13 июля 2023
Элемент Пельтье представляет собой термоэлектрический преобразователь, выполненный в виде пластины с двумя выводами питания. Если к этим выводам приложить постоянное напряжение, то одна из сторон элемента начнёт охлаждаться, в то время как температура противоположной стороны будет расти. Таким образом мы получим пластину с горячей и холодной стороной по оба конца элемента. Также следует отметить одну закономерность. Если принудительно отводить тепло с горячей стороны (например с помощью радиатора), то температура холодной стороны будет снижаться еще больше, вплоть до обледенения.
На рынке можно встретить много разновидностей элементов Пельтье - от бытовых до промышленных. Некоторые из них используются в узконаправленных проектах, а некоторые имеют широкий спектр применения.
В случае прохождения электрического тока через такую термическую пару, запускается процесс выделения тепловой энергии на переходе p-n и одновременное поглощение тепла на n-p переходе. Вследствие этого, часть контакта, сопряженного с n-p переходом будет охлаждаться, а пластина со стороны перехода p-n начнёт изменять температуру в сторону её увеличения.
Так как элемент Пельтье - это довольно “прожорливый” модуль, то его прямое подключение к выводам Arduino строго запрещено. Логично предположить, что в данном случае необходимо иметь промежуточный силовой коммутатор, способный управляться логическим уровнем микроконтроллера и выдерживать ток до 6А. Первое что приходит на ум - это коммутировать Пельтье при помощи релейного модуля. Однако перед сборкой схемы следует уяснить несколько важных правил, которые помогут продлить жизнь термоэлектрического преобразователя:
На рынке можно встретить много разновидностей элементов Пельтье - от бытовых до промышленных. Некоторые из них используются в узконаправленных проектах, а некоторые имеют широкий спектр применения.
В случае прохождения электрического тока через такую термическую пару, запускается процесс выделения тепловой энергии на переходе p-n и одновременное поглощение тепла на n-p переходе. Вследствие этого, часть контакта, сопряженного с n-p переходом будет охлаждаться, а пластина со стороны перехода p-n начнёт изменять температуру в сторону её увеличения.
Так как элемент Пельтье - это довольно “прожорливый” модуль, то его прямое подключение к выводам Arduino строго запрещено. Логично предположить, что в данном случае необходимо иметь промежуточный силовой коммутатор, способный управляться логическим уровнем микроконтроллера и выдерживать ток до 6А. Первое что приходит на ум - это коммутировать Пельтье при помощи релейного модуля. Однако перед сборкой схемы следует уяснить несколько важных правил, которые помогут продлить жизнь термоэлектрического преобразователя:
- Пульсация питающего напряжения свыше 5% снижает эффективность работы элемента Пельтье в среднем на 30-40%;
- Крайне не рекомендуется для питания элемента Пельтье использовать релейные регуляторы, выполняющие частые циклы включения и выключения. Такая динамика приведет к ускоренной деградации полупроводниковых пар и через 1-2 месяца модуль выйдет из строя. Средний цикл старт-стопов бытовых элементов равен около 5000 переключений.
- Некоторые умельцы регулируют температуру элементов Пельтье при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такой подход аналогично релейным регуляторам способствует ускоренной деградации внутренних составляющих модуля.
На основании вышеизложенных фактов логичнее всего коммутировать питание элемента Пельтье при помощи полевого транзистора, способного открываться от логического уровня. На рисунке ниже показана соответствующая схема.
