Lazer Diyotlar için TEC Termoelektrik Soğutucuya Giriş

TEC (Termo Elektrikli Soğutucu) bir termoelektrik soğutucu veya termoelektrik soğutucudur. Bir çip cihazına benzediği için TEC soğutma çipi olarak da adlandırılmaktadır.

Yarı iletken termoelektrik soğutma teknolojisi, soğutma veya ısıtma sağlamak için yarı iletken malzemelerin Peltier etkisini kullanan bir enerji dönüştürme teknolojisidir. Optoelektronik, elektronik endüstrisi, biyotıp, tüketici aletleri ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Peltier etkisi olarak adlandırılan olay, bir DC akımının iki yarı iletken malzemeden oluşan bir galvanik çiftten geçtiğinde, bir ucun ısıyı absorbe etmesi ve diğer ucun galvanik çiftin her iki ucundan da ısı salması olgusunu ifade eder.

çalışma prensibi:

Termoelektrik soğutma cihazları genellikle seri olarak bağlanmış birkaç çift p ve n tipi yarı iletken termokupldan oluşur. DC güç kaynağı bağlandığında termoelektrik soğutma cihazının bir ucunun sıcaklığı düşerken diğer ucunun sıcaklığı aynı anda artacaktır. Soğutma cihazının sıcak ucundan ısıyı sürekli olarak dağıtmak için ısı eşanjörleri gibi çeşitli ısı transfer yöntemleri kullanıldığında, cihazın soğuk ucu çalışma ortamından ısıyı emmeye devam edecektir. Bu olayın tamamen tersine çevrilebilir olduğunu belirtmekte fayda var; sadece akımın yönünü değiştirmek, ısının ters yönde aktarılmasına neden olabilir. Bu nedenle tek bir termoelektrik soğutma cihazında hem soğutma hem de ısıtma fonksiyonları aynı anda gerçekleştirilebilir.

TEC termoelektrik soğutucu, dahili yarı iletken P kutbu, yarı iletken N kutbu ve iletken metalin yanı sıra üst ve alt katmanlarda sıcaklık değişimi için seramik bir alt tabakadan oluşur. Tek bir termoelektrik soğutma çiftinin soğutma kapasitesi sınırlıdır ve TEC genellikle bir düzine ila düzinelerce soğutma çiftinden oluşur. Tek bir TEC'in sıcak ve soğuk uçları arasındaki sıcaklık farkı 60~70°C'ye, soğuk uç sıcaklığı -20~-10°C'ye ulaşabilir. Daha büyük bir sıcaklık farkı ve daha düşük soğuk uç sıcaklığı elde etmek istiyorsanız birden fazla TEC'yi istifleyebilirsiniz. Kullanım senaryolarına ve yöntemlerine bağlı olarak piyasada çeşitli şekillerde TEC'ler mevcuttur.

Sınıflandırma:

TEC, tek kademeli termoelektrik soğutma cihazları, çok kademeli termoelektrik soğutma cihazları, mikro termoelektrik soğutma cihazları, halka şeklindeki termoelektrik soğutma cihazları ve diğer türleri içeren geniş bir termoelektrik soğutma ürünleri yelpazesine sahiptir.

1. Tek aşamalı seri: Farklı üretim süreçlerine göre geleneksel serilere, yüksek güçlü serilere, yüksek sıcaklık serilerine ve geri dönüştürülebilir seri ürünlere ayrılmıştır. Tek kademeli seri ürünler, daha yüksek performansa, daha yüksek güvenilirliğe ve çeşitliliğe sahip standart TEC ürünleridir. Geniş bir soğutma kapasitesi, geometri ve giriş gücü yelpazesinde mevcuttur, esas olarak endüstriyel, laboratuvar ekipmanları, tıbbi, askeri ve diğer alanlar.

2. Çok aşamalı seri: Esas olarak büyük sıcaklık farklarının veya düşük sıcaklık gereksinimlerinin olduğu alanlarda kullanılır. Bu TEC tipi küçük soğutma gücüne sahiptir ve küçük ve orta soğutma gücü ile büyük sıcaklık farklılıkları gerektiren durumlar için uygundur. Tipik olarak IR algılama, CCD ve fotoelektrik alanlarda kullanılır. Farklı istifleme yöntemlerinin tasarımı, derin soğutmanın ihtiyaçlarını karşılayabilir. Bu tip buzdolabı, tek kademeli TEC'e göre daha büyük bir sıcaklık farkına ulaşabilir.

3. Mikro seri: Yüksek sıcaklık ve küçük alan ortamlarını karşılamak üzere tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Yüksek performanslı termoelektrik malzemelerin ileri üretim süreçleri kullanılarak geliştirilen ürünler. Tipik olarak lazer vericilerde, optik alıcılarda, pompa lazerlerinde ve optik iletişim endüstrisindeki diğer ürünlerde kullanılan ürünler.

4. Halka serisi: Orta soğutma gücü uygulamaları için uygundur. Bu ürün serisinde, optik, mekanik sabitleme veya sıcaklık probları için çıkıntılara uyum sağlamak amacıyla sıcak ve soğuk taraftaki seramiklerin merkezinde dairesel bir delik bulunur. Tipik olarak endüstriyel, elektrikli ekipmanlarda, laboratuvar ve optoelektronik ekipmanlarda ve diğer alanlarda kullanılır

Geleneksel mekanik soğutma yöntemleriyle karşılaştırıldığında termoelektrik soğutma teknolojisi herhangi bir soğutucuya ihtiyaç duymaz ve çevre dostu bir katı hal soğutma yöntemidir. Küçük boyutlu, hafif, titreşimsiz, gürültüsüz, hassas sıcaklık kontrolü, yüksek güvenilirliğe sahip ve her açıda çalışabilme gibi avantajlarıyla termoelektrik teknolojisi, belirli uygulama alanlarında bile önemli teknik çözümlerden biridir.

Aktif soğutma: Termoelektrik soğutma, sıradan radyatörlerle mümkün olmayan, nesneleri ortam sıcaklığının altında soğutabilen aktif bir soğutma yöntemidir. Vakum ortamında çok kademeli termoelektrik soğutucular kullanılarak -100°C'ye kadar daha düşük sıcaklıklara ulaşılabilir.

Noktadan noktaya soğutma: Termoelektrik soğutma kompakt bir yapıya sahiptir ve küçük bir alanda veya aralıkta hassas sıcaklık kontrolü sağlayabilir ve hatta diğer soğutma yöntemleriyle elde edilemeyen noktadan noktaya soğutmayı bile gerçekleştirebilir.

Yüksek güvenilirlik: Termoelektrik soğutmanın hareketli parçası yoktur, güvenilirliği yüksektir ve bakım gerektirmeden uzun süre çalışabilir. Montaj sonrası sökülmesi kolay olmayan veya uzun servis ömrü gerektiren sistemler için uygundur.

Hassas sıcaklık kontrolü: Termoelektrik soğutma bir DC güç kaynağıdır ve soğutma kapasitesinin ayarlanması kolaydır. Giriş akımını ayarlayarak, soğutma kapasitesi ve sıcaklığın hassas kontrolü sağlanarak 0,01°C'den daha iyi bir sıcaklık kontrol kararlılığı elde edilebilir.

Soğutma/ısıtma: Termoelektrik teknolojisi hem soğutma hem de ısıtma fonksiyonlarına sahiptir. Aynı sistem, yalnızca akımın yönünü değiştirerek hem soğutma hem de ısıtma modlarına ulaşabilir.