如何在热管理系统中集成珀尔帖模块（如何在热管理系统中集成珀尔帖模块设置）

在某些应用中，工程师需要将组件冷却到恒定温度或低于环境温度的工作温度。热电模块又称为珀耳帖模块，可以实现小型、轻量化、节能的热管理解决方案；然而，为了形成优化的热电系统，需要考虑某些器件的适当集成以及改进的器件供电。

珀尔帖模块基础知识

热电模块中使用的帕尔贴效应以法国科学家让帕尔贴(Jean Peltier) 的名字命名。他认为，当电流通过由不同导体组成的回路时，导体的连接处会产生温差。较新的Peltier 模块器件通常由两个外部陶瓷板和一个内部导电层组成，并由P-N 半导体芯片隔开。这些P-N 芯片在电气上串联连接，但热力学排列并联。

当向珀耳帖模块施加直流电压时，P型和N型半导体从一个表面吸收热量并将其释放到另一侧，导致吸热一侧冷却，而受热一侧冷却加热。

请注意，珀耳帖效应可用于加热或冷却物体。尽管本文重点讨论冷却应用，但加热应用的设计注意事项类似，只是所施加电压的极性、电流方向以及流经模块的热流方向相反。

珀尔帖模块系统设计

图1：Peltier 模块将热量从热源传递到散热器。 （图片来源：CUI, Inc.）

将通电的Peltier 模块放置在热源（例如IC 表面）和散热器之间，可以有效冷却IC，如图1 所示。Peltier 模块的低温侧连接到热源源，而高温侧连接到散热器。请注意，模块仅将热量从低温侧传递至高温侧，但不吸热。系统可以设计为以恒定速率将热量提取到散热器，或者通过控制所施加的功率来确保与设备接触的表面保持恒定的温度。如果需要，该温度甚至可以设置为低于环境温度。

图2 显示了用于冷却IC 等组件的系统的基本元件。珀尔帖模块从待冷却的物体中提取热量，散热器不仅散发来自IC的热量，还散发珀尔帖模块中电流流动产生的热量。连接到IC 上温度传感器的外部反馈回路控制Peltier 模块的电源，从而保持物体的温度恒定。

图2：具有温度控制反馈回路的珀耳帖模块系统。 （图片来源：CUI, Inc.）

选择珀耳帖模块时，请考虑应用的温度要求，包括模块需要传递的热量、模块的最高温度以及高温侧的最高温度。选择合适的模块后，您就可以确定您的电源要求。

珀耳帖模块是由受控电流源供电的电流驱动装置；虽然也可以使用电压源，但优选电流源。如果模块设计为连续提供最大程度的冷却，则可以应用恒定电压（图3）。在这种情况下，给定冷却要求的负载电流和输入电压可以直接从数据表中的特性曲线中读取。 CUI 的文章“选择和使用高级珀耳帖热电冷却模块”中介绍了详细信息。

图3：由电压源供电的简单Peltier 系统。 （图片来源：CUI, Inc.）

另一方面，如果热负载和/或环境温度发生变化，但模块需要保持组件的恒定温度，则需要集成温度传感器和反馈回路，如图2 所示。

使用较低的环路带宽可以实现反馈灵活性。温度传感器可以是热电偶、固态温度传感器或红外传感器，馈送到电源的数据用于调节所施加的电压。如果电源调节范围不够宽，可以采用外部PWM电路来实现电压调节。建议在PWM 输出处使用滤波器，将纹波保持在5% 以下（图4），从而确保模块的高性能系数(COP) 并最大限度地减少对附近组件的干扰。回复爱好者公众号即可免费获得电子资料一份。记得留下您的电子邮件地址。

图4：用于恒温控制的珀耳帖系统。 （图片来源：CUI, Inc.）

除了从待冷却组件中提取的热量外，珀耳帖模块内部也会因电流而产生热量。如果模块因自热而导致COP 低于预期，则自热可能会成为一个问题，但如果自热产生的热量超过模块的传热能力，则它就成为必须解决的问题。

因此，在系统设计时必须考虑这两个热源，以选择合适的模块和散热器，并确定其工作电压和电流要求。只要正确选择组件，珀尔帖模块系统就可以提供出色的解决方案，以实现冷却组件所需的传热或目标工作温度。

总结

Peltier 模块为电子温度控制提供了极其高效的基础。该模块体积小、重量轻，在高COP 下运行时效率高，并且可以使用电流或电压源进行控制。除了模块之外，只需几个标准组件即可构建有效的温度控制解决方案，将设备工作温度维持在环境温度或低于环境温度。了解如何使用这些设备是解决各种项目问题的宝贵技能。 CUI 的Peltier 模块具有多种性能级别和尺寸，为设计人员的下一个热管理系统设计提供了多种选择。