Control of a thermoelectric cooling unit complex mixed electrical connection in an uneven temperature field

Abstract

A possibility of optimal thermal management of a number of temperature-dependent and heat-laden elements of radio electronicequipment with different power dissipation in an uneven temperature field using a set of thermoelectric cooling devices with mixed electrical connection and fixed geometry of thermocouple branches has been considered.Ratios for determining the relative operating current corresponding to the minimum supply voltage at a given thermal load for different temperature gradients and thermocouple branch geometries are derived. The possibility of selecting a supply voltage for a group of thermoelectric coolers with parallel electric connection using both analytical and graphical methods of solving a system of algebraic equations of first and second orders is shown. The basic parameters, reliability indices and dynamic characteristics of a thermoelectric cooler complex with mixed electrical connection when a group of thermoelectric coolers with series electrical connection operates at maximum cooling capacity and supply voltage variation of a group of coolers with parallel electrical connection are evaluated. Analysis of the research results showed the possibility of selecting the optimum supply voltage for a group of thermoelectric coolers with parallel electric connection in the interrelation of energy, mass-dimensional and dynamic characteristics, taking into account the reliability indicators of the complex as a whole. It is shown that by reducing the supply voltage of a group of thermoelectric coolers with parallelelectric connection included in the complex, the energy, mass-size and dynamic characteristics are improved, and the reliability of the complex with mixed electric connection in an uneven temperature field is increased.

Розглянуто можливість оптимального управляння тепловим режимом ряду термозалежних і теплонавантажених елементів радіоелектронної апаратури з різною потужністю розсіяння у нерівномірному температурному полі з використанням комплексу термоелектричних охолоджуючих пристроїв зі змішаним електричним з’єднанням і фіксованою геометрією гілок термоелементів. Одержані співвідношення для визначення відносного робочого струму, який відповідає мінімальному значенню напруги живлення при заданому тепловому навантаженні для різних перепадів температур і геометрії гілок термоелементів. Показано можливість вибору напруги живлення для групи термоелектричних охолоджувачів з паралельним електричним з’єднанням з використанням як аналітичного так і графічного методу вирішення системи алгебраїчних рівнянь першого і другого порядку. Приведена оцінка основних параметрів, показників надійності і динамічних характеристик комплексу термоелектричних охолоджувачів з послідовним електричним з’єднанням в режимі максимальної холодопродуктивності і варіацією напругиживлення групи охолоджувачів з паралельним електричним з’єднанням. Аналіз результатів дослідження показав можливість вибору оптимальної напруги живлення групи термоелектричних охолоджувачів з паралельним електричним з’єднанням у взаємозв’язку енергетичних, масогабаритних в динамічних характеристик з врахуванням показників надійності комплексу в цілому. Показано, що зі зменшенням напруги живлення групи з паралельним електричним з’єднанням, які входять в комплекс, покращуються енергетичні, масогабаритні і динамічні характеристики, підвищуються показники надійності комплексу зі змішаним електричним з’єднанням у нерівномірному температурному полі