基于半导体制冷片TEC的温度控制器优选稿

PID 控制TEC 半导体制冷片工作状态优化设计作者：艾克思PID 控制温度为当前最普遍的控制策略，几乎涵盖到所有温度控制中，控制温度也能达到非常高的精度。

为实现温度控制系统的小型化，系统中往往采用TEC 制冷片作为温度制冷加热装置。

然而TEC 半导体制冷片的工作状态较为复杂，简单的TEC 驱动电路往往使得TEC 工作效率低、TEC 热端发热量大、系统耗电量加大、TEC 工作寿命缩短等问题。

下面介绍如何将TEC 半导体制冷片工作在最佳状态。

一． TEC-12706举例说明冷面TEC AIKSTECH图1 TEC-12706外形图TEC-12706最大温差电流为6. 0 A ，最大温差电压为15. 4 V ，最大制冷功率为51. 4 W ，最大温差为67℃，外形尺寸为40. 0 mm ×40. 0 mm ×3. 8 mm 。

TEC-12706工作的时候，应该在制冷片表面涂上导热硅脂以减少接触热阻，热电堆端面空隙填充绝热性能良好的绝热胶，冷热空间以隔热板隔开尽量减少冷热翅片间的传热，热端推荐采取水冷、风扇强制对流冷却，不推荐空气自然对流冷却热交换形式。

根据热力学制冷原理及半导体制冷基本理论，给出的制冷量、功率消耗、制冷系数、热端发热量等基本公式。

如果 热端发热量为P ，单位W ； 冷端制冷量为Q ，单位W ； 制冷片电功率W ，单位W ； 制冷效率：ε能够得到简单计算公式：P=Q+W ；ε=Q/W ；上面公式意思是热端的发热量等于冷端吸收的热量加上TEC 制冷中耗费的电能量，ε代表的是制冷片工作效率高低，ε的高低决定制冷片质量的好坏，ε的取值可能大于1，也可能小于1。

TEC 半导体制冷片工作状态优化设计就是要仔细分析ε在不同状态下的情况。

maxεW/IQ/IQmaxI/εEA OI mI EI 00.60.81.01.21.4ε12345678I/A2030405060W/W艾克思图2 TEC 制冷工作特性曲线TEC 制冷片的制冷量Q 、消耗电能W 、工作效率ε都是电流I 与温差△T 的函数，在某一给定温差△T 条件下， Q 、W 、ε仅是电流I 的函数。

基于STM32半导体制冷片温控系统的设计【摘要】激光器的工作温度至关重要，该设计用于激光器工作温度调节模块，以提高激光器的稳定性能。

本文以STM32F303为控制芯片，采用TEC为制冷元件，通过采集温度并模数转换传给上位机，上位机程序控制STM32的数模输出控制TEC的加热或制冷，同时以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统。

实验结果表明，通过PID算法调节，半导体制冷温度控制系统能够为激光器提供所需的工作温度，精度可达到±0.1℃。

【关键词】温度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW1.前言温控系统受环境温度影响较大，因为温度调节过程中惯性大，对于温度上升或下降的有效快速调节是难题，目前我们熟知的温控系统都存在成本高或精度低及灵活性差的缺点。

针对这些问题本系统在工作过程中可以随时切换极性，从而完成对设定温度值的精确控制。

2.硬件系统设计本设计通过HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器连接pt100将采集到的温度传给STM32单片机，STM32将采集到的温度值模数转换后传给上位机显示，并将采集温度值记为sp，将当前温度值sp减去设定值ap后给PID控制器，STM32根据PID的输出信号m（t）进行数模转换并输出给TTC-DS驱动模块，TTC-DS驱动模块控制TEC工作.2.1 测量部分：采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器，输出信号是电压信号，其工作电压是±24V，输出是0-5V，对应的温度范围是-40-100℃，温度与电压呈线性关系，，其采集精度可达到0.05℃。

pt100是一种稳定性高和性能良好的温度传感器，工作范围-200℃至650℃。

pt100是电阻式温度检测器，具有正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：，其中=0.00392，为100（在0℃的电阻值），为摄氏温度[1]。

传感器型变送器通常包含信号转换器与传感器两部分。

采用半导体制冷片的温控系统的设计半导体制冷片的温控系统是一种常见的用来控制温度的技术，它利用半导体物质的特性，通过通过电流的通过来实现温度的控制。

首先，我们需要了解半导体制冷片的工作原理。

半导体制冷片是一种基于Peltier效应的制冷技术。

当电流通过半导体材料时，热量会从一个一端吸收，然后从另一端释放。

这样就可以实现温度的调控。

在设计温控系统时，我们需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：温度传感器用于感知当前的温度值并将其传递给控制器。

常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻等。

2.控制器：控制器是整个系统的核心，它会根据传感器得到的温度值来判断是否需要制冷或制热。

根据温度变化的速度和幅度来调整半导体制冷片的电流，以实现精确的温度控制。

3.电源：半导体制冷片需要一个特定的电源来提供工作电流。

一般情况下，我们会使用可调电源来提供合适的电流给制冷片。

4.散热器：半导体制冷片在工作过程中会产生大量的热量，为了保持制冷系统的稳定性，我们需要使用散热器将多余的热量散发出去。

在实际的应用中1.常规型：常规型温控系统使用一个PID控制器或者其他类似的控制算法来实现温度的调控。

PID控制算法根据当前的温度误差、误差的变化速度和误差的累积值来调整半导体制冷片的工作电流，以达到温度的稳定控制。

2.自适应型：自适应型温控系统则是根据实际的温度变化情况来自动地选择合适的控制策略。

例如，系统可以根据当前的温度变化速度和幅度来自动调整控制算法的参数，使得温度的控制更为精确。

在设计半导体制冷片的温控系统时，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的温控策略，并进行相应的硬件和软件设计。

同时，我们还需要对温控系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。

总结而言，半导体制冷片的温控系统是一种实现温度控制的重要技术，它可以广泛应用于各种需要精确温度控制的领域。

在设计温控系统时，我们需要考虑传感器、控制器、电源和散热器等关键因素，并选择合适的控制算法来实现稳定的温度调控。

半导体制冷器TEC的驱动与控制 (一)半导体制冷器TEC（Thermo-Electric Cooler）是一种利用Peltier效应产生制冷的器件，其主要应用于微电子、激光器、传感器等领域的温度控制。

TEC驱动与控制一直是半导体电子学领域的研究热点之一。

一、TEC驱动方式TEC的驱动方式分为两种：恒定电流驱动和恒定电压驱动。

其中，恒定电流驱动是指在TEC两端加上一个恒定电流，使其产生的热量与冷量相等，达到匀速制冷的效果；恒定电压驱动则是在TEC两端加上一个恒定电压，使其产生的冷量和热量成一定比例，达到不同的温度控制效果。

二、TEC控制方法TEC的控制方法主要分为三类：PID控制、H∞控制和模型预测控制。

其中，PID控制是目前最常用的一种控制方法，其基本原理是通过比较目标温度值与实际温度值之间的偏差，计算出一个控制量，再通过PID 算法进行控制，使温度达到稳定状态。

三、TEC控制参数TEC控制参数包括：电流、电压、温度、功率和效率。

其中，电流和电压的控制可以实现恒定电流和恒定电压的控制方式；温度的控制需要采集温度传感器数据并进行反馈控制；功率和效率则需要根据TEC的工作状态和应用环境来进行动态调整。

四、TEC驱动与控制电路TEC驱动与控制电路主要包括三个部分：TEC驱动模块、温度采集模块以及控制模块。

其中，TEC驱动模块主要实现对TEC的驱动，而温度采集模块则用来采集温度传感器的数据，控制模块则实现了对TEC的PID 控制功能。

五、TEC控制软件TEC控制软件可以实现对TEC的控制参数设置、PID参数调整、温度采集和数据分析等一系列功能。

此外，软件还可以根据用户的需求，实现定时控制、手动控制和自动控制等功能，为用户操作提供更加便利的选择。

总之，TEC驱动与控制是半导体电子学领域的研究热点，通过对TEC控制参数的实时调整，可以使TEC达到最佳的制冷效果，为半导体行业和生产领域提供更好的温度控制解决方案。

基于半导体制冷片的温度控制系统的设计作者：井绪忠，亓夫军来源：《科技创新导报》 2011年第12期井绪忠亓夫军(中国海洋大学山东青岛 266100)摘要:设计一种用于红外传感器工作温度调节控制的模块,使红外传感器在低温下工作,以提高红外传感器的探测性能。

通过以mega16芯片为核心,以半导体制冷片为制冷元件,以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统[1]。

实验结果表明,半导体制冷温度控制系统能够为红外探测器提供所需的工作温度。

关键词:温度半导体制冷片 PID算法中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0009-02温度对红外传感器有比较大的影响,当外界环境温度发生变化时,红外传感器对所测量的物理量会有较大的变动,影响其测量值的准确性[2],产生较大的外界噪声干扰,所以当进行精确测量时,将红外传感器控制在一个恒定的温度下,可以大大提高探测精度,减少误差。

1 半导体制冷器的工作原理半导体制冷也称热电制冷,是一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,半导体制冷是以温差电现象为基础制冷方法,利用帕尔贴效应的原理达到制冷目的。

帕尔帖效应:当电流I通过由两种不同材料组合成的闭合回路时,在材料的接头处一端会吸收热量Qp,另一端会放出热量Qp。

这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热,其吸热或放热由电流的方向决定,大小由公式决定。

π为帕尔帖系数,与温差电动势率有关,为组成回路两种材料的温差电动势率,T为相关接头的温度。

作为一种制冷源,半导体冷片可连续工作,不需要制冷剂,没有污染源和机械运动部件,不会产生回转效应,是一种固体元件,工作时没有噪音、震动、寿命长,安装容易。

半导体制冷片是电流换能型器件,通过控制输入电流,可实现高精度的温度控制。

热惯性小,制冷制热时间比较快,在热端散热良好冷端空载的情况下,可迅速达到最大温差。

2 温度控制系统的组成半导体温度控制系统结构框图如图1,由制冷片引起的温度变化经温度传感器传送给控制器,与设定的温度进行比较,所得的信号偏差通过PID进行调整处理,由控制器发出命令信号,通过驱动电路驱动半导体制冷片进行制热或者制冷,以达到红外传感器的工作温度环境。

半导体制冷片tec评价
半导体制冷片（TEC）是一种利用Peltier效应实现制冷的装置，它具有许多优点和一些局限性。

首先，让我们来看看半导体制冷片
的优点。

一、高效性能，半导体制冷片具有快速响应和高效能的特点。

它们可以迅速实现制冷效果，因此在一些需要快速制冷的应用中非
常有用。

二、小型化，半导体制冷片相对于传统的制冷设备来说体积小巧，这使得它们可以被应用在一些空间有限的场合，比如微型制冷
器件或电子设备中。

三、无振动，与传统的压缩式制冷设备相比，半导体制冷片没
有运转时的振动，这使得它们在一些对振动敏感的应用中具有优势。

四、无环境污染，半导体制冷片不含有对臭氧层有害的氟利昂
等化学物质，因此对环境的影响较小。

然而，半导体制冷片也存在一些局限性：
一、制冷能力受限，相比传统的压缩式制冷设备，半导体制冷
片的制冷能力相对较弱，无法应对大功率、大制冷量的需求。

二、热效率较低，半导体制冷片的热效率通常较低，这意味着
它们在一些需要长时间连续工作的高负荷制冷应用中可能不太适用。

三、温差受限，半导体制冷片的制冷温差受到材料热导率的限制，因此无法实现非常低的温度。

综上所述，半导体制冷片在一些特定的应用场合具有明显的优势，但在一些对制冷能力和效率有较高要求的场合可能不太适用。

在选择是否采用半导体制冷片时，需要根据具体的应用需求进行全
面评估。

基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计李丹;蔡静【摘要】基于半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)设计了一种高精度控温电路系统.本文详细介绍了TEC的选型方法,设计并实现了以单片机为核心的硬件电路,采用PID软件控制算法优化温控参数.在实验中,选择较大热负载紫铜块作为控温对象进行实验验证,实验结果表明:在室温23℃的情况下,紫铜块的控温范围为-10~40℃,控温精度高达0.01℃.%This paper designed a high-precision temperature-control circuit system based on TEC.Introduction was made to the selection method of TEC,realizing a hardware circuit based on single-chip and using PID software control algorithm to optimize parameters.In experiment,choosing the higher thermal load copper block as the temperature control object to do the test verification.The result shows when the ambient temperature is 23℃,the temperature control range of the copper block is-10~40℃.The temperature control precision can be up to 0.01℃.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P19-21,39)【关键词】半导体制冷片;选型介绍;控温系统;电路设计【作者】李丹;蔡静【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB94;TM13半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)遵从帕尔贴效应，通过控制流过TEC 电流的方向及大小实现其加热制冷转换以及加热制冷量的调节。