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熱電效應測試新方法:等溫量熱儀用于測定半導體熱電器件效能

  • 發布時間:2023-12-06
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前言

熱(re)(re)電(dian)冷(leng)卻(que)器(qi)(Thermoelectric cooler, TEC) 是一種(zhong)重要的(de)(de)(de)微(wei)型制冷(leng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)組(zu)成器(qi)件,其代(dai)表了利(li)用電(dian)力泵送(song)熱(re)(re)量(liang)的(de)(de)(de)最(zui)(zui)直接(jie)方(fang)式,具有可靠性(xing)高、封裝(zhuang)集(ji)成靈(ling)活、重量(liang)輕、靜音和(he)環保等特點,因此熱(re)(re)電(dian)冷(leng)卻(que)器(qi)在微(wei)電(dian)子系(xi)(xi)統(tong)(tong)、激(ji)光二極管(guan)、通信、醫療設(she)備和(he)精密儀器(qi)等領域(yu)得到廣泛應用。在熱(re)(re)電(dian)制冷(leng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)設(she)計和(he)開發過(guo)程(cheng)中,需要建立有效的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)來確定和(he)優(you)化(hua)TEC性(xing)能(neng)。目前最(zui)(zui)常用的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)是迭代(dai)法(fa)[1],這種(zhong)方(fang)法(fa)通過(guo)TEC的(de)(de)(de)幾何尺寸和(he)熱(re)(re)電(dian)特征參數(塞(sai)貝(bei)克系(xi)(xi)數、導熱(re)(re)系(xi)(xi)數等)計算其冷(leng)卻(que)性(xing)能(neng),但是上述(shu)參數隨著TEC的(de)(de)(de)制造工藝和(he)材料的(de)(de)(de)不(bu)同而變化(hua),并且作為制造商的(de)(de)(de)專有信息(xi),設(she)計人員大(da)多無(wu)法(fa)獲取,因此用迭代(dai)法(fa)確定或優(you)化(hua)制冷(leng)性(xing)能(neng)無(wu)疑是很繁瑣的(de)(de)(de)。

圖1 TEC結構(左)和實物(wu)圖(右)

本文利用仰儀科技BIC-400A等溫量熱儀,基于功率補償型等溫原理測定了TEC在不同輸入電流、不同溫度工況下的制冷功率和制熱功率,進一步計算得到制冷效率和制熱效率等信息。相關結果有助于驗證或改進TEC器件的冷卻性能,優化設計參數及控制策略,確保TEC冷卻系統的性能發揮。

實驗部分

1.樣品準備

實驗樣品:TEC模塊(TEC1-13905,K30,120mm*80mm*5.8mm)。

2.實驗條件

實(shi)驗儀(yi)器:仰儀(yi)科(ke)技BIC-400A等(deng)溫(wen)量熱(re)(re)儀(yi);工作模式(shi):功率補償等(deng)溫(wen)量熱(re)(re)模式(shi);標準勻熱(re)(re)塊:6061鋁(lv)合金,120mm*80mm*10mm*2塊;加熱(re)(re)片參數:PI加熱(re)(re)膜(mo),120mm*80mm*0.3mm*2張,15.30Ω;環境溫(wen)度(du):恒溫(wen)25℃。

3.測試過程

Step1:打開等溫量熱儀蓋板,至下向上依次安裝勻熱塊-加熱片-導熱硅脂墊-半導體制冷片-導熱硅脂墊-加熱片-勻熱塊,如圖2,保證各部件之間不產生間隙;
Step2:將測溫傳感器包埋至勻熱塊內測溫點,并將電源線及電壓線分別連接至TEC的正負引線;
Step3:關閉儀器蓋板,設置實驗條件,點擊“開始”按鈕啟動實驗,實驗工況如表1所示。