电子半导体冰箱工作原理-半导体冰箱的工作原理

半导体制冷又称温差电制冷、或热电制冷。是未来电冰箱制冷技术发展的一个方向。半导体制冷是利用特种半导体材料，制成制冷器件，通电后直接制冷，因此得名半导体制冷。

用两种不同金属组成一对热电偶，当在热电偶中通以直流电流时，将在电偶的不同结点处，产生吸热和放热现象，这种现象称为珀尔帖效应。

利用珀尔帖效应制成的半导体制冷器的电偶，是由一种特制的N型和P型半导体组成的。N型半导体是靠电子导电的，而P型半导体是靠所谓“空穴”来导电的。

不论N型半导体中的自由电子，还是P型半导体中的空穴，它们都参与导电，统称为“载流子”，由“载流子”导电的现象，是半导体所特有的。

半导体制冷原理是把一个P型半导体和一个N型半导体，用铜连接片焊接而成电偶对，如图2-7所示。当直流电流从N型半导体流向P型半导体时，则在2、3端的铜连接片上产生吸热现象，此端称为冷端；而在1、4端的铜连接片上产生放热现象，此端称为热端。如果电流方向反过来，则冷、热端将互换。

图2-7 半导体制冷器电偶对的工作原理

当这个制冷器件中通入一定数量的直流电时，冷端会逐渐冷却下来，并出现结霜；而热端的温度逐渐升高，并向周围环境放热。载流子在金属和半导体中的势能大小是不同的，所以载流子在流过结点时，必然会引起能量的传递。当电流的极性如图2-7所示，电子从电源负极出发经金属片—结点4—P型半导体—结点3—金属片—结点2—N型半导体—结点1—金属片，回到电源正极。由于左半部是P型半导体，导电方式是空穴型的，空穴的流动方向与电子流动方向相反。所以空穴是从金属片—结点3—P型半导体—结点4—金属片，回到电源负极。

空穴在金属中具有的能量、低于在P型半导体中空穴所具有的能量：当空穴在电场作用下，由金属片通过结点3到达P型半导体时，必须增加一部分能量，但空穴本身是无法增加能量的，只有从金属片中吸收能量、并把这部分热能转变为空穴的势能，因此，在结点3处的金属片被冷却下来。当空穴沿P型半导体通向结点4流向金属片时，由于P型半导体中空穴能量大于金属中空穴的能量，因而要释放出多余的势能，并将其以热能的形式放出来，所以结点4处的金属被加热。

图2-7中右半部是N型半导体与金属的联结，是靠自由电子导电的，而电子在金属中的势能低于N型半导体中电子的势能。在电场作用下，电子从金属中通过结点2到达N型半导体时，必然要增加势能，这部分势能也只能从金属片的热能取得，因此使结点2处的金属片“冷却”下来。当电子从N型半导体经过结点1流向金属片时，因电子是由势能较高的地方流向势能较低的地方，故释放出多余的势能，并将其变成热能，使结点1处的金属片加热，这样上部的金属片被冷却下来，成为冷端；而下部的两个联接片均放出热量，成为热端。

当电源正负极性调换时，因电子空穴的流动方向将与上述相反，故冷热端将互换。

综上所述，半导体制冷的吸热和放热是由载流子（电子和空穴）流过结点时，由势能的变化而引起能量的传递，这就是半导体制冷的本质。

由于一个电偶对产生的热电效应较小（一般约为1.163W左右，视元件的尺寸大小而异），所以实际应用时是将数十个电偶对串联起来，将冷端放在一起，热端放在一起，称为热电堆，将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器，如图2-8所示。其特点是结合强度高、接触热阻小，适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘，在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。

图2-8 半导体制冷器的热电堆

我国目前应用的制冷半导体材料，多数是以碲化铋为基体的三元固熔体合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3；N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半导体材料性能的限制，目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低，耗电量约大1倍。但在几十瓦小能量的情况下，由于半导体制冷器的效率与能量大小无关，故对微小型制冷装置，反而比压缩式经济。此外由于半导体制冷器必需使用直流电源，价格贵，使它的应用受到一定的限制。

半导体冰箱维修方法有哪些？半导体冰箱的优缺点介绍

由于半导体制冷器属电子物理制冷，根本不用制冷工质和机械运动部件，从而彻底解决了介质污染和机械振动等机械制冷冰箱所无法解决的应用问题，并在小容量低温冷藏箱方面具有更加显著的节能特性极具开发推广价值。

半导体电子制冷又称热电制冷，或者温差电制冷，它是利用帕尔帖效应的一种制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。

1843年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接头变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为帕尔帖效应。

帕尔帖效应的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）

所以，半导体电子制冷的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。

经过多次实验，科学家发现：P型半导体（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半导体 (Bi2Te3-Bi2Se3)的热电势差最大，应用中能够在冷接点处表现出明显制冷效果。

电子冰箱简单结构为：将P型半导体，N型半导体，以及铜板，铜导线连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由 12V直流电供电，接通电流后，一个接点变冷（冰箱内部），另一个接头散热（冰箱后面散热器）。

半导体车载冰箱的制冷原理是什么？

导语：随着人们生活质量的提高，冷冻储藏能为食品保鲜提供一定的好处。人们为了保证食品的色泽、形状、气味等，采用了快速冷冻的方法，因此为了适应人们的需求，就出现了半导体冰箱。那么半导体冰箱究竟是什么东西呢，它的工作原理是怎样的呢?有什么优缺点?如果在操作过程中出现故障，我们又改如何处理呢?下面小编给大家介绍介绍。

　　什么是半导体冰箱？

半导体冰箱，作为一种与普通冰箱的制冷原理不同的产品，主要是依靠半导体电子制冷，也称温差电制冷，它通过一块40毫米见方、4毫米厚的半导体芯片来实现制冷效果。它借助高效环形双层热管散热及传导技术和自动变压变流控制技术来实现它的工作，仅仅是靠电子物理制冷，没有采用制冷工质和机械运动部件，为我们解决了介质污染和机械振动等机械制冷冰箱问题，它由箱体、控制系统和制冷装置构成，排放量小，使用寿命长，低温冷藏效果好，又能节能环保，开发推广价值较高。

其工作原理是法国物理学家帕尔帖发现的"帕尔帖效应"，由直流电源的正负极通电后能使电源的一极变热，另一极变冷，使得它能由高向低运动，释放热量。反之，就能吸收热量，从而达到制冷效果。而制冷"的效果主要取决于热电势差。虽然纯金属的导电导热性能好，但制冷效率比不上半导体，因为半导体材料具有极高的热电势，可以用来做热电制冷器。一般地，P型半导体(Bi2Te3-Sb2Te3)和N型半导体?(Bi2Te3-Bi2Se3)制冷效果是特别好的。电子冰箱构造过程一般都简单化：首先是将P型半导体，N型半导体，以及铜板，铜导线连成一个12V直流电供电的回路，在此过程中，铜板和导线只起导电作用，然后再接通电流后，一个电极用于变冷(冰箱内部)，另一个电极用于散热(冰箱后面散热器)。

半导体冰箱的优点

半导体冰箱的结构简单，部件少无机械传动部件，寿命长，效率高耗电量低，环保无噪音，制冷片小，维修方便

半导体冰箱的缺点

冰箱容积小，一般情况下都不能超过100升，由于制冷片过小，散热慢，所以需要使用散热设备，耗电量增大，容易出现轻微噪音，制冷温度要求较低，不利于大规模推广。

半导体冰箱维修方法

鉴于半导体冰箱的上述优缺点，半导体冰箱在出现故障时我们可以采取如下方法进行排查：

1、?首先判断电源线插头是否接好，有没有通电，一般情况下，半导体使用冰箱的电压都是12v直流电，通电说明没问题，不通电说明是插上半导体制冷片后电路无电压输出。

2、其次考虑半导体冰箱与环境温度问题，一般情况下我们要看制冷片是否安好，我们把半导体制冷片拿出来擦干净，然后再装好，通电两三秒钟，如果还能感觉到一面冷一面热，那就说明制冷片没有问题，否则可能是烧毁制冷片或是制冷片损坏。

3、再次我们可以考虑是否烧保险,保险丝管内壁发黑或玻璃管炸裂等，这些很有可能是由于短路引起的，这时我们可以考虑制冷片是否出现击穿现象。

4、最后也可能是电容的漏电引起半导体性能的改变，这时我们可以检查一下开关管、晶体管等。

车载冰箱的原理是什么？

半导体冰箱，又被人们称为电子冰箱，它和其他使用压缩机的冰箱产品不同。

电子半导体车载冰箱是利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，通过一块较小的半导体芯片使用帕尔贴原理，在两种不同的导体所构成的电路中直流电路通过时在结点的金属片接头处开释热量，通过不同的电流流向实现制冷和制热的最终目的。

得益于这种制冷方式，电子半导体式的车载冷暖箱可以制冷及制热，工作温度范围5℃到65℃。

半导体冰箱是怎样工作的？

车载冰箱分为半导体式和压缩机式两大类，，两种类型的车载冰箱工作原理也大有差异，半导体车载冰箱的原理是靠电子芯片制冷，压缩机车载冰箱采用传统冰箱的传统技术。半导体车载冰箱也叫电子冰箱，不同于传统的用制冷剂制冷的冰箱。半导体车载冰箱的原理属于电子物理制冷。这种制冷方法利用了“珀尔帖效应”。电荷载体在导体中移动形成电流。因为电荷载流子在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级移动到低能级时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量。这也是半导体车载冰箱既能制冷又能制热的原因。车载半导体冰箱的优点是体积小，便于携带，零污染，低噪音等。缺点是制冷效率低，制冷效果受环境影响。压缩机车载冰箱是传统家用冰箱的一个分支。其工作原理是电机提供机械能，压缩机对制冷系统做功。这种冰箱的优点无疑是制冷效果好，容量大，能冷冻，缺点是体积大，重量重，用车时携带不方便。

他是由一块电子制冷晶片工作的其原理是：

利用帕尔帖(peltire)效应，1834年法国科学家珀尔贴发现了热电致冷和致热现象－即温差电效应。由N、P型材料组成一对热电偶， 当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同， 将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。

半导体致冷器, 也叫热电致冷器或温差致冷器, 它采用了帕尔贴效应.

目前采用半导体材料锑化铋做成N型和P型热电偶,用模块的方法组成半导体制冷器件.N型材料有多余的电子,有负温差电势.P型材料电子不足,有正温差电势;当电子从P型穿过结点至N型时,其能量必然增加,而且增加的能量相当于结点所消耗的能量.相反,当电子从N型流至P型材料时, 结点的温度就会升高.

在温差电路中引入第三种材料(铜连接片和导线) 不会改变电路的特性.把一只P型半导体和一只N型半导体联结成热电偶, 接上直流电源后, 在接头处就会产生温差和热量的转移.把若干对半导体热电偶对在电路上串联起来, 而在传热方面则是并联的, 这就构成了一个常见的制冷热电堆.

借助热交换器等各种传热手段, 使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度, 把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温, 这就是半导体制冷的原理.