特性曲线，举例说明，某厂家某系列，其中型号PT4-12-F2-3030-TA-W6的尺寸为A*B*C*D=30*30*34*3.2（单位mm）。

图中参数说明：

当热面温度为27℃时，

Qcmax（△T=0）为33W，就是当冷热面温差为0时，可转运最大热量33W；

△Tmax（Qc=0）为70.5℃，就是当冷热面转运0W热量时，可达最大温差70.5℃；

Imax（I@△Tmax）为4A，就是当在最大温差时，TEC可加载的最大电流为4A；

Vmax（V@△Tmax）为13.9V，就是当在最大温差时，TEC加载的最大电压为13.9V；

ModuleResistance为3.24欧，TEC的电阻为3.24欧。

那么如何选取TEC呢？又是如何通过TEC特性曲线找到各个参数之间的关系呢？

假设被散热器件需要散掉Qc=15W的热量，想要TEC冷端达到0℃左右，选择上述型号PT4-12-F2-3030-TA-W6的TEC（当然也可以选择其他符合使用要求的TEC，需要读取TEC对应的特性曲线），那么根据热量-电流曲线1，此曲线为热端温度为27℃时对应的曲线，选取△T=30℃的那条曲线，那么冷端面就为-3℃，符合0℃左右的要求。从曲线中，△T=30℃，15W时读取对应的工作电流约为2.6A。

再根据电压-电流曲线2，当△T=30℃，电流2.6A时，电压约为9.2V。

再根据COP-电流曲线3，当△T=30℃，电流2.6A时，COP约为0.6。这里的COP（CoolingPerformanceRate）是热电制冷效率，前文中提到了TEC转运热量Qc的过程中，TEC本身也会产生热量Pin（电流电压的乘积），二者的比值就为COP，即COP=Qc/Pin，本例中，Qc=15W，COP=0.6，那么TEC的Pin=25W，计算得到TEC的散热端需要散掉的总热量为Qc+Pin=40W。

再根据总热量-电压曲线4，当△T=30℃，电压9.2V时，总热量约为40W，验证了根据曲线3计算得到的总热量40W，如果计算的话，TEC的Pin=电流*电压=2.6A*9.2V=23.92W，考虑到读取曲线时，电流、电压、COP值都会有误差，23.92W与理论计算值25W非常接近，也是侧面得到了验证。

至此，TEC的所以工作参数都在特性曲线中得到了，散掉Qc=15W的热量，热端温度为27℃，△T=30℃，冷端面为-3℃，电流2.6A，电压9.2V，，总热量40W。

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