商業(yè)熱電冷卻器-散熱器裝配(Marlow)散熱器多級TEC
熱電冷卻器
商業(yè)熱電冷卻器-散熱器裝配(Melcor)
Heat SinkMulti-stage TEC
Seebeck系數(shù)
MaterialTypeSeebeck Coeff. (α)(V/CX1e-6)Iron/Copper-nickelJ52.68Nichrome/nickel-aluminumK40.95Nichrome/copper-
nickelE63.17Platinum-10% rhodium/platinumS6.45Platinum-13% rhodium/platinumR6.47
可用來制作節(jié)點的材料有:
–bismuth telluride (Bi2Te3)
–lead telluride (PbTe), and
–silicon-germanium (SiGe)
這些材料中, bismuth telluride在電子散熱問題溫度范圍內(nèi)性能最好,應(yīng)用最廣泛
熱電冷卻器(TEC)由放置一系列的熱電對構(gòu)成,可以放置一個到幾百個,, 關(guān)于電的以串聯(lián)的形式,而關(guān)于熱的那個在兩個作為電絕緣體的金
屬處理的熱導(dǎo)陶瓷之間并聯(lián)放置
TEC可以制作成各種大小,外形并具有不同的操作電流
最小的TEC可以做到小于1 立方英寸
典型商用TEC可以做到20 到30立方英寸
TEC可以是單級的,也可以是多級的
多級TEC可由兩個或多個單級TEC堆砌構(gòu)成
當(dāng)要求的ΔT (=Th-Tc)小于55 C時,單級的TEC就足夠了
如果ΔT 大于55 C時, 則必須使用多級TEC
熱電冷卻器
熱電冷卻器必須和散熱器相連:
–否則會損壞
散熱器的熱量必須以各種方式帶走:自然對流散熱,強(qiáng)迫對流散熱,或液體冷卻
TEC可用以下三種方式安裝在散熱器上:
–粘合
–熱涂料
–焊接
一般,TEC為陶瓷底板,厚度為了19 mm或更小,則可以使用焊接或粘合的方法進(jìn)行安裝而不用考慮熱應(yīng)力
熱電冷卻器
如果TEC 的陶瓷底板厚于19 mm, 則必須使用熱涂料的方法安裝
TEC可以由FOM來決定其優(yōu)劣:
FOM = αs2/(ρTEKTE)
FOM = figure of merit in 1/C
αs= Seebeck系數(shù)
ρTE= TEC 電阻系數(shù)
kTE= TEC 電導(dǎo)率
TEC的性能系數(shù)(COP) 的定義如下:
COP = 泵出的熱量/ 輸入功率= QC/(IV)
最優(yōu)COP由下次給出:
COPOPT= -0.5 + (TAV*(F0.5-1))/(ΔT*(F0.5+1))
F = 1+FOM*TAV
TAV= 0.5*(TH+ TC)
熱電冷卻器
Bismuth Telluride溫度相關(guān)的材料參數(shù)
αS= (α0 + α1 x TAV+ α2 x TAH^2) x 10-9 (volts / Kelvin)
α0 = 22224.0
α1 = 930.6
α2 = -0.9905
ρTE= (ρ0 + ρ1 x TAV+ ρ2 x TAV^2) x 10-8 (ohm cm)
ρ0 = 5112.0
ρ1 = 163.4
ρ2 = 0.6279
kTE= (k0 + k1 x TAV+ k2 x TAV^2) x 10-6 (watt / (cm Kelvin))
k0 = 62605.0
k1 = -277.7
k2 = 0.4131
熱電冷卻器
通過TEC的熱可由下式計算:
Q = 2 kTENΔTG
Q = 功率
KTE= TEC熱導(dǎo)率W/C-m
N = 對數(shù)
ΔT = 溫度差C = TH-TC
G = TEC面積/長度比值m
TH= 熱面溫度
TC= 冷面溫度
TEC內(nèi)部的焦耳熱:
QJoule= 2NρΤΕI2/G
冷面吸收的熱量:
QC= -2NαITC
熱面釋放的熱量:
QH= 2NαITH
TEC內(nèi)部產(chǎn)生的熱量:
QH= 2N(αIΔT + ρΤΕI2/G)
從冷面泵出的熱量:
QC= 2N(αITC-ρΤΕI2/G -kTEΔTG)
TEC上的電壓:
V = 2N[(IρTE/G) + (αΔT)]
最大電流強(qiáng)度:
IMAX= (kTEG/αs)[(1+(2FOMT))2-1]
最優(yōu)電流值:
Iopt= kTEΔTG(1+(1+FOM*TAV)0.5)/(αsTAV)
TAV= (TH+ TC)/2
TH= 熱面溫度K
TC= 冷面溫度K
ΔT = 溫差C
TEC的有效導(dǎo)熱率:
Keff= 2NkTEGt/A
最優(yōu)操作點, TEC 可以在最大電流的75-80% 附近工作
–否則,熱電冷卻器的效率很低,由于有很大的內(nèi)部焦耳熱產(chǎn)生(Joule heating = I2R)
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