Icepak高級建模13_熱電冷卻

icepak 2011-10-10

熱電冷卻器的選擇
TEC可以由以下參數(shù)估價:
–最大電流(Imax)
–最大功率(Qmax)
–最大電壓(Vmax)
–冷面和熱面之間的最大溫度差, ΔTmax
這些參數(shù)只能說明設(shè)備的最大工作能力,并不是實際的工作能力
釋放到熱面的熱量Qh, 計算如下:
Qh= Qc+ Qin
Qc= 冷面吸收的熱量
Qin= TEC輸入的電功率
= 驅(qū)動TEC的功率
= V*I (電壓X 電流)
選擇TEC包括選擇可以在比Imax和Vmax,小的下工作電流(I)和工作電壓(V) 下工作
多級TEC 用于溫度差大于COP所要的ΔT時
每一級都由單獨的一個TEC建模
–如果相鄰級大小相同,則可以在一個級的熱面和下一級的冷面外聯(lián)合在一起
–如果相鄰級大小不同,則必須使用陶瓷層把這兩個級分開

例:需要冷卻的系統(tǒng):
Qh= 22 W
Tamb= 25 C
Tcold= 5 C,
θhs= 散熱器熱阻= 0.15 C/W
使用TEC的參數(shù):
Imax= 6 amp.
Qmax= 51.4 W
Vmax= 15.4 V
ΔTmax= 67 C
決定工作電流:
–估計熱面的溫度, Th
熱電冷卻器的選擇
例(續(xù)上頁)
–Th= 10 C 高于環(huán)境溫度(i.e., Th = 35 C)
–所以ΔT = 35 -5 = 30 C
–從生產(chǎn)商提供的Q vsΔT 表中,讀出比Imax小的電流(I),使其總載荷能夠大于22 W
–I為3.6 A
–從V vsΔT 曲線上讀出對應(yīng)I=3.6 A 和ΔT = 30 C的電壓值,
–電壓為10V
–輸入的功率為Qin= VI = 10X3.6 = 36 W
–熱面的功率為, Qh= 22 + 36 = 58 W
–熱面的溫度為:
Th = Tamb+ θhsxQh= 25 + 0.15X58 = 33.7 C

計算得出的熱面溫度(Th=33.7 C)和假設(shè)的熱面溫度幾乎相同(Th= 35 C)
–所以,工作電流的選擇合理
–否則,基于新的Th,必須重復(fù)以上決定工作電流大小的操作,以獲得合理的電流
一些TEC 廠商提供可以針對應(yīng)用的問題通過反復(fù)迭代的方法決定工作條件的程序(TEC 大小, 設(shè)備功率, 冷面溫度, 環(huán)境溫度,和散熱器類型)
–在這一章的后面部分有一個練習專門介紹使用由Melcor提供的選擇工具包來選擇TEC的工作條件
熱電冷卻器的選擇ΔT, C
TEC性能曲線舉例(ΔT vs. V)

TEC性能曲線舉例(ΔT vs. Qh)ΔT, C
熱電冷卻器建模 Icepak中TEC的編輯菜單

熱電冷卻器建模固定溫度邊界(元件面)熱輸入邊界(散熱器面)Hollow blockIcepak簡化TEC模塊
TEC參考資料
Analysis of a Thermoelectric Cooler with Non-uniform Heating, M. J. Ellsworth and R. E. Simons, IBM, Proceedings of

IMECE: International Mechanical Engineering Exposition and Congress, Nov. 5-10, 2000, Orlando, FL.
An Introduction to Thermoelectric Coolers, Sara Godfrey, MelcorCorp., Electronics Cooling (www.electronics-cooling.com)

練習: TEC建模
1. 目的
這個練習的目的是使用電熱冷卻器來冷卻一個電子封裝:
-封裝大小= 2.5”x 0.25”x 2.5”
-封裝功率= 22 W
-環(huán)境溫度= 25 C
-冷面溫度= 5 C
2. 選擇TEC:
要選擇適合這個問題的TEC,可以使用TEC生產(chǎn)商提供的免費的軟件, 例如, Melcor提供的AZTECTM軟件.軟件的界面可見下頁.
-假定散熱器的熱阻低于0.5 C/W
-選擇名為One UT8-12-40-F1的TEC
-TEC 大小= 1.565”x 0.131”x 1.565”
3. 建模
TEC 模型包括:
-給定了特性曲線的風扇
-開孔率為70% 通風口
-一個名為device的block,功耗為22 W
-設(shè)備大小: 2.5”x 0.25”x 2.5”
-一個heat spreader
-TEC 主體(使用hollow block建模: 1.565”x 0.131”x 1.565”)
-絕熱層(由4 個block組成)
-常溫壁邊界(固定在5 C)
-熱源功率58.55 W (22 W + 36.55 W)
-一個散熱器