摘要：本文针对半导体制冷的开展状况，对其制冷系统作业时的多种工况进行综合比照分析和研讨。论述半导体制冷系统在各种工况下作业时，相关参数的改变状况，为往后半导体制冷的开展供给参考。
　　关键词：半导体;制冷系统;分析研讨
　　1根本制冷原理
　　半导体制冷系统即热电制冷器的作业原理如图1所示，半导体通过金属片衔接形成一回路，当电流由N→P活动时，回路中的电场使得N型半导体中的自由电子和P型半导体中的空穴相向活动，它们产生了来自晶格热能的能量，载流子在金属导体片上吸热，呈现为冷端;反之，若电流由P→N时，则金属导体片放热，呈现为热端[1]。这样，就完成了半导体制冷系统的制冷与制热进程。
　　2多种半导体制冷工况的综合研讨
　　半导体制冷存在三种极限工况，即制冷系数最大工况、制冷量最大工况及温差最大工况[2]。但在不同产品的实际作业中，不可能到达极限工况下的理想制冷效果。因此基于现有理论，存在使制冷系统既耗费较少功耗，又产生较大的制冷量的工况，即最优工况。现别离论述各工况的改变联系，以便于直观清晰地了解和把握制冷系统的作业进程，在比照分析中总结规则，为日后进一步研讨积累数据。
　　2.1半导体制冷的根本工况
　　图1画出了N型和P型半导体构成的电偶对。在这电偶对上通上电流后，交界面在一秒时间内放出或吸收的热量（珀耳贴热QP）与电流强度I成正比，即
　　QP=πI，π=（αp-αn）T                  （2-1）
　　αp、αn别离为N型和P型电偶臂的温差电动势率，T为相应接头上的绝对温度。因此，由n型和p型半导体组成的热电偶，其总温差电动势率α为α=αp-αn。
　　半导体冷端产冷量Q0应为珀尔贴热量与传回冷端的焦耳热和导热量之差。即
　　（2-2）
　　电偶对作业时，电源既要对电阻做功，又要战胜热电动势做功，故耗费的功率为
　　W=αIΔT+I2R       （2-3）
　　一对热电偶的制冷系数为（2-4）
　　2.2半导体制冷的三种极限工况
　　据热力学制冷原理及半导体制冷根本理论，给出的制冷量、功耗、制冷系数、热端发热量Q、W、ε等，都是电流I与温差ΔT的函数，其热电偶冷端的吸热、放热与电流的联系如图2所示。使用半导体制冷的冷端对环境介质进行冷却的工况称为根本工况。在热电偶中，吸收的珀耳贴热与电流成正比（图2中Qp直线），焦耳热与电流的二次方成正比（图2中Qj/2曲线）。当热电偶冷热端的温差为零时，产冷量相应为这两个效应合成的曲线Q0。从图中能够看出产冷量随着电流的增大而增大到最大值，此点叫做最大产冷量工况。在最大产冷量工况下，当热端温差ΔT从ΔTmax改变到零时，制冷系数从0增加到0.5。当ΔT=常数时，函数曲线有一个最大值，此时为最佳功率工况，在断定的冷热端温差时，取Q0=0，此时得到的工况为最大温差工况。
　　2.3半导体制冷的最优工况
　　因为半导体制冷的最大制冷系数和最大制冷量工况工况均归于极限工况。在实际运转中，因为各种因素的影响不可能到达极限工况下计算出的制冷量，因此在现有理论基础上我们进一步推导最优电流值。
　　基于半导体制冷的根本工况，现做如下推导：
　　令，表明制冷量Q相对于最大制冷量Qm的挨近程度;
　　  ，表明功耗W相对于最大功耗Wm的挨近程度;
　　 ，表明制冷系数与最大制冷系数的挨近程度。因为为定值，而且制冷系数的值不可能大于的值，所以越大，冷库安装表明与的值越挨近。
　　令，可得到最大时的电流值，此电流即为最优电流，相对应的工况即为最优工况。
　　（2-5）
　　可得：
　　  （2-6）
　　3定论
　　半导体制冷工况对半导体制冷系统的制冷性能影响显著，实际应用中应充分考虑并合理使用这种相对改变联系，并针对不同产品挑选不同的运转工况。本文首先论述了半导体制冷系统的研讨含义及原理，然后对半导体制冷系统的多种实际运转工况进行了综合分析研讨，通过理论推导及计算，得出不同工况下，其制冷相关性能参数改变状况，为日后半导体制冷工况的开展奠定了一定地理论基础。
　　参考文献：
　　[1]蔡德坡.半导体制冷热端的分析与试验研讨[D].江西：南昌大学，2010.
　　[2]周敬雯.使用帕尔贴效应制冷供暖的部分空调设计及性能研讨[D].上海：上海交通大学，2013.
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