цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Автор: Mike(admin) от 23-03-2020, 06:55

В середине 1821 года Ю.Т. Зеебек обнаружил, что если два разных металла, соединенных в двух разных точках, удерживаются при разных температурах, возникает напряжение. Это явление называется эффектом Зеебека. Несколько лет спустя Пельтье обнаружил, что, если на термопару подается напряжение, один контакт термопары нагревается, а другой охлаждается. Противоположность эффекта Зеебека называется эффектом Пельтье.


Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

В рамках этого проекта мы разработаем небольшой твердотельный охладитель на общедоступном элементе Пельтье. Элемент Пельтье – это термоэлемент, использующий эффект Пельтье для реализации теплового насоса. У него две пластины, одна холодная, другая горячая. Между пластинами есть несколько термопар, соединенных вместе. Если подается правильное напряжение, одна пластина становится холодной, а другая – горячей.


Элемент Пельтье называется тепловым насосом, поскольку он не генерирует ни тепла, ни холода. Он просто передает тепло от одной пластины к другой, таким образом охлаждая первую пластину. Это также обычно называют термоэлектрическим генератором (ТЭГ). Короче говоря, применяя постоянный ток к микросхеме ТЭГ, разность температур создается между передней и задней частями устройства (эффект Пельтье), и в результате вы получаете горячую и холодную поверхность. TEC1-12706 – это распространенный чип термоэлектрического кулера, доступный на разных площадках, в том числе Aliexpress и eBay.


В TEC1-12706 буква C после TE обозначает «стандартный размер», а 1 обозначает «одноступенчатый» ТЭГ. После тире первые три цифры обозначают количество термопар внутри ТЭГ. Здесь насчитывается 127 пар. Следующие два числа указывают на рабочий ток для эффекта Пельтье. Итак, 06 означает «6 ампер».


Холодильник Пельтье – это охладитель, содержащий элемент Пельтье (микросхема ТЭГ). Когда постоянный ток пропускается через микросхему ТЭГ, низкотемпературная сторона поглощает тепло, а высокотемпературная сторона выделяет тепло, создавая разницу температур по двум поверхностям. Однако, поскольку излучаемое тепло более реагирует на количество электроэнергии, вводимой в модуль, чем поглощаемое тепло, если постоянный ток постоянно проходит через микросхему, излучаемое тепло превышает поглощенное тепло, и обе стороны устройства становятся горячими. В связи с этим крайне важно подключить микросхему ТЭГ к радиатору, такому как алюминиевый ребристый радиатор, для эффективного рассеивания.


Когда на микросхему ТЭГ подается постоянное напряжение, положительные и отрицательные носители заряда в матрице гранул поглощают тепловую энергию с одной поверхности подложки и отдают ее на подложку с противоположной стороны. Поверхность, где поглощается тепловая энергия, становится холодной, а противоположная поверхность, где выделяется тепловая энергия, становится горячей.


Охладитель Пельтье также предусматривает мощную комбинацию радиатора и вентилятора для охлаждения ТЭГ. Вы можете купить радиатор и вентилятор центрального процессора с почти такими же характеристиками, что и вентилятор для процессоров AMD: 80,6 × 80,6 × 69,4 мм3 с алюминиевым ребристым радиатором. Дополнительная алюминиевая пластина радиатора 60 × 60 мм2 (и термопаста) также доступна по разумной цене. К счастью, вы можете купить большинство этих ключевых компонентов у известных продавцов eBay и / или Aliexpress.


Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Перед тем, как начать создавать конструкцию с ТЭГ, проверьте ее на исправность. Для этого просто подключите красный (+) и черный (-) провода микросхемы TEC (TEC1-12706) к лабораторному источнику питания 1,5 В постоянного тока и оставьте его включенным в течение 10–30 секунд. После этого вы можете проверить ТЭГ, используя кончик пальца или цифровой термометр, чтобы убедиться, что одна сторона чипа горячая, а другая сторона холодная. Просто отметьте горячие и холодные поверхности ТЭГ (например, буквами Г и Х), используя любой маркер.


Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Собранный охладитель (ТЭГ, радиатор и вентилятор охлаждения, все в сборе) может получать питание от модуля импульсного источника питания 12 В, 6 А, пример которого представлен на следующем изображении. Также можно использовать батарею 12В / 7Ач. Если все хорошо, через несколько секунд на пластине появятся следы мороза.


Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Обратите внимание, что основной функцией элемента Пельтье является охлаждение, а элементы Пельтье имеют разные номинальные мощности, соответствующие скорости охлаждения холодной стороны объекта. Другим обычно определяемым фактором является дельта-T (dT), который представляет собой максимальную разницу между температурой с обеих сторон. Кроме того, элементы Пельтье не функционируют в соответствии со спецификациями, если только нет ничего, что могло бы помочь отвести тепло от горячей стороны. Вот почему требуется громоздкий радиатор.


Итак, собранный и протестированный охладитель теперь можно использовать для создания собственного мини-холодильника, кулера или крошечного кондиционера. Для удобства создания может потребоваться специальный драйвер ТЭГ. Конечно, для продвинутых приложений доступно множество устройств. На Aliexpress или eBay вы можете найти несколько устройств, которые будут выполнять эту работу. На следующем изображении показано такое многофункциональное устройство, которое имеет один канал обратной связи для приема входных сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.


Мини холодильник своими руками на основе элементов Пельтье

Контроллер ТЭГ регулирует ток, подаваемый на микросхему Пельтье, в соответствии с требуемой температурой объекта и фактической измеренной температурой объекта. Чтобы иметь возможность контролировать температуру объекта, вы должны разместить датчик на объекте. Обратите внимание, что важно размещать датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где необходимо поддерживать желаемую температуру.


Поскольку охлаждение от вентилятора снижает тепловое сопротивление от радиатора к окружающему воздуху, большинство высокопроизводительных контроллеров ТЭГ имеют выделенные выходы управления вентиляторами, поддерживаемые методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Поэтому вентилятор увеличивает тепловые характеристики и уменьшает разницу температур (dT), позволяя использовать радиаторы меньшего размера.


Важным показателем при выборе элемента Пельтье является коэффициент полезного действия (КПД). КПД определяется как тепло, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье. Результатом максимального КПД является минимальная входная мощность Пельтье. Таким образом, радиатор должен рассеивать минимальное суммарное тепло. Более низкая температура радиатора приводит к снижению dT. Таким образом, можно использовать радиаторы меньшего размера, что позволяет сэкономить пространство. С другой стороны, при оптимизации затрат следует использовать проект с более низким КПД.


Существует два режима питания для термоэлектрических холодильников, работающих под действием эффекта Пельтье: постоянный ток и широтно-импульсная модуляция. Хотя во многих ситуациях ШИМ используется для управления элементами Пельтье, большинство производителей элементов Пельтье предлагают режим постоянного тока и явно не рекомендуют прямое управление ШИМ элементами Пельтье. Сообщается, что элементы Пельтье, управляемые ШИМ, всегда менее эффективны, чем приложения, управляемые постоянным током. Другая проблема с режимом ШИМ – электромагнитные помехи в проводке к элементу Пельтье.


Некоторые эксперты рекомендуют использовать ШИМ с LC-фильтром для получения чистого тока на более высоких частотах, в то время как другие предпочитают сравнительно простой режим постоянного тока. В любом случае, согласно документации, важно, чтобы ток был постоянным и плавным, с очень низким уровнем пульсаций и шума для достижения хорошей стабильности. Помехи снижают охлаждающую способность элемента Пельтье.


Также существует два популярных решения для генерации необходимого постоянного тока для управления элементами Пельтье - линейное и импульсное. Поскольку элементы Пельтье / линейные блоки питания приводятся в действие постоянным током, линейные блоки питания будут работать оптимально, но они имеют низкую эффективность. С другой стороны, импульсные источники питания имеют высокий КПД (> 90%), поскольку их электронная конструкция приводит к меньшим потерям. По этой причине линейные источники питания не рекомендуются для элементов Пельтье.


В этой статье было рассказано об основах и некоторых идеях, направленных на стимулирование воображения и творчества. Читатели могут приобрести большинство ключевых компонентов, а также SMPS-модуль XK2412DC и контроллер Пельтье SPLC-10 на зарубежных интернет-магазинах для создания своего мини-холодильника.



Теги: элемент Пельтье, эффект Пельтье




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий