Введение в термоэлектрический охладитель TEC для лазерных диодов

TEC (Thermo Electric Cooler) — термоэлектрический охладитель или термоэлектрический охладитель. Его также называют холодильным чипом TEC, потому что он выглядит как чип-устройство.

Полупроводниковая термоэлектрическая технология охлаждения — это технология преобразования энергии, которая использует эффект Пельтье полупроводниковых материалов для охлаждения или нагрева. Он широко используется в оптоэлектронике, электронной промышленности, биомедицине, бытовой технике и других областях. Так называемый эффект Пельтье относится к явлению, когда постоянный ток проходит через гальваническую пару, состоящую из двух полупроводниковых материалов, один конец поглощает тепло, а другой конец выделяет тепло на обоих концах гальванической пары.

Принцип работы:

Термоэлектрические холодильные устройства обычно состоят из нескольких пар полупроводниковых термопар p- и n-типа, соединенных последовательно. При подключении источника постоянного тока температура одного конца термоэлектрического охлаждающего устройства уменьшится, а температура другого конца одновременно увеличится. Используя различные методы теплопередачи, такие как теплообменники, для непрерывного отвода тепла от горячего конца холодильного устройства, холодный конец устройства будет продолжать поглощать тепло из рабочей среды. Стоит отметить, что это явление полностью обратимо: простое изменение направления тока может привести к передаче тепла в противоположном направлении. Таким образом, на одном термоэлектрическом холодильном устройстве можно одновременно выполнять функции охлаждения и обогрева.

Термоэлектрический охладитель TEC состоит из внутреннего полупроводникового P-полюса, полупроводникового N-полюса и проводящего металла, а также керамической подложки для обмена температур на верхнем и нижнем слоях. Охлаждающая способность одной термоэлектрической холодильной пары ограничена, и TEC обычно состоит из десятков-десятков холодильных пар. Разница температур между горячим и холодным концами одного ТЭО может достигать 60–70°C, а температура холодного конца может достигать -20–10°C. Если вы хотите получить большую разницу температур и более низкую температуру холодного конца, вы можете объединить несколько TEC. На рынке доступны ТЭП различной формы в зависимости от сценариев и методов использования.

Классификация:

TEC предлагает широкий ассортимент термоэлектрической холодильной продукции, включая одноступенчатые термоэлектрические холодильные устройства, многоступенчатые термоэлектрические холодильные устройства, микротермоэлектрические холодильные устройства, кольцевые термоэлектрические холодильные устройства и другие типы.

1. Одноступенчатая серия: в соответствии с различными производственными процессами она делится на обычные серии, серии высокой мощности, серии для высоких температур и серии, пригодные для вторичной переработки. Продукты одноступенчатой ​​серии представляют собой стандартные продукты TEC, которые имеют более высокую производительность, более высокую надежность и разнообразие. Доступны в широком диапазоне охлаждающей способности, геометрии и входной мощности. Они в основном используются в промышленном, лабораторном оборудовании, медицинском, военном и другие поля.

2. Многоступенчатая серия: в основном используется в зонах с большой разницей температур или низкими температурными требованиями. Этот тип TEC имеет небольшую мощность охлаждения и подходит для случаев, когда требуется малая и средняя мощность охлаждения и большие перепады температур. Обычно используется в ИК-детектировании, ПЗС-матрице и фотоэлектрических полях. Разработка различных методов штабелирования может удовлетворить потребности глубокого охлаждения. Этот тип холодильника может обеспечить большую разницу температур, чем одноступенчатый ТЭЦ.

3. Серия Micro: спроектирована и разработана для работы в условиях высоких температур и небольших площадей. Продукты, разработанные с использованием передовых производственных процессов из высокоэффективных термоэлектрических материалов. Продукты, обычно используемые в лазерных передатчиках, оптических приемниках, лазерах накачки и других продуктах в индустрии оптической связи.

4. Серия колец: подходит для систем охлаждения со средней мощностью охлаждения. Эта серия продуктов имеет круглое отверстие в центре керамической горячей и холодной стороны для размещения выступов для оптического, механического крепления или датчиков температуры. Обычно используется в промышленном, электрическом оборудовании, лабораторном и оптоэлектронном оборудовании и других областях.

По сравнению с традиционными механическими методами охлаждения, технология термоэлектрического охлаждения не требует какого-либо хладагента и является экологически чистым твердотельным методом охлаждения. Он имеет небольшой размер, легкий вес, отсутствие вибрации и шума, точный контроль температуры, высокую надежность и может иметь такие преимущества, как работа под любым углом. Термоэлектрическая технология является одним из важных технических решений даже в определенных областях применения.

Активное охлаждение. Термоэлектрическое охлаждение — это метод активного охлаждения, позволяющий охлаждать объекты ниже температуры окружающей среды, что невозможно при использовании обычных радиаторов. Используя многоступенчатые термоэлектрические охладители в вакууме, можно достичь еще более низких температур, вплоть до -100°C.

Двухточечное охлаждение: термоэлектрическое охлаждение имеет компактную структуру и может обеспечить точный контроль температуры в небольшом пространстве или диапазоне, а также может даже обеспечить двухточечное охлаждение, чего невозможно достичь другими методами охлаждения.

Высокая надежность: термоэлектрическое холодильное оборудование не имеет движущихся частей, обладает высокой надежностью и может работать длительное время без обслуживания. Он подходит для систем, которые сложно разобрать после установки или требуют длительного срока службы.

Точный контроль температуры: термоэлектрическое охлаждение представляет собой источник постоянного тока, мощность охлаждения легко регулировать. Регулируя входной ток, можно добиться точного управления охлаждающей способностью и температурой, обеспечивая стабильность контроля температуры лучше, чем 0,01°C.

Охлаждение/нагрев: термоэлектрическая технология выполняет функции как охлаждения, так и нагрева. Одна и та же система может работать как в режиме охлаждения, так и в режиме нагрева, просто меняя направление тока.