Mengenal Peltier sebagai Modul Kulkas Mini dan AC Mini

Asal Mula Peltier

Pada pertengahan 1821, J.T. Seebeck menemukan bahwa jika dua logam yang berbeda terhubung pada dua titik yang berbeda ditahan pada suhu yang berbeda, dapat menghasilkan microvoltage / tegangan mikro. Fenomena ini disebut efek Seebeck. Beberapa tahun kemudian, Peltier menemukan bahwa jika tegangan diterapkan ke thermocouple, satu sisi persambungan thermocouple memanas sementara yang lain mendingin. Berlawanan dengan efek Seebeck disebut efek Peltier.

Panduan untuk merancang mesin pendingin solid-state kecil ini difokuskan pada chip Peltier yang tersedia secara umum. Chip Peltier adalah elemen-thermo yang memanfaatkan efek Peltier untuk mengimplementasikan pompa panas. Peltier memiliki dua pelat, satu dingin dan yang lainnya panas. Di antara pelat ada beberapa thermocouple yang terhubung bersamaan. Jika tegangan / volatge yang tepat diberikan, satu pelat menjadi dingin dan pelat lainnya menjadi panas.

Chip Peltier disebut pompa panas karena tidak menghasilkan panas atau dingin. Melainkan hanya memindahkan panas dari satu pelat ke pelat lainnya, sehingga mendinginkan pelat pertama. Ini juga disebut chip ThermoElectric Cooler (TEC). Singkatnya, dengan menerapkan arus searah (DC) ke chip TEC, perbedaan suhu dihasilkan antara bagian depan dan belakang perangkat (efek Peltier). Dari dua sisi panas dan dingin inilah bisa dikembangkan untuk dijadikan Kulkas Mini, AC Mini dan Dispenser. TEC1-12706 / TEC1-12705 adalah chip pendingin termoelektrik yang umum tersedia di pasaran.

Dalam TEC1-12706, huruf C setelah TE menunjukkan ukuran standar, dan 1 menunjukkan satu tahap T TEC. Tepat berikutnya muncul tanda hubung. Setelah tanda hubung, tiga digit pertama menunjukkan jumlah termokopel di dalam TEC. Di sini, ada 127 pasangan. Dua angka berikutnya menunjukkan arus kerja dari Peltier. Jadi, 06 menunjukkan ‘6 ampere.’

Pendingin Peltier

Pendingin Peltier adalah mesin pendingin yang terdiri dari elemen Peltier (chip TEC). Ketika arus searah dilewatkan melalui chip TEC, sisi suhu rendah menyerap panas dan sisi suhu tinggi memancarkan panas, menciptakan perbedaan suhu di kedua permukaan. Namun, karena panas yang dipancarkan lebih reaktif terhadap jumlah input listrik ke dalam modul daripada panas yang diserap, jika arus searah terus menerus melewati chip, panas yang dipancarkan melebihi panas yang diserap dan kedua sisi unit menjadi panas. Karena itu, sangat penting untuk menghubungkan chip TEC ke pendingin seperti sirip aluminium untuk secara efisien menyebarkan panas yang dipancarkan.

Singkatnya, ketika tegangan DC diterapkan pada chip TEC, pembawa muatan positif dan negatif dalam susunan pelat menyerap energi panas dari satu permukaan media dan melepaskannya ke substrat di sisi yang berlawanan. Permukaan di mana energi panas diserap menjadi dingin, dan permukaan berlawanan di mana energi panas dilepaskan menjadi panas!

Pendingin Peltier juga membutuhkan kombinasi heat-sink / fan yang kuat untuk mendinginkan chip TEC. Tabel di bawah ini menggambarkan spesifikasi chip pendingin termoelektrik TEC1-12706. Anda dapat membeli unit pendingin dan kipas CPU dengan spesifikasi yang hampir sama dengan kipas CPU untuk prosesor AMD: 80.6 × 80.6 × 69.4mm3 dengan pendingin aluminium. Pelat heat sink aluminium 60x60mm2 tambahan (dan pelumas termal) juga tersedia dengan harga pantas.

Chip TEC dan Tes Dasar

Sebelum memulai konstruksi aktual dengan chip TEC, ujilah untuk kondisi kerja yang tepat. Untuk itu, cukup sambungkan kabel merah (+) dan hitam (-) dari chip TEC (TEC1-12706) ke Power Supply DC 1.5V selama 10 hingga 30 detik. Setelah itu Anda dapat menguji chip TEC menggunakan ujung jari atau termometer digital untuk memastikan bahwa satu sisi chip panas dan sisi lainnya dingin. Cukup tandai wajah panas dan dingin dari chip TEC (misalnya, dengan huruf P dan D) menggunakan spidol permanen.

Menyalakan TEC

Mesin pendingin rakitan (chip pendingin termoelektrik, heat-sink dan kipas pendingin, semuanya dirakit) dapat dinyalakan dari unit / modul Switching Power Supply (SMPS) 12V 6A, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Lain-lain, coba baterai SMF 12V / 7Ah. Jika semuanya baik-baik saja, Anda akan melihat jejak es muncul di sisi pelat dingin dalam hitungan detik.

Perhatikan bahwa fungsi utama chip Peltier adalah pendinginan, dan chip Peltier memiliki peringkat daya yang berbeda sesuai dengan seberapa cepat sisi dingin mampu mendinginkan suatu objek. Faktor lain yang umumnya ditentukan adalah delta-T (dT), yang merupakan perbedaan maksimum antara suhu di kedua sisi.

Lebih lanjut, chip Peltier tidak berfungsi sesuai spesifikasi, kecuali ada sesuatu untuk membantu mengeluarkan panas dari sisi panas. Karena itulah diperlukan heat-sink berdaging. Ini adalah udara ambien dengan suhunya di mana panas hilang.

Nah, mesin pendingin yang sudah dirakit dan diuji sekarang dapat digunakan untuk membuat Kulkas Mini / AC Mini sendiri.

TEC Controllers / Drivers

Terkadang dibutuhkan pengontrol / driver TEC khusus. Tentu saja, ada banyak perangkat yang tersedia untuk aplikasi tingkat lanjut. Gambar dibawah menunjukkan perangkat pengontrol Peltier yang kaya fitur, dengan satu saluran umpan balik / feedback untuk menerima input dari termistor NTC untuk stabilisasi suhu.

Kontroler TEC mengatur arus yang dipasok ke chip Peltier sesuai dengan suhu objek yang diinginkan dan suhu objek yang diukur aktual. Untuk dapat mengontrol suhu objek, kita harus meletakkan sensor thermistor pada objek. Perhatikan bahwa penting untuk menempatkan sensor sedekat mungkin ke titik pada objek tempat kita perlu mempertahankan suhu yang diinginkan.

Karena pendinginan kipas pada heat-sink mengurangi hambatan termal dari heat-sink ke udara sekitar, sebagian besar pengontrol TEC kelas atas telah mendedikasikan output kontrol kipas yang didukung oleh teknik modulasi lebar-pulsa (PWM). Karenanya kipas meningkatkan kinerja termal dan mengurangi perbedaan suhu (dT), memungkinkan penggunaan heat sink yang lebih kecil.

Ukuran penting ketika memilih elemen Peltier adalah koefisien kinerja (COP). COP didefinisikan sebagai panas yang diserap di sisi dingin dibagi dengan daya input dari elemen Peltier. Hasil COP maksimum adalah daya input Peltier minimum. Jadi total panas minimal harus dihamburkan oleh heat-sink. Temperatur heat-sink yang lebih rendah menghasilkan dT yang lebih rendah. Jadi heat sink yang lebih kecil dapat digunakan, memungkinkan desain yang lebih menghemat ruang. Di sisi lain, ketika mengoptimalkan biaya, desain dengan COP yang lebih rendah harus digunakan.

DC atau PWM

Ada dua mode power supply / pengontrol untuk pendingin termoelektrik yang dioperasikan oleh efek Peltier : DC dan PWM. Meskipun dalam banyak situasi PWM digunakan untuk menggerakkan elemen Peltier, sebagian besar produsen elemen Peltier menyarankan mode DC dan secara eksplisit menyarankan agar kontrol PWM langsung terhadap elemen Peltier.

Dilaporkan bahwa elemen Peltier yang dikendalikan oleh PWM selalu kurang efisien dibandingkan aplikasi yang dikendalikan oleh DC. Masalah lain dengan mode PWM adalah gangguan elektro-magnetik (EMI) di kabel ke elemen Peltier.

Beberapa ahli merekomendasikan penggunaan PWM dengan filter L-C untuk mendapatkan arus drive bersih pada frekuensi yang lebih tinggi, sementara yang lain lebih suka mode DC yang relatif sederhana. Bagaimanapun, menurut dokumentasi, penting bahwa arus drive konstan dan halus dengan riak dan kebisingan yang sangat rendah untuk mencapai stabilitas yang baik. Riak mengurangi kemampuan pendinginan elemen Peltier.

Linier atau SMPS

Ada dua solusi populer untuk menghasilkan DC yang diperlukan untuk menggerakkan elemen Peltier — linier dan SMPS. Karena elemen Peltier / unit catu daya linier digerakkan oleh arus searah, unit catu daya linier akan bekerja secara optimal tetapi ini memiliki efisiensi yang buruk. Di sisi lain, unit SMPS memiliki efisiensi tinggi (> 90%) karena desain elektroniknya menyebabkan kerugian yang lebih sedikit. Karena alasan ini, Switching Power Supply (SMPS) lebih direkomendasikan untuk menggerakkan elemen Peltier.

++++++++ Semoga Bermanfaat +++++++++