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如何使用珀尔帖装置实现更高功率的热电冷却

本文提供了设计更高功率TEC之前必须了解的热电冷却器(TEC)概念，解释了限制热电冷却器冷却能力的关键珀尔帖特性，并且说明了可以如何围绕这些限制展开设计。部分驱动器示例说明了控制更高功率TEC所需的条件。另外还包括可能阻碍现有设计实现其预期冷却能力的问题。

TEC使用珀尔帖模块来冷却物体或提供物体的准确温度控制，可用于多种应用。它们是激光二极管冷却器、微处理器冷却、聚合酶链反应(PCR)系统以及断层扫描、心血管成像、磁共振成像(MRI)、放射治疗等医疗应用的理想之选。激光二极管温度控制等许多应用都使用功率在5 W至15 W范围内的小型低功耗TEC。它们的驱动器可能采用5 V供电轨运行并提供1 A至3 A的 电流。

但如果我们需要更高功率怎么办？我们该如何做呢？我们应该关注什么以及我们有什么选择？我们从两个角度来看。第一种情况是，我们已经有一个正常工作的TEC，但这还不够，需要将功率提升10%到20%。第二种情况是，从头开始构建更高功率的TEC。我们可以从珀尔帖装置获得多少冷却能力？我们应该用什么来驱动它？

在开始之前，让我们先了解几个关键的珀尔帖概念。

最大吸热量

珀尔帖模块的最大吸热量(Qc)将在数据手册中列出，但它适用于ΔT为零的情况。ΔT是珀尔帖热端和冷端之间的温差。当热端和冷端温度相同时，Qc将如数据手册中所述。然而，它会随 着ΔT的增加呈线性减小，直到某个点Qc = 0。该点也称为最大ΔT，变化很大，但单级模块的典型值可能约为70°C。请参见图1中的一般示例。