热设计丨TEC热电制冷器(一)
关于TEC热电制冷器热分析内容,春节之后一直想写,然而拖拉到现在...
首先说一下写这篇文章起因,春节时刷视频,在B站上看到LKs的《上头买了件铜做的抗病毒外套,请问值9000吗?》视频中第二件产品-令人上头的迷惑手表,可以改变人对冷热感受的的手表,原理就是帕尔贴效应。(为何会看到2021年的老视频🤣)

用手表尺寸的TEC改善人体舒适性,堪比卖火烧小火柴小女孩,冬夜取暖的科技版...
TEC这东西我知道在工作中使用场景,但回忆想到去年看到的使用微米尺寸级别的TEC,发现我对TEC并不了解,本文是近期学习TEC相关知识的学习笔记的整理。
1 TEC定义
2 TEC组成
热电制冷器利用帕尔贴(Peltier效应),电流通过两种不同金属组成的结合部时,产生的冷却效果,如下图所示。
典型热电制冷器由N型和P型半导体组成电偶对,中间连以金属导体,多个热电偶对组成的热电组件,提高制冷能力,P型和N型半导体交错焊接在金属导体上,在电性能上是串联的,在热性能的并联的。3 TEC原理
3.1 塞贝克效应


图片来源 讯飞星火AI生成
T1>T2,由塞贝克效应产生的温差电动势的方向(电流方向),其大小为
E=(SA-SB)(T1-T2)
式中:SA和SB分别为A和B两种材料的塞贝克系数
αAB=(SA-SB);△T=T1-T2
那么,E=αAB△T
3.2 帕尔贴效应


帕尔贴效应产生的帕尔贴热为
Q=(πA-πB)I
式中:πA和πB分别为A和B两种材料的帕尔贴系数。
πA-πB=(SA-SB)T2
那么Q=αABIT2
3.3 汤姆逊效应


式中,τ为汤姆逊系数。
一般情况下,汤姆逊效应的影响较小,所以计算中往往忽略其影响。
3.4 焦耳热效应

图片来源 讯飞星火AI生成

式中,R为回路中电阻。
4 TEC热平衡方程

图片来源 Analysis of thermoelectric cooler performance for high power electronic packages
式中,R为回路中电阻。
(1)冷侧吸热

(2)热侧放热

(3)TEC电功率
冷侧与热侧之间的势能差来源于电功率。

式中:N为热电臂对数,
I为热电制冷片工作电流,
Tc、Th分别为热电制冷的冷热端温度;
G为热电臂几何因子;
s、ρ、k分别为热电材料的塞贝克系数、电阻率和热导率。
根据上述热电平衡方程,可知,只有确定热电材料的塞贝克系数、导热率、电导率和热电臂尺寸因子,才能计算出准确的换热量值,然而产品手册是不会提供这些详细参数的...
5 TEC说明书中的性能参数
Qcmax:当冷热面温差为0℃时,热电冷却器能够转移的热量。Vmax:热电冷却器通过最大电流时,热电冷却器两端的电压;dTmax:当热电冷却器通过最大电流,同时,热电冷却器加载的热量为零时,热电冷却器两端所达到的最大温差。COP:综合性能系数(coefficientof performance),表示冷却的热量值与输入能量的比值Qc/(V*I);6 TEC计算
《Analysis of thermoelectric cooler performance for high power electronic packages》这篇文章提供给设计人员一种无需TEC详细参数的针对单制冷片TEC数学模型。

那么4,热平衡方程计算公式,转换为
冷侧:

热侧:

电功率:

根据第5部分内容产品说明书中,如何计算Sm,Rm和Km这些参数呢?

参数说明详见第5部分。
看到这,差不多了,感兴趣的朋友,自行下载文献去一探究竟吧。
下篇内容《TEC热电制冷器(二)》(明天更),会整理TEC产品说明书进行计算的学习笔记分析。
再下篇《TEC热电制冷器(三)》(下周更),会整理Icepak对TEC进行热分析相关内容。