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Modelado de módulos termoeléctricos en LTspice

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Comprobando el modelo para un TEM típico.

Para verificar el comportamiento del modelo, considere los parámetros del CP40439 de CUI Devices, un TEM popular, como se muestra en la Tabla 1:

  • Eléctricos: Se = 65 mV/K, R0 = 2,3 ohmios
  • Térmicos: Сq = 6,23 J/K, Rq = 2,3 K/W

El siguiente paso es calcular la dependencia de la temperatura en el lado térmicamente no estabilizado del TEM ante la caída de voltaje en el módulo.

Al barrer la caída de voltaje en el rango de -5 V a +25 V se muestra claramente el punto de temperatura mínima observado en el lado frío del TEM en el valor -52 °C (figura 5).

Obviamente, si la caída de voltaje a través del TEM es 0 V, la temperatura en el lado frío es igual a la del lado caliente.

Modelado de módulos termoeléctricos en LTspice.
Figura 5: Cálculo de la temperatura en el lado del TEM térmicamente no estabilizado, relacionado con la caída de voltaje sobre el TEM (esquema de LTspice y resultado del modelado).

Realicemos otro cálculo del rendimiento del TEM con una carga conectada a terminales eléctricos.

Supongamos dos posibles estados extremos de la siguiente manera: la primera configuración con la carga a 1 kOhm (esto puede mostrar el rendimiento en estado de circuito abierto) y la segunda configuración con una resistencia muy baja a 1 mOhm (esto puede mostrar el rendimiento en cortocircuito y el estado del circuito). La figura 6 muestra el esquema del banco de pruebas.

Modelado de módulos termoeléctricos en LTspice.
Figura 6: Sistema LTspice para estados de condición extrema de un módulo (condiciones de cortocircuito y circuito abierto).

La tabla 2 resume los resultados del cálculo para diferentes TEM. Las condiciones extremas con caída de temperatura ΔT = T_caliente – T_frío se establecen de acuerdo con las respectivas hojas de datos del proveedor. Estos parámetros pueden ayudar a estimar los valores de salida más altos posibles de un módulo específico.

Modelo TEMT_fríoT_calienteΔTU_oc, VI_sc, A
CP40439-4127684.41.17
CP35147-4127680.461.01
TB-127-1.4-1.5-4327703.72.3
Tabla 2 Resultados de cálculo de varios TEM en condiciones de circuito abierto (OC) y cortocircuito (SC) en caídas extremas de temperatura, especificados por los fabricantes.

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