半导体制冷低温板式冷源及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体制冷低温板式冷源及其控制方法。其中，半导体制冷低温板式冷源包括低温板，其具有相对设置的受冷平面和供冷平面；N个半导体制冷单元，半导体制冷单元具有冷端面和热端面，冷端面与低温板的受冷平面接合,N为大于1的整数；M个温度传感器，温度传感器设于低温板的供冷平面，温度传感器与至少一个半导体制冷单元相对应，M为小于等于N的整数；电源及控制单元，其设有N个电压输出端，电压输出端与半导体制冷单元一一对应连接，对应连接的电压输出端和半导体制冷单元对应于同一温度传感器；电源及控制单元与温度传感器电性连接。本发明专利技术能有效地在负载受冷测试应用中实现低温恒温。

Low Temperature Plate Cooling Source for Semiconductor Refrigeration and Its Control Method

The invention relates to a low temperature plate type cold source for semiconductor refrigeration and a control method thereof. Among them, the low-temperature plate-type cold source of semiconductor refrigeration includes a low-temperature plate, which has a relatively set cooling plane and cooling plane; N semiconductor refrigeration units, which have a cold end and a hot end, are connected with the cold end and the cooling plane of the low-temperature plate, and N is an integer of more than 1; M temperature sensors, which are located on the cooling plane of the low-temperature plate, and temperature sensors are connected with the cooling plane of the low-temperature plate. At least one semiconductor refrigeration unit corresponds, M is an integer less than or equal to N; the power supply and control unit are provided with N voltage output terminals, which are connected with the semiconductor refrigeration unit one by one, and the corresponding voltage output terminals and the semiconductor refrigeration unit correspond to the same temperature sensor; the power supply and control unit are electrically connected with the temperature sensor. The invention can effectively realize low temperature constant temperature in the application of load cooling test.

【技术实现步骤摘要】
半导体制冷低温板式冷源及其控制方法
本专利技术涉及冷源，特别是涉及一种半导体制冷低温板式冷源及其控制方法。
技术介绍
半导体制冷利用半导体热电材料珀尔贴效应实现了无压缩机固态温差制冷，与机械压缩制冷方式相比，半导体制冷具有结构紧凑、简洁、冷量调节方便、无振动、无制冷剂环保等特点，在小冷量需求领域得到了广泛应用。由于半导体制冷属温差制冷，冷热端集成在半导体材料组成的同一P、N电偶臂中，冷端温度受热端散热影响较大，同时受半导体材料热电特性制约，较机械压缩制冷，高温差低温制冷及大冷量制冷依然是半导体制冷技术应用的两大瓶颈，但其体积小、重量轻、冷量及温度控制方便等特点使半导体制冷技术在测试应用领域仍占有一席之地。目前在测试应用等领域，很需要一种在负载受冷测试应用中能有效输出低温恒温的半导体制冷冷源。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种半导体制冷低温板式冷源，其能有效地在负载受冷测试应用中实现低温恒温。上述技术问题通过以下技术方案进行解决：一种半导体制冷低温板式冷源，包括：低温板，其具有相对设置的受冷平面和供冷平面；N个半导体制冷单元，所述半导体制冷单元具有冷端面和热端面，所述冷端面与所述低温板的受冷平面接合,N为大于1的整数；M个温度传感器，所述温度传感器设于所述低温板的供冷平面，所述温度传感器与至少一个所述半导体制冷单元相对应，M为小于等于N的整数；电源及控制单元，其设有N个电压输出端，所述电压输出端与所述半导体制冷单元一一对应连接，对应连接的电压输出端和半导体制冷单元对应于同一温度传感器；所述电源及控制单元与所述温度传感器电性连接，用于根据温度传感器的检测值调整电压输出端的输出值，以调整与温度传感器相对应的半导体制冷单元的输入电压。在其中一个实施例中，M＝N，所述温度传感器与所述半导体制冷单元一一相对应，所述温度传感器与相对应半导体制冷单元的冷端面的中心正相对。在其中一个实施例中，所述N个半导体制冷单元为相同结构的元件，所述N个半导体制冷单元的冷端面均匀排布地接合于所述低温板的受冷平面。在其中一个实施例中，所述半导体制冷单元包括电源连接端子、冷端板、热端板以及设于冷端板与热端板之间的若干个半导体制冷器，若干个半导体制冷器采用串联或并联连接方式连接后与电源连接端子连接。在其中一个实施例中，半导体制冷器的P型电偶臂、N型电偶臂的尺寸范围均为高度1.9～3.0mm，截面边长1.2～4.5mm。在其中一个实施例中，还包括循环管路、设于所述循环管路内的液体工质以及设于所述循环管路上的热端换热体、换热器、水泵和储液器，所述热端换热体贴合于所述半导体制冷单元的热端面。在其中一个实施例中，所述热端换热体包括换热主体、第一密封环和换热板，所述换热主体设有迂回流道，所述换热板盖设于所述换热主体上，所述换热板的内侧面设有伸入迂回流道的换热加强筋，所述密封环设于所述换热板与所述换热主体之间。在其中一个实施例中，还包括均呈环形状的第一低热导接合构件、第二低热导接合构件、隔热套垫和螺栓，所述第一低热导接合构件的背面设有凹槽以及位于所述凹槽中的多条限位加强筋，所述低温板置于所述凹槽中并限定于所述多条限位加强筋之间，所述第二低热导接合构件与所述第一低热导接合构件通过螺钉固定连接并夹持所述低温板，所述第二低热导接合构件内嵌有螺母，所述螺栓穿过所述热端换热体与所述螺母连接，所述隔热套垫套设于所述螺栓并位于所述螺栓与所述热端换热体之间。在其中一个实施例中，所述低温板上与半导体制冷单元非接合而且非用于与负载接合的表面敷设绝热材料。本专利技术具有以下有益效果：上述半导体制冷低温板式冷源利用设于低温板的供冷平面的N个温度传感器的检测值，作为电源及控制单元调整M个电压输出端输出值的依据，从而调整M个半导体制冷单元的输入电压大小，实时调节M个半导体制冷单元的制冷量，使得在设定的温度点上，半导体制冷单元产生的总冷流与输出负载端的冷流、低温板非负载接合部分消耗的冷流(与环境间热交换)达到动态平衡，从而能有效地实现低温板的供冷平面可以在不同冷负荷负载、不同环境温度、负载接合于供冷平面的不同位置的情况下，确保低温恒温。本专利技术还提供一种本申请所述的半导体制冷低温板式冷源的控制方法，包括：所述M个温度传感器检测低温板的M个温度值Ti并传输至所述电源及控制单元，i∈[1，M]；电源及控制单元根据M个温度值Ti分别按相应的预设温度-电压曲线调整相应半导体制冷单元的输入电压Vi；与第i个温度传感器相应的预设温度-电压曲线为：当Ti≤Tc-ΔT，Vi＝V0i-min；当Tc-ΔT＜Ti＜Tc+ΔT，当Ti≥Tc+ΔT，Vi＝V0i-max；+ΔTV0i-min、V0i-max分别为与第i个温度感应器相对应的半导体制冷单元的最大及最小输入电压值，对应该半导体制冷单元的最大、最小产冷量；Tc为设定温度，即冷源对外提供的制冷温度；ΔT为温度误差值。ΔT决定了冷源温度控制准确度，ΔT值越小达到恒温温度所需调节周期越长即调节耗时越多，兼顾控制精度及恒温时间，通常为1℃。上述控制方法是通过电源及控制单元根据温度传感器检测的温度值Ti来调整相应半导体制冷单元的输入电压Vi，以改变半导体制冷器的工作电流，实现分单元、分区域进行各个半导体制冷单元冷量及冷流密度自动调节、控制，以满足整个低温板在负载冷负荷加载后的恒温。附图说明图1为半导体制冷低温板式冷源的结构示意图；图2为热端换热体的分解结构示意图；图3为热端换热体的截面示意图；图4为储液器的分解结构示意图；图5为低温板的制冷区域与半导体制冷单元对应示意图；图6为低温板的两个不同制冷区域的横向热传导示意图；图7为不同冷负荷负载工况低温板内部冷量传导示意图；图8为低温板、半导体制冷单元、热端换热体、低热导接合构件的连接关系示意图；图9为图8中A部分的放大示意图；图10为套有垫片的螺栓的结构示意图；图11为隔热套垫的结构示意图；图12为电源及控制单元、半导体制冷单元、温度传感器的连接示意图；图13为半导体制冷单元与低温板制冷区域相关示意图；图14为用于调整电源及控制单元输出的温度-电压曲线图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。结合图1和图12，一种半导体制冷低温板式冷源，包括：低温板1，其具有相对设置的受冷平面和供冷平面；N个半导体制冷单元2(UTEC-1、UTEC-2、……、UTEC-N)，所述半导体制冷单元2具有冷端面和热端面，所述冷端面与所述低温板1的受冷平面接合,N为大于1的整数；M个温度传感器3(NTC1、NTC2、……、NTCM)，所述温度传感器3设于所述低温板1的供冷平面，所述温度传感器3与至少一个所述半导体制冷单元2相对应，M为小于等于N的整数；电源及控制单元4，其设有N个电压输出端，所述电压输出端与所述半导体制冷单元2一一对应连接，对应连接的电压输出端和半导体制冷单元2对应于同一温度传感器；所述电源及控制单元4与温度传感器3电性连接，用于根据温度传感器3的检测值调整电压输出端的输出值，以调整与温度传感器3相对应的半导体制冷单元2的输入电压。电源及控制单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，包括：低温板，其具有相对设置的受冷平面和供冷平面；N个半导体制冷单元，所述半导体制冷单元具有冷端面和热端面，所述冷端面与所述低温板的受冷平面接合,N为大于1的整数；M个温度传感器，所述温度传感器设于所述低温板的供冷平面，所述温度传感器与至少一个所述半导体制冷单元相对应，M为小于等于N的整数；电源及控制单元，其设有N个电压输出端，所述电压输出端与所述半导体制冷单元一一对应连接，对应连接的电压输出端和半导体制冷单元对应于同一温度传感器；所述电源及控制单元与所述温度传感器电性连接，用于根据温度传感器的检测值调整电压输出端的输出值，以调整与温度传感器相对应的半导体制冷单元的输入电压。

【技术特征摘要】
1.一种半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，包括：低温板，其具有相对设置的受冷平面和供冷平面；N个半导体制冷单元，所述半导体制冷单元具有冷端面和热端面，所述冷端面与所述低温板的受冷平面接合,N为大于1的整数；M个温度传感器，所述温度传感器设于所述低温板的供冷平面，所述温度传感器与至少一个所述半导体制冷单元相对应，M为小于等于N的整数；电源及控制单元，其设有N个电压输出端，所述电压输出端与所述半导体制冷单元一一对应连接，对应连接的电压输出端和半导体制冷单元对应于同一温度传感器；所述电源及控制单元与所述温度传感器电性连接，用于根据温度传感器的检测值调整电压输出端的输出值，以调整与温度传感器相对应的半导体制冷单元的输入电压。2.根据权利要求1所述的半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，M＝N，所述温度传感器与所述半导体制冷单元一一相对应，所述温度传感器与相对应半导体制冷单元的冷端面的中心正相对。3.根据权利要求1所述的半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，所述N个半导体制冷单元为相同结构的元件，所述N个半导体制冷单元的冷端面均匀排布地接合于所述低温板的受冷平面。4.根据权利要求1所述的半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，所述半导体制冷单元包括电源连接端子、冷端板、热端板以及设于冷端板与热端板之间的若干个半导体制冷器，若干个半导体制冷器采用串联或并联连接方式连接后与电源连接端子连接。5.根据权利要求4所述的半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，半导体制冷器的P型电偶臂、N型电偶臂的尺寸范围均为高度1.9～3.0mm，截面边长1.2～4.5mm。6.根据权利要求1所述的半导体制冷低温板式冷源，其特征在于，还包括循环管路、设于所述循环管路内的液体工质以及设于所述循环管路上的热端换热体、换热器、水泵和储液器，所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊岭，刘康，甘平，卢汉华，
申请(专利权)人：广东富信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44