制冷片寿命-12706制冷片寿命

今天来给大家分享一下关于制冷片寿命-12706制冷片寿命的问题，以下是对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

帕尔贴（制冷片）容易坏吗?

帕尔贴制冷片的寿命主要取决于控制电路。如果控制电路质量不好，使帕尔贴制冷片处于过电流工作状态，就会损坏帕尔贴制冷片。合格的控制电路应该是恒流源，但一些厂家为了降低成本，经常采用恒压源代替恒流源，就容易产生过电流。

半导体制冷片的寿命

其实，一定要基于一定条件去谈论可靠性。热电半导体制冷器的可靠性研究

1引言:由于热电制冷器是一种基于固态的结构，一般认为热电制冷器具有较高的可靠性。在大多数应用条件下，热电制冷装置可以为您提供长期无故障的服务。目前在很多具体的例子中，热电制冷器的连续工作时间已经超过了20年，热电制冷器的寿命比相关仪器的寿命还要长。但是，由于故障率与应用环境密切相关，在实际应用中仍然很难获得具体热电制冷器件的可靠性。对于一些相对稳定的制冷应用，加载在冰箱上的DC电源非常稳定，基本不间断，此时热电冰箱的可靠性会非常高。一般来说，平均故障间隔时间(MTBFs)将超过2，000，000小时，这种情况下的平均故障间隔时间通常被视为工业标准。另一方面，在涉及冷热循环的应用条件下，平均无故障时间会大大缩短，尤其是热电制冷器的温度在循环过程中会上升到更高的温度。

一般来说，公布热电制冷器的可靠性数据是非常困难的，因为实际应用中的许多应用条件和工作参数都会影响最终的结果。因此，可靠性数据只对类似于测试环境的应用环境有效，而不一定适用于其他应用场合。如冰箱安装和焊接工艺、供电和温控系统及相关技术、温度控制等因素，结合外界环境会极大影响故障率，使其在较大范围内波动。为了给用户提供关于热电制冷器寿命的基础数据，帮助相关工程师设计和优化制冷器的可靠性，我们设计了几次制冷器的可靠性试验，以获得所需的可靠性数据。这里列出了几种应用条件下的测试结果和数据，可以帮助类似条件下使用冰箱的终端消费者。在为用户提供这些数据时，要根据不同的应用环境和用户需求进行选择。

热电制冷器安装过程的一些通用要求可以在本手册的第六部分找到。为了尽量减少错误的安装工艺对冰箱可靠性的影响，所有冰箱的安装工艺都必须符合说明书中提到的要求。安装时影响制冷机可靠性的主要因素有:

a)热电制冷机在压力下机械强度高，但剪切强度相对较低。因此，一般不可能在承载主支架的机械结构系统中设计热电制冷器。在可能涉及振动和冲击的应用条件下，安装时最好保持适当的压力，即采用螺钉夹紧的方法。对于热点冰箱来说，只要采用正确的安装方法，就能成功应对飞机、军事或类似环境下的振动或冲击环境。

b)虽然热电冰箱的最大推荐压力载荷为每平方厘米15千克(每平方英寸200磅)，但大多数冰箱在测试过程中可以承受超过每平方厘米15千克(每平方英寸200磅)的压力载荷而不出现故障。最重要的是保证冰箱的安装方式是用螺丝将冰箱夹紧固定，在安装过程中保持适当的压力，使冰箱在较小的侧向力作用下不会轻易松动而引起移动。如果同一个冰箱需要固定几个热电偶对，松动的部分会造成很大的麻烦。这种情况下，如果安装时卡具压力不够，可能会导致制冷性能下降，甚至导致冰箱过早失效。如果使用多级冰箱阵列安装，建议使用高度公差为0.025毫米的冰箱..在任何情况下，夹具压力必须均匀施加，表面必须平坦(具体安装说明请参考第六部分)。

c)为了避免明显的机械振动导致冰箱出现故障，尽量不要在冰箱冷端面放置无支撑的质量器件。如果需要涉及到有质量的物体，最好使用夹具将热电冷却器紧固在散热器和物体之间，或者先将器件夹在可以作为介质的冷板上。此时夹紧螺钉可以有效增加整个机械系统的剪切强度。

d)为了避免制冷性能的恶化和制冷材料可能的电化学腐蚀，热电制冷器需要与湿气隔离。当温度降至露点以下时，应安装有效的防潮密封保护，以防止水蒸气渗入冰箱。这种防潮保护层要安装在热电冰箱周围的散热片和被冷却物体之间。电子RTV硅胶可直接用作热电制冷器的防潮保护层。使用可变形的闭孔泡沫绝缘带或片材料，并适当地结合RTV以填充空间隙，可用于在被冷却物体和散热器之间形成保护层。

e)如果设备的工况需要涉及冷热循环或温度变化较大，此时冰箱的安装方式不能使用焊接或树脂胶粘接，因为这两种方式都要求在冰箱上刚性连接。一般来说，刚性连接会产生很大的热应力，导致冰箱的早期失效，除非所有部件的热膨胀系数都非常接近。因为制冷机热端面上的温度一般是恒定的，所以制冷机热端面上的刚性连接一般影响不大。如果工作条件需要涉及明显的温度变化或冷热循环，我们强烈建议使用导热硅脂、石墨片或金属铟螺丝夹紧等安装材料来安装冰箱。如果冰箱两端刚性连接，该冰箱不应用于大于15 mm2的设备上。

温度控制方式也会影响热电冰箱的可靠性。如果想延长冰箱寿命，一般建议选择线性或比例控温方式，而不是开/关开关方式。

2制冷机在高温下的可靠性

热电制冷机的失效一般分为早期失效和性能退化两种。性能下降一般是由于半导体材料的性能参数发生变化或长期使用后接触电阻增大造成的。长期在高温下使用，会引起半导体材料性能参数的变化，从而降低冰箱的制冷性能。为了研究这种效应对性能的影响，我们做了一个测试。采用制冷技术的95系列热电制冷器工作在空气体中的持续高温(150℃)环境中。在测试过程中，定期测量和记录材料的相关性能参数。在测试中，最大温差(DTmax)用于表示冰箱的整体制冷性能。在42个月的时间里，我们跟踪了这个参数，并在图10.1中列出了平均值。我们可以发现，在高温下暴露12个月后，最大温差略有下降(2.5%)。在接下来的30个月中，由于半导体材料的稳定，最大温差仅持续减小了1.3%。

图10.1

3制冷器冷热循环过程中的可靠性

热电制冷器在较宽温度范围内的连续冷热循环可以看作是对制冷器的可靠性测试，尤其是在循环过程中将制冷器热端的温度升高到很高的温度。与大多数应用条件相比，这种运行方式会造成更高的故障率。大部分热循环失效的根源是热电材料与冰箱内其他部件的热膨胀系数不匹配，这是完全不可避免的。这种故障一般表现为早期故障，有时在故障前观察到性能下降。

为了研究冷热循环对冰箱性能的影响，我们首先需要定义冷热循环。在很多热电器件的工作环境中，需要周期性的升降温，有时这个循环会在很宽的温度范围内进行。虽然循环工况和非循环工况的界限不是很明确，但一般来说，我们把这种温度长时间有规律地连续升降的工况称为冷热循环。这种循环的工作条件一般倾向于自动或机械温度控制，而不是手动控制。如果设备的温度每天只升降几个循环，我们一般不把这个作为循环工况来讨论。如果您不清楚具体的工作条件，请及时咨询我们的服务人员。

冷热循环过程中的故障率至少与四个因素有关:(1)总循环次数；(2)循环期间的总温度变化范围；(3)循环过程中温度的上限；(4)温度变化的速率。当循环次数少、温度变化范围窄、温度上限相对较低、温度变化较慢时，可以获得最高的可靠性和较长的寿命。(相反，在较宽的温度范围内，当温度变化率较高时，进行大量循环，循环过程中最高温度较高时，冰箱的寿命会大大缩短)。应该注意的是，冰箱的绝对寿命很大程度上取决于循环总数，而不是执行这些循环所需的总时间。因此，在讨论热循环时，平均无故障时间的单位用循环次数而不是小时来表示；在下面的讨论中，我们将使用平均故障间隔时间。

制冷制热循环中使用的冰箱类型也会极大影响故障率。最高使用温度较高的冰箱比最高使用温度较低的冰箱使用寿命更长。即使冷热循环中的最高温度远低于冰箱的最高工作温度，该规则也适用。在涉及两级热电制冷器的应用中，制冷器在-55℃和125℃之间循环，最高工作温度为150℃的制冷器的平均故障间隔时间为8100次循环，而最高工作温度为200℃的制冷器的平均故障间隔时间为17500次循环。最高工作温度较低的冰箱只能用于温度较低的热循环应用。我们建议在90℃以上的热循环应用中使用TECooler HT系列(最高工作温度为200℃)冰箱。

TECooler HT系列(最高工作温度为200℃)冰箱用于超过90℃的热循环应用。

这里需要指出的是，还有另外两个因素也会影响热循环期间的平均故障间隔时间。较小的冰箱热电偶对较少，因此比较大的冰箱使用寿命更长。在较大的制冷机中，热机械应力较大，这种制冷机一般热电偶对较多，会增加热应力下焊接接头失效的可能性。大量数据表明，在冷热循环过程中，尺寸小于等于30 mm2的冰箱比容积更大的冰箱可靠性更高。

为了更好的定义冰箱在高温冷热循环条件下的故障率，我们使用TECooler HT系列冰箱进行了长时间的测试，循环温度在30℃-100℃之间。冰箱安装在强制对流散热器上，并用绝缘铝板覆盖。该装置通过交替改变DC电源的电极来冷却和加热。通过测量盖板上的温度来测量循环极限。每次循环时间为5分钟(30℃到100℃2.5分钟，100℃到30℃2.5分钟)，所以一天有288个循环，一周有2016个循环。冰箱的性能参数每周测量一次，电阻突然增大说明有故障。不出所料，冰箱的电阻一开始增加很慢，直到某一点电阻突然快速增加，说明已经失效。如图10.2所示，所有制冷机在失效前至少循环25000次，然后继续测试，直到50%的制冷机失效。这套冰箱的平均故障间隔时间计算为68，000次循环。在这里，我们仍然需要注意冰箱的安装方法和安装过程中的所有细节对于冰箱在冷热循环工况下的应用非常重要。5～95℃热循环试验表明，其平均无故障时间为10万次。

图10.2

在结束这个章节之前，我们需要提到热循环过程的一个实际应用。由于在工作过程中，热电制冷器内部会产生热-机械应力，此时，冷热循环可以被看成是一个有效的筛选技术。通过将热电制冷器置于一个精确控制的循环过程中，可以筛选出具有潜在缺陷的制冷器，从而降低早期失效的可能性。当然，这种操作可能会增加成本，但是在需要高可靠性的情况下还是非常有必要的。

4ON/OFF开关循环试验

前面提到工业上接受的标准热电制冷器的平均故障间隔时间是至少200,000小时。这个平均故障间隔时间是以相对稳态的制冷器运行条件为基础的，在工作时，系统电源只是偶尔打开或切断(每天几次)。而在另一些应用条件下，电源会被频繁的开关，特别是在恒温温度控制器的应用中。我们使用TECooler HT系列制冷器进行了一次测试，来研究相对恒定的温度下ON/OFF开关式电循环对制冷器的影响。使用导热硅脂将制冷器安装在一对强制对流式散热器之间。电流加载时间为7.5秒，断开时间为7.5秒，所以一个电循环的时间是15秒。循环过程中，监控每一个制冷器上的输入电流，由于制冷器电阻增加而引起的电流降低是制冷器失效的标志。测试进行大约25000个小时，至少6百万次循环。在这种条件下计算出来的平均故障间隔时间是125，000小时，或者说3*107次ON/OFF开关循环。

注意：大多数传统的恒温器本身具有更大的开关温度差，这样会建立一个明显的冷热循环，其中热电制冷器上的温度会在较高和较低的温度极限之间变化。由于我们已经知道，冷热循环会降低热电制冷器的使用寿命，所以在要求高可靠性的应用条件下，不推荐使用传统的ON/OFF开关式恒温温度控制系统。

5 环境测试

热电制冷器经常被安装在有振动、冲击或另一些潜在的不利环境中。在前文曾经提到，制冷器可以承受适当的压力但是其剪切强度相对较弱。当热电制冷器被适当的安装在一个机械部件中时，它们可以承受适当的机械应力而不产生失效。

一冷科技提供的制冷器已经成功的应对了大量的环境/机械测试条件，而没有发生失效。具体的测试条件包括：

高温运行和存储：150°C下30,000多个小时

低温运行和存储：-40°C 下1000多个小时

热循环：

(a) 100 ℃(15 sec)/ 100 ℃(15 sec), 10个循环

(b) 150 ℃(5 min)/ -65 ℃(5 min), 10个循环(c) MIL-STD-(c) MIL-STD-202，方法107

TECooler HT系列制冷器：-55 ℃到+85 ℃

机械冲击： (a) 100 G, 200 G, 26 msec; 500 G 1000 G @ 1 sec ,3个方向，每个方向上3 次冲击

(b) MIL-STD-202，方法213，测试条件I

振动： (a) 10/55/10 Hz，1分钟循环，9.1 G, 3个方向，每个方向上2小时204A，测试条

件 B, 最大15 G

6 质量控制流程

每个热电制冷器件制造商都具有完备的质量控制和测试流程，以确保产品符合公布的规范，并且能代表标准的工艺。尽管工业上并没有太多正规的标准，但是许多主要的热电制冷器件制造商还是会使用某些特定的标准。然而，如果用户对产品上可能影响应用的质量相关问题有任何疑问，请及时与相应的热电制冷器件制造商进行咨询。

一冷科技的测试和质量流程经过多年的使用，具有丰富的工业生产经验，覆盖了热电制冷器工作中将遇到的很宽的应用条件。整个流程包括几个主要方面，如产品运输前100%的电学和机械性能测试/检查；在使用过程中100%检查。

7结论在前面的讨论中，我们强调了热电制冷器的可靠性与应用条件之间的依赖性。通过遵循一些基本规则，并且了解一些特定的因素是如何影响制冷器的使用寿命，设计者有可能延长系统的使用寿命。尽管一些设计者可能期望进行一个复杂的分析，建立起所有相关参数的模型，但是许多用户更倾向于在遇到一些特殊要求或非传统布局时，可能会寻求一些经验主义的方法来计算他们特定应用条件下的制冷器可靠性。

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