Hallo Forum,
Ich bastle derzeit an einem kleinen Wärmetauscher welcher mit Hilfe
eines Peltierelements ein Aquarium im "Durchlauf" (vor allem) Kühlen und
auch heißen kann.
Den Wärmetauscher, inklusive Wärmeabfuhr und Wasserdurchfluss habe ich
bereits fertig, einen kleinen Eindruck davon könnt ihr aus den
angehängten Konstruktionsentwürfen gewinnen.
(Ein Foto davon kann ich gerne nächste Woche hochladen falls es jemanden
interessieren sollte! ;) )
Gesteuert wird das TCL über einen VNH2SP30 (Popolu MD01B Eval Board)
welches ich bisher rudimentär über einen Arduino steuere und mit ~19 kHz
PWM-Frequenz betreibe.
Soweit so gut, jedoch habe ich bereits mehrfach gelesen, dass der
PWM-Betrieb für TCLs nicht das gelbe vom Ei ist, wegen der erhöhten
Elektrischen Verluste durch die Taktung (Verlust quadratisch zum
fließenden Strom), der Verluste durch die interne Wärmeleitfähigkeit des
TCL (ist das TCL aus, fließt Energie von der Warmen zur kalten Seite,
welche man danach erst einmal wieder "wegpumpen" muss...) und nicht
zuletzt die wohl immense Verkürzung der Lebensdauer des Peltiers...
Also dachte ich mir, gesagt getan, Glätte ich doch einfach die PWM und
gebe sie dann auf das Peltier.
Dazu habe ich mir angesehen, dass sich ein LC-Tiefpass eignen würde,
stehe nun jedoch vor dem Problem der richtigen Dimensionierung von L und
C und vor allem der Auswahl der diversen passenden Spulen...
Betriebsdaten des TCL:
-Versorgungsspannung: 12 V
-Maximalstrom bei 12V: 3 A (5-10 A sollen vllt. später möglich sein.)
-PWM-Frequenz: 19 kHz
-Grenzfrequenz: Ka, siehe unten.
-Tolerierbarer Ripple: KA (Ab wann arbeitet das TCL "gut genug"?)
-Der Filter muss nicht besonders schnell reagieren
-Bauteile am besten über RS-Components beschaffbar
(ev. Vorschläge welche Art von Spule / Kondensator
verwendet werden kann)
-Lässt sich der Filter verpolen bei gleichbleibender Funtion?
Vielleicht hat ja jemand von euch ne tolle Idee wie man das Geschickt
lösen / dimensionieren kann und in wie fern das Glätten der PWM bei TCL
notwendig scheint.
Vielen Dank an euch bereits im Vorraus!
Bernhard Keller schrieb:> Soweit so gut, jedoch habe ich bereits mehrfach gelesen, dass der> PWM-Betrieb für TCLs nicht das gelbe vom Ei ist, wegen der erhöhten> Elektrischen Verluste durch die Taktung (Verlust quadratisch zum> fließenden Strom),...
Warum betreibst du den TEC nicht an einer Stromquelle - vorzugsweise
einer getakteten (siehe
Konstantstromquelle: Konstantstromquelle mit Schaltregler)
Die Speicherspule glättet dann gleichzeitig deinen Strom.
Falls du unter den Taupunkt kühlst, denke an den Kondenswasserschutz.
> ... und nicht> zuletzt die wohl immense Verkürzung der Lebensdauer des Peltiers...
Die Lebensdauer geht hauptsächlich wegen der mechanischen Spannungen
durch Abkühl-/Erwärmungszyklen in die Knie. Man muss also schneller im
Vergleich zur Wärmeleitung sein.
Bernhard Keller schrieb:> Ich bastle derzeit an einem kleinen Wärmetauscher welcher mit Hilfe> eines Peltierelements ein Aquarium im "Durchlauf" (vor allem) Kühlen und> auch heißen kann.
Ich hatte jetzt keine Lust, Google auf die Suche nach deinem Board zu
schicken, aber wenn du sowohl Kühlen, als auch Heizen möchtest, ist
statt einer Halbbrücke eher eine komplette H-Brücke angesagt.
Die Wärmekapazität des Aqariums ist doch riesig. Um da ern Grad
Temperatuunterschied zu erzeugen muss das Peltier doch mindestens eine
halbe Stunde laufen.
Was willst da mit einer Linearen Ansteuerung?
Zweipunkt -Rgler mit Hysterese ist völlig ausreichend.
...-..- schrieb:> Bernhard Keller schrieb:>> Soweit so gut, jedoch habe ich bereits mehrfach gelesen, dass der>> PWM-Betrieb für TCLs nicht das gelbe vom Ei ist, wegen der erhöhten>> Elektrischen Verluste durch die Taktung (Verlust quadratisch zum>> fließenden Strom),...> Warum betreibst du den TEC nicht an einer Stromquelle - vorzugsweise> einer getakteten (siehe> Konstantstromquelle: Konstantstromquelle mit Schaltregler)> Die Speicherspule glättet dann gleichzeitig deinen Strom.>> Falls du unter den Taupunkt kühlst, denke an den Kondenswasserschutz.>>> ... und nicht>> zuletzt die wohl immense Verkürzung der Lebensdauer des Peltiers...> Die Lebensdauer geht hauptsächlich wegen der mechanischen Spannungen> durch Abkühl-/Erwärmungszyklen in die Knie. Man muss also schneller im> Vergleich zur Wärmeleitung sein.
Hallo, und danke erstmal für eure Antworten.
Wie ich bereits geschrieben habe verwende ich als Endstufe einen
VNH2SP30, also eine integrierte H-Brücke bis 30A.
--> Daher suche ich auch nach einem Filter um nachträglich meine PWM zu
Glätten, der VNH2SP30 ist einfach zu Praktisch um ihn durch eine
getaktete Stromquelle zu ersetzen bei der es dann schon wieder
interessant wird noch eine H-Brücke nachzuschalten... ! ;)
Das Umschalten der Polarität und die PWM ist also kein Problem.
Wie gesagt, das Gesamtsystem läuft bereits ziemlich gut und temperiert
20 l Wasser bereits problemlos. (Heizen und kühlen!)
Unter den Taupunkt komme ich mit stetem Wasserdurchfluss durch den
Kühler eh nicht. Dafür wird an beiden Seiten viel zu viel Wärme von
Außen zugeführt, das Peltier läuft eigentlich permanent mit einem deltaT
kleiner 3° C. Zusätzlich messe ich noch die Temperaturen auf Ober und
Unterseite meines übrigens abgedichteten TCLs, ich denke also der
Taupunkt ist zu genüge "behandelt".
--> Die Wärmekapazität des Aquariums spielt natürlich eine große Rolle,
in diesem Falle handelt es sich jedoch nur um ein Nano-Aquarium mit 30 l
für Garnelen, und diese 30 l schafft das Peltier recht gut.
Einen 3-Punkt Regler Hatte ich bereits implementiert, jedoch war die
Anzahl der Schaltzyklen dann wirklich exorbitant hoch (etwa alle 10-15
sek im eingeschwungenen Zustand, das geht mit PWM und PID besser!).
--> Zwei / Dreipunktregler tötet innerhalb kürzester Zeit jedes Peltier!
(Außerdem erhöhen sich dadurch die Verluste im TCL!)
Also, verbleibt die Frage: Stromglättung?
Hallo,
warum nutzr Du ne PWM mit 19khz , du hast es hier mit ner
Temperaturregelung zu tun, da langt sowas wie ne ganz langsame PWM im
Sekundenbereich.
gruß,
Björn
Ich hab mal ein PDF zur Handhabung von TCLs angehängt.
Die Punkte auf der ersten Seite würde ich gerne in etwa abdecken...
Punkt 4 und 5 auf Seite 1 fehlen also noch.
Bernhard Keller schrieb:> Also, verbleibt die Frage: Stromglättung?
Dann brauchst du also eine Spule, die deinen Maximalstrom verträgt, ohne
dass der Kern in die Sättigung geht und die genügend Induktivität
besitzt, so dass bei deiner PWM-Frequenz die Strommodulation unter 2%
bleibt. Du bekommst dann allerdings keine Stromregelung, sondern
zusammen mit dem VNH2SP30 nur eine Steuerung. Da du aber eigentlich nur
steile Temperaturgradienten verhindern mußt, soll das egal sein.
Michael A. schrieb:> Bernhard Keller schrieb:>> Also, verbleibt die Frage: Stromglättung?> Dann brauchst du also eine Spule, die deinen Maximalstrom verträgt, ohne> dass der Kern in die Sättigung geht und die genügend Induktivität> besitzt, so dass bei deiner PWM-Frequenz die Strommodulation unter 2%> bleibt. Du bekommst dann allerdings keine Stromregelung, sondern> zusammen mit dem VNH2SP30 nur eine Steuerung. Da du aber eigentlich nur> steile Temperaturgradienten verhindern mußt, soll das egal sein.
Vielen Dank, genau das wollte ich hören!
Ich kenne mich bisher noch sehr wenig mit Spulen aus und die Auswahl ist
ja wirklich groß...
ich hatte mir einen L-C Filter nach dem VNH2SP30 vorgestellt mit recht
niedriger Grenzfrequenz? (was ist da realistisch?)
Welcher Typ Spule wäre denn der richtige und wie dimensioniere ich das
geschickt? Das werden ganzschöne Trümmer oder?
Ich habe bei einer ähnlichen Thematik einen anderen Ansatz gehabt,
vielleicht interessant für dich?
Ich bin dabei, einen Peletier-Luftentfeuchter (Conrad/Elro 250) zu
modifizieren. Ich will den im Keller einsetzen und blöderweise hat der
keinen Frostschutz. Bei Temperaturen<15° friert der ein und arbeitet
nicht mehr.
Ich will dem jetzt mit einem ATMega ausstatten und das Pelitier-Element
so exakt steuern, dass es nur bis kurz vor den Gefrierpunkt
herunterkühlt.
Die Regelung wird über einen Buck-Fertigbaustein laufen. Ich modifiziere
dafür einen KIS-3R33S und packe da noch einen 7Bit-I²C-Digitalpoti für
1,40€ dran. Damit kann ich mit einem sehr einfachen Aufbau die
Pelitier-Versorgungsspannung in 0,1V-Schritten regeln. Der KIS hat einen
Wirkungsgrad von 88-93%, je nach Differenzspannung und Last. Die
Ausgangsspannung hat dank 350kHz Schaltfrequenz schon mit einem 10µF
Tantal-Kondensator (bei 3A) eine Restwelligkeit von > 100mV.
Den KIS habe ich im Zehmerpack bei eBay für 89cent/Stück geschossen. Er
macht bis 3A, somit grenzwertig für deine Anwendung. Alternativ gibt es
noch den KIM-055L, der macht bis 5A, ist im Zehnerpack ebenfalls für ca.
1€ zu haben. Ich habe mir auch davon einen Zehnerpack geholt, die kann
man für eine Menge Sachen brauchen (5V-USB-Ladegerät für KFZ etc).
Bei deiner Anwendung bräuchtest du natürlich trotzdem eine Brücke zum
umpolen.
Aber die Idee ist gut, ich habe auch ein 160L-Aquarium und das wäre echt
praktisch. Wenn man ein 30W-Pelitier-Element nimmt, dann zieht man 30W
Wärmeenergie aus der Luft+30W Verlustenergie des Pelitier-Elements=60W
Heizleistung zum 30W Preis.(Ok, die Heizleistung kommt dann letztlich
auch von der Heizung, aber das ist immer noch billiger als Heizen
ausschließlich mit Strom)
Ein Externer Schaltregler kommt für mich leider nicht in Frage...
Ich würde gern den VNH2SP30 so verwenden wie ich ihn derzeit einsetze,
und einfach nur dessen Ausgang Filtern...
Dennoch vielen Dank für deine Ausführung! ;)
Die Kis besitze ich von vermutlich selbem Händler von ebay auch! ;)
Eine Externe Klima-Anlage hat am Nano-Aquarium natürlich den Charm, den
wenigen platz des Beckens nicht auch noch mit Technik zu verschwenden!
:)
P.s.: Das Aquarienwasser fließt natürlich durch Edelstahlröhren aus V4A!
Bin gerade dabei mit LT-Spice ein wenig zu Simulieren wie sich ein
LC-Filter verhält, jedoch tue ich mir noch etwas schwer eine
Induktivität mit min 10 A und ~2 mH zu finden...
Bernhard Keller schrieb:> Das werden ganzschöne Trümmer oder?
Das kommt auf die PWM-Frequenz und den Strom drauf an. Das C muss nicht
sein, weil die Spule alleine schon den Stromanstieg limitiert.
Ich habe eben mal ein wenig mit LT-Spice simuliert.
Was haltet ihr hiervon? Oder sollte das noch glatter sein?
Strom-Ripple sind etwa 1,4%, 45 mA Amplitude.
Denk beim VNH dran, dass er ausreichend gekühlt werden muss. So wie ich
die Kühlflächen auf dem Board sehe, fallen sie schon recht klein aus.
Ich habe selbst das Teil mal verbaut mit den im Datenblatt angegebenen
Thermal Design und selbst da kocht er recht schnell. Am besten
spendierst Du ihm einen kleinen Kühlkörper oder Packst das Package auf
eine Metallplatte (Gehäuse).
Darüber hinaus solltest Du nicht vergessen, wieviel Strom so ein Element
zieht. In heutigen Zeiten kein unwesentlicher Faktor mehr.
Martin Schwaikert schrieb:> Denk beim VNH dran, dass er ausreichend gekühlt werden muss. So wie ich> die Kühlflächen auf dem Board sehe, fallen sie schon recht klein aus.> Ich habe selbst das Teil mal verbaut mit den im Datenblatt angegebenen> Thermal Design und selbst da kocht er recht schnell. Am besten> spendierst Du ihm einen kleinen Kühlkörper oder Packst das Package auf> eine Metallplatte (Gehäuse).>> Darüber hinaus solltest Du nicht vergessen, wieviel Strom so ein Element> zieht. In heutigen Zeiten kein unwesentlicher Faktor mehr.
Der Chip wird bei mir nichtmal handwarm, mein Peltier läuft ja auch
"nur" mit 5 A.
Aber ja, nen Kühlkörper wird der schon noch bekommen wenns mehr werden
soll.
Stromverbrauch spielt da erstmal ne untergeordnete Rolle, normale
Aquarienheizer haben auch Leistungen in der Größenordnung.
Hat jemand noch Tipps zur Glättung des Stroms?
Zum Beispiel was für eine Spule ich genau verwenden kann?
--> Eine Ideale Spule weicht ja schon erheblich von einer realen ab...
(es gibt Drosseln, Filter, Chokes etc... welche sind geeignet?)
Bernhard Keller schrieb:> Doch, schon ein gutes Bisschen...
Ok, mit einem Kondensator, dessen ESR deutlich klein gegenüber dem
Lastwiderstand ist, läßt sich da schon noch etwas bügeln. So sieht das
doch ganz brauchbar aus.
Wenn ich das Tool richtig verwende für etwa 50% Duty-Cycle siehe Anhang.
Für 10 mA Ripple (PP) etwa 19 mH...
Das scheint mir ein wenig viel!
Edit: Sry, falscher Anhang
Hallo zusammen,
ich habe mit Interesse den Thread verfolgt. Ich möchte ich ebenfalls
einen VNH2SP30 zur Regelung eines TEC einsetzen. Momentan suche ich eine
Richtlinie wie ich am besten den LC Filter am TEC berechnen soll. Ich
habe 15,7V und max. 30A. Welche Formeln/Guides habt ihr für eure
Berechnungen benutzt?
Grüße
Ich hab einfach mal mit LTSpice rumgespielt...
Bisher noch ohne großen Erfolg...
Das hab ich mal als Vorlage benutzt:
http://www.electronicdeveloper.de/FilterPassivTiefpassLC_2O.aspx
Jedoch sind die Bauteilwerte die dabei herrauskommen wie ich finde zwar
logischerweise sehr groß...
Ich weiß noch nicht ob ich brauchbare Induktivitäten mit 3 mH (bis 10A)
und 800 µF Kondensatoren (Für Wechselstrom geignet...) bekommen kann...
Ich denke das könnte schwer und teuer sein...
Aber vielleicht kennt ja jemand ne brauchbare Lösung?
P.S.: Der VNH2SP30 wird recht sicher nicht bis an die 30 A Grenze
benutzbar sein. Reelle Messwerte sprechen so von 10 A...
Ja am Pspice bin ich im Moment auch dran, aber meine Ergebnisse sind
auch nicht so Top.
Habe auch bereits gelesen, das der VNH2SP30 die 30A nicht kann. Wenn ich
24A raus bekomme wäre das OK. Ich muss morgen mal die thermischen
Widerstände des VNH2SP30 ausrechnen. Da die Temperatur ja die maximale
Stromstärke begrenzt. Dachte daran den VNH2SP30 auf einem PCB mit
Aluminiumkern zu löten und das ganze PCB per Wasser zu kühlen, da ich eh
schon eine Wasserkühlung brauche.
Soso, du möchtest deinen VNH mit Wasser kühlen, ich benutze ihn dafür
;-)
Ich glaube ne diskrete H-Brücke mit entsprechendem Steuerchip und
starken MOSFETs macht an der Stelle mehr Sinn...
BTW: Welche Art von Drossel verwendet man bei solchen Filtern?
Jürgen Dürrwang schrieb:> Ja am Pspice bin ich im Moment auch dran, aber meine Ergebnisse sind> auch nicht so Top.>> Habe auch bereits gelesen, das der VNH2SP30 die 30A nicht kann. Wenn ich> 24A raus bekomme wäre das OK. Ich muss morgen mal die thermischen> Widerstände des VNH2SP30 ausrechnen. Da die Temperatur ja die maximale> Stromstärke begrenzt. Dachte daran den VNH2SP30 auf einem PCB mit> Aluminiumkern zu löten und das ganze PCB per Wasser zu kühlen, da ich eh> schon eine Wasserkühlung brauche.
Man sollte sich halt vor Augen halten, dass der VNH eigentlich nicht für
den Dauereinsatz konzipiert ist. Für elektrische Sitzverstellung oder
Fensterheber ist er mit Sicherheit ausreichend, aber ob ich das Teil
dauerhaft im Grenzbereich fahren würde? Dann doch eher einen klassischen
Brücktreiber + 4 Mosfet (+ Dioden) löst das Problem doch auch sehr
elegant und Du musst dich nicht mit dem Thermal Design herumschlagen.
Das kostet beim VNH nämlich richtig PCB Fläche.
Martin Schwaikert schrieb:> Man sollte sich halt vor Augen halten, dass der VNH eigentlich nicht für> den Dauereinsatz konzipiert ist. Für elektrische Sitzverstellung oder> Fensterheber ist er mit Sicherheit ausreichend, aber ob ich das Teil> dauerhaft im Grenzbereich fahren würde? Dann doch eher einen klassischen> Brücktreiber + 4 Mosfet (+ Dioden) löst das Problem doch auch sehr> elegant und Du musst dich nicht mit dem Thermal Design herumschlagen.> Das kostet beim VNH nämlich richtig PCB Fläche.
Ich habe mir eure Tipps zu Herzen genommen und bin jetzt auf den BTN7960
von Infineon umgeschwenkt. Da ich nur kühlen muss (300W LED) hab ich
mich für einen BTN7960 entschieden. Mich würde noch interessieren wie
ihr das LC zur Glättung ausgelegt habt. Ich habe als cut-off Frequenz
1/100 der minimalen PWM Frequenz gewählt. Sollte ich auser dem maximalen
Stroms noch etwas beachten?
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