Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 20 января
 
 

Это интересно!

Ранее

Медведев утвердил распределение новых миллиардов на технопарки

Дмитрий Медведев утвердил выделения более 919 млн руб. из федерального бюджета на софинансирование создания технопарков в Новосибирской и Самарской областях, а также правила розыгрыша немногим более 2 млрд руб. среди остальных регионов на конкурсе.

Боевая авионика от «Гефест и Т» будет показана на авиасалоне МАКС-2013

Самолеты и вертолеты, оснащенные специальной вычислительной подсистемой СВП-24 разработки «Гефест и Т», будут демонстрироваться на Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2013.

«Спутникс» создаст систему электропитания наноспутников

Компании «Спутникс» и SAFT будут сотрудничать в области создания системы энергопитания для малых космических аппаратов.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

26 июля 2013

«Магнетар» внедряет в серию термоэлектрическое охлаждение сенсоров

Специалисты ООО «Магнетар» давно применяют элементы Пельтье для охлаждения и стабилизации температуры лабораторных образцов фотоприёмных устройств и следующим логичным шагом стало внедрение технологии охлаждения сенсоров в серийные изделия.

Л

ето, жара, кондиционеры... Однако для охлаждения компактных электронных изделий и сенсоров можно использовать более экономичные решения на базе элементов Пельтье.

Как известно шум сенсора растёт примерно в два раза на каждые 7 градусов, таким образом охлаждение на 20 градусов уменьшает шумы в восемь раз. Но, возможно, гораздо более важным результатом введения элементов управления температурой – стабилизация характеристик, которые перестают зависеть от внешних факторов, могут быть измерены и учтены при обработке видеоданных.

Но применение элементов Пельтье для лабораторных макетов и серийных устройств значительно отличается, так как ограничиваются требованиями по компоновке, потреблению, эстетике, экономике и другими. Сами по себе элементы Пельтье потребляют очень много. В среднем для переноса одного джоуля тепла необходимо затратить два, а значить рассеять три! Без достаточного радиатора и активного охлаждения в большинстве случаев не обойтись. В большинстве случаев элементы Пельтье применяют используя их максимальные характеристики, что приводит к существенным проблемам со сбросом тепла. Предвидя эти сложности, в ООО «Магнетар» произвели расчеты и исследования.

Оценка охлаждаемой мощности состоит из:

  • потребление сенсора;
  • потребление платы;
  • наводимое тепло за счёт излучения, находящегося вокруг корпуса, и за счёт непосредственной теплопередачи.

Например, общее потребление сенсора и платы составило около 0,4 Вт, а наводимое тепло – примерно столько же. То есть требуемая мощность Пельтье-преобразователя должна быть не менее 0,8 Вт. Общая отводимая мощность от преобразователя составит 2–3 Вт (и 7–10 Вт при двухступенчатом охлаждении). Оценка разности температур – около 20°С на ступень охлаждения. Важен выбор рабочей точки Пельтье преобразователя. На рисунке изображен типичный график, который связывает следующие важные величины между собой: потребляемый ток, перекачиваемая мощность, разность температур и напряжение на элементе:

Если смотреть на приведенный график, то для отвода 3 Вт и разницы температур 20°C необходим ток примерно 3,5 А, при этом напряжение на элементе составит 1,3-1.5 В. Запас по охлаждаемой мощности необходим, чтобы обеспечить температурную стабилизацию сенсора при различных внешних условиях.

Источника питания элемента Пельтье должен быть регулируемым источником тока. Кажущийся логичным простой вариант: работать на максимальной мощности термоэлектрического преобразователя, а температурную стабилизацию обеспечивать включением/выключением источника, применять нельзя по двум важным причинам. Во первых, при снятии напряжения на элемент Пельтье холодная сторона очень быстро, почти мгновенно нагревается, во-вторых, элементы Пельтье имеют ограничение на количество включений, которое хотя и очень велико, но всё же вполне реально на уровне 10-100 тысяч. Вследствие того, что были применены небольшие элементы Пельтье, рабочее напряжение на них ограничено долями и единицами вольт, стандартом же для питания наших камер является напряжение 12 В. Для питания таких элементов Пельтье необходимы источники с высоким КПД, который недостижим классическими step-down импульсными преобразователями, так как потери на диоде будут сравнимы с выходной мощностью. Для питания Пельтье элементов с малым напряжением и высокими токами применили преобразователи с синхронным выпрямителем, что позволило получить почти 90% КПД.

Результаты макетирования (см. фото) подтвердили верность выбранных решений, а также наличие небольшого запаса по охлаждаемой мощности:

  • потребление первой ступени охлаждения 2 Вт;
  • потребление второй ступени охлаждения 4 Вт;
  • разница температур в холостом режиме 60°C;
  • температура на второй ступени охлаждения +5°C;
  • перегрев радиатора 10°C (активное охлаждение);
  • КПД преобразователя 87%.

Следующим шагом коллектива ООО «Магнетар» стала сборка термостабилизированной камеры и оценка уровня шума при различных температурах. Для испытаний выбрали перспективный сенсор фирмы e2v EV7C661, обладающий низким уровнем шума чтения. «Бонусом» к разработке стал небольшой кусочек снега летом на столе разработчика:

Примечание редакции: вообще говоря, рабочую точку элемента Пельтье для охлаждения негерметичных сенсоров лучше регулировать таким образом, чтобы конденсация влаги и льда не образовывалась, даже если нет прямого контакта влаги с поверхностью сенсора – чтобы избежать искажения его показаний.

Читайте также:
Модуль охлаждения на тонких термоэлектрических пленках
Нанотехнология и термоэлектрические холодильники
Новое слово в беспроводных датчиках для сенсорных сетей и «умных» домов
Методы теплового расчета микросхем и дискретных устройств силовой электроники
«Роснано» инвестирует в производство термоэлектрических охлаждающих микроэлементов
«НЭВЗ Керамикс» произведет нанокерамику для электроники на 3 млрд

Источник: «Магнетар»

Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать







 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты