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Worauf zu achten ist

Design mit Peltier-Modulen

26. September 2019, 12:07 Uhr | Corinna Puhlmann-Hespen

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Seite 2: Design mit Peltier-Elementen

Die Oberfläche eines Peltier-Moduls muss derjenigen der Wärmequelle ähnlich sein. Eine große Abweichung lässt sich mit einem Wärmeverteiler ausgleichen. Dieser besteht normalerweise aus Aluminium oder Kupfer.

Wie eine LED sind thermoelektrische Module stromgesteuerte Bauelemente. Der einfachste Weg, die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erzielen, besteht darin, ein Peltier-Modul mit einer geregelten Stromquelle zu betreiben, die entsprechend konform ist, um die erforderliche Lastspannung bereitzustellen. Dies lässt sich aus dem Datenblatt des Moduls und den Betriebsbedingungen entnehmen.

Am Beispiel des Moduls CP603315H lässt sich der Aufbau eines thermoelektrischen Kühlsystems näher erläutern. Die erforderliche Wärmeübertragung, die Oberflächentemperatur und die Objektoberfläche sind dabei bekannt. Vorausgesetzt wird:

20 W Wärmeübertragung durch das Modul
20 °C Temperaturdifferenz über dem Modul
30 °C Temperatur der heißen Seite (27-°C-Diagramm verwenden)
30 mm × 30 mm Objektoberfläche

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Die beiden Kurven „Wärmeenergie über der Temperatur“ und „Eingangsspannung über der Temperatur“ werden zur Berechnung des Betriebsstroms und der Betriebsspannung verwendet. Dazu sind folgende Schritte erforderlich:

Einzeichnen einer horizontalen Linie bei 20 W auf der wärmebezogenen Achse, welche die durch das Modul übertragene Leistung darstellt.
Einzeichnen einer vertikalen Linie bei 20 °C, die der Temperaturdifferenz, die über das Modul aufrechterhalten wird, entspricht.
Die beiden Linien kreuzen sich bei ca. 2,7 A. Dies ist der Strom, der für den Betrieb des Moduls erforderlich ist.
Nun kann man im Eingangsspannungsdiagramm markieren, wo die vertikale Linie 2,7 A schneidet.
Dies entspricht ca. 7,5 V, was der erforderlichen Spannungskonformität der Stromquelle entspricht.
Der Stromverbrauch des Moduls bei 2,7 A und 7,5 V beträgt 20 W. Die vom Kühlkörper abgegebene Gesamtwärme beträgt somit 40 W (20 W Wärmequelle + 20 W Modul).

Fazit:

Als Alternative zur konventionellen Kühlung mit einem direkt angebrachten Kühlkörper kann die Verwendung eines thermoelektrischen bzw. Peltier-Moduls eine höhere Temperaturgenauigkeit und überlegene Stabilität dank eines schnelleren Einschwingverhaltens gewährleisten, während gleichzeitig die Entwicklungen im Halbleiterbereich zuverlässige und kostengünstige Module ermöglichen. Macht man sich mit den Grundlagen dieser leistungsstarken kleinen Module vertraut, vereinfacht sich die Wahl der richtigen Größe und Leistungsmerkmale erheblich.