Peltier: tensioni e potenza assorbita

Introduzione

Il mondo dei sistemi di raffreddamento ha subito una radicale svolta con l'introduzione delle piastrine peltier, vedendo la comparsa di raffreddatori attivi, capaci, cioè, "togliere"calore dal componente interessato e non solo di dissiparne la potenza. Senza entrare nella ennesima spiegazione dell'effetto fisico che permette a questi dispositivi di funzionare, ci basti ricordare che la piastrina peltier è un "oggetto" composto da due superfici ceramiche parallele fra loro, denominate "lato caldo" e "lato freddo" in base al fatto che la faccia si riscaldi o si raffreddi una volta alimentate. Il lato caldo va quindi raffreddato da un dissipatore, sia esso ad aria o un modello più performante a liquido, mentre il lato freddo va posto a contatto con un cold plate, messo a sua volta a contatto diretto con la CPU (ad esempio). Per funzionare però tali dispositivi necessitano di una tensione, per i modelli più comuni, di 15V o inferiore, e di una elevata corrente, che può variare dai circa 3-4 A di un modello da 60W fino ai 18 A di un modello da 156W.

Balzate subito all'attenzione del popolo degli overclockers, grazie alla ottima potenza dissipativa di cui sono in grado, le piastrine peltier si sono però rivelate abbastanza complicate nell'applicazione pratica, a causa di vari motivi tra cui :

- Difficoltà per quanto riguarda il raffreddamento del lato caldo della piastrina.

- Elevati requisiti di energia elettrica assorbita.

- Formazione della condensa se la temperatura scende di un certo valore sotto temperatura ambiente (tabella disponibile a questo indirizzo).

L'idea di questa prova mi è venuta leggendo alcuni thread sul forum Overclock di Hwupgrade, riferiti appunto all'utilizzo di queste piastrine, in cui emergevano opinioni molto contrastanti fra loro. In questa breve "tech-page" vi illustrerò quindi come varia la potenza dissipata dalla piastrina peltier in base alla tensione di alimentazione.

Gli strumenti per il test

La strumenzazione utilizzata per effettuare questo test è composta unicamente da:

- Alimentatore ad alta potenza con tensione regolabile da 0 a 30VDC con 20A di picco.

- Dissipatore artigianale in alluminio con ventola da 120mm

- Cold Plate in rame di 10mm di spessore

- 2 multimetri digitali ( 1 in parallelo alla peltier per misurare la tensione di alimentazione e 1 in serie alla piastrina per la misurazione della corrente assorbita). - Piastrina Peltier da 120W 50x50x4

Risultati ottenuti

I livelli di tensione che ho scelto per la prova sono stati di 5, 12 (entrambi forniti da un normale alimentatore da PC) e 15V, tensione massima segnalata dai produttori. La prova ha quindi il compito di evidenziare come varia la corrente assorbita, e quindi anche la massima potenza dissipabile, in base alla tensione di alimentazione. Nella tabella sottostante sono riportati i risultati ottenuti :

Come si può chiaramente capire dai dati appena riportati, le piastrine peltier sono in grado di dissipare potenze superiori con l'aumentare della tensione applicata. La potenza massima dissipabile la si ha quindi con tensione di 15V, limite dichiarato dai produttori. E' importante considerare, quando si dimensiona l'alimentatore che andrà ad alimentare la peltier, tenere conto della corrente assorbita allo spunto, ovvero all'avvio(circa 3-4 secondi), dalla piastrina, corrente abbastanza più elevata della corrente assorbita durante il normale funzionamento. I dati ricavati dalla prova non rappresentano però una situazione reale di funzionamento, visto che sono stati effettuati con una peltier non "caricata" ovvero con lato freddo a contatto con una superficie che non dissipa potenza. In condizioni reali quindi il consumo della piastrina sarà sicuramente superiore, ma per determinare gli effettivi aumenti bisognerebbe effettuare una prova pratica. Il grafico sottostante rappresenta l'andamento della potenza dissipabile in relazione alla potenza applicata.

(clicca sull'immagine per vederla ingrandita)