Refroidisseurs thermoélectriques à deux étages

Les refroidisseurs thermoélectriques à deux étages de X-Meritan utilisent une structure en série à deux étages dans laquelle le premier étage thermoélectrique fournit un étage de refroidissement intermédiaire pour le second. Dans des conditions de fonctionnement appropriées, cette configuration en cascade peut atteindre un différentiel de température plus important qu'un TEC à un étage.

Les modules utilisent des éléments thermoélectriques à semi-conducteurs et une alimentation CC, sans compresseurs ni autres pièces mécaniques mobiles. Ils conviennent au contrôle localisé de la température lorsqu'une construction compacte, de faibles vibrations et un fonctionnement contrôlé à basse température sont requis.

Structure en deux étapes

Un TEC à deux étages se compose de deux étages thermoélectriques connectés via une interface thermique intermédiaire :

Côté froid → Premier étage → Interface intermédiaire → Deuxième étage → Côté chaud

Le premier étage élimine la chaleur de la zone contrôlée, tandis que le deuxième étage transfère la chaleur vers le côté chaud. Le deuxième étage gère donc la chaleur transférée du premier étage ainsi que l’entrée électrique du module.

La différence de température réalisable dépend de la charge thermique, de la température du côté chaud, du courant de fonctionnement et des conditions de rejet de chaleur.

Structure des modules

Substrat Céramique

Les substrats céramiques en oxyde d'aluminium (Al₂O₃) fournissent une isolation électrique et un support structurel au module thermoélectrique tout en formant les surfaces thermiques entre les éléments thermoélectriques et le système thermique externe.

Éléments thermoélectriques P-N

Les éléments semi-conducteurs de type P et N forment le noyau thermoélectrique et assurent la conversion électrique et thermique nécessaire au refroidissement. X-Meritan utilise des matériaux thermoélectriques à base de Bi₂Te₃ pour les applications de contrôle de température ambiante et à basse température.

Interface thermique intermédiaire

Les deux étages thermoélectriques sont connectés mécaniquement et thermiquement via une interface intermédiaire. Ses caractéristiques thermiques et mécaniques doivent être prises en compte lors de la conception du module complet.

Connexion d'alimentation CC

Le module fonctionne à partir d'une source d'alimentation en courant continu. La configuration électrique, les câbles d'alimentation et les conditions de fonctionnement sont déterminés en fonction de la structure du module et des exigences de l'application.

Matériau thermoélectrique

X-Meritan possède des capacités couvrant le développement, la production, la fabrication de composants, l'assemblage et les tests de matériaux thermoélectriques. Ses composants TEC utilisent des matériaux extrudés à base de Bi₂Te₃-Sb₂Te₃.

Le processus d’extrusion applique une déformation plastique à haute pression pour former une structure dense et texturée. Cela prend en charge les processus ultérieurs de découpe et d’amincissement et permet la production de petits éléments thermoélectriques.

La qualité finale du matériau et les dimensions des éléments sont sélectionnées en fonction de la structure du module et des exigences de fabrication.

TEC à deux étages ou à un étage

Une configuration à deux étages est généralement envisagée lorsque la différence de température requise dépasse la plage pratique d'une conception à un étage.

Applications

Détection infrarouge

 Les refroidisseurs thermoélectriques à deux étages peuvent fournir un contrôle localisé de la température pour les détecteurs infrarouges et les composants de détection associés lorsqu'un différentiel de température plus important est requis.

Refroidissement du capteur CCD

Pour les systèmes d'imagerie basés sur CCD, le refroidissement thermoélectrique peut maintenir le capteur à une température de fonctionnement contrôlée où les exigences thermiques dépassent la plage pratique d'un module à un étage.

Communications aérospatiales et par satellite

La construction à semi-conducteurs de modules thermoélectriques peut être envisagée pour les équipements de communication aérospatiale et par satellite où l'architecture de l'équipement, l'espace disponible et les exigences en matière de vibrations limitent l'utilisation de systèmes de refroidissement mécaniques conventionnels.

Équipement médical et de laboratoire

La technologie thermoélectrique à deux étages peut être appliquée aux équipements d’analyse biochimique et aux étages froids de laboratoire nécessitant des conditions de basse température contrôlées.

Test de composants électroniques

Les modules TEC peuvent fournir un environnement thermique contrôlé pour les tests caractéristiques à basse température des composants électroniques et autres appareils sensibles à la température.

Développement personnalisé

X-Meritan prend en charge des modules thermoélectriques personnalisés basés sur les dessins, échantillons, dimensions et exigences des applications du client.

Un processus de développement typique est le suivant :

Examen des exigences → Conception de la structure → Production d'échantillons → Évaluation des performances → Confirmation → Production

Pour les nouvelles conceptions, les éléments d'ingénierie clés incluent la plage de température cible, la charge thermique, l'espace d'installation disponible, les conditions d'alimentation et la méthode de rejet de chaleur côté chaud.

Production et qualité

L'équipe X-Meritan possède plus de 10 ans d'expérience dans la gestion thermique des semi-conducteurs, avec des capacités couvrant le développement de matériaux thermoélectriques, la fabrication, l'assemblage et les tests de composants.

L'équipement de production comprend des équipements de soudage, de refusion, de distribution, de découpe, de scellement, de durcissement et d'impression, soutenus par des installations d'assemblage et de test dédiées.

Le système de gestion de la qualité suit la norme ISO 9001:2015. La documentation de conformité RoHS et REACH est disponible pour les produits et configurations applicables, avec une documentation spécifique confirmée en fonction du module fourni.

Informations de sélection

Pour l’évaluation technique et la sélection du TEC, les informations suivantes sont utiles :

Un dessin de produit, un module existant ou des données de test peuvent également être fournis lorsque le nouveau module doit remplacer ou correspondre à une conception existante.

FAQ

Pourquoi utiliser un TEC en deux étapes au lieu d’une conception en une seule étape ?

Les refroidisseurs thermoélectriques à deux étages sont envisagés lorsqu'un module à un étage ne peut pas fournir les conditions côté froid requises sous la charge thermique et la température côté chaud spécifiées.

Un TEC à deux étages peut-il fonctionner en dessous de 0°C ?

Oui. Un fonctionnement sous température ambiante inférieure à 0 °C est possible lorsque la conception du module, la charge thermique, les conditions du côté chaud et le système de contrôle sont adaptés à la plage de température requise.

Quelles informations sont nécessaires pour sélectionner un TEC en deux étapes ?

La température cible du côté froid, la température du côté chaud, la charge thermique, les dimensions disponibles, l'alimentation électrique et la méthode de rejet de chaleur font partie des principaux paramètres utilisés pour la sélection.

X-Meritan peut-il personnaliser les modules TEC à deux étages ?

Oui. X-Meritan peut développer des modules selon les dessins du client, les échantillons, les exigences dimensionnelles, les conditions électriques et les exigences de l'application.