半导体致冷器又称温差致冷组件，俗称电子制冷片。具有体积小、重量轻、无噪声、无振动、无制冷管路、无机械磨损和安装简便等特点，最大的优点是制冷不需制冷剂，无工质污染，被誉为绿色环保制冷。本文以半导体致冷为例，介绍其TE、C1系列半导体致冷器为例，介绍其工作原理、结构、应用领域和使用安装要点，供参考。

一、制冷（制热）工作原理

半导体温差致冷是建立在法国物理学家Peltien帕尔帖效应（即温差效应）基础上的具体应用。当电流流经两种不同性质的导体形成接点时，其接点会产生放热和吸热现象，即其两端形成温差而实现制冷和制热。

依据上述原理，利用半导体材料制成的致冷器称为半导体致冷器，其工作原理图如图1所示。为了便于叙述起见，以一对N/P型半导体材料构成的电偶对介绍工作原理，所谓电偶对就是掼NP结的数量。图1中的N/P型半导体元件通过铜导流片连接起来，当由N通过铜导流片到P通以正向直流电时，在电场作用下，N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴背向导流（朝接头）运动，即在导流片接头处N型和P型分别产生电子、空穴。电子、空穴产生的能量来自晶格振动的热能，于是在导流片上产生吸热现象，而在N/P型的另一端产生放热现象，从而产生温差。当放热的高温侧的热量能有效地放热时，吸热的低温侧不断地吸热，使其起到致冷的作用。

半导体致冷器的N型/P型元件的排列，在电学上串联，在热学上是并联的，低温侧（制冷）和高温侧（制热）的能量，与输入电流成正比例，改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。同时，通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。一对电偶的产冷量是有限的，将多个电偶对按串联、热并联的方式，用特殊的工艺组装起来，就能制成不同规格的半导体致冷器。为了得到更低的温度，可以采用二级或三级的致冷器，即一级冷面为二级热面的散热面。目前，三级致冷器最低温度可达－90℃。

二、结构简介与技术参数

半导体致冷器的结构如图2所示。由N型和P型半导体材料制成，每一种半导体元件的规格、尺寸均相同，然后按一只N型半导体元件和一只P型半导体元件由铜导流片连接成一对电偶。不同规格的半导体致冷器系由一定数量电偶串联，使其冷面排在一面，热面排在另一面，采用A1203陶瓷板作基板，基板内侧敷铜金属压层和温差电偶两端的导流片，连接成一个整体，首末电偶用横截面≥0.3mm²多股铜导线焊接起来作为输入引线，红色引线接正极，黑（蓝或白色）引线接负极。为了提高半导体致冷器的寿命，在两块陶瓷基板四周外露的PN电偶处涂敷706单组室温固化硅橡胶，固化后呈乳白色有弹性的胶体，这样四周电偶与外界空气完全隔绝，起到防氧化保护作用，提高其使用寿命。

部分TEC1系列半导休致冷器型号、规格及主要技术参数见表1。

三、应用领域

半导体致冷器作为一种崭新的冷源已被广泛用于军事工程、航天工业、工业测量、光缆通信、石油化工检测、医疗数据分析等高科技领域。特别是近几年，应用于家用电器如电脑CPU冷却、空调器、小型冰箱、冰热饮水机、手提式冷热保温箱、汽车冷藏箱、酒柜、微型除湿箱、冷却水分分析器等。

四、作用与安装、维护要点

1、半导体致冷器的识别（以TEC1-12705型为例）

“05”表示允许电流值，单位A；

“127”表示致冷器电偶对数；

“TEC1”表示致冷器的型号。

2、半导体致冷器的冷、热面的判别

半导体致冷器红色引线为正，黑（蓝或白色）引线为负极，将黑色引线接到12V直流电源的负极，用手拿住致冷器陶瓷基板，然后将红色引线碰触直流电源的正极，时间为1~2s，此时手感有冷意的为冷面，有热量的为热面。空载接通电源的时间不宜过长，否则热面的热量很快传给冷面造成热短路导致不能判别冷、热面，严重时会导致半导体致冷器损坏。遇此情况应立即断开电源，使其自然冷却至室温（15min左右）后再试。

3、半导体致冷器的电源

可以采用12V直流电源如蓄电池，或采用220V/12V直流变换器，但输出电源的纹波系数应＜10%，以感性滤波为宜。电源电流大小视半导体致冷器的功率而定，使用过程中不可超过其额定最大电流（见附表）。

4、半导体致冷器的冷却方式

半导体致冷器的热面必须加装散热装置，常用的散热方式有自然风冷、强迫风冷、水冷等三种，不论采用何种散热方式，热面散热要充分，温度不宜超过90℃。

5、半导体致冷器静态电阻

业余条件下，可用万用表R×1挡进行测量，几种正品半导体致冷器静态电阻见表2，供参考。

6、半导体致冷器的安装

现以小型冰箱、冰热饮水机、冷热保温箱为例，介绍半导体致冷器的安装，图3是半导体致冷器安装示意图（冷却装置未画面，可采用12V直流风扇强迫风冷），安装步骤如下：

（1）储冷器（也可理解为向外界吸热的集热器）、半导体致冷器、铝散热器三者接触面应清洁干净并进行脱脂。

（2）储冷器、半导体致冷器、铝散热器各接触面需涂一层导热硅脂，以利导热。涂层应均匀，宜薄忌厚，若涂层过厚不但浪费硅脂还会增加热阻而降低制冷（制热）量。

（3）将半导体致冷器的冷面贴到储冷器面上，轻轻施加压力并左右、上下微移动，使冷面粘住储冷器。再将聚乙烯橡胶板正放于致冷器四周。橡胶板的作用是隔离致冷工作时冷、热端交换所产生的热损耗，有效地提高制冷量。然后将铝散热器贴在致冷器的热面，同时微量移动铝散热器使其充分接触致冷器热面，校正两个螺孔位置后，用M4螺钉拧紧致冷器的塑料箱体。

（4）半导体致冷器为陶瓷基极，其质硬而脆，所以拧紧螺钉力矩要适当，应均衡拧紧，以免挤碎陶瓷基板。

（5）安装完毕再用万用表复测半导体致冷器静态电阻。

7、半导体致冷器的维护

（1）若采用冷、热交变方式工作时，方式转换间隔时间应不小于30S。

（2）更换半导体致冷器，切忌拉引引线，否则会造成焊点受力过大而脱焊。

（3）避免机械冲击和受潮。

（4）经常清洁铝散热器表面灰尘，以免影响制冷效果。

（5）冷却风扇若停转，应及时修好。

表1

表2