Félvezetős hűtés Peltier-cellával



Hasonló dokumentumok
Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Számítási feladatok a 6. fejezethez

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

EGY DOBOZ BELSŐ HŐMÉRSÉKELTÉNEK BEÁLLÍTÁSA ÉS MEGARTÁSA

Érzékelők és beavatkozók

Műveleti erősítők. Előzetes kérdések: Milyen tápfeszültség szükséges a műveleti erősítő működtetéséhez?

Őrtechnológia a gyakorlatban

4. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELEM

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

A töltőfolyadék térfogatváltozása alapján, egy viszonyítási skála segítségével határozható meg a hőmérséklet.

Elektronika laboratóriumi mérőpanel elab panel NEM VÉGLEGES VÁLTOZAT! Óbudai Egyetem

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

Lineáris és kapcsoló üzemű feszültség növelő és csökkentő áramkörök

Mérés és adatgyűjtés

1. konferencia: Egyenáramú hálózatok számítása

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérés megnevezése: Potenciométerek, huzalellenállások és ellenállás-hőmérők felépítésének és működésének gyakorlati vizsgálata

Nyomtatóport szintillesztő 3V3

Az Ohm törvény. Ellenállás karakterisztikája. A feszültség és az áramerősség egymással egyenesen arányos, tehát hányadosuk állandó.

Számítási feladatok megoldással a 6. fejezethez

- az egyik kiemelked fontosságú állapotjelz a TD-ban

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Áramköri elemek. 1 Ábra: Az ellenállások egyezményes jele

1. feladat R 1 = 2 W R 2 = 3 W R 3 = 5 W R t1 = 10 W R t2 = 20 W U 1 =200 V U 2 =150 V. Megoldás. R t1 R 3 R 1. R t2 R 2

évfolyam. A tantárgy megnevezése: elektrotechnika. Évi óraszám: 69. Tanítási hetek száma: Tanítási órák száma: 1 óra/hét

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

A LED, mint villamos alkatrész

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Félvezetk vizsgálata

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Ellenállások. Alkalmazás - áramkorlátozás - feszültség beállítás, feszültségosztás - fűtőtest, fűtőellenállás

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

Led - mátrix vezérlés

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Fizika A2E, 9. feladatsor

Hármas tápegység Matrix MPS-3005L-3

Elektronika 11. évfolyam

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Hőmérséklet mérése. Sarkadi Tamás

1 kérdés. Személyes kezdőlap Villamos Gelencsér Géza Simonyi teszt május 13. szombat Teszt feladatok 2017 Előzetes megtekintés

ÁLTALÁNOS SZENZORINTERFACE KÉSZÍTÉSE HANGKÁRTYÁHOZ

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

Elektromos áram, áramkör

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Tápegységek, feszültségstabilizátorok

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

Fizika A2E, 8. feladatsor

Vezetékek. Fizikai alapok

Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba. Tihanyi Attila 2007 március 27

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

EGYENÁRAMÚ TÁPEGYSÉGEK

Integrált áramkörök/2. Rencz Márta Elektronikus Eszközök Tanszék

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

7. L = 100 mh és r s = 50 Ω tekercset 12 V-os egyenfeszültségű áramkörre kapcsolunk. Mennyi idő alatt éri el az áram az állandósult értékének 63 %-át?

Lars & Ivan THA-21. Asztali Headamp A osztályú Erősítő Használati útmutató

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA ELEKTROTECHNIKA

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és a 29/2016 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

TB6600 V1 Léptetőmotor vezérlő

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

AUTOMATIKAI ÉS ELEKTRONIKAI ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

A KALIBRÁLÓ LABORATÓRIUM LEGJOBB MÉRÉSI KÉPESSÉGE

NAPELEMES ERŐMŰVEK ÁRAMÜTÉS ELLENI VÉDELME

Mechatronika szigorlat Írásbeli mintafeladat

Elektronikus biztosíték kapcsolások 2.

601H-R és 601H-F típusú HŐÉRZÉKELŐK

Elektromos áram, egyenáram

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

TERMOELEKTROMOS HŰTŐELEMEK VIZSGÁLATA

Használható segédeszköz: Függvénytáblázat, szöveges adatok tárolására és megjelenítésére nem alkalmas zsebszámológép

Tranziens jelenségek rövid összefoglalás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA

1.zh Kösse össze a két oszlop egy-egy összetartozó fogalmát! pozitív visszacsatolás

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Fermi Dirac statisztika elemei

4. /ÁK Adja meg a villamos áramkör passzív építő elemeit!

Analóg kimeneti modul MULTICAL -hoz és ULTRAFLOW -hoz. 1.0 Alkalmazás

Összefüggő szakmai gyakorlat témakörei

Elektromos áram, áramkör, kapcsolások

12.A 12.A. A belsı ellenállás, kapocsfeszültség, forrásfeszültség fogalmának értelmezése. Feszültséggenerátorok

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

hengeres biztosító betétek

III. LED konferencia Lambert Miklós

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

ÓBUDAI EGYETEM NAPELEMES RENDSZEREK ÁRAMÜTÉS ELLENI VÉDELME

Mérés és adatgyűjtés

Átírás:

Félvezetős hűtés Peltier-cellával dr. Györök György főiskolai docens BMF, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar Számítógéptechnikai Intézet, Székesfehérvár E-mail: gyorok@szgti.kando.hu Manapság egyre többször hallhatunk a félvezetős hűtésről, Peltier-diódáról, termoelektromos modulról, illetve ezek alkalmazási lehetőségeiről van szó. Jelen írással ezt a témakört szeretnénk kissé megvilágítani, bemutatva egy konkrét felhasználást is. A fizika az érintkezési feszültségek címszó alatt tárgyalja a különböző tulajdonságú fémek közvetlen érintkezésekor fellépő elektromos jelenségeket. Ezek egy csoportja a termoelektromos jelenségekhez sorolhatók. Legismertebb talán a Thomas Johan Seebeck (1770-1831) német fizikus által felfedezett, és a róla elnevezett effektus. Itt a két fém (1. ábra) M 1 és M 2 különböző az elektronok kilépési munkáját (W ki ), illetve a szabad elektronok koncentrációját (n) tekintve is. Ebben az esetben a kisebb kilépési munkájú fémből elektronok mennek át a nagyobb kilépési munkájú fémbe, illetve a nagyobb szabad elektronkoncentrációjú fémből a kisebbe. A keletkező termofeszültség a két hatás eredőjeként értelmezhető. Wki Wki kt n Wki Wki kt n 2 1 1 1 1 2 2 2 Ut = ( U AT + U BT ) = + ln + + ln 1 2 e e n e e n ahol k a Boltzmann állandó (1,38 10-23 JK -1 ). Ezt rendezve kapjuk: U T T k n t = ( 1 2) ln e n Tehát a keletkezett termofeszültség a kapcsolódó két fém szabad elektronkoncentrációjától és a hőmérséklet különbségtől függ. U t = α ( T1 T2) 1 2 Ahol, α az un. Seebeck állandó, ami pl. vas-konstantán fémnél, illetve fémötvözetnél, 5,2 10-5 V/ C. Ez a módszer kiválóan alkalmazható termoelemek készítésére, különösen akkor, ha az 1. ábra A és B pontjainak hőmérsékletét termosztáljuk. A 2. ábrán a termoelem kimenetét rövidre zártuk, így rajta a belsőellenálláson I t nagyságú áram folyik. Ha a termoelemnél leírt fejtegetést elfogadjuk, akkor ez csakis úgy lehetséges, ha T 1 és T 2 hőmérséklet különböző, még olyan áron is hogy, pl. ha T 2 értéke közel a környezeti hőmérséklet, akkor T 1 annál kisebb, vagyis az eljárás hűtésre alkalmas. Ezt Jean Charles Peltier (1785-1845) francia fizikus (más források szerint órásmester) mutatta ki (1834-ben). Mivel ez csak elméleti okoskodás, természetesen az elhanyagolt veszteségek miatt, az eljárás csakis külső áramforrással valósítható meg. Ezt mutatja a 3. ábra, ahol, a hűtőteljesítmény növelésére, néhány átmenet elektromosan sorba-, termikusan párhuzamosan kapcsolt. 2 1 1

Különböző fém-átmenetek (ötvözet-átmenetek) léteznek, melyeknél a Peltier-effektus számottevő, úgymint: ZnSb, PbTe, Bi 2 Te 3, BpSe, Bi 2 Se 3, Sb 2 Te 3...stb. Az egyik kombinációban a bizmut tellúr ötvözetet alkalmazzák N-, illetve P típusú adalékolással. Ezen anyagok felhasználásával a 4. ábra szerinti szerkezeti felépítésben, az 5. ábrán látható termo elektromos modulokat (TEM, hűtőmodul) gyártanak. E cellák segítségével közvetlenül villamos energiából valósíthatjuk meg a hűtést. (6. ábra) A termoelektromos modulok felhasználása egyre népszerűbb, igen elterjedten alkalmazzák mikroprocesszorok hűtésére, CCD-k, elektronikus alkatrészek, erősítők alacsonyhőmérsékletű termosztálására, hűtésére, illetve hűtőszekrények (hűtőtáskák) készítésére. A 7. ábra azt mutatja, hogy néhány termikusan sorbakapcsolt hűtőmodullal nagyobb különbségi hőmérséklet is elérhető. A 8. ábrán látható egy olyan tápegység kapcsolási rajza, mely autóakkumulátorról működteti a termoelektromos modult. Mivel a hűtőelem olyan sorbakapcsolt nyitóirányú diódákkal helyettesíthető melynek néhány Ohm belsőellenállása van, a táplálást áramgenerátorról célszerű megoldani. Az áram nagyságánál figyelembe kell venni azt, hogy van egy olyan érték (ajánlott maximum) melynél parametrikusan nagyobb megengedett, de ezt használni értelmetlen, mivel a hűtőelem hűtési hatásfoka a belső termikus csatolás miatt nagyon leromlik. Esetünkben ez az érték mitegy 5A. (Típus:801-2002-01,P max :22W, Th max :60 C, I max :7A, U max :6V, Tömeg:28gr, N cella :49) Ekkora áramot hatásosan kapcsolóüzemű tápegység-áramkörrel célszerű megvalósítani. A jól ismert stabilizátor integrált áramkör referenciafeszültségét R 1 P R 8 osztja P-vel szabályozható módon. Az R 3 visszacsatoló tag relatív nagy hiszterézist enged meg, a kapcsolási frekvencia így 5-10kHz. Az R 7 -en átfolyó kimenő áram feszültségét csatoljuk vissza R 6 -tal. A megadott értékekkel a kitöltési tényező P segítségével 30-85% között állítható. Más kimenő áramhoz (áramtartományhoz) célszerű R 7 értékét megváltoztatni és ezzel együtt R 1 P R 8 -t is. Az R 8 termisztor esetünkben a hűtőelem melegoldalán került elhelyezésre, amely most nyilván, nem hidegoldali szabályozást jelent, hanem magát a hűtőmodult védi az esetleges túlmelegedéstől. Ha ezen a helyen PTK ellenállást használunk, akkor megoldható a hidegoldali termosztálás is. A 9. ábra a nyomtatott áramköri lap forrasztás oldali rajzát, a 10. ábra az alkatrész beültetést mutatja, a táblázat az alkatrész-paramétereket tartalmazza. A 11. ábrán az elkészült tápegység látható. 2

U termo A B T 1 T 2 M 1 M 2 M 1 1.Ábra A Seebeck effektus értelmezése I t M 2 T 1 T2 M 1 2.Ábra A Peltier effektus származtatása a Seebeck effektusból 3

M 1 I P T 1 T 2 M 1 3.Ábra A Peltier effektus megvalósítása sorbakapcsolt fémátmenetekkel Kerámia hordozó Meleg oldal N típusú vezető Hideg oldal P típusú vezető Vezető Tápáram csatlakozás 4.Ábra A TEM cella felépítése 4

5. Ábra Egy 49 cellás hűtőelem Hűtőborda TEM Hűtendő eszköz Esetleg ventillátoros hűtés Meleg oldal Hideg oldal 6. Ábra A TEM felhasználása hűtésre 5

Hűtőborda 1 2 3 Hűtendő eszköz Termoelektromos modulok 7. Ábra A TEM felhasználása nagyobb hőmérsékletkülönbségű hűtésre +12V 6,3 A T L R4 Peltier-cellák R3 R5 D1 5 4 IN+ IN- UC FCOM UZ 11 13 9 R2 R1 P 6 REF NTK R8 IC C R6 R7 HŰTÉS 8. Ábra A tápegység kapcsolási rajza 6

9. Ábra A tápegység nyomtatott áramköri rajza M 2:1 +ki D R7 N T K P R1 R6 R4 R5 R9 R2 L C E C B 14 1 biztosító +12V 10. Ábra A tápegység beültetési rajza 7

Alkatrész Érték Megjegyzés IC 723 T TIP140 Darlington D 1 MR820 R 1 2,2 kω 0,125W R 2 2,2 kω 0,125W R 3 150 kω 0,125W R 4 180 Ω 0,125W R 5 180 Ω 0,125W R 6 2,2 kω 0,125W R 7 0,5 Ω 5W R 8 6 kω NTK P 5 kω A karakterisztikájú C 82 pf L 2 mh 200 me 0,45 CuL, 35mm ferrit gyűrűn 11. Ábra Az elkészült tápegység a hűtőelemmel 8