普泰克-半導體控溫原理

一、核心原理：珀爾帖效應

• 半導體材料的選擇：
  半導體（如碲化鉍 Bi?Te?及其合金）的珀爾帖效應遠強于金屬（金屬的效應僅為半導體的 1/100~1/10），因此成為核心材料。其原理是：半導體中的載流子（電子或空穴）在電場作用下運動時，會攜帶能量跨越不同材料的界面，導致能量（熱量）的轉移。

• 當電子從 P 型半導體（空穴導電）流向 N 型半導體（電子導電）時，接口處吸收熱量（制冷端）；

• 當電子從 N 型半導體流向 P 型半導體時，接口處釋放熱量（制熱端）。

• 可逆性：若改變電流方向，吸熱和放熱的接口會互換，即制冷端變制熱端，反之亦然，這一特性使其可靈活實現升溫和降溫控制。

二、半導體控溫系統的組成與工作流程

1. 半導體致冷片（TEC，Thermoelectric Cooler）

• 核心元件，由多個 P 型和 N 型半導體顆粒交替排列，通過金屬導流片連接成電偶對，封裝在陶瓷基板之間（陶瓷絕緣且導熱）。

• 一片 TEC 的制冷 / 制熱功率有限（通常幾瓦到數百瓦），實際應用中可通過多片疊加或陣列組合提升功率。

2. 溫度傳感器

• 用于實時監測被控對象的溫度（如熱電偶、鉑電阻 Pt100、NTC 熱敏電阻等），精度可達 ±0.1℃甚至更高，為反饋控制提供數據。

3. 控制電路（PID 控制器）

• 若被控溫度高于設定值，控制 TEC 制冷端工作，電流方向使目標端吸熱；

• 若被控溫度低于設定值，切換電流方向，使目標端放熱（制熱）；

• 通過微調電流強度，實現溫度的穩定（波動可控制在 ±0.01℃以內，適用于高精度場景）。

• 接收溫度傳感器的信號，與設定溫度對比后，通過 PID（比例 - 積分 - 微分）算法調節輸入 TEC 的電流大小和方向：

4. 散熱系統

• TEC 的制熱端（或制冷時的放熱端）會產生大量熱量，需通過散熱片、風扇或水冷系統及時導出，否則會影響制冷效率甚至燒毀 TEC。