温差能发电装置的原理及升压稳压模块设计

温差能发电的基础原理——热电效应

温差能发电是一个直接将温度差所产生的能量转化为电能的过程。具体来说，温差使导体（或半导体）的不同端产生物理性质差异（如平均自由程、载流子密度），进而产生恒定的电流和温差生电动势。

塞贝克效应（Seebeck Effect）

塞贝克效应：温差产生电流

半导体在不同的温度下具有不同的载流子密度，当单一半导体两端具有温度差时，载子会扩散以消除密度的差异，因而造成电动势。

金属的赛贝克效应由电子的平均自由程来决定。若平均自由程随温度上升，则热端的自由电子有较高的机会向冷端移动，此时的塞贝克系数为负值。反过来说，若电子的平均自由程随温度上升而下降，则冷端的自由电子有较高的机会流向热端，塞贝克系数为正值。

由塞贝克效应产生的电压可以表示成：

S_A和S_B是金属A和B的塞贝克系数，T₁和T₂是两块金属结合处的温度。塞贝克系数取决于温度和材料的分子结构。如果塞贝克系数在实验的温度范围内接近常数，以上方程可以近似成：

帕尔帖效应（Peltier Effect）

帕尔贴效应：电流产生温差

帕尔帖效应即为塞贝克效应的反效应，即当在两种金属回路中加入电源产生电势后，不同的金属接触点会有一个温差。

其它相关知识

关于载流子：载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子等。在导体或半导体中，载流子定向移动产生电流。金属导体的载流子是自由电子，半导体中载流子是电子和空穴，其中起主导作用的载流子称为 " 多数载流子 "，或 " 多子 "，如P型半导体中的多子是空穴。

关于平均自由程：平均自由程是导体或半导体的一种微观属性（载流子的属性），其定义可以参考气体分子平均自由程。简单来说，平均自由程越长的微观粒子的运动能力越强。在细直导体棒中，载流子会无规则运动，且平均自由程更长的载流子运动能力更强，于是在宏观表现为载流子从一端向另一端移动，产生电流。这也就是对于塞贝克效应的理解。

关于温差生电动势：该算式中SA与SB分别为两种材料的塞贝克系数，定义为E=SΔT。代表感生电动势与温差之间的线性关系，有正负，由导体的物理属性决定（如材料、温度等）。在实际应用中，塞贝克系数分别为正和负的两种材料依次连接，形成热电偶。当SA与SB随温度的变化可忽略时，E=∫T2T1(SA(T)−SB(T))dT可简化为E=(SA−SB)(T2−T1)

热电效应与传统发电形式的优势劣势分析

Pros：

可以直接将热能转化为电能
装置简单，体积小，便携

Cons：

需要有温差，只有热能并不能驱动
需要考虑导热问题，即热电偶热端向冷端导热，导致温差降低
能量转化效率低，输出功率和电压低

火力发电的能量转化流程是 " 热能->机械能->电能 "，热电是 " 温差能->电能 "。注意温差能与热能之间有联系，也有很大区别。火力发电适宜大规模的发电站设计，热电可大可小，从穿戴式到发电机组均可用。由于熵变等各种原因，热电的转化效率极低（<10%），而世界顶尖活力发电站，能量转化效率可达50%~60%，且一直在上升。

升压稳压模块设计

设计思路及方向

LTC3108

以Ltc3108为核心的升压稳压电路设计

MOSFET + Common Mode Choke

PCB印制流程

一般的PCB制作流程包括：

设计电路原理图、PCB图
PCB印刷（可交赴厂家打样，或如果有设备可以自己制作）
焊接

其中，PCB印刷流程又大致包括：

蚀刻/印刻制版：该步骤会得到印制好电路、覆铜、过孔等元素的多层铜板。
孔金属化：将过孔的两边通过金属连接，实现导电。
添加焊盘、阻焊层等：包括焊盘、助焊层、阻焊层等，方便焊接。
丝印印刷：制作丝印（即电路板上白色的标识部分）。

拿起你手边的一块电路板，从侧面看它可以分为数层。最上和最下是两层极薄的阻焊油，作用是覆盖导电层、方便焊接；中间三层从上往下依次是上层铜、绝缘层、下层铜。（这是最基础的双层板，如果四层板八层板等会更加复杂）

从正面看，可以看到一些颜色深浅不同、略有凹凸的线状或块状的区域，它们是经过处理过的铜层。在尚未蚀刻或切割的双层板上，上下两层铜层均是填满的，经过蚀刻或切割后，其中一些部分与其它部分分开，不再导通，形成导线，剩下的大块区域成为没有任何连接的 " 覆铜 "，通常作为PCB的GND（地线）。当然，也有一些设计中，只有导线而覆铜全部被去除，也是可以工作的。

如图分别是有覆铜和没有覆铜的PCB：