СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2012

ность блока нагревается до температу ры свыше 100 ° С. Такая температура в блоках обработки бывает очень редко. Этот тип охлаждения сложен в постро ении, требует серьёзного обслужива ния, применим для изделий узкого на значения и здесь рассматриваться не будет. Полупроводниковые термоэлектри ческие модули Пельтье, применяемые в составе средств охлаждения элек тронных элементов и систем, стано вятся сейчас перспективными из за уменьшающейся стоимости. Они при меняются, когда использование дру гих систем охлаждения по каким либо причинам нецелесообразно. Они не имеют движущихся частей и характе ризуются сравнительно высокой на дёжностью (ресурс около 1 млн. ч), в отличие от традиционных холодиль ников. При прохождении постоянно го электрического тока через контакт двух различных полупроводников воз никает разность температур между его сторонами, вследствие чего одна плас тина охлаждается, а другая нагревает ся (рис. 5). Здесь надо учесть, что отводить при дётся не только «перекачиваемое» теп ло, но и добавляемое (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. Эффективность охлаждения модуля зависит от разности температур между холодной и горячей сторонами эле мента Δ Т и коэффициентом полезного действия: K эфф = ( Q ис / Q ип ) × 100%, (9) где: Q ис – выделяемая мощность, Вт; Q ис – мощность. подводимая источни ком питания, Вт. Основной параметр модуля – хо лодопроизводительность. Это без размерная величина больше еди ницы, характеризующая энерге тическую эффективность работы холодильного модуля. Она равна отношению холодопроизводитель ности к количеству энергии (рабо те), затраченной в единицу време ни на осуществление холодильного цикла: , (10) где: n – количество модулей; R – элек трическое сопротивление модуля, Ом; К – теплопроводность, Вт/м К; Е – ко эффициент Зеебека; I – электрический ток, А. Модуль является обратимым, т.е. при смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Степень охлажде ния пропорциональна величине то ка, проходящего через модуль, что позволяет при необходимости плав но регулировать температуру охлаж даемого объекта, причём с высокой точностью. Накладываются определённые тре бования к источнику питания моду ля. Пульсации постоянного тока не должны превышать 5%. При увели чении пульсаций ухудшаются пара метры модуля. Постоянный ток мо жет быть создан как источником то ка, так и источником напряжения. Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из мак симального напряжения модуля U max и выбранного режима работы – мак симальной холодильной мощности или максимального холодильного коэффициента. Максимальный ток источника должен выбираться ис ходя из величины напряжения и сопротивления модуля. При пониже нии напряжения питания эконо мичность будет расти, холодильная мощность будет уменьшаться, но ли нейно, что очень удобно для органи зации плавного регулирования тем пературы. Наиболее распространённые типы модулей – это стандартные однокас кадные модули максимальной мощ ностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Для увеличения эффективности сво ей работы они допускают каскадное использование, что позволяет довес ти температуру корпуса блока до отрицательных значений даже при их значительной мощности рассея ния. Но низкие температуры, возни кающие в процессе работы модулей, способствуют конденсации влаги из воздуха. Это представляет опасность для электронных компонентов, так как конденсат может вызвать корот кое замыкание между элементами и коррозию блока. Для исключения данной опасности целесообразно использовать модули оптимальной мощности. Возникновение конден сации зависит от: температуры окру жающей среды (в данном случае температура воздуха внутри блока), температуры охлаждаемого блока и влажности воздуха. Чем выше темпе ратура воздуха внутри блока и чем больше влажность, тем вероятнее произойдёт конденсация влаги. Однако кроме очевидных преиму ществ, модули обладают и рядом спе цифических свойств и характеристик, которые необходимо учитывать при их использовании в составе охлаждаю щих средств: ● модули отличаются относительно низким холодильным коэффициен том и коэффициентом полезного действия (КПД). Выполняя функции теплового насоса, они сами стано вятся мощными источниками теп ла. Использование модулей в соста ве блока вызывает значительный рост температуры внутри конструк тива, где установлен этот блок. Это означает, что потребуются допол нительные средства для снижения температуры, в частности, увеличе ние площади радиаторов и произ водительности вентиляторов, спо собных эффективно отводить из быточное тепло от охлаждающих модулей; ● модули требуют мощного источника питания постоянного тока; ● в случае выхода их из строя модули изолируют охлаждаемый блок от ра диатора. Это приводит к очень быст рому нарушению теплового режима блока и скорому выходу из строя со ставных элементов (ячеек) от пере грева; ● большая масса по отношению к единице мощности, составляющая 15…90 г/Вт. Для примера: жидкост ная система имеет 9…11 г/Вт; ● низкая механическая прочность. Таким образом, применение полу проводниковых модулей должно быть оправдано как с технической, так и с экономической точки зрения. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2012 Полупроводник p типа Полупроводник n типа Керамические пластины Холодная сторона Горячая сторона Медные шинки Рис. 5. Термоэлектрический элемент © СТА-ПРЕСС