Hi zusammen, werft mal bitte einen Blick auf die Schaltung. Eigentlich sollte das eine möglichst einfache aber doch auch möglichst saubere Glättung einer PWM sein. Vcc=12V, PWM kommt von einem ATmega328P mit 5V. last ist ein peltier-Element. Nachdem Peltiers ja keine PWM mögen, wollte ich die glätten. nach etwas herumgebastle ist diese Schaltung dabei rausgekommen. Beim Betrachten der Schaltung ist mir aufgefallen, dass das ja eigentlich einem "normalen" Abwärtswandler entspricht (Schalter - Diode - Speicherdrossel - Ausgangskondensator) nur etwas "verdreht". Diese Verdrehung führt dazu dass ein LowSide-Switch eingesetzt werden kann (gut!) andererseits der Ausgang bzw. die Last nicht auf Gnd bezogen ist (in dem Fall egal!). Kann das so funktionieren? (über die konkrete Dimensionierung der Bauteile mach ich mir erst später gedanken)
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Peltier.png
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Das ist garnicht so verdreht. Ersetze Rlast durch eine LED dann hast Du eine der Standartschaltungen für LED Buck-Wandler. Da Du keinen Übertrager d.h. keine Streuinduktivität schalten musst könntest Du den RC Snubber auch weglassen.
Wunderbar, danke euch! Damit kommen wir zur Bauteilwahl. Hier muss ich eher dumm fragen, weil ich bisher mit MOSFETs noch nie zu tun hatte.... Snubber: ich werd auf jeden Fall den platz im layout vorsehen, man weiss ja nie. Beim "Ausklingeln" kann sich ja dann rausstellen dass ich ihn nciht bestücken muss. MOSFET: ist der IRF1010N tauglich? (Hätt ich nämlich als einzigen MOSFET zuhause) Sonstige Empfehlungen? (wie geschrieben, Ansteuerung möglichst direkt vom PWM-Ausgang eines ATmega mit 5V betriebsspannung). Ansteuerung nur über einen Gate-Widerstand so ok? Diode: in welchem Fall hat die die grösste last? 50% Duty? Spule? PWM wird mit 16MHz/256 = 62.5kHz erfolgen.
Nee, das Datenblatt lesen und rechnen werde ich Dir nicht abnehmen. Ich helfe, aber ich will Dich schwitzen sehen ;-) Wichtig sind ein paar Dinge bei dieser simplen Beschaltung. Die Spule und Puls-Länge müssen klein genug sein das die Schaltung komplet im DCM (discontinous conduction mode) läuft. D.H. die Spule wird nach jedem Puls ihre gesamte Energie wieder los. Wenn das nicht der Fall ist geht die nach wenigen Zyklen in die Sättigung und wirkt wie eine Drahtbrücke. Im allgemeinen ist die maximale Pulslänge bei deutlich unter 50% anzusiedeln. CCM ist nur mit einer sehr schnellen Regelung möglich und dafür fehlen Dir wahrscheinlich die Ressourcen im AVR. Das Gate muss bei 64Khz über einen Treiber angesteuert werden, sonst bekommst Du denn nicht schnell auf und zu. Bei 5V Ansteuerung müsste das ein Logig Level Fet sein. Der Gate Widerstand begrenzt nicht den Strom ins Gate wie bei einem Bipolaren Transistor, sonder verschleift das Signal ein wenig um die EMI Störungen zu reduzieren. Die Diode muss schnell sein, braucht aber keine hohe Sperrspannung zu haben, also Schottky. Deine Peak Ströme sind ca. 3mal so hoch wie der Durchschnittliche Strom durchs Peltier. Schnapp Dir z.B. das Datenblatt zum MC34063A, der hat zwar mit Deinem Problem wenig zu tun, aber das stehen die Berechnungen für die Buck Wandler Komponenten recht übersichtlich drin. Simmulier das ganze mit LTspice und schau die alle Spannungen & Ströme an. Da werden die Zusammenhänge sehr schnell klar ohne ständig was kaputt zu machen. Spiel mal mit Pulslängen, Spannungseinbrüchen und Spulengrößen herum. Momentan gibt es keine Regelgröße bei Dir, Du taktest also blind darauf herum in der Hoffnung immer im richtigen Arbeitspunkt zu sein. Das kann bei einen relaxten Timing durchaus ganz gut funktionieren. Eine einfach Messung der Peltierspannung wäre z.B. eine Messung der 12V & eine Messung am Drain unmittelbar bevor Du wieder einschaltest. In dem Moment sollte U-Peltier gerade 12V - U_Drain. Die hohe Schaltfrequenz führt zu einer sehr schlechten Auflösung. Der Bereich in dem später effektiv geregelt wird ist erstaunlich klein und jede bitbreite hat da große Auswirkungen. Beim Peltier mag das nichts ausmachen.
Michael Knoelke schrieb: > Nee, das Datenblatt lesen und rechnen werde ich Dir nicht abnehmen. > Ich helfe, aber ich will Dich schwitzen sehen ;-) Dass ich schwitzen kann, kannst du hier nachlesen: Beitrag "Flyback-Wandler Störungen auf Versorgung" Hier hab ich wirklich viel geschwitzt, war aber schlußendlich erfolgreich, und habe jede Menge gelernt... > Die Spule und Puls-Länge müssen klein genug sein das die Schaltung > komplet im DCM (discontinous conduction mode) läuft. > D.H. die Spule wird nach jedem Puls ihre gesamte Energie wieder los. > Wenn das nicht der Fall ist geht die nach wenigen Zyklen in die > Sättigung und wirkt wie eine Drahtbrücke. Nachdem ich mir gerade erst den "L-Power-Checker" vom elm chan nachgebaut habe(Beitrag "L Power-Checker"), bin ich zumindest in der Lage, meine Spule auf Sättigung zu prüfen... DCM sicherzustellen ist halt schwer, wenn man von 0-100% aussteuern will. aber ich denke das krieg ich hin. > Das Gate muss bei 64Khz über einen Treiber angesteuert werden, sonst > bekommst Du denn nicht schnell auf und zu. > Bei 5V Ansteuerung müsste das ein Logig Level Fet sein. > Der Gate Widerstand begrenzt nicht den Strom ins Gate wie bei einem > Bipolaren Transistor, sonder verschleift das Signal ein wenig um die EMI > Störungen zu reduzieren. verstanden, danke. > Die Diode muss schnell sein, braucht aber keine hohe Sperrspannung zu > haben, also Schottky. Klar (hab ich überhaupt andere Dioden in meiner Wühlkiste? :-) > Schnapp Dir z.B. das Datenblatt zum MC34063A, der hat zwar mit Deinem > Problem wenig zu tun, aber das stehen die Berechnungen für die Buck > Wandler Komponenten recht übersichtlich drin. Danke, werd ich mal schmökern.... > Simmulier das ganze mit LTspice und schau die alle Spannungen & Ströme > an. > Da werden die Zusammenhänge sehr schnell klar ohne ständig was kaputt zu > machen. > Spiel mal mit Pulslängen, Spannungseinbrüchen und Spulengrößen herum. Hab damit eh schon begonnen... > Momentan gibt es keine Regelgröße bei Dir, Du taktest also blind darauf > herum in der Hoffnung immer im richtigen Arbeitspunkt zu sein. > Das kann bei einen relaxten Timing durchaus ganz gut funktionieren. > Eine einfach Messung der Peltierspannung wäre z.B. eine Messung der 12V > & eine Messung am Drain unmittelbar bevor Du wieder einschaltest. > In dem Moment sollte U-Peltier gerade 12V - U_Drain. Naja: meine Regelung wird eine sehr langsame sein: Soll/Ist-Temperatur der Luft (es soll so eine Art kleine Klimakammer werden) Also sehr langsam. Und wenn meine Regelung meint, wir sollten jetzt so ca. 30W reinschicken, wird es ziemlich egal sein ob das jetzt 25 oder 35 Watt sind. Insofern darf meiner bescheidenen Meinung nach die PWM-Stufe "dumm" im Sinne von ungeregelt sein.
So wirklich kritisch ist das mit der Frage kontinuierlich / diskontinuierlich nicht, solange der Elko am Ausgang nicht übermäßig groß ist. Das Peltierelement mag PWM nicht, aber eine moderate Restwelligkeit ist kein Problem - der Elko muss also nicht besonders groß sein. Für einen kontinuierlichen Strom braucht man halt vor allem eine größere Induktivität (sowohl vom Wert in µH als auch der Baugröße). Das ist in gewissem Sinn die Frage ob man lieber Induktiv oder Kapazitiv den Strom glättet also mehr für die Induktivität oder den Ausgangskondensator ausgibt. Ein Frage ist auch noch wie hoch die Nennspannung des Peltierelements ist: wenn die Eingangsspannung nicht wesentlich höher liegt kommt man kaum um den kontinuierlichen Strom herum. Andersherum ist die Regelung mit kontinuierlichem Strom auch relativ unkritisch wenn die Eingangspannung nicht viel höher ist.
Michael Reinelt schrieb: > MOSFET: ist der IRF1010N tauglich? sieht mir nicht wirklich optimal aus, da kein logic level. Damit brauchst Du auf jeden Fall nen richtigen Treiber für 12V. Die simpelste Variante ist meistens ein IRLR024N (bei Reichelt schön billig) oder IRLZ34N und ein 74AC14 als Treiber. Beim 74AC14 ein Gatter zum invertieren und von da in die restlichen 5. Die dann parallel auf das Gate des FETs. Ansonsten würde ich auf der Platine noch vom - der Last einen Spannungsteiler und von da auf einen ADC-Pin von Deinem Atmega vorsehen. Es könnte nämlich gut sein daß für Dein Vorhaben eine zweistufige Regelung besser funktioniert. Also von Temp auf Zielspannung und die Zielspannung dann einregeln.
Gerd E. schrieb: > Michael Reinelt schrieb: >> MOSFET: ist der IRF1010N tauglich? > > sieht mir nicht wirklich optimal aus, da kein logic level. Damit > brauchst Du auf jeden Fall nen richtigen Treiber für 12V. Okay... hab mal versucht ein paar Quellen zu durchforsten. das ist enttäuschend: "logic level" oder Ugs für Sättigung find ich fast nirgends, bzw. ist es schwer danach zu filtern. Aber das wird schon noch... > Ansonsten würde ich auf der Platine noch vom - der Last einen > Spannungsteiler und von da auf einen ADC-Pin von Deinem Atmega vorsehen. > Es könnte nämlich gut sein daß für Dein Vorhaben eine zweistufige > Regelung besser funktioniert. Also von Temp auf Zielspannung und die > Zielspannung dann einregeln. Klingt nach einer sehr guten Idee. Aber - was macht mein ADC mit dem Output Ripple? ("unteren" Widerstand des Spannungsteilers mit entsprechend großem C glätten?)
Für den ADC wird eine gewisse Tiefpassfilterung hilfreich sein. Man darf es aber auch nicht überteiben, denn sonst wird die Messung zu langsam. Eine weitere Möglichkeit Rippel zu unterdrücken, wäre es z.B. den ADC mit dem PWM zu synchronisieren, also den ADC im Timer Interrupt starten so dass immer der selbe Teil der Rippelspannung anliegt wenn abgetastet wird. Es hängt davon ab, wie viel Strom das Peltiereelement braucht. Wenn es mehr als etwa 50 W werden, wird es so oder so schwer ohne einen Gate Treiber auszukommen. Da 12 V zur Verfügung stehen ist dann ein MOSFET mit hoher Gatespannung auch kein Problem. Den einzigen Vorteil, den man mit einem Lagic Level MOSFET hätte, wäre ggf. das man ein billigers Logic IC wie 74AC04 als Treiber missbrauchen kann - wobei sich das IC mit einer ungünstigen Pinbelegung (Versorgung Diagonal) rächt und ggf. viele HF Störungen verursacht. Wenn es ohne Gate Treiber sein soll dann am ehesten mit einem modernen MOSFET für nur 20-30 V und ggf. Kühlung. Dazu noch eine eher niedrigere Frequenz um die Umschaltverluste zu reduzieren. Als Beispiel etwa ein IRLR8721PbF - wenn der nicht reicht, braucht es halt einen Gatetreiber. Filtern nach Logig Level ist nicht immer einfach. Die Typen für niedriger Spannung sind aber häufig Logic level. Der IRF1010 ist halt vor allem wegen der hohen Spannungsfestigkeit nicht ideal - daraus folgt dann ein ungünstiges Produkt von ON_widerstand und Gatekapazität.
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