熱電冷卻
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
熱電冷卻的視頻教程
熱電冷卻器（TEC）選型設(shè)計(jì)及其Icepak和Flotherm建模仿真方法
介紹半導(dǎo)體制冷片的工作原理、在電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法，以及使用Ansys Icepak和Simens Flotherm對(duì)其進(jìn)行仿真模擬的方法。 Ansys Icepak中TEC的建模仿真資料非常稀少，本視頻不僅詳細(xì)描述TEC的建模方法，還詳述了仿真思想。對(duì)于理解TEC的根本工作原理，和使用非Ansys Icepak軟件建模仿真也有啟發(fā)。 課程還演示了Flotherm建立TEC的具體操作。
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Flotherm進(jìn)階教程——EDA/TEC/DOE/Calibration的使用
此系列視頻： 介紹使用FloEDA進(jìn)行單板布線的詳細(xì)建模 使用Flotherm中的優(yōu)化中心對(duì)熱電冷卻器（TEC）進(jìn)行仿真 Flotherm中極端有用工具實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE，自動(dòng)尋找最優(yōu)解）的使用方法 最后還介紹了Flotherm中仿真測(cè)試結(jié)合工具結(jié)構(gòu)函數(shù)的用法，介紹了Flotherm中Calibration工具的具體操作。
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熱電冷卻的實(shí)例教程
熱電制冷器的選型是一個(gè)迭代過程。除基本尺寸信息之外，一個(gè)典型的TEC技術(shù)規(guī)格書中還包含如下基本信息：
Qcmax:當(dāng)冷熱面溫差為0℃時(shí)，熱電冷卻器能夠轉(zhuǎn)移的熱量。
Imax:熱電冷卻器允許通過的最大電流；
Vmax:熱電冷卻器通過最大電流時(shí)，熱電冷卻器兩端的電壓；
DTmax:當(dāng)熱電冷卻器通過最大電流，同時(shí)，熱電冷卻器加載的熱量為零時(shí)，熱電冷卻器兩端所達(dá)到的最大溫差。
COP：綜合性能系數(shù)（coefficientof performance），表示冷卻的熱量值與輸入能量的比值Qc/(V*I)；
Th：熱電冷卻器熱端溫度；
RAC：熱電冷卻器的電阻。
下圖為某TEC基本參數(shù)表：
對(duì)于TEC而言，當(dāng)運(yùn)行溫度不同時(shí)，由于電氣性能變化，上文所提及的關(guān)鍵參數(shù)也將有所不同。此例中，取熱端溫度為50℃的性能參數(shù)。假定需求場(chǎng)景為：發(fā)熱芯片功耗為20W，要求溫度控制在26℃，依此計(jì)算此TEC的工作點(diǎn)（工作電流和工作電壓）。
芯片溫度控制在26℃，則溫升要求為24℃。通過規(guī)格書中的制冷量、電流、溫差圖，獲知工作電流應(yīng)為4A：
此處4A的電流，指的是TEC工作穩(wěn)定之后的電流，啟動(dòng)時(shí)，工作電流稍大。在某些TEC規(guī)格書中還提供有電壓、電流和溫差線圖，此時(shí)，可以在此圖中將對(duì)應(yīng)的電壓線找到，并使得溫差為零（初始狀態(tài)，冷熱面溫差為零），回溯獲得初始電流值。如果規(guī)格書中并未提供此圖，則通常按照穩(wěn)態(tài)電流值的~1.2倍設(shè)置。
根據(jù)電流、電壓、溫差圖，查知工作電壓為4.5V。依工作電壓和工作電流，計(jì)算得為實(shí)現(xiàn)當(dāng)前熱傳量并維持所要求的溫差，所需輸入功率為Pin = I * V = 4A * 4.5V = 18 W. 換算知此時(shí)TEC綜合效率系數(shù)為COP = 20W/18W= 1.11.
展開 <p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202007/ce24b3bd667a4f318d2acafd44ac4fc5.png"></p><p><br></p><h2><strong>課程介紹</strong></h2><p>《從零開始學(xué)散熱——熱電冷卻器（TEC）選型設(shè)計(jì)及其Icepak和Flotherm建模仿真方法》</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202007/2335115b09bd432fa223490d6c028554.png" title="1.png" alt="1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202007/2335115b09bd432fa223490d6c028554.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202007/2335115b09bd432fa223490d6c028554.png?
展開 題目：Performance investigation and design optimization of a battery thermal management system with thermoelectric coolers and phase change materials
介紹：為了保證電池的溫度工作環(huán)境，該工作開發(fā)了一種新型的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BTMS)集成了熱電冷卻器(TEC)和相變材料(PCMs)，其中采用翅片框架來加強(qiáng)傳熱。通過建立一個(gè)瞬態(tài)熱電流體采用多物理場(chǎng)數(shù)值模型，對(duì)兩種情況下BTMS的熱性能進(jìn)行了深入研究。本文的研究進(jìn)展有助于對(duì)電池?zé)峁芾硖峁┑男乱娊夂退悸贰?題目：Numerical investigation of a battery thermal management system integrated with vapor chamber and thermoelectric refrigeration
介紹：高效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是保證電池工作溫度環(huán)境的關(guān)鍵。本文提出了一種新型的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)為了改善電池的熱性能，提出了蒸汽室和熱電冷卻器。結(jié)果表明，采用熱電冷卻器和熱電冷卻器蒸汽室可以大大降低電池的最高溫度和溫差。本研究介紹了高效電池?zé)峁芾淼男乱暯牵峁┝嗽敿?xì)的深入了解熱電冷卻在這方面的應(yīng)用。
題目：Observation of ballistic-diffusive thermal transport in GaN transistors using thermoreflectance thermal imaging
介紹：為了開發(fā)有效的氮化鎵(GaN)晶體管的熱管理策略，必須準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)器件結(jié)溫。
展開 珀耳帖熱泵/熱電冷卻器 (TEC)
是時(shí)候升級(jí)到先進(jìn)的 PCB 冷卻技術(shù)了。 熱電冷卻或 Peltier 熱泵方法使用 Peltier 效應(yīng)進(jìn)行冷卻。 珀?duì)柼?yīng)與熱蒸汽的產(chǎn)生相反。 這些設(shè)備可以將組件冷卻到低于環(huán)境溫度。
TEC 用于應(yīng)將組件溫度保持在特定水平的情況。 例如 CCD 相機(jī)（電荷耦合器件）、激光二極管、微處理器、夜視系統(tǒng)等。TEC 提供準(zhǔn)確的溫度控制和更快的響應(yīng)。 設(shè)計(jì)人員可以將 TEC 與空氣冷卻或液體冷卻技術(shù)結(jié)合使用，以擴(kuò)展高功率耗散處理器的傳統(tǒng)空氣冷卻限制。 商用 Peltier 泵的陶瓷面尺寸范圍從冷卻側(cè) 3.2 × 3.2mm2 到 62 × 62mm2，底座（加熱側(cè)）從 3.8 × 3.8mm2 到 62 × 62mm2。
PCB熱仿真
詳細(xì)的熱模擬有助于精確找到 PCB 中熱熱點(diǎn)的溫度。 熱模擬是在不同條件下獲得的加熱區(qū)域溫度的色標(biāo)圖。 模擬中的溫度單位始終為攝氏度 (°C)。 色標(biāo)圖是通過計(jì)算 PCB 上數(shù)千個(gè)點(diǎn)的溫度而獲得的。
為什么要進(jìn)行熱模擬？
定位熱熱點(diǎn)以避免設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)
確定具有各種 CTE 值的介電材料的可能可靠性
提高產(chǎn)品可靠性
熱仿真可以通過減少工程延遲、現(xiàn)場(chǎng)故障和產(chǎn)品迭代來降低實(shí)施成本
提高工程和電氣團(tuán)隊(duì)之間的績效和溝通
設(shè)計(jì)人員可以使用上述部分或全部傳熱技術(shù)的組合。 提高組件效率的最簡單方法是首先減少散熱量。 但是，無論在使用冷卻方法方面取得了多大成功，始終可以通過減少電路板的散熱來提高設(shè)計(jì)的可靠性。
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展開 為了有效降低 LED 溫度、滿足散熱需求及特定場(chǎng)所的應(yīng)用需求，結(jié)合熱電冷卻器 （TEC），利用Flotherm軟件對(duì)其進(jìn)行散熱分析。
物理模型：
本文采用Flotherm仿真軟件對(duì)LED，TEC，散熱器系統(tǒng)進(jìn)行建模。LED、銅基板如圖1所示，采用4*4陣列的LED布局，LED尺寸為1mm*1mm*1mm，功率為1W。
圖1 LED、銅基板的結(jié)構(gòu)
TEC采用Liard UltraTEC? UTX Series UTX8-12-F2-2525-TA-W6，其模型如圖2所示。
圖2 TEC模型
模型的整體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，采用 TIM 貼合TEC和散熱器以降低接觸熱阻。 模型計(jì)算域如圖4所示，其中重力方向沿Y軸負(fù)向。將環(huán)境溫度設(shè)置為30C。
圖3 模型整體結(jié)構(gòu)
圖 4 模型的計(jì)算域邊界
TEC參數(shù)如圖5所示。
圖 5 TEC參數(shù)設(shè)置
網(wǎng)格劃分：
Flotherm網(wǎng)格劃分包括全局網(wǎng)格設(shè)置、局部網(wǎng)格細(xì)化。建立幾何模型后，對(duì)全局網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置最大網(wǎng)格尺寸。對(duì)于LED，TIM等溫度梯度大，尺寸較小的部件網(wǎng)格進(jìn)行加密，從而增加計(jì)算的精度和準(zhǔn)確性。
圖6 模型網(wǎng)格劃分
求解設(shè)置：
如圖7所示，對(duì)求解器進(jìn)行設(shè)置，選擇流動(dòng)與傳熱求解器，打開輻射模型，并設(shè)計(jì)流體屬性與環(huán)境溫度等，進(jìn)行求解。
圖7 求解設(shè)置
分析與討論
該模型為自然散熱，TEC冷端接觸LED，熱端接觸散熱器，TEC工作時(shí)從冷端吸熱，降低LED的溫度，從熱端放熱，將熱量傳遞到散熱器中，并通過熱對(duì)流和熱輻射最終將熱量傳遞到環(huán)境中。其溫度分布如下圖8所示。
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熱電冷卻的最新內(nèi)容
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</figure>
</figure><p><br></p><p>本文提出的新方案，一方面用熱電制冷器冷卻光斑附近的區(qū)域以減少反射鏡的溫度和變形
為了有效降低 LED 溫度、滿足散熱需求及特定場(chǎng)所的應(yīng)用需求，結(jié)合熱電冷卻器 （TEC），利用Flotherm軟件對(duì)其進(jìn)行散熱分析。
物理模型：
本文采用Flotherm仿真軟件對(duì)LED，TEC，散熱器系統(tǒng)進(jìn)行建模。LED、銅基板如圖1所示，采用4*4陣列的LED布局，LED尺寸為1mm*1mm*1mm，功率為1W。
對(duì)于PCB散熱，?可以采用多種解決方法，?例如使用TEC（?熱電冷卻器）?提供準(zhǔn)確的溫度控制和更快的響應(yīng)，?可以將TEC與空氣冷卻或液體冷卻技術(shù)結(jié)合使用，?以擴(kuò)展高功率耗散處理器的傳統(tǒng)空氣冷卻限制。?
目前電子設(shè)備的散熱方式可分為自然散熱、風(fēng)冷散熱、液冷散熱、熱電制冷和熱管冷卻等。
風(fēng)冷散熱一般指采用風(fēng)扇、空調(diào)等設(shè)備對(duì)機(jī)箱機(jī)柜進(jìn)行散熱，其主要特點(diǎn)：
（1）風(fēng)冷系統(tǒng)簡單可靠、安裝方便、故障率低，在北方部分城市的冬季還可以利用自然冷源對(duì)機(jī)柜進(jìn)行散熱；
（2）風(fēng)冷散熱的本質(zhì)是將設(shè)備產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到環(huán)境中，成本遠(yuǎn)低于其他散熱方式；
（3）散熱效率相對(duì)較低。
本文提出了一種新型的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)為了改善電池的熱性能，提出了蒸汽室和熱電冷卻器。結(jié)果表明，采用熱電冷卻器和熱電冷卻器蒸汽室可以大大降低電池的最高溫度和溫差。本研究介紹了高效電池?zé)峁芾淼男乱暯牵峁┝嗽敿?xì)的深入了解熱電冷卻在這方面的應(yīng)用。
從零開始學(xué)散熱——實(shí)例、方法和思維
https://www.yqgqt.org.cn/video/c17162
八折
熱設(shè)計(jì)工程師進(jìn)階——從初級(jí)到高級(jí)（Flotherm高級(jí)應(yīng)用）
https://www.yqgqt.org.cn/video/c16671
八折
熱電冷卻器
Park 等將熱交換系統(tǒng)管路圍繞在電池組殼體外側(cè)，熱交換系統(tǒng)包含進(jìn)氣口、出氣口、預(yù)定流動(dòng)通道，通過風(fēng)扇和熱電元件控制冷卻空氣進(jìn)入熱交換系統(tǒng)的流動(dòng)通道，從而將電池導(dǎo)出的潛熱散出。Mardall 等將熱交換器管道機(jī)械地和熱地耦合到電池組外殼基板的內(nèi)表面，電池組外殼外表面上流動(dòng)的冷卻空氣將熱交換系統(tǒng)中的熱分離。
(a)焦耳加熱; (b)主動(dòng)微流控冷卻; (c)電、磁、熱制冷和加熱; (d) 熱電裝置的冷卻和加熱。
圖3.基于儲(chǔ)熱的個(gè)人熱管理。(a) 用于個(gè)人醫(yī)療保健的具有熱能儲(chǔ)存的相變水凝膠。(b) 個(gè)人熱管理的自修復(fù)式熱能儲(chǔ)存。(c) 高儲(chǔ)熱和基于熱擴(kuò)散的熱調(diào)節(jié)。
圖4.用于被動(dòng)熱管理的高導(dǎo)熱材料。
該研究對(duì)于SnSe晶體在發(fā)電和熱電冷卻中的實(shí)際應(yīng)用非常重要。研究成果以“Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics”為題發(fā)表于《Science》。該研究工作是趙立東教授課題組自2015年以來發(fā)表的第 8篇 Science。
典型的散熱方式分為主動(dòng)和被動(dòng)散熱和熱電冷卻。被動(dòng)冷卻被認(rèn)為是一種理想的散熱方法，可以降低噪音，從而降低能耗與上述方法相比。被動(dòng)散熱主要包括自然對(duì)流、氣液或固液相變冷卻。熱管作為一種高效的氣液換熱裝置，因其可靠性高、熱性能優(yōu)異，已廣泛應(yīng)用于高功率密度電子元件的熱管理中。然而，在使用熱管冷卻時(shí)也存在一些問題。例如，熱管內(nèi)外的腐蝕會(huì)影響傳熱性能。
