วิธีการเลือกโมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกหลายขั้นตอน (โมดูลเพลเทียร์หลายขั้นตอน)

การเลือกใช้โมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายขั้นตอน (อุปกรณ์เพลเทียร์แบบหลายขั้นตอน) นั้นซับซ้อนกว่าการเลือกใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกแบบขั้นตอนเดียวทั่วไปมาก เนื่องจากมีโครงสร้างแบบ "เรียงลำดับ" และมีความต้องการด้านการจัดการความร้อนและการจับคู่พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่สูงกว่า

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดข้อกำหนดหลัก (เงื่อนไขการป้อนข้อมูล)

ก่อนที่จะพิจารณารุ่นใดรุ่นหนึ่งโดยเฉพาะ ต้องกำหนด “ตัวชี้วัดที่สำคัญ” สามประการต่อไปนี้ก่อน เนื่องจากเป็นพื้นฐานในการคัดเลือก:

อุณหภูมิเป้าหมาย (Tc) และอุณหภูมิปลายร้อน (Th):

ปลายด้านที่เย็นควรมีอุณหภูมิเท่าใด (ตัวอย่างเช่น: -40°C)

ความสามารถในการระบายความร้อนสูงสุดของหัวพิมพ์ร้อนคือเท่าไร (โดยทั่วไปออกแบบไว้ที่ 25°C หรือ 50°C)

คำนวณความแตกต่างของอุณหภูมิ (ΔT): ΔT = Th – Tc โดยทั่วไปแล้วชิปแบบหลายขั้นตอนจะใช้ในกรณีที่ ΔT > 70°C

ภาระความร้อน (Qc):

วัตถุที่ต้องการระบายความร้อนปล่อยพลังงานออกมากี่วัตต์ (W)

หากไม่แน่ใจ จำเป็นต้องคำนวณความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากวัตถุ ซึ่งรวมถึงความร้อนภายใน ความร้อนจากการนำ และความร้อนจากการแผ่รังสี

พื้นที่ว่างและแหล่งจ่ายไฟ:

มีข้อจำกัดเรื่องขนาดในการติดตั้ง (ความยาวและความกว้าง) หรือไม่?

แหล่งจ่ายไฟเป็นแบบแรงดันคงที่ (เช่น 12V, 24V) หรือกระแสคงที่? กระแสสูงสุดที่รับได้คือเท่าไร?

ขั้นตอนที่ 2: ทำความเข้าใจพารามิเตอร์หลัก (ตัวชี้วัดหลัก)

พารามิเตอร์ของโมดูลเพลเทียร์แบบหลายขั้นตอนและอุปกรณ์เพลเทียร์แบบหลายขั้นตอนมีความสัมพันธ์กันอย่างมาก โดยให้ความสำคัญกับสี่ประเด็นต่อไปนี้:

จำนวนขั้นตอน (ขั้นตอน):

นี่คือคุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายขั้นตอน ซึ่งก็คือองค์ประกอบเพลเทียร์ โดยทั่วไปแล้ว โมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกจะมี 2 ขั้นตอน 3 ขั้นตอน หรือแม้แต่ 6 ขั้นตอน

หลักการโดยทั่วไป: ยิ่งมีจำนวนขั้นตอนมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งสามารถสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิได้มากขึ้นเท่านั้น แต่ความสามารถในการทำความเย็น (Qc) จะลดลงและราคาก็จะสูงขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดของโมดูลเพลเทียร์แบบขั้นตอนเดียวจะอยู่ที่ประมาณ 60-70°C หากต้องการอุณหภูมิที่ -80°C หรือต่ำกว่านั้น จะต้องเลือกใช้โมดูลเพลเทียร์แบบหลายขั้นตอน

ความสามารถในการทำความเย็นสูงสุด (Qmax):

หมายถึงความสามารถในการดูดซับความร้อนสูงสุดเมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิเป็น 0

คำแนะนำในการเลือก: กำลังการระบายความร้อนจริง (Qc) ในระหว่างการใช้งานนั้นน้อยกว่า Qmax มาก โดยทั่วไปแนะนำให้ Qmax มีค่าประมาณ 1.3 ถึง 2 เท่าของภาระความร้อนจริงของคุณ เพื่อให้มีระยะเผื่อสำหรับประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน

ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุด (ΔTmax):

หมายถึงความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดที่โมดูลทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกและองค์ประกอบเพลเทียร์สามารถทำได้ (เมื่อความสามารถในการทำความเย็นเป็น 0)

คำแนะนำในการเลือก: ค่า ΔTmax ที่เลือกควรสูงกว่าค่าความแตกต่างของอุณหภูมิที่ต้องการจริงประมาณ 10-20%

แรงดันและกระแสไฟฟ้า (Vmax / Imax):

โมดูลระบายความร้อนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายขั้นตอน (TEC module) มักมีความต้านทานภายในสูง และแรงดันไฟฟ้าอาจสูง (เช่น 24V, 48V หรือสูงกว่านั้น) ในขณะที่กระแสไฟฟ้าค่อนข้างน้อย โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟของคุณสามารถขับเคลื่อนโมดูลนี้ได้

ขั้นตอนที่ 3: ใช้ประโยชน์จากกราฟประสิทธิภาพ (การจับคู่ที่แม่นยำ)

นี่คือขั้นตอนที่สำคัญที่สุด อย่าเชื่อถือเพียงแค่ค่าสูงสุดที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะเท่านั้น!

ประสิทธิภาพของโมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายขั้นตอนนั้นไม่เป็นเชิงเส้น

กำหนดจุดการทำงาน: สำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิเป้าหมาย (ΔT) และความสามารถในการทำความเย็นเป้าหมาย (Qc) โปรดดูจากกราฟเส้นโค้ง

ค้นหาค่ากระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุด (Iop): ระบุค่ากระแสไฟฟ้าที่สอดคล้องกับค่าดังกล่าว

คำนวณอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงาน (COP): พยายามให้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกทำงานในบริเวณที่มีค่า COP สูงกว่า (โดยปกติประมาณ 30%-50% ของกระแสสูงสุด) แทนที่จะทำงานเต็มกำลัง การทำงานเต็มกำลังอาจให้การระบายความร้อนที่เร็วกว่า แต่จะสร้างความร้อนมากเกินไปและมีประสิทธิภาพต่ำมาก

ขั้นตอนที่ 4: โครงสร้างและการติดตั้ง

โมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายขั้นตอน (โมดูล TEC หลายขั้นตอน) มีความเปราะบางกว่าโมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแบบขั้นตอนเดียว (โมดูลเพลเทียร์แบบขั้นตอนเดียว) เมื่อเลือกประเภท ต้องคำนึงถึงโครงสร้างทางกายภาพด้วย:

ข้อจำกัดด้านขนาด:

โดยทั่วไปแล้ว ไม่แนะนำให้ทำโมดูลระบายความร้อนแบบเพลเทียร์หลายขั้นตอนให้มีขนาดใหญ่เกินไป (เช่น ใหญ่กว่า 62x62 มม.) เนื่องจากพื้นที่ขนาดใหญ่เกินไปอาจทำให้แผ่นเซรามิกบิดเบี้ยวหรือแตกได้ง่าย สำหรับการระบายความร้อนในพื้นที่ขนาดใหญ่ แนะนำให้ใช้โมดูลเพลเทียร์ขนาดเล็กหลายๆ โมดูลต่อกันแบบขนานหรือแบบอนุกรม

วิธีการเชื่อมต่อ:

การต่อแบบอนุกรม: แนะนำ กระแสไฟคงที่ ควบคุมง่าย หากชิ้นส่วนใดเสียหาย สามารถตรวจพบได้ง่าย (โดยการขาดตอนของวงจร)

การต่อแบบขนาน: ไม่แนะนำ หากความต้านทานภายในของอุปกรณ์ชิ้นใดชิ้นหนึ่งเปลี่ยนแปลง การกระจายกระแสไฟฟ้าจะไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดปรากฏการณ์ "การแย่งชิงกระแสไฟฟ้า" และเร่งให้เกิดความเสียหาย