온도 조절기 기술 및 응용 분야

레이저 장치를 구동할 때 공급된 전력의 일부만이 광 신호로 변환됩니다. 나머지 에너지는 열로 방출되며, 이 열을 제어하지 않으면 시스템의 부품이 손상되고 수명이 단축될 수 있습니다. 이는 레이저 다이오드 및 다양한 광전자 장치에서 특히 중요합니다.

예를 들어, 근적외선에서 동작하는 GaAs 레이저 다이오드는 온도 제어를 통해 25 °C로 유지할 경우 약 10,000 시간의 작동 수명을 가집니다. 그러나 온도 조절기를 사용하지 않을 경우 이상적인 온도보다 10 °C 높아질 때마다 수명은 2배씩 감소할 수 있습니다. 이에 따라 잠재적인 손상을 방지하고 비용을 절감하기 위해 온도 조절기로 구동되는 냉각 모듈을 채택하는 것이 현명한 선택입니다. 또한 잉여 열이 발광 면에 영향을 미쳐 출력 광의 양과 품질 모두 저하될 수 있으므로, 레이저 빔 품질을 보장합니다.

이를 방지하기 위해서는 적절한 온도 조절기와 수동 및/또는 능동 냉각 시스템의 병행 사용을 권장합니다.

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수동 냉각 시스템은 과도한 열을 방출하는 역할을 하며(예: 팬이 부착된 수조 등), 일부 저출력 및 중출력 시스템에는 충분할 수 있습니다. 그러나 Peltier 모듈이 포함된 TEC 컨트롤러를 사용하는 것이 일반적으로 더 안전하며, 엄격한 온도 안정성을 제공합니다.

TEC(열전소자)는 온도 조절기 하에서 한 면을 냉각하면서 반대편 면으로 열을 전달하는 전력이 공급되는 세라믹 모듈입니다. 레이저 마운트는 열이 방출되는 핫 사이드의 히트싱크 역할을 합니다. 콜드 사이드는 일반적으로 구리 혹은 알루미늄 냉각 플레이트를 통해 레이저 모듈과 연결됩니다. 구리는 열전도도와 온도 분포의 균일성 면에서 우수하여 선호됩니다.

온도 센서를 TEC 컨트롤러에서 냉각 플레이트에 연결하면 제어 루프가 완성됩니다. 서미스터가 삽입되는 전용 슬롯이 냉각 플레이트에 설계된 사전 설정 시스템은 열관성 최소화로 빠른 응답을 보장합니다. 고출력 응용의 경우 TEC 모듈의 핫 사이드에 워터 쿨러를 추가할 수 있습니다. 전문 냉각 모듈, Peltier 모듈 및 해당 TEC 컨트롤러의 조합이 최적의 성능을 실현합니다.

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가장 기본적인 형태의 열 손상 방지는 온/오프 온도 조절기입니다. 감지된 온도가 기준점보다 높을 때(냉각) 또는 낮을 때(가열)만 동작합니다. 중간 단계는 없으며, 기준점에 도달할 때까지 100% 전력을 가합니다. 이 단순한 방식은 정밀한 온도 제어가 필요하지 않은 시스템에 적합합니다.

PID TEC 컨트롤러를 사용하는 것이 민감한 장치를 보호하는 가장 효과적인 방법입니다. PID 컨트롤러는 공정 산업에서 널리 활용되며, 적절한 튜닝 시 더욱 복잡한 제어 시스템보다 효율적으로 성능을 발휘합니다. 전체 자동화된 산업 공정의 약 95%가 PID 온도 조절기를 사용하고 있습니다.

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PID 구성요소:

• 비례(P): 출력 전력이 기준값과의 차이에 비례하며, 비례 이득이 클수록 동일 오차에 대한 출력은 적어집니다.
• 적분(I): 오차의 누적값을 시간에 따라 통합하여 정상 상태 오차를 제거하며, 적분 이득이 크면 누적항이 느려집니다.
• 미분(D): 변화율을 바탕으로 미래의 편차를 예측하며, 미분 이득이 클수록 외란에 빠르게 반응합니다.

결과적으로, PID 온도 조절기는 급격한 변화에도 신속하고, 선제적이며, 정확하게 온도를 조절하여 레이저 다이오드와 광학 요소의 장기간 안정적인 성능과 수명을 지원합니다.

맞춤형 온도 조절기에 대해 문의사항이나 특정 요구사항이 있으실 경우 언제든지 연락주시기 바랍니다.