隨著電子產品高速高密度化,如何將電子元件例如CPU、LD、LED、電阻、功率晶體產生的熱能迅速排除使電路維持正常運作,已經成為設計者必需考慮的重要課題,其中又以TE致冷器(Thermal Electric Cooler)成為常用的散熱手段之一,事實上TE致冷器是一種相當古老的電子元件,它包含熱力與機構兩種要素;本文將探討其基本理論與實際應用案例,同時介紹TE致冷器的正確使用方法與驅動電路。
《圖一 TE致冷器的外觀(特性值為27℃環境下量測結果)》
TE致冷器的動作原理與基本結構
TE致冷器是法國的J.C. A Peltier氏在1834年發現,因此TE致冷器又稱為Peltier Device,如(圖一)。它的動作原理如(圖二)所示,若對相異金屬接合構成的電路施加直流電,其中一方的接合處會吸熱,另一方的接合處則會發熱,如果改變電流的流動方向,上述的吸熱與發熱部位也會隨著改變。由於左側的燒瓶(frasco)內的空氣被冷卻右側的空氣被加熱,因此連接兩燒瓶的玻璃管內的乙醇會被右側的燒瓶內的空氣擠壓朝左方移動,這種現象稱為Peltier效應。而比上述更早的1821年,德國T.J Seebeck氏將相異金屬接合製成電路,接著將部份接合處加熱,結果造成電路內的磁針開始擺動,顯示電路內有電流在流動,因此科學界將此現象稱為Seebeck效應,量測溫度時就是利用Seebeck效應,使銅-銅鎳(constantan)熱電耦產生電力,達成溫度量測的目的,因此相異金屬接合獲得「Peltier效應」與「Seebeck效應」等可逆現象又被稱作「熱電轉換device」。實際上為獲得最大效益,必需根據使用材料與構造作最佳化設計,因此熱電轉換device可區分成Peltier Module與Seebeck Module兩種。 ... ...