làm mát nhiệt điện
Cơ sở làm mát nhiệt điện và mô-đun Peltier
Làm mát nhiệt điện dùng hiệu ứng Peltier để vận chuyển nhiệt qua thiết bị trạng thái rắn. Công suất thực phụ thuộc tải, ΔT, dòng điện và tản nhiệt phía nóng.
Làm mát nhiệt điện là gì?
Hiệu ứng Peltier là cơ chế của làm mát chủ động. Khi dòng đi qua mối nối của hai vật liệu dẫn hoặc bán dẫn khác nhau, mối nối hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt tùy chiều dòng.
Trong tài liệu kỹ thuật, cùng công nghệ còn được gọi là mô-đun Peltier, cụm Peltier hoặc TEC. Tên gọi khác theo thị trường, nhưng thiết kế vẫn phụ thuộc toàn đường nhiệt nóng và lạnh.
Hiệu ứng Seebeck là quá trình ngược: chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật dẫn khác nhau tạo điện áp. Đây là cơ sở của cặp nhiệt điện và phát điện nhiệt điện.
Hiệu ứng Thomson xảy ra khi dòng đi qua một vật dẫn có gradient nhiệt. Trong thảo luận TEC thực tế, ảnh hưởng của nó thường nhỏ hơn Peltier và Seebeck.
Hiệu ứng Peltier hoạt động như thế nào
Một cặp chân bán dẫn loại P và N chỉ chuyển được ít nhiệt. Mô-đun thực nối nhiều cặp theo điện nối tiếp và nhiệt song song, đặt giữa các tấm gốm.
Chân P và N chuyển nhiệt dưới điện trường. Bismuth telluride là vật liệu phổ biến cho làm mát nhiệt điện gần nhiệt độ phòng.
Liên kết kim loại nối các cặp, còn tấm gốm cách điện và dẫn nhiệt. Mô-đun hoàn chỉnh bơm nhiệt từ phía lạnh sang phía nóng.
Phía lạnh và phía nóng
Chỉ số chất lượng không thứ nguyên ZT là chỉ báo quan trọng của vật liệu: ZT = (S²σT) / κ.
Vật liệu tốt cần hệ số Seebeck cao, dẫn điện cao và dẫn nhiệt thấp. Tổ hợp này tăng hiệu suất và giảm nhiệt rò ngược về phía lạnh.
Các thành phần chính trong hệ TEC
Mô-đun nhiệt điện nhỏ, không môi chất, đáp ứng nhanh và phù hợp điều khiển chính xác. Điều khiển dòng cho độ ổn định có thể đạt ±0.1°C trong hệ được thiết kế tốt.
Hạn chế chính là hiệu suất khi chênh lệch lớn hoặc tải cao. TEC không thay thế hệ làm mát không gian lớn và thải nhiệt phía nóng phải được thiết kế kỹ.
Ứng dụng gồm thiết bị y tế, thẩm mỹ, phòng thí nghiệm, phân tích, laser, điện tử, hệ làm lạnh bán dẫn và làm mát công nghiệp nhỏ.
Các lưu ý thiết kế chính
Loại bỏ nhiệt phía nóng là nền tảng hiệu suất. Bộ tản nhiệt, quạt, đường khí, vòng chất lỏng và giao diện cơ khí phải được đánh giá cùng nhau.
Nên dùng nguồn DC phẳng. Gợn lớn tăng nhiệt Joule và giảm hiệu suất. Nếu dùng PWM, cần xét lọc và thiết kế bộ điều khiển.
Chống ngưng tụ, cách nhiệt, lực ép đều và thiết kế giao diện lạnh cũng quan trọng cho tích hợp đáng tin cậy.
Trung tâm kiến thức
Đọc tiếp
Xem thêm bài viết thiết kế làm mát TEC của Arkmex Thermal.
Hệ thống làm mát nhiệt điện: thiết kế và ứng dụng TEC
Tìm hiểu mô-đun Peltier, bộ trao đổi nhiệt, phía nóng, điều khiển, ngưng tụ và tích hợp hệ thống làm mát nhiệt điện cho thiết bị OEM.
Bài tiếp theo →Khác biệt giữa chip TEC, mô-đun Peltier và cụm làm mát
So sánh phần tử TEC, mô-đun làm mát và cụm nhiệt điện hoàn chỉnh để chọn mức tích hợp phù hợp cho thiết bị OEM.