System dynamic model and temperature control of a thermoelectric cooler

A linear dynamic model of the thermoelectric cooler including the heat sink and the cooling-load heat exchanger was derived using small-signal linearization method. It shows that the dynamic model of a thermoelectric cooler has two poles and one zero. The linear dynamic model is shown to vary with operating conditions. A linear feedback system is designed for the cold-end temperature control of a thermoelectric cooler using the average linear dynamic model of the thermoelectric cooler and a PDF controller structure. The step response tests show that the controller has a very satisfactory performance. Some tests under variable cooling load and ambient temperature are also performed to examine the disturbance-rejection property of the controller. Experimental results show that the cold-end temperature can be maintained at the fixed value within ±0.1°C irrespective of the variations of the cooling load and the ambient conditions. Un modèle dynamique linéaire d'un refroidisseur thermoélectrique, y compris du puits thermique et de l'échangeur froid a été conçu à l'aide d'une méthode de linéarisation des signaux de basse intensité. Les auteurs montrent que le modèle dynamique d'un refroidisseur thermoélectrique possède deux pôles et une valeur zéro. On a vu que le modèle dynamique linéaire varie selon les conditions de fonctionnement. Un système de rétroaction linéaire est conçu pour assurer la régulation de la température côté froid d'un refroidisseur thermoélectrique à l'aide du modèle dynamique linéaire et une régulation PDF. Les essais sur la réponse par paliers ont montré que la performance du régulateur est très satisfaisante. Les essais effectués dans diverses conditions de charge frigorifique et de température ambiante ont permis d'examiner les propriétés de perturbation/rejet du régulateur. Les résultats experimentaux ont montré que la température côté froid peut être maintenue à une valeur fixée avec une précision de ± 0,1 °C, quelques soient les variations de la charge frigorifique et les conditions ambiantes.