热电制冷器制冷工作电流特性分析

随着高性能制冷CCD成像系统已经成为航天成像式探测的一个重要发展方向,热电制冷作为一种有效的电子设备冷却方法广泛用于重要部件的主动热控.为了实现热电制冷器工作电流的合理选择,在分析热电制冷机理的基础上,首先介绍了热电模块的3种工作模式(制冷、加热和热电发电),同时研究了热电偶内温度分布的一般形式,最后,在第一类边界条件...     

一种测试半导体制冷器的瞬态方法

ZT值、最大制冷温差和响应时间是表征半导体制冷器性能的重要参数.文中介绍了一种能同时测量这三个参数的瞬态方法,并讨论了热沉对测试结果的影响.利用一个由恒流脉冲发生器和数据采集卡组成的简单测试系统测得制冷器在小电流下的电阻电压和塞贝克电压,通过这两个电压推导出ZT值、最大制冷温差.这种瞬态方法是非接触式测量,准确度高,可用于薄膜热电器件测试;另外瞬态方法耗时短,可大大缩短半导体制冷器可靠性测试的周期.采用这种方法对4mm×4mm×2.4mm的热电制冷器进行实验,环境温度300K时,测得ZT值为0.39,最大温差58.5K,响应时间20s.     

太阳能半导体空调制冷装置模块化实验研究

建立了以水为热交换媒介的太阳能热电模块制冷实验系统.系统配置了双位能量存储装置,用以储存昼夜温差能和太阳光电转换电能,以备无日照或日照不足时系统能够连续工作.热电制冷装置模块化,用以适应制冷功率变化较大的空间制冷,并在制冷启动与温度维持不同阶段实现较大功率的切入或撤出.制冷模块以半导体热电元件为核心,冷热端均以导热性能良好的紫铜作为热交换材料,以热容量较大的水作为冷却液和散热循环液.热交换装置采取集合散热冷却分流的集散一体化热交换系统.对制冷模块制冷性能进行了实验分析,并对制冷效果进行了模拟实验,实验结果基本达到了设计的预期.     

384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在分析了法国ULIS公司的384×288元的长波红外非制冷微测辐射热计UL03191结构、性能及工作参数的基础上,针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于CPLD驱动电路。通过使用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成12位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特点,比较两种模式的测试结果,得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小等特点。同时,设计了基于ADN8830单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统,该系统设置电压由CPLD控制,可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作,从而较好的改善探测器工作性能和成像质量,降低探测器功耗。     

半导体制冷中的饱和电流

对半导体制冷中的论和电流现象进行了解释。理论分析表明，要使器件在△Tmax条件下工作，对元件高度应有一定限制。     

芯片冷却中热电制冷器性能的实验研究

设计了电子芯片冷却实验装置,对热电制冷器在电子芯片冷却中的冷却效果和制冷性能进行了研究。实验结果表明,不仅热电制冷片热端冷却水流量是影响冷却效果的重要因素,而且热电电流和芯片功率与热电冷却性能也有着密切的关系。实验结果对热电冷却器的最佳冷却性能的确定具有一定的参考意义。     

影响热电制冷性能的关键因素及其分析

在忽略汤姆逊效应的情形下,推导出热电制冷臂的传热微分方程,利用数值模拟的方法,分析了在不同工作电流下各种热电效应的影响,及工作电流和冷、热端换热系数3种因素对热电制冷性能的综合影响。分析了3种因素对热电制冷性能的影响程度与顺序,发现电流是最关键的影响因素,且需要较低制冷温度时可提高冷端换热系数,需要较大制冷量或制冷系数时可适当提高热端换热系数,但冷、热端换热系数对制冷性能的影响存在一个最优值。提出了热电制冷器件的设计和应用的优化工况及方案,在提高制冷性能的同时节约了成本。     

制备工艺对新型热电材料制冷性能的影响

通过取点法得到了由Ingot法、BM法、S-MS法和Te-MS法制备的四种新型p型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te3的变物性参数拟合公式,分析了温度对不同方法制备的热电材料的影响,得到了热电材料无量纲优值与绝对温度的关系曲线.从热力学方面研究了制备工艺对基于新型热电材料的热电制冷器最大制冷系数的影响.结果表明:由Te-MS法制备的新型p型热电材料(Bi0.5Sb1.5)Te3具有最大的优值系数,基于该材料的热电制冷器最大制冷系数可达2.49,较其他三种方法制备的热电材料分别提升了 34.59％,37.57％和25.76％.     

基于微/纳尺度冷却扩展热电元件的制冷极限(英文)

提出一种借助于在热电冷却器热端引入微尺度冷却,以提高其制冷性能参数的新方法,并建立了相应的理论模型来刻画该过程,并在此基础上对各类有助于提高制冷性能的潜在途径进行了参数化研究。结果表明,热电臂中存在一个最佳冷却长度,可在其冷热端实现最大的温度差。讨论了将该方法在低温环境及其他几类特殊场合的应用,并分析了加工该结构的相关问题。与通过改进材料来提高制冷性能的方法相比,该方法可在材料性能已趋极限时,提供一种新的物理途径用以强化热电冷却元件制冷性能。     

一种测试半导体制冷器的瞬态方法

ZT值、最大制冷温差和响应时间是表征半导体制冷器性能的重要参数.文中介绍了一种能同时测量这三个参数的瞬态方法,并讨论了热沉对测试结果的影响.利用一个由恒流脉冲发生器和数据采集卡组成的简单测试系统测得制冷器在小电流下的电阻电压和塞贝克电压,通过这两个电压推导出ZT值、最大制冷温差.这种瞬态方法是非接触式测量,准确度高,可用于薄膜热电器件测试;另外瞬态方法耗时短,可大大缩短半导体制冷器可靠性测试的周期.采用这种方法对4mm×4mm×2.4mm的热电制冷器进行实验,环境温度300K时,测得ZT值为0.39,最大温差58.5K,响应时间20s.     

One-dimensional modeling of TE devices considering temperature-dependent parameters using SPICE

Based on simplified one-dimensional steady-state analysis of thermoelectric phenomena and on analogies between thermal and electrical domains, we propose both lumped and distributed parameter electrical models for thermoelectric devices. A couple of important advantages of the presented models are that the temperature dependence of material properties is considered and that they can be easily simulated using an electronic simulation tool such as SPICE. For a single free-standing pellet, comparisons are made between SPICE simulations using the proposed models and with numerical simulations carried out with Mathematica software. Results illustrate accuracy of the distributed parameter models and show how inappropriate it is to assume, in some cases, constant material parameters for an entire thermoelectric element.     

Transient distributed parameter electrical analogous model of TE devices

This paper describes a one-dimensional distributed parameter transient model for thermoelectric devices implemented using analogies between the thermal and electrical domains, where thermal variables are described by their electrical analogues. The resulting electrical network can be tested by means of an electrical simulation tool such as SPICE. This approach facilitates simulation of a thermoelectric module and its interconnections with electronic control circuits and other thermal elements under varying boundary and initial conditions. Capabilities of the model are illustrated from simulations carried out for a free-standing thermoelectric element during the pulse cooling operation. Simulation results fit well with those obtained using other models reported in the literature as well as with numerical solutions.     

一种大功率半导体激光器恒温控制系统的设计

介绍了利用高效、大功率H桥驱动集成块DRV592作为热电致冷器的驱动器构成大功率激光二极管恒温致冷系统的方法.该系统温度探测器利用软件实现负温度系数的热敏电阻的非线性校正(在线参数自整定模糊PID控制方法).核心控制器采用MCS-52单片机来实现对系统的精确控制,对电流的控制精度达到毫安级,温度的控制精度可达±0.1℃.     

基于MSP430F449的半导体激光器温控系统设计

为了改善传统的半导体激光器温度控制系统体积大、噪音大且精度有限等缺点,研制开发了一种基于MSP430F449单片机与DS18B20数字温度传感器的半导体激光器温控系统。结合PID控制算法,利用PWM脉宽调制,控制热电制冷器的驱动电流,实现对激光器的恒温控制。实验表明,该系统温控精度优于±0.1℃,能够为半导体激光器提供稳定的温度环境。     

用于平面光波导的控温模块的设计与制作

研制了一种用于平面光波导(PLC)的控温模块。该模块采用比例微分积分(PID)控制回路控温,针对PLC控温特点,采用了优化模块的导热与散热,调整控温电路中的PID参数并采用H桥电流输出等方案对整个控温模块进行了优化设计。该模块体积小,长宽高分别为7 cm×6 cm×4 cm;控温面积为3 cm×3 cm,适用于大尺寸的PLC芯片;控温范围广,从0~70℃;控温速率快、精度高,能将温度稳定到±0.15℃内。     

含内热源密闭空间两级半导体制冷器瞬态特性分析

针对工作在含内热源密闭空间的空冷和热管式两级热电制冷装置,分别建立了瞬态性能计算模型,得到了制冷空间温度、模块两端温差,以及制冷系数随时间的变化规律;对比两种散热方式对装置特性的影响;分析了工作电流和热电偶热冷两级面积比,对温度、耗时和制冷系数的影响。结果表明:当元件功率为6W时,空冷和热管式制冷器温度分别比无热源时升高了8.28和7.86℃,热管式的制冷温度比空冷式低1.85℃,制冷系数比空冷式高12.12%。