TLK33 il regolatore per celle di Peltier

da Andrea Cattaneo

Ci sono molti modi per raffreddare o riscaldare superfici, fra questi vi è l’utilizzo delle celle di Peltier, strati di diversi semiconduttori che permettono di assorbire calore da un lato e rilasciarlo sull’altro.

I campi di applicazione sono moltissimi: dalla conservazione e trasporto di campioni biologici, al raffreddamento di sensori ottici, nei laser, nei piccoli frigoriferi portatili da auto, nei mini distributori di acqua fredda, nel controllo di temperatura dei quadri elettrici e così via.

I vantaggi sono:

  • Ingombri ridotti
  • Controllo attraverso componenti elettronici e non meccanici (es. compressori)
    quindi nessuna manutenzione e nessun rumore
  • Resistenza alle vibrazioni
  • Mancanza di elementi chimici (esempio gas) che li rendono non inquinanti nello smaltimento

Spesso però il controllo delle celle di Peltier richiede complessi circuiti di controllo appositamente progettati.

Il regolatore TLK33 è specificatamente progettato per controllare direttamente celle di Peltier con correnti fino a 7A.

La peculiarità del TLK33 consiste nel poter invertire automaticamente la corrente inviata alle celle, scambiando, quando necessario, il lato freddo rispetto al lato caldo e quindi poter operare un controllo caldo/freddo.

 

Principio di funzionamento delle Celle di Peltier

Facendo passare una corrente continua attraverso la superficie di contatto di due diversi conduttori, si verifica che da un lato viene assorbito calore (lato freddo) e dall' altro lato viene generato calore ( lato caldo ). Questo comportamento è detto effetto Peltier.

Coefficiente di Peltier positivo o negativo 

Per un determinato materiale, il verso della corrente definisce quale sarà il lato freddo e quello caldo.

Materiali differenti avranno coefficienti di Peltier diversi  (coefficienti usati per il calcolo della quantità di calore generata/assorbita da una giunzione).  Interessante è il fatto che alcuni materiali hanno coefficiente positivo ed altri negativo, ossia generano una inversione del lato freddo rispetto a quello caldo.P type Peltier Cell

L'effetto Peltier è più evidente nei semiconduttori, quelli drogati P hanno coefficiente positivo, quelli drogati N hanno coefficiente negativo.N type Peltier cell

Struttura di una cella di Peltier

Per eseguire il trasferimento di calore, ogni giunzione assorbe pochi mV ma alcuni Ampere di corrente.
La soluzione adottata nelle più comuni applicazioni è quella di collegare in serie semiconduttori di tipo N e di tipo P, attraverso una lamella di Rame.

Applicando tensione positiva alla cella N e negativa alla cella P, il lato superiore raffredda e quello inferiore riscalda, invertendo la tensione si cambia anche la direzione di trasferimento del calore.

Una normale cella di Peltier contiene alcune centinaia di giunzioni collegate in serie, in questo modo si ottengono tensioni di lavoro più elevate (es 12, 24 V DC), mantenendo la stessa corrente.

Peltier cell structure

Installazione tipica

Le celle di Peltier vengono utilizzate per controllare la temperatura in diverse applicazioni, nella maggior parte delle quali per raffreddare. Per sottrarre calore, il lato freddo viene fatto saldamente aderire al corpo da raffreddare.
Il calore sottratto dal lato freddo, è trasferito quindi sul lato caldo, assieme al calore di funzionamento della cella stessa. Da questo lato il calore deve essere quindi disperso nell'ambiente esterno attraverso appositi dissipatori.
Questa soluzione, per i suoi ingombri ridotti, viene utilizzata dove occorre raffreddare piccole quantità di materiale in modo rapido.

TLK33 , il controllore per celle di Peltier

Un apposito regolatore PID (TLK33) è stato sviluppato da Ascon Tecnologic specificatamente per controllare le celle di Peltier.

Questo regolatore compatto, di soli 33x75 mm, è in grado non solo di modulare ma soprattutto di invertire, senza necessità di circuiterie aggiuntive, la tensione di alimentazione delle celle di Peltier.

In questo modo il TLK33 permette di controllare sia la potenza che la direzione del flusso termico (riscaldamento o raffreddamento) mantenendo la temperatura in maniera accurata al variare delle condizioni termiche.

Il sistema completo

Una soluzione completa comprende: un sensore, un regolatore PID (TLK33) e una cella di Peltier.
Il TLK33 può essere collegato con i più comuni sensori grazie all’ingresso universale (RTD, T/C , mA e simili) e può effettuare una regolazione PID con l'inversione automatica dell'azione (freddo<-> caldo).
La sua uscita di comando può fornire una corrente sino a 7 Ampere.
In aggiunta il TLK33 può essere fornito con due uscite di allarme ausiliarie e due ingressi digitali.

TLK33 è lo strumento ideale per il controllo accurato delle celle di Peltier in qualsiasi settore.

Per maggiori dettagli visita la pagina del TLK33