Элементы пельтье криотерм: Термоэлектрические модули, элементы Пельтье — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье)

ЧТО ЭТО ЗА МОДУЛИ (ЭЛЕМЕНТЫ) ПЕЛЬТЬЕ И ЗА СКОЛЬКО ИХ ЗДЕСЬ МОЖНО КУПИТЬ?
КАК ЭТО СДЕЛАТЬ?
КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЯХ ПЕЛЬТЬЕ
ВСЕ-ТАКИ НЕМНОГО НАУКИ
CСЫЛКИ

Что такое эффект Пельтье и термоэлектрический модуль?
В основе работы термоэлектрического охлаждающего модуля лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье, который в 1834 г. обнаружил, что при протекании постоянного электрического тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется, в зависимости от направления тока, тепло. При этом количество этой теплоты пропорционально току, проходящему через контакт проводников (Рис.1).Наиболее сильно эффект Пельтье проявляется на контактах полупроводников с различным типом проводимости (p- или n-).

Объяснение эффекта Пельтье заключается во взаимодействии электронов проводимости, замедлившихся или ускорившихся в контактном потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями атомов в массиве полупроводника. В результате, в зависимости от направления движения электронов и, соответственно, тока, происходит нагрев (Th) или охлаждение (Tc) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p переходу).

Рис.1 Схема действия эффекта Пельтье.
Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qс), поглощаемая на контакте типа n-p, выделяется на контакте типа p-n (Qh). Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (Рис.

2). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах — от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая и она изображается снизу.
Рис.2 Так выглядят модули Пельтье.
При прохождении через ТЭМ постоянного электрического тока возникает разность температур (dT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. По сути элемент Пельтье является своебразным тепловым насосом.

При использовании модуля Пельтье необходимо обеспечить эффективный отвод тепла с его горячей стороны, например, с помощью воздушного радиатора или водяного теплообменника (водоблока). Здесь надо учесть, что отводить придется не только «перекачиваемую» теплоту, но и добавляемую (примерно 50%) самим модулем. Если поддерживать температуру горячей стороны модуля на уровне температуры окружающей среды, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже. В высококачественных серийных ТЭМ известных производителей, например, ИПФ КРИОТЕРМ (г.Санкт-Петербург), разность температур может достигать 74 град на одном каскаде. Модуль является обратимым, т.е. при смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Можно использовать модуль в режиме термоциклирования: чередовать режим охлаждения с режимом нагрева с помощью переключателя. Как уже отмечалось, степень охлаждения пропорциональна величине тока, проходящего через ТЭМ, что позволяет при необходимости плавно регулировать температуру охлаждаемого объекта, причем с высокой точностью.

Внешний вид различных типов однокаскадного ТЭМ представлен на Рис.3.
Рис.3 Так выглядят модули в жизни. Для лучшего понимания практического применения ТЭМ при охлаждении процессора
все-таки нужно уяснить кое-какую теорию, a также почитать вот эту статью №1, в которой объясняется, как пользоваться программой KRYOTHERM с сайта компании. В статье №2 приводится пример расчета модуля для охлаждения процессора.
dTmax (град) — это максимальная разность температур между сторонами модуля, достигаемая при идеализированных условиях: при температуре горячего спая Th, поддерживаемой равной 27 град С (ученые выбрали это значение температуры потому, что в градусах по шкале Кельвина — это круглая цифра в 300 град), и при нулевой холодопроизводительности (холодильной мощности) (Qc=0), т.е., якобы, на холодную сторону модуля не поступает никакого тепла (глубокий вакуум, что-ли). Значение dTmax для однокаскадного модуля зависит только от эффективности термоэлектрического вещества.

Например, максимальная разность температур для отдельных экспериментальных образцов ИПФ КРИОТЕРМ достигает 76 град. Для многокаскадных модулей значение dTmax зависит не только от эффективности вещества, но и от числа каскадов охлаждения и конфигурации модулей. Максимальная разность температур для двухкаскадных модулей повышенной мощности составляет 83-87 град, а для четырехкаскадных модулей достигает 140 град. Но здесь многокаскадные модули не рассматриваются.
Qmax (Вт) — холодопроизводительность при токе I=Imax и разности температур dT=Th-Tc=0, т.е. считаем, что вся теплота, поступающая на холодную сторону модуля мгновенно и без потерь перекачивается на горячую, причем температура горячей стороны Тh поддерживается равной 27 град С. Величина Qmax традиционно определяется как максимальная, но важно отметить, что на самом деле эта холодильная мощность не является максимальной. Дело в том, что величина Qmax определяется при токе Imax, который является оптимальным для максимальной, а не для нулевой разности температур.

При токе несколько большем Imax и при сохранении нулевой разности температур возможно получение холодопроизводительности, большей Qmax примерно на 6 %.
Umax (В) — это напряжение, соответствующее току Imax и разности температур dTmax
Imax (А) — это ток, при котором достигается разность температур dTmax.
Что такое СOP? COP (Сoefficient Of Рerformance) — это отношение холодильной мощности модуля к электрической, потребляемой модулем, и характеризует экономичность протекающих процессов, т.е. своебразный аналог К.П.Д. При заданном значении тока COP практически линейно зависит от разности температур и при более меньших разностях температур он выше. Для термоэлектрических устройств COP в среднем составляет 0.3-0.5, что ниже значений холодильного коэффициента компрессионных машин. Несмотря на отставание по холодильному коэффициенту, во многих случаях применение термоэлектрических модулей является более выгодным, а в ряде случаев и единственно возможным. Более того, теоретически при нулевой разности температур и при малых токах холодильный коэффициент в пределе стремится к бесконечности! На практике это означает, что, если необходимо иметь повышенную экономичность устройства, то предпочтительней использовать большее количество модулей и питать их меньшим напряжением (током).

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Какой источник питания необходимо использовать для модулей? Для работы модуля необходимо, чтобы через него протекал постоянный ток. Пульсации постоянного тока не должны превышать 5 %. Если уровень пульсаций будет выше, модуль, конечно, не «умрет», но его параметры будут хуже. Постоянный ток может быть создан как источником тока, так и источником напряжения, но последние используются более широко. Источник тока стремится поддерживать постоянство заданной силы тока, источник напряжения- соответственно напряжения. Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из максимального напряжения модуля Umax и выбранного режима работы (максимальной холодильной мощности или максимального холодильного коэффициента). Максимальный ток (мощность) источника должен выбираться исходя из величины напряжения и сопротивления модуля переменному току. Следует отметить, что рабочая величина тока в стационарном режиме может быть меньше своего первоначального значения примерно на 20-35 %, поскольку благодаря эффекту Зеебека величина тока зависит от разности температур.

Какое напряжение следует подавать на термоэлектрический модуль? Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, величина максимального напряжения для которых составляет примерно 16 В. На эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т. е. примерно 75 % от величины Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным и позволяет обеспечить, с одной стороны, достаточную мощность охлаждения, а с другой стороны, достаточную экономичность (холодильный коэффициент). При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности будет слабым, а потребляемая мощность будет резко увеличиваться. При понижении напряжения питания экономичность будет расти, холодильная мощность будет уменьшаться, но линейно, что очень удобно для организации плавного регулирования температуры. Для модулей с числом пар ветвей отличным от 127, напряжение можно выбирать по тому же принципу, — чтобы оно составляло 75 % от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны, и возможности источников питания.

На модули серии ДРИФТ (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В постоянного тока. Такой выбор напряжения питания при условии применения мощных модулей серии ДРИФТ позволяет добиться большой холодильной мощности без снижения холодильного коэффициента, что особенно важно при охлаждении компьютерных процессоров.
Как подобрать подходящий Пельтье? В статье №3 приведен пример выбора модуля, где надо охладить воду. В статье №4 смотрите компьютерную программу «Криотерм» подбора модулей для различных целей.
А здесь можно посмотреть примеры применения модулей Пельтье в различных бытовых устройствах.
Рис. 4 Сборка: процессор, Пельтье, кулер. Принципиальная возможность применения элементов Пельтье для охлаждения мощных компонентов электроники известна довольно давно. С ростом единичной мощности электронных компонентов в последние годы и, следовательно, увеличением количества выделяющегося тепла задача охлаждения, например, процессоров в компьютерах (Рис.

5), приобретает все возрастающее значение. Кулеры рассчитаны на “спокойную” штатную работу процессоров. Однако все большее количество граждан хотят “разогнать” свое “железо” и тут без элементов Пельтье во многих случаях не обойтись. В последнее время многие все чаще посматривают и в сторону жидкостного (водяного) охлаждения . Но и здесь термоэлектрические модули могут существенно помочь “overclockers”. Ни один, даже самый навороченный кулер, даже с помощью «водянки» в принципе не приблизит температуру на процессоре к температуре окружающей среды. Купить
эти самые “термоэлектрические модули”, “пластины”, “элементы Пельтье”- теперь это легко решаемая задача и по вполне простой схеме. Смотрите каталог, выберите Пельтье по душе и свяжитесь со мной путем отправки
письма или запроса.Наиболее “ходовые” типы модулей Пельтье- это стандартные однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей в скобках расшифровываются следующим способом: первое число-это количество термопар в модуле; второе- это ширина сторон ветки в мм; третье-это высота ветки в мм. Например, ТВ-127-1,4-1,5. Имеется ввиду модуль, который состоит из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4х1,4х1,5 мм. Размеры модулей 40х40 мм, толщина около 4 мм. Т.к. тепловыделение процессоров стремительно растет (AMD), более высоким спросом будут пользоваться модули 48х48 мм. Модули загерметизированы, поверхность керамики зашлифована до 25 микрон, однако применение термопасты обязательно. Припаяны черный (-) и красный (+) провода. Если “минус” держать в левой руке, а “плюс” в правой проводами к себе, то сверху будет холодная сторона, а снизу- горячая.
ЗАПРОС:
Введите Ваш текст:
Ваш E-mail:
CCЫЛКИ
1. www.kryotherm.ru
Один из мировых лидеров по производству модулей Пельтье.

Сайт управляется системой uCoz
Романов К.В., Моторин А.В., Соломин Е.В., Ковалёв А.
А., Дьяченко И.И., Галеев Р.Г. Моделирование термоэлектрического модуля Пельтье в режиме генерации электроэнергии в среде ANSYS Workbench
скачать PDF
Аннотация
В мировом сообществе все большее внимание уделяется альтернативным источникам энергии. Модуль Пельтье – простейший преобразователь тепловой энергии в электрическую и наоборот. На данном этапе развития промышленности, техники, электроники и микропроцессорных технологий термоэлектрические элементы Пельтье в основном используют как тепловые насосы. Вследствие простоты, высоких показателейнадежности, малых габаритах, относительно невысокой стоимости и других преимуществ термоэлектрические модули Пельте рассмотрены как очевидные источники электрической энергии. Исследование произведено с целью определения возможности использования термоэлектрических модулей Пельтье в качественном преоб-разовании тепловой энергии в электрическую, а также для установления наиболее эффективных режимов работы элементов Пельтье в качестве генераторов электрической энергии. В ходе исследований выполена работа, направленная на создание модели, анализ различных статических режимов генерации электроэнергии. Произведено моделирование режимов работы элементарной ячейки термоэлектрического модуля Пельтье в среде ANSYS Workbench. Произведён математический анализ результатов моделирования элементарной ячейки модуля Пельтье в различных режимах генерации электрической энергии. Определены рабочие характеристики термоэлектрических элементов Пельтье, выполнена обработка результатов. Выявлены условия максимума эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую термоэлектрическим модулем Пельтье. Оптимальными режимами следует считать нагрев одной из сторон модуля Пельте до температуры, близкой к допустимой. Определены рабочие режимы термоэлектрических элементов, выполнена обработка результатов. Устройство, основанное на применении термоэлектрических модулей Пельтье, возможно применить в качестве автономного средства зарядки аккумуляторов гаджетов и средств теле- и радиокоммуникации.
Ключевые слова
Модуль Пельтье, термоэлектрический преобразователь, альтернативная энергетика, теплоэнергетика, утилизация тепловой энергии, электроэнергетика.
Романов Константин Валерьевич – магистрант кафедры «Летательные аппараты» Политехнического института, студент-магистр,SPIN-код: 3441-4948, Researcher ID: W-7916-2018, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Моторин Александр Владимирович – магистрант кафедры «Электрические станции, сети и системы элек-троснабжения» Политехнического института, студент-магистр, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Соломин Евгений Викторович – профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электро-снабжения», д-р техн. наук, Researcher ID:A-2409-2014, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID0000-0002-4694-0490
Ковалёв Антон Александрович – магистрант кафедры «Электрические станции, сети и системы электро-снабжения» Политехнического института, студент-магистр, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Дьяченко Илья Игоревич – магистрант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабже-ния» Политехнического института, студент-магистр, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Галеев Ришат Гайнитдинович – магистрант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснаб-жения» Политехнического института, студент-магистр, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
1. Шостаковский П.Г. Термоэлектрические источники альтернативного электропитания // Компоненты и технологии. 2010. Т. 1, №12. С. 131–138.
2. ГОСТ 6616-94. Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия. Минск, 1994. 15 с. (Система стандартов по информ., библ. и изд. делу).
3. Шостаковский П.Г. Альтернативные источники электрической энергии промышленного применения на основе термоэлектрических генераторов // Controlengineering Россия. 2013. Т. 1, №3. С. 52–56.
4. Лебедев Ю.П., Сидоркин А.Ф., Пармоник А.Ю. Оценка применимости и взаимозаменяемости модулей Пельтье // Современные фундаментальные и прикладные исследования. 2011. Т.1, №1. С. 26–28.
5. Шостаковский П.Г. Термоэлектрические генераторы промышленного применения. Ч. 2 // Современная электроника. 2016. Т. 1, №1. С. 2–5.
6. Шостаковский П.Г. Современные решения термоэлектрического охлаждения для радиоэлектронной, медицинской и бытовой техники. Ч. 2 // Компоненты и технологии. 2010. Т. 1, №1. С. 130–137.
7. Сандалов В.М., Романов К.В. Автономное зарядное устройство на базе модуля Пельтье // Наука ЮУрГУ [Электронный ресурс]. 2017. Т. 1, №1. С. 523–529.
8. Андреев С.А., Судник Ю.А., Петрова Е.А., Бессонов К.Е., Богаченков А.Г. Отопительно-варочная печь: пат. 138737 России. 2013. Бюл. №8.
9. Милкин В.И., Калитенков Н.В., Коробко А.Н. Электрогенерирующее отопительно-варочное устройство: пат. 98231 России. 2010. Бюл. №28.
10. Шостаковский П.Г. Термоэлектрические генераторы промышленного применения. Ч. 1 // Современная электроника. 2016. Т. 1, №1. С. 2–7.
11. Шостаковский П. Г. Современные решения термоэлектрического охлаждения для радиоэлектронной, медицинской и бытовой техники. Ч. 1 // Компоненты и технологии. 2009. Т. 1, №12. С. 40–46.
12. Головко Д.Б., Скрипник Ю.А., Ментковский Ю.Л., Глазков Л.А., Химичева А.И. Способ определения коэффициента Пельтье неоднородной электрической цепи и устройство для его осуществления: пат. 2124734 России. 1999. Бюл. №2.
13. Шостаковский П.Г. Современные термоэлектрические источники питания электронных устройств // Компоненты и технологии. 2015. Т. 1, №1. С. 14–19.
14. Штерн Ю.И., Кожевников Я.С., Никаноров М.Д., Крикун Е.А., Штерн М.Ю. Термоэлектрический модуль: пат. 2007134625 России. 2009. Бюл. №23.
15. Бурштейн А.И. Физические основы расчета термоэлектрических устройств. М.:Физматлит, 1962. 136 с.
16. Жуйков А.О., Лушников И.Л. Термоэлектрический модуль Пельтье и его применение // Современные проблемы телекоммуникаций: межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск: СибГУТИ, 2016. Т. 1. С. 578–582.
17. Иванов А.С., Прилепо Ю.П., Чернышова Т.И., Варламов С.А. Монолитная генераторная термоэлектрическая батарея: пат. 93584 России. 2010. Бюл. №12.
18. Долгих П.П., Иброгимов Р.И. Перспективы применения термоэлектрических установок для электроснабжения децентрализованных потребителей // Эпоха науки. 2016. Т. 1, №8. С. 281–289.
19. Термоэлектрическое охлаждение / А.Ф. Иоффе, Л.С. Стильбанс, Е.К. Иорданшвили, Т.С. Ставицкая. М.; Л.: АН СССР, 1956. 114 с.
20. Шостаковский П.Г. Разработка термоэлектрических систем охлаждения и термостатирования с помощью компьютерной программы Kryotherm // Компоненты и технологии. 2010. Т. 1, №8. С. 27–36.
21. Шостаковский П.Г. Тепловой контроль объектов на базе термоэлектрических сборок // Компоненты и технологии. 2011. Т. 1, №9. С. 142–150.
Микрон-TEC | Hackaday.io
Маленькая и точная термокамера на основе технологии TEC.
Основные плюсы:
* Маленький размер.
* Малый температурный дрейф.
* Температурная зависимость внутренней/наружной температуры менее 10мК/К.
* Возможность использования для долговременной 24/7/365 термостабилизации небольших эталонов (опорное напряжение, опорные резисторы и др.), чтобы свести к минимуму естественное термоциклирование и старение.
* Возможность термостабилизации малых блоков физики квантов высокоэнергетических фотонов.
Детали
КОНЦЕПЦИЯ
В качестве ядра контроллера был выбран Maxim Integrated MAX1978, это высокоинтегрированный контроллер для термоэлектрических модулей Пельтье, есть ШИМ-контроллер, операционные усилители прерывателя, силовые выходные ключи, источник опорного напряжения и многое другое. Это биполярный контроллер, который обеспечивает одновременно режимы нагрева и охлаждения. Нет разницы между температурой окружающей среды выше или ниже температуры бокса, температура бокса в любом случае будет стабилизирована.
Цепь обратной связи выполнена на миниатюрном NTC-термисторе Murata NXFT15Xh203FA1B150, подключенном к программируемой мостовой схеме, собранной на прецизионном наборе резисторов Vishay NOMCA14031002AT5. Переключатель позволяет программировать сопротивление моста, этот переключатель называется Tset. Переключатель позволяет установить сопротивления компаратора 2,5 кОм, 3,3 кОм, 5 кОм, 10 кОм, 12,5 кОм, 13,3 кОм, 15 кОм, 20 кОм, что обеспечивает 8 точек стабилизации температуры в диапазоне от +7,3°С до +66,1 °С
В качестве источника питания использовался Mean Well MPM-20-5 20 Вт.
Модуль TEC, термистор NTC и дополнительный охладитель подключаются к разъему DB9. Обратите внимание на разъем DB9, контакты TEC соединены для обеспечения протекания тока 3 А. Сама плата упакована в серию корпусов Gainta G203.
Все компоненты размера 0603, кроме конденсатора 4,7 мкФ, резистора 68 мОм и дросселей.
Плата контроллера разбита на 4 слоя, чтобы обеспечить лучшее поглощение тепла микросхемой.
Модули Пельтье низковольтные, Криотерм ТБ-48-1,4-2,5 с фланцевым уплотнением для увеличения срока службы.

КАМЕРА
Я использую старый процессорный радиатор без вентилятора с 4 тепловыми трубками. В нем просверлены две дырки. Конечно, при этом пострадала одна тепловая трубка, в отверстиях была проделана резьба под винты. Такие же ответные отверстия без резьбы просверлены в патроннике.
Краска была удалена со дна коробки металлической щеткой. Далее собрал классическим способом: радиатор процессора — Arctic Cooling MX4 — Пельтье — Arctic Cooling MX4 — Камера. И все это было стянуто нейлоновыми винтами с AliExpress, чтобы минимизировать паразитный теплообмен через винты.
Теплозащитный экран был вырезан из XPS (экструдированного пенополистирола).

Он должен плотно прилегать к нему и не скользить. Важно , чтобы он не касался радиатора ЦП для уменьшения теплопередачи. Щели радиатора необходимо закрыть алюминиевым скотчем, чтобы через них не циркулировал воздух. А зазор по периметру фланца необходимо закрыть тонкой полиамидной лентой, чтобы предотвратить поток воздуха между зазорами.

Термодатчик необходимо прикрепить к стене. Пробовал несколько вариантов обжима. Как видно на фото, сначала я прикрепил его к полу коробки.
Но я ошибался, это неудачный способ, потому что так стабилизируется температура только пола в боксе. Потому что температура стен немного отличается. В результате температура спокойного воздуха зависит от температуры наружного воздуха, не менее +26…+70мК/К.
Эту проблему можно решить, закрепив датчик на стенке коробки. Коэффициент снижен до -7,8 мК/К.
Примечание. Янтарная линия – это воздух в камере. Синяя линия – температура окружающей среды при испытании.
Я скручиваю выводы датчика в форме буквы «G», чтобы минимизировать передачу тепла к датчику через выводы, и заливаю их эпоксидным клеем.
Испытание в естественных комнатных условиях (65 часов):
Температура в камере очень стабильна и не изменяется. Дрейф температуры от пика до пика в камере составил всего 0,023°C, всего 65 часов испытаний.
Проверка мощности:
Синяя линия — ток ТЭО. Измеренное напряжение на выводе Itec и рассчитанное по формуле Ампер в таблице данных MAX1978. (1,5 В нулевое смещение цифрового мультиметра + математические расчеты MX+B, где M=1,84 B=0)
Оранжевая линия — температура блока TEC, измеренная датчиком TI TMP117.
Примечание: Положительный ток — прогрев в режиме Пельтье. Отрицательный ток — охлаждение…
Подробнее »
Посмотреть все подробности
1 × ‎A6S-4102-H
1 × НОМКА14031002АТ5‎
7 × GRM188R61A106MAALD‎
4 × ‎GRT188R61h205KE13D‎
1 × ГРМ1885C1h203JA01D‎
Посмотреть все 26 компонентов
Бревно
Андрей Быканов • 10. 02.2021 в 18:56 • 0 комментариев
09.06.2020 Старт проекта
14.06.2020 Заказан макет платы
24.01.2021 Прототип платы спаян
05.02.2021 Прототип платы протестирован, ошибки исправлены.
Посмотреть журнал проекта
Нравится этот проект?
Делиться
Микрон-TEC | Детали | Hackaday.io
CONCEPT
Maxim Integrated MAX19В качестве ядра контроллера был выбран 78, это высокоинтегрированный контроллер для термоэлектрических модулей Пельтье, в нем есть ШИМ-контроллер, прерывательные операционные усилители, силовые выходные ключи, источник опорного напряжения и многое другое. Это биполярный контроллер, который обеспечивает одновременно режимы нагрева и охлаждения. Нет разницы между температурой окружающей среды выше или ниже температуры бокса, температура бокса в любом случае будет стабилизирована.
Цепь обратной связи выполнена на миниатюрном NTC-термисторе Murata NXFT15Xh203FA1B150, подключенном к программируемой мостовой схеме, собранной на прецизионном наборе резисторов Vishay NOMCA14031002AT5. Переключатель позволяет программировать сопротивление моста, этот переключатель называется Tset. Переключатель позволяет установить сопротивления компаратора 2,5 кОм, 3,3 кОм, 5 кОм, 10 кОм, 12,5 кОм, 13,3 кОм, 15 кОм, 20 кОм, что обеспечивает 8 точек стабилизации температуры в диапазоне от +7,3°С до +66,1 °С
В качестве источника питания использовался Mean Well MPM-20-5 20 Вт.
Модуль TEC, термистор NTC и дополнительный охладитель подключаются к разъему DB9. Обратите внимание на разъем DB9, контакты TEC соединены для обеспечения протекания тока 3 А. Сама плата упакована в серию корпусов Gainta G203.
Все компоненты размера 0603, кроме конденсатора 4,7 мкФ, резистора 68 мОм и дросселей.
Плата контроллера разбита на 4 слоя, чтобы обеспечить лучшее поглощение тепла микросхемой.
Модули Пельтье низковольтные, Криотерм ТБ-48-1,4-2,5 с фланцевым уплотнением для увеличения срока службы.

КАМЕРА
Я использую старый процессорный радиатор без вентилятора с 4 тепловыми трубками. В нем просверлены две дырки. Конечно, при этом пострадала одна тепловая трубка, в отверстиях была проделана резьба под винты. Такие же ответные отверстия без резьбы просверлены в патроннике.
Краска была удалена со дна коробки металлической щеткой. Далее собрал классическим способом: радиатор процессора — Arctic Cooling MX4 — Пельтье — Arctic Cooling MX4 — Камера. И все это было стянуто нейлоновыми винтами с AliExpress, чтобы минимизировать паразитный теплообмен через винты.
Теплозащитный экран был вырезан из XPS (экструдированного пенополистирола).

Он должен плотно прилегать к нему и не скользить. Важно , чтобы он не касался радиатора ЦП для уменьшения теплопередачи. Щели радиатора необходимо закрыть алюминиевым скотчем, чтобы через них не циркулировал воздух. А зазор по периметру фланца необходимо закрыть тонкой полиамидной лентой, чтобы предотвратить поток воздуха между зазорами.

Термодатчик необходимо прикрепить к стене. Пробовал несколько вариантов обжима. Как видно на фото, сначала я прикрепил его к полу коробки.
Но я ошибался, это неудачный способ, потому что так стабилизируется температура только пола в боксе. Потому что температура стен немного отличается. В результате температура спокойного воздуха зависит от температуры наружного воздуха, не менее +26…+70мК/К.
Эту проблему можно решить, закрепив датчик на стенке коробки. Коэффициент снижен до -7,8 мК/К.
Примечание. Янтарная линия – это воздух в камере. Синяя линия – температура окружающей среды при испытании.
Я скручиваю выводы датчика в форме буквы «G», чтобы минимизировать передачу тепла к датчику через выводы, и заливаю их эпоксидным клеем.
Испытание в естественных комнатных условиях (65 часов):
Температура в камере очень стабильна и не изменяется. Дрейф температуры от пика до пика в камере составил всего 0,023°C, всего 65 часов испытаний.
Проверка мощности:
Синяя линия — ток ТЭО. Измеренное напряжение на выводе Itec и рассчитанное по формуле Ампер в таблице данных MAX1978. (1,5 В нулевое смещение цифрового мультиметра + математические расчеты MX+B, где M=1,84 B=0)
Оранжевая линия — температура блока TEC, измеренная датчиком TI TMP117.
Примечание: Положительный ток — прогрев в режиме Пельтье. Отрицательный ток — охлаждение в режиме Пельтье.
Были протестированы все восемь значений моста Vishay NOMCA (Tset):
Start Tset=1-0-0-0=25°C (разрешение моста 10K)
18:52 Tset= 0-0-0- 0 =7,3°C (мостовая рез. 20K)
19:07 Tset= 0-0-0-1 =14,4°C (мостовая рез.15K)
19:16 Tset= 0-0-1- 1 =17,4°C (разрешение моста 13,3K)
19:25 Tset= 0-1-1-1 =19,1°C (разрешение моста 12,5K)
19:34 Tset= 1-0-0-0 =25,0°C (разрешение моста 10K)
19:43 Tset= 1-0-0- 1 =44,5°C (мостовая рез.5K)
19:55 Tзад= 1-0-1-1 =56,8°C (мостовая рез.3.3K)
20:05 Tset= 1-1-1 -1 =66,1°C (разрешение моста 2,5K)
* Очень высокая скорость изменения температуры, это означает, что я могу использовать гораздо большую тепловую массу BOX/DUT.
* Тест при Tset=7.3C показывает ток -1.3A, значит система имеет запас мощности для режима охлаждения, что очень хорошо!
* Тест на Tset=66.1C показывает ток +1.1A, значит у системы есть запас по мощности для режима прогрева, это очень хорошо!
* Хорошие области рампы-стабилизации (желтая линия) без значительных перерегулирований, это означает, что мой быстрый метод компенсации ПИД-регулятора (вычисление R7 и увеличение C11 после перемещения NTC к стене) не так уж плох. …
* Ага, небольшой ток звон (синяя линия) в области рампы-стабилизации, но не так уж плохо… возможно, я попытаюсь исправить это позже.
PID
Время черной магии!!!
Поскольку мы разместили термодатчик далеко от элемента Пельтье, эталонная цепь декомпенсирована.
Необходимо измерить новую тепловую резонансную частоту на выводе Itec и рассчитать ее по формуле из таблицы данных:
Рассчитаем новое значение сопротивления. Моя новая резонансная частота 31 мГц. Получаем, что значения C12 = 10 мкФ и R7 = 500 кОм для новой резонансной частоты 31 миллигерц. У вас будут другие значения, так как резонансная частота будет другой. Имеет смысл взять R7 большего размера, до 2-7 раз больше расчетного значения, это повысит устойчивость системы.
После этого мы можем наблюдать плавающие-затухающие колебания с несколько другой частотой:
Но до нуля они не дойдут. Это можно исправить регулировкой цепи R6, C11. Я увеличил C11 с 470nF до 2.