مقدمه ای بر خنک کننده ترموالکتریک TEC برای دیودهای لیزری

TEC (کولر ترمو الکتریک) یک کولر ترموالکتریک یا کولر ترموالکتریک است. به این تراشه تبرید TEC نیز گفته می شود زیرا شبیه یک دستگاه تراشه است.

فناوری تبرید ترموالکتریک نیمه هادی یک فناوری تبدیل انرژی است که از اثر پلتیه مواد نیمه هادی برای دستیابی به تبرید یا گرمایش استفاده می کند. این به طور گسترده ای در اپتوالکترونیک، صنعت الکترونیک، زیست پزشکی، لوازم مصرفی و سایر زمینه ها استفاده می شود. به اصطلاح اثر پلتیه به این پدیده اشاره دارد که هنگامی که یک جریان DC از یک زوج گالوانیکی متشکل از دو ماده نیمه هادی عبور می کند، یک سر آن گرما را جذب می کند و انتهای دیگر گرما را در دو سر جفت گالوانیکی آزاد می کند.

اصل کار:

دستگاه های تبرید ترموالکتریک معمولاً از چندین جفت ترموکوپل نیمه هادی نوع p و n تشکیل شده اند که به صورت سری به هم متصل شده اند. هنگامی که یک منبع تغذیه DC وصل می شود، دمای یک سر دستگاه خنک کننده ترموالکتریک کاهش می یابد، در حالی که دمای سر دیگر در همان زمان افزایش می یابد. با استفاده از روش های مختلف انتقال حرارت مانند مبدل های حرارتی برای دفع مداوم گرما از انتهای داغ دستگاه تبرید، انتهای سرد دستگاه به جذب گرما از محیط کار ادامه می دهد. شایان ذکر است که این پدیده کاملاً برگشت پذیر است، صرفاً تغییر جهت جریان می تواند باعث انتقال گرما در جهت مخالف شود. بنابراین، هر دو عملکرد سرمایش و گرمایش را می توان به طور همزمان در یک دستگاه تبرید ترموالکتریک به دست آورد.

خنک کننده ترموالکتریک TEC از قطب P نیمه هادی داخلی، قطب N نیمه هادی و فلز رسانا و همچنین یک بستر سرامیکی برای تبادل دما در لایه های بالا و پایین تشکیل شده است. ظرفیت خنک کنندگی یک جفت تبرید ترموالکتریک محدود است و TEC عموماً از ده ها تا ده ها جفت تبرید تشکیل شده است. اختلاف دما بین انتهای گرم و سرد یک TEC منفرد می تواند به 60 تا 70 درجه سانتیگراد برسد و دمای انتهایی سرد می تواند به -20 تا -10 درجه سانتیگراد برسد. اگر می‌خواهید اختلاف دما بیشتر و دمای انتهای سرد کمتری داشته باشید، می‌توانید چندین TEC را روی هم قرار دهید. بسته به سناریوها و روش‌های استفاده، TEC با اشکال مختلف در بازار موجود است.

طبقه بندی:

TEC دارای طیف گسترده ای از محصولات تبرید ترموالکتریک، از جمله دستگاه های تبرید ترموالکتریک تک مرحله ای، دستگاه های تبرید ترموالکتریک چند مرحله ای، دستگاه های تبرید میکرو ترموالکتریک، دستگاه های تبرید ترموالکتریک حلقوی و انواع دیگر است.

1. سری تک مرحله ای: با توجه به فرآیندهای مختلف تولید، به سری های معمولی، سری های پرقدرت، سری های دمای بالا و سری های قابل بازیافت تقسیم می شود. محصولات سری تک مرحله ای، محصولات استاندارد TEC هستند که دارای عملکرد بالاتر، قابلیت اطمینان بالاتر و انواع مختلفی هستند. سایر زمینه ها

2. سری چند مرحله ای: عمدتاً در مناطقی با اختلاف دمای زیاد یا شرایط دمایی پایین استفاده می شود. این نوع TEC قدرت خنک کنندگی کمی دارد و برای مواقعی که نیاز به توان تبرید کوچک و متوسط ​​و اختلاف دمای زیاد دارند مناسب است. به طور معمول در تشخیص IR، CCD و میدان های فوتوالکتریک استفاده می شود. طراحی روش های مختلف انباشتگی می تواند نیازهای تبرید عمیق را برآورده کند. این نوع یخچال می تواند اختلاف دمای بیشتری نسبت به TEC تک مرحله ای داشته باشد.

3. سری Micro: طراحی و توسعه یافته برای پاسخگویی به دمای بالا و محیط های فضای کوچک. محصولاتی که با استفاده از فرآیندهای ساخت پیشرفته مواد ترموالکتریک با کارایی بالا توسعه یافته اند. محصولاتی که معمولا در فرستنده های لیزری، گیرنده های نوری، لیزرهای پمپ و سایر محصولات در صنعت ارتباطات نوری استفاده می شوند.

4. سری حلقه: مناسب برای برنامه های کاربردی با قدرت خنک کننده متوسط. این سری از محصولات دارای یک سوراخ دایره‌ای در مرکز سرامیک‌های جانبی سرد و گرم است تا برجستگی‌هایی را برای بست نوری، مکانیکی یا پروب‌های دما در خود جای دهد. به طور معمول در تجهیزات صنعتی، الکتریکی، آزمایشگاهی و تجهیزات الکترونیک نوری و سایر زمینه ها استفاده می شود

در مقایسه با روش های تبرید مکانیکی سنتی، فناوری تبرید ترموالکتریک به هیچ مبردی نیاز ندارد و یک روش تبرید حالت جامد سازگار با محیط زیست است. دارای ابعاد کوچک، وزن سبک، بدون لرزش، بدون صدا، کنترل دقیق دما، قابلیت اطمینان بالا و با مزایایی مانند کار در هر زاویه ای، فناوری ترموالکتریک یکی از راه حل های فنی مهم حتی در زمینه های کاربردی خاص می باشد.

خنک کننده فعال: خنک کننده ترموالکتریک یک روش خنک کننده فعال است که می تواند اجسام زیر دمای محیط را خنک کند که با رادیاتورهای معمولی غیرممکن است. با استفاده از کولرهای ترموالکتریک چند مرحله‌ای در محیط خلاء، می‌توان به دماهای پایین‌تری تا 100- درجه سانتی‌گراد دست یافت.

تبرید نقطه به نقطه: تبرید ترموالکتریک ساختار فشرده ای دارد و می تواند به کنترل دقیق دما در یک فضا یا محدوده کوچک دست یابد و حتی می تواند به تبرید نقطه به نقطه دست یابد که با روش های تبرید دیگر نمی توان به آن دست یافت.

قابلیت اطمینان بالا: تبرید ترموالکتریک هیچ قطعه متحرکی ندارد، قابلیت اطمینان بالایی دارد و می تواند برای مدت طولانی بدون تعمیر کار کند. برای سیستم هایی که پس از نصب به راحتی جدا نمی شوند یا به عمر طولانی نیاز دارند، مناسب است.

کنترل دقیق دما: تبرید ترموالکتریک منبع تغذیه DC است و ظرفیت خنک کننده به راحتی قابل تنظیم است. با تنظیم جریان ورودی، می توان به کنترل دقیق ظرفیت خنک کننده و دما دست یافت و به ثبات کنترل دما بهتر از 0.01 درجه سانتی گراد دست یافت.

سرمایش/گرمایش: فناوری ترموالکتریک هم عملکرد سرمایش و هم گرمایش دارد. همین سیستم می تواند با تغییر جهت جریان به هر دو حالت سرمایش و گرمایش دست یابد.