mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM Glättung mittels LC Filter für Peltierelement


Autor: André B. (abl)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen.

Ich versuche derzeit ein Peltierelement über einen AVR (Atmega 2560) zu 
regeln. Den fraglichen Teil meiner Schaltung habe ich einmal skizziert 
und angehängt(Ich hoffe, man kann erkennen, was ich da verbrochen habe)
Um die Spannung zu invertieren nutze ich eine H-Brücke (VNH2SP30) in 
Form eines Arduino Breakoutboards.
Der PWM Takt liegt bei ~19kHz.
Für die Spannungsglättung habe ich den LC Filter gebastelt, der in der 
Zeichnung zu sehen ist.
Diversen App Notes habe ich entnommen, dass die Spannungsrippel 
möglichst klein sein sollten.
Aus diesem Grund habe ich die Grenzfrequenz für den Filter mit 1kHz 
angenommen und die Werte für L und C mit einem online tool berechnet.
Bei der Spule handelt es sich um eine einfache Entstördrossel, die 
Kondensatoren stammen aus dem Audiobereich und sind bipolar.

Wenn ich die Grenzfrequenz des Filters nun auf ~1/10 des PWM Takts lege, 
sollten die Rippel dann ja nur noch 1/100 (-40dB/Dekade) der 
ursprünglichen Spannung betragen, oder bin ich da schief gewickelt?
In der Praxis habe ich nämlich leider ziemlich heftige Spannungsrippel 
und auch das Ausgansignal an der H-Brücke ist verzerrt.
Darüber hinaus wir das IC bei einem duty cycle <90% sehr schnell heiss.
Ich bin mit meinem Hobbylatein am Ende und hatte gehofft, dass mir hier 
jemand auf die Sprünge helfen könnte.

LG
André

Autor: umang (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Bei der Spule handelt es sich um eine einfache Entstördrossel, die

Das ist nicht zufällig eine stromkompensierte Drossel?

Wenn die beiden Wicklungen gegensinnig vom Strom durchflossen werden, 
ist nur die Streuinduktivität wirksam. Wenn gleichsinnig geht der Kern 
in die Sättigung.
Wie auch immer, deine wirksame Induktivität ist wesentlich geringer als 
berechnet.

Autor: Homo Habilis (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
umang hat m.M.n. den richtigen Verdacht: Ich halte es bei der 
Kombination "(2x) 1mH bei 16A" für sicher, daß es sich um besagte Art 
von Drossel handelt.

Diese Art (in dieser Beschaltung auch "Gleichtaktdrossel", oder 
"Common-Mode-Choke" genannt) ist für den Einsatz in Netzfiltern da, wo 
die besondere Beschaltung dafür sorgt, daß speziell *dem* 
Gleichtakt-Störstrom auf jeder Leitung eine sehr hohe Impedanz im Weg 
liegt.

(Gleichtakt-Störungen sind hochfrequente Wechselströme, die gleichzeitig 
auf beiden Leitungen "in die gleiche Richtung wirken/fließen". Also 
immer gleichzeitig auf die Quelle zu oder von dieser weg, zum Beispiel. 
Ganz anders als der Laststrom, der z.B. "oben v. Quelle weg" und "unten 
zu Quelle hin" fließt.)

umang schrieb:
> Wenn die beiden Wicklungen gegensinnig vom Strom durchflossen werden,

...werden sie ja auch, wenn man die Drossel "wie im Datenblatt", also 
wie in jedem (wofür die gedacht wären) Netzfilter, verschaltet.

umang schrieb:
> ist nur die Streuinduktivität wirksam.

...also nur die "parasitäre", sozusagen die 
"nebenbei-auch-noch-da"-Induktivität - mit verschwindend kleinem Wert, 
also für Dich praktisch nutzlos.

Aber auch, wenn Du die Drossel - Wicklungen nun gleichsinnig 
angeschlossen - sozusagen "für Deinen Fall richtig herum" anschließen u. 
betreiben wollen würdest, hast Du ein Problem:

Das Kernmaterial ist recht hochpermeabel (gibt zwar leicht 
unterschiedliche Drosseln, aber nur leicht), und dabei geht noch dazu 
schon bei geringen Flußdichten (Originalanwendung kein Problem) in 
Sättigung.

Auch/deshalb ist die D. zwar mit 16A max. recht hoch spezifiziert - aber 
das wird Dir bestimmt nichts (oder zumindest kaum etwas) nützen - die 
geht schnellstens "in die Knie", schon bei geringsten Strömen.

Und natürlich sinkt auch bei - schon bei beginnender - Sättigung die 
Induktivität schnell ab. (Und das, obwohl die Drossel recht groß ist... 
also, wer weiß - evtl. würde sie ja funktionieren. Aber nur mit viel 
Glück, und jedenfalls ginge das alles mit einem/zwei passenden 
Drossel/n weit sicherer und v. allem viel kleiner.)

Also: Die...

umang schrieb:
> wirksame Induktivität ist ...

- wie auch immer Du diese Drossel anschließen wollen würdest -

umang schrieb:
... wesentlich geringer als berechnet.

Das liegt halt daran, daß für diese Drosseln der Wert gilt/aufgedruckt 
ist, den sie - "korrekt" angeschlossen - für die Gleichtakt-Störung 
haben/hätten. Dieser Wert ist ja bei Deiner "mißbräuchlichen" Verwendung 
bedeutunglos.

Du bräuchtest also entweder eine (reicht für LC-Filter) "ganz normale" 
Mini-Power-Drossel, oder zwei davon/#/, oder aber eine 
"Differential-Mode-Ckoke"/#/. (/#/: An die "gewohnte Stelle".)

Wenn Du zwei einzelne (gleiche), oder die Differential Mode Drossel, 
verwendest, kannst Du die beiden einzelnen L-Werte für Deine Formel 
einfach addieren.

MfG

Autor: André B. (abl)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
vielen lieben Dank für die schnellen Antworten!
Es handelt sich um keine common mode Drossel, sondern um zwei einzelne 
Spulen.
Allerdings sind diese, wie ihr schon gemutmaßt habt, für die Filterung 
von Netzspannung vorgesehen.
Ich habe einmal das Datenblatt angehängt.

Dann liegt das Problem also dort begraben...
Inzwischen überlege ich, ob es sinnvoll wäre, eine diskrete H-Brücke 
aufzubauen, um diesen unsäglichen VNH2SP30 loszuwerden. Eine diskrete 
Lösung würde es mir ja erlauben die Schaltfrequenz deutlich anzuheben 
und auf kleinere Bauteile zurückzugreifen.

Hättet ihr eventuell Vorschläge bezüglich geeigneter Spulen bzw. worauf 
ich bei der Auswahl zu achten habe?
Meine Bemühungen eine Powerinduktivität mit einer Belastbarkeit von ~10A 
zu finden waren bislang erfolglos (zumindest wenn man den finanziellen 
Ruin vermeiden möchte ;-))

MfG
André

: Bearbeitet durch User
Autor: Homo Habilis (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Dann liegt das Problem also dort begraben...

Vermutlich zumindest zum (Groß-)Teil.

Mit anständigen Drosseln (am besten wäre Ferrit mit Luftspalt - hätte 
die niedrigsten Verluste; wichtig bei Peltier? ...es gehen auch 
Pulverkerne, brauchen aber mehr Wicklungen, und das bei niedriger 
Spannung + hohem Strom... naja, lieber nicht - schon gar nicht bei 
höherer Frequenz...) sollte das schon besser sein.

Auch platziert man - wenn man schon mehrere  macht - die kleineren in 
richtung Ripple-Quelle.

Noch dazu (obwohl das wohl das Problem nicht löst, nur weiter 
"entschärft") würde ich zusätzlich einen weiteren Kondensator parallel 
mit um die 100nF dazu setzen - die vorhandenen sind wert- und 
eigenschaftsmäßig etwas zu nahe beeinander. Oder, da Du eh mit der Freq. 
rauf willst, gleich drei andere nehmen: 100nF, 1µF, 10µF, z.B.

Übrigens sollte man immer die Anschlüsse so weit wie möglich kürzen, die 
Drähte sind ein großer Teil des ESL solcher FoKos - moment, es SIND doch 
FoKos, und keine ELKOs???

Mir fiel grade der explizite Hinweis "bipolar" auf - was sich bei FoKos 
von selbst verstünde, warum also dieser Hinweis?

Wenn das Tonfrequenz-ELKOs sind, dann liegt das Problem eher DA.

Und wird mit steigender Frequenz nicht wirklich besser...

Autor: Homo Habilis (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
..."mehrere Kondensatoren parallel macht"... sch. copy a. paste.

Autor: Harald W. (wilhelms)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:

> Eine diskrete Lösung würde es mir ja erlauben die Schaltfrequenz
> deutlich anzuheben und auf kleinere Bauteile zurückzugreifen.

Egentlich nimmt man für "Pelztiere" eher geringe Frequenzen zur
Regelung. So ca. 1/60 Hz  oder weniger...

Autor: Klaus R. (klara)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Hättet ihr eventuell Vorschläge bezüglich geeigneter Spulen bzw. worauf
> ich bei der Auswahl zu achten habe?
> Meine Bemühungen eine Powerinduktivität mit einer Belastbarkeit von ~10A
> zu finden waren bislang erfolglos (zumindest wenn man den finanziellen
> Ruin vermeiden möchte ;-))

Ich will mal ein Beispiel bringen.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tas5630b.pdf

Der TAS5630B ist ein Class-D Verstärker. Er hat vier Kanäle. Wenn man 
100W an 8 Ohm bei 0,1% Klirr haben will, schaltet man zwei Kanäle in 
Brücke. Im Mode "Mono Parallel Bridge-Tied Load" (PBTL) macht er an 3 
Ohm auch 450 W bei 50 V Versorgungsspannung.

Die PWM-Frequenz liegt bei 400 kHz. Je Kanal setzt man Induktivitäten 
von 7µH bis 10µH ein.

http://www.mouser.com/ds/2/597/ma5172-463483.pdf
Kostet 5,50€.

Im Filter nimmt man im wesentlichen 680 nF/MKP4/250 V.
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
vielen Dank für eure ausführlichen Beiträge.

Homo Habilis schrieb:
> Mir fiel grade der explizite Hinweis "bipolar" auf - was sich bei FoKos
> von selbst verstünde, warum also dieser Hinweis?
>
> Wenn das Tonfrequenz-ELKOs sind, dann liegt das Problem eher DA.

Oh! Ja es handelt sich um Tonfrequenz-ELKOs. Meinst Du ich sollte die 
Teile einmal austauschen?


Harald W. schrieb:
> Egentlich nimmt man für "Pelztiere" eher geringe Frequenzen zur
> Regelung. So ca. 1/60 Hz  oder weniger...

Im Sinne einer 2-Punkt Regelung, oder wie ist das gemeint?
Ich dachte idealerweise regelt man Peltierelemente über den Strom.
Da es sich dabei ja vorwiegend um einen ohmschen Widerstand handelt, 
kann auch die Spannung herhalten (kaum Verschiebung zwischen Spannung 
und Strom, oder wie war das...?)

Klaus R. schrieb:
> Ich will mal ein Beispiel bringen.
>
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tas5630b.pdf
>
> Der TAS5630B ist ein Class-D Verstärker. Er hat vier Kanäle. Wenn man
> 100W an 8 Ohm bei 0,1% Klirr haben will, schaltet man zwei Kanäle in
> Brücke. Im Mode "Mono Parallel Bridge-Tied Load" (PBTL) macht er an 3
> Ohm auch 450 W bei 50 V Versorgungsspannung.
>
> Die PWM-Frequenz liegt bei 400 kHz. Je Kanal setzt man Induktivitäten
> von 7µH bis 10µH ein.
>
> http://www.mouser.com/ds/2/597/ma5172-463483.pdf
> Kostet 5,50€.
>
> Im Filter nimmt man im wesentlichen 680 nF/MKP4/250 V.
> mfg klaus

Danke für den Tipp! Es wäre natürlich reizvoll eine solche Lösung zu 
verwenden, allerdings stehen mir keine 50V zur Verfügung. Ein weiterer 
Nachteil des IC ist, dass die Highsides der Halbbrücken offenbar aus 
N-Fets bestehen und mit einer bootstrap Schaltung angesteuert werden. 
Dauerhaftes Durchsteuern bzw. PWM jenseits der 10-90% fallen damit dann 
flach, oder?

Ich versuche alternativ auch gerade eine Vollbrücke mit P-Fets in der 
Highside zu basteln, da ich einige Teile dafür schon im Fundus habe.
Die Idee ist es eine Frequenz von 100kHz zu verwenden.
Ich muss allerdings gestehen, dass ich so etwas noch nie gemacht habe. 
Könnte ich den Schaltplan, wenn er denn fertig ist, einmal hier posten, 
sodass sich ein Fachmann das Ganze mal ansieht?

Käme dieser Spulentyp für meine Anwendung in Frage?
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/42...


MfG
André

Autor: Klaus R. (klara)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Käme dieser Spulentyp für meine Anwendung in Frage?
> 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/42...

Da wäre ich vorsichtig. Selbst auf Fastron's Internetauftritt habe ich 
keine vernünftige Angaben zum Frequenzbereich gefunden. Und mit 1 kHz 
kommst Du ja nicht weit.

http://fastrongroup.com/series/81/findProducts

Die Angaben von Coilcraft sind dagegen schon konkret.

http://www.mouser.com/ds/2/597/ma5172-463483.pdf
MA5173-AE: 7 µH, 21.5 mOhm, 32.8 MHz, Isat= 54A

Die Induktivität PA6331-AE mit 15 µH kostet übrigens 5,57 €.

Bei Mouser kannst Du übrigens gut bestellen. Die Suche ist ziemlich gut.
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas B. (thombde)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sorry, wenn ich mich einmische.
Die Peltierelemente sind so träge, dass eine einfache Zweipunktregelung 
völlig ausreicht.
PWM ist eigentlich Overkill und schädlich.

Ich war mal auf dem gleichen Holzweg.

: Bearbeitet durch User
Autor: André B. (abl)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus R. schrieb:
> André B. schrieb:
>> Käme dieser Spulentyp für meine Anwendung in Frage?
>>
> 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/42...
>
> Da wäre ich vorsichtig. Selbst auf Fastron's Internetauftritt habe ich
> keine vernünftige Angaben zum Frequenzbereich gefunden. Und mit 1 kHz
> kommst Du ja nicht weit.
>
> http://fastrongroup.com/series/81/findProducts
>
> Die Angaben von Coilcraft sind dagegen schon konkret.
>
> http://www.mouser.com/ds/2/597/ma5172-463483.pdf
> MA5173-AE: 7 µH, 21.5 mOhm, 32.8 MHz, Isat= 54A
>
> Die Induktivität PA6331-AE mit 15 µH kostet übrigens 5,57 €.
>
> Bei Mouser kannst Du übrigens gut bestellen. Die Suche ist ziemlich gut.
> mfg klaus

Da hast Du natürlich Recht.
Wenn ich jetzt eine Frequenz von 100 kHz nehmen würde, dann müsste die 
Induktivität aber größer sein als 15 µH, oder?
Ich habe mal mit verschiedenen L & C Kombinationen in LtSpice 
herumprobiert. Die besten Ergebnisse im Hinblick auf Überschwinger und 
Restwelligkeit hatte ich mit Werten von 100 µH und einer Kapazität von 
4.7 / 6.8 µF.

Thomas B. schrieb:
> Sorry, wenn ich mich einmische.
> Die Peltierelemente sind so träge, dass eine einfache Zweipunktregelung
> völlig ausreicht.

So langsam hege ich auch Zweifel, ob der Aufwand überhaupt lohnt.
Zumal die Sache mit dem Filter meinen Horizont etwas übersteigt ;-)
Die Temperaturregelung sollte halt möglichst präzise sein, deshalb 
wollte ich ursprünglich einen stetigen Regler verwenden.

Thomas B. schrieb:
> PWM ist eigentlich Overkill und schädlich.

Durch den Filter würde ich das Element ja mit annähernd Gleichspannung 
betreiben. Mit einer genügend kleinen Restwelligkeit sollte das dann 
eigentlich nicht schaden.

Inzwischen habe ich mich am Entwurf einer H-Brücke versucht.
Damit wäre ich ja in Bezug auf die Betriebsweise(stetig/unstetig) auch 
flexibel.
Die Schaltung basiert auf diesem Beispiel:
http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/...

In meiner Schaltung habe ich für jede Halbbrücke noch einen Treiber IC 
vorgesehen (IR2110 nicht 2112 wie im Bild).
Damit hätte ich zum einen das Levelshifting für die Lowside abgehakt und 
zum anderen hat der Treiber eine eingebaute Totzeit.

Die Pull-Up/Pull-Down Widerstände an den Gates habe ich mit je 1K Ohm 
angenommen. Beide Fet Typen haben eine Gate Ladung von 63 nC.
Das müsste dann einer Ausschaltzeit von 5,25 µs entsprechen, oder?

Der Widerstand zwischen Kollektor und P-Fet Gate beträgt 150 Ohm, um den 
CE Strom auf 92 mA zu begrenzen. Den Basiswiderstand habe ich mit einer 
Verstärkung von 25 berechnet.

Da ich ja leider nicht vom Fach bin, habe ich mit analogen Schaltungen 
leider keinerlei Erfahrung. Es wäre toll, wenn ihr mir sagen könntet, ob 
das Ganze so funktionieren kann und ob meine Rechnungen/Annahmen 
überhaupt stimmen.

MfG

André

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Es wäre toll, wenn ihr mir sagen könntet, ob
> das Ganze so funktionieren kann

leider nicht. Du kannst beim IR2110 nicht einfach VS und VB offen 
lassen. Das ist die Versorgung des Highside-Ausgangs. Bei deiner 
Schaltung kann HO kein Ausgangssignal treiben.

Eigentlich ist der IR2110 für den Bootstrap Betrieb gedacht, der aber 
bei deiner Schaltung nicht benötigt wird. Wenn du trotzdem den IR2110 
nutzen willst, musst du VB an 12V  und VS an GND anschließen.

Der Bipolartransistor als Levelshifter hinter dem IR2110 ist auch nicht 
sinnvoll: das Gate des FETs treibt der IR2110 besser selbst also nochmal 
einen solche Stufe dazwischen zu schalten.

André B. schrieb:
> Damit hätte ich zum einen das Levelshifting für die Lowside abgehakt und
> zum anderen hat der Treiber eine eingebaute Totzeit.

Äh: nö, hat er nicht. Er hat auf der Lowside ein Delay eingebaut damit 
beide Schalter (high und low) gleich schnell schalten. Aber für die 
Totzeit bist du in der Ansteuerung zuständig. Wenn du HIN und LIN falsch 
schaltest, dann schließen deine FETs die Versorgung kurz.

Autor: Harald W. (wilhelms)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:

>> Die Peltierelemente sind so träge, dass eine einfache Zweipunktregelung
>> völlig ausreicht.
>
> So langsam hege ich auch Zweifel, ob der Aufwand überhaupt lohnt.

Ja, mit einer Zweipunktregelung  wird der Aufwand deutlich geringer.

> Die Temperaturregelung sollte halt möglichst präzise sein, deshalb
> wollte ich ursprünglich einen stetigen Regler verwenden.

Das dürfte auf die Regelungsgenauigkeit keinen Einfluss haben

> Mit einer genügend kleinen Restwelligkeit sollte das dann
> eigentlich nicht schaden.

Peltiers können nur mit Gleichstrom kühlen. Wechselstrom wird
in zusätzliche Wärme umgewandelt.

> Inzwischen habe ich mich am Entwurf einer H-Brücke versucht.

Brauchst Du die überhaupt? Von Kühlen auf Wärmen kannst Du auch
per Relais umschalten.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Achim,

Achim S. schrieb:
> leider nicht. Du kannst beim IR2110 nicht einfach VS und VB offen
> lassen. Das ist die Versorgung des Highside-Ausgangs. Bei deiner
> Schaltung kann HO kein Ausgangssignal treiben.
>
> Eigentlich ist der IR2110 für den Bootstrap Betrieb gedacht, der aber
> bei deiner Schaltung nicht benötigt wird. Wenn du trotzdem den IR2110
> nutzen willst, musst du VB an 12V  und VS an GND anschließen.

danke für den Hinweis, wird sofort erledigt.

Achim S. schrieb:
> Der Bipolartransistor als Levelshifter hinter dem IR2110 ist auch nicht
> sinnvoll: das Gate des FETs treibt der IR2110 besser selbst also nochmal
> einen solche Stufe dazwischen zu schalten.

Ich dachte der Transistor dient nur dazu das Steuersignal zu invertieren 
und den P-Fet mit einem High anzusteuern?

Achim S. schrieb:
> Äh: nö, hat er nicht. Er hat auf der Lowside ein Delay eingebaut damit
> beide Schalter (high und low) gleich schnell schalten. Aber für die
> Totzeit bist du in der Ansteuerung zuständig. Wenn du HIN und LIN falsch
> schaltest, dann schließen deine FETs die Versorgung kurz.

Gut zu wissen, dann würde ich in der Software nochmal extra Sorge dafür 
tragen.

MfG
André

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
PWM mit LC Filter ist schon nicht so falsch. Auch die Anfangs genannten 
19 kHz sind nicht schlecht. Der Kondensatoren sind allerdings recht 
klein - wegen der Bipolaren Ansteuerung ist es mit den Kondensatoren 
auch nicht so einfach eine große Kapazität zusammen zu bekommen. Das 
Filter entartet so von einem LC Filter schon in Richtung LR filter. Mit 
1 KHz Grenzfrequenz hat man dann mit gut 40 dB Dämpfung sondern nur gut 
20 dB.

Die PWM Frequenz sollte zum Kernmaterial für die Induktivitäten passen: 
Für Ferritekern eher noch höher, weil die Induktivitäten da eher klein 
sein. Für Eisenpulver und ähnlichen kommen die 19 kHz in etwa hin. Für 
Trafoblechkerne müsste man eine niedrigere Frequenz haben, so eher im 
100-500 Hz Bereich - das zu unschönen Tönen führt und auch große Spulen 
bräuchte.

Solange der Spitzenstrom nicht zu hoch ist (der Test mit 90% lässt 
darauf schließen, dass dies nicht der Fall ist), ist das für das 
Peltierelement aber auch nicht so schlimm. Ein wenig Rest-rippel bei 
hoher Frequenz ist für das Peltierelement kein wirkliches Problem. Die 
Dämpfung von 20dB sollte gut ausreichen. Die Rippelspannung muss nicht 
so super klein sein - was wirklich stört ist wenn der Spitzenstrom 
deutlich über dem mittleren Strom liegt.

Je nach Bürcke läßt sich die tatsächliche Spannung am Pletier-element 
nicht gut messen, weil beide Seiten Moduliert sind. Die Spannung an den 
beiden Seiten sieht ggf. auch Komisch aus, je nachdem wie die Brücke 
angesteuert wird.

Dass die Brücke Heiß wird, konnte der Relativ hohen Frequenz liegen. Mit 
dem Filter hat es eher wenig zu tun. Einige Brücken sind nicht für so 
hohen Frequenzen ausgelegt und werden dann durch Rückströme in den 
Parasitären Dioden oder Schaltverluste recht warm. Ggf. könnte auch ein 
Problem beim Bootstraping vorliegen (zu kleine Kapazität, Dioden), so 
dass es mit mehr als etwa 90% Tastverhältnis dann Probleme gibt. Ggf. 
helfen auch zusätzliche Schottky Dioden gegen Verluste an den internen 
Dioden.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Harald W. schrieb:
> Ja, mit einer Zweipunktregelung  wird der Aufwand deutlich geringer.

Ich denke ich werde auch erst einmal damit beginnen.

Harald W. schrieb:
>> Inzwischen habe ich mich am Entwurf einer H-Brücke versucht.
>
> Brauchst Du die überhaupt? Von Kühlen auf Wärmen kannst Du auch
> per Relais umschalten.

Also quasi eine mechanische H-Brücke, oder?
Ich müsste die Relais allerdings extra anschaffen, wohingegen ich für 
die Halbleiterlösung schon viele Teile in der Bastelkiste habe (außer 
dem Treiber IC).
Ich würde daher gerne eine solche Brücke aufbauen (Falls ich eine 
vernünftige Schaltung zu Stande bringe).

MfG

André

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Ich dachte der Transistor dient nur dazu das Steuersignal zu invertieren
> und den P-Fet mit einem High anzusteuern?

bei deiner Beschaltung invertiert er das Signal nicht: wenn HO auf low 
geht, dann steuert auch der pnp das Gate mit low an und schaltet so den 
pFET an. Ohne den Bipolar wäre das genau so (-> dieser Transistor 
invertiert nicht).

Wenn du damit invertieren wolltest, dann müsstest du einen pnp mit 
Emitter an Masse nehmen. Aber lass ihn ganz weg: wenn invertieren nötig 
ist, dann machst du das am besten in der Software. Wenn du es dort aus 
welchen Gründen auch immer nicht willst, dann am Eingang des IR2110, 
nicht an dessen Ausgang.

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> dann müsstest du einen pnp mit

Grr: sollte heißen "dann müsstest du statt des pnp einen npn ..."

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Harald W. schrieb:
> Brauchst Du die überhaupt? Von Kühlen auf Wärmen kannst Du auch
> per Relais umschalten.

Und nicht vergessen: vor jedem Umpolen das Peltier ca 5 Minuten abkühlen 
lassen. Auch beim Pulsen im Minutentakt ergibt sich ein jämmerlicher 
Wirkungsgrad für die Kühlung.

Ich habe inzwischen einen anderen Ansatz: Das Peltier kontinuierlich mit 
DC laufen lassen (außer wenn der Setpoint höher ist als 
Umgebungstemperatur), und dann per Heizfolie mit PWM die Feinregelung 
durchführen.

Gruß Anja

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> Wenn du damit invertieren wolltest, dann müsstest du einen pnp mit
> Emitter an Masse nehmen. Aber lass ihn ganz weg: wenn invertieren nötig
> ist, dann machst du das am besten in der Software. Wenn du es dort aus
> welchen Gründen auch immer nicht willst, dann am Eingang des IR2110,
> nicht an dessen Ausgang.

Oh, das sehe ich jetzt auch. Es sollte eigentlich auch ein NPN 
Transistor sein. Aber wenn die Beschaltung eh nicht notwendig ist, dann 
ist das natürlich umso besser. Das heißt, ich kann den P-Fet einfach 
über ein HIGH am IR2110 sperren?
Das hatte ich Anfangs auch angedacht, aber dann war ich total 
verunsichert, weil ich in einer der vielen App Notes aufgeschnappt habe, 
dass für das Treiben eines P-Fets eine negative Spannung notwendig wäre.

MfG
André

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Das heißt, ich kann den P-Fet einfach
> über ein HIGH am IR2110 sperren?

ja, über ein High am Ausgang (also +12V am Gate des pFET), welches du 
mit einem High am Eingang bekommst.

Wobei, da fällt mir ein: der IR2110 hat am Eingang keine üblichen 
Logikpegel. Für ein High musst du den Eingang auf > 9,5V treiben - das 
wird dein Controller kaum schaffen.

Einfache Mehrkanal-Gatetreiber mit Standard-Logikeingängen wären wohl 
besser für dich (Bootstrap benutzt du ja nicht).

André B. schrieb:
> dass für das Treiben eines P-Fets eine negative Spannung notwendig wäre.

negativ bezogen auf die Source, die auf 12V liegt. 0V passen dafür 
perfekt.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Lurchi,
danke für die auführlichen Erklärungen.

Lurchi schrieb:
> Der Kondensatoren sind allerdings recht
> klein - wegen der Bipolaren Ansteuerung ist es mit den Kondensatoren
> auch nicht so einfach eine große Kapazität zusammen zu bekommen.

Demnach sind die 25 µF zu gering gewählt? Ich muss dazu sagen, dass ich 
noch nicht so ganz geblickt habe, wie man die Induktivität und die 
Kapazität aufeinander abstimmt. Ich bin einfach von der 1 mH Spule 
ausgegangen, habe die Grenzfrequenz zu 1kHz gewählt und dann die 
Kapazität berechnet.

Lurchi schrieb:
> Die PWM Frequenz sollte zum Kernmaterial für die Induktivitäten passen:
> Für Ferritekern eher noch höher, weil die Induktivitäten da eher klein
> sein. Für Eisenpulver und ähnlichen kommen die 19 kHz in etwa hin. Für
> Trafoblechkerne müsste man eine niedrigere Frequenz haben, so eher im
> 100-500 Hz Bereich - das zu unschönen Tönen führt und auch große Spulen
> bräuchte.

Bei dem Kernmaterial handelt es sich wohl um Ferrite (µi-6000).
Also müsste ich bei Verwendung dieser Spulen mit der Frequenz eher nach 
oben?

Lurchi schrieb:
> Je nach Bürcke läßt sich die tatsächliche Spannung am Pletier-element
> nicht gut messen, weil beide Seiten Moduliert sind. Die Spannung an den
> beiden Seiten sieht ggf. auch Komisch aus, je nachdem wie die Brücke
> angesteuert wird.
>
> Dass die Brücke Heiß wird, konnte der Relativ hohen Frequenz liegen. Mit
> dem Filter hat es eher wenig zu tun. Einige Brücken sind nicht für so
> hohen Frequenzen ausgelegt und werden dann durch Rückströme in den
> Parasitären Dioden oder Schaltverluste recht warm. Ggf. könnte auch ein
> Problem beim Bootstraping vorliegen (zu kleine Kapazität, Dioden), so
> dass es mit mehr als etwa 90% Tastverhältnis dann Probleme gibt. Ggf.
> helfen auch zusätzliche Schottky Dioden gegen Verluste an den internen
> Dioden.

Zu Testzwecken hatte ich einfach eine 12V Glühbirne angehängt. Bei einem 
hohen bzw. niedrigen Tastverhältnis ist das IC aber nicht heiss 
geworden, sondern eher bei den Werten dazwischen. Ich habe es alternativ 
auch mit niedrigeren Grundfrequenzen (bis runter auf 5 kHz) probiert, 
weil ich ebenfalls dachte, der VNH2SP30 kommt trotz seiner angegebenen 
max. Frequenz von 20 kHz nicht nach. Aber der unschöne Spannungsverlauf 
auf dem Oszilloskop ist geblieben.

MfG
André

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achim S. schrieb:
> André B. schrieb:
>> Das heißt, ich kann den P-Fet einfach
>> über ein HIGH am IR2110 sperren?
>
> ja, über ein High am Ausgang (also +12V am Gate des pFET), welches du
> mit einem High am Eingang bekommst.
>
> Wobei, da fällt mir ein: der IR2110 hat am Eingang keine üblichen
> Logikpegel. Für ein High musst du den Eingang auf > 9,5V treiben - das
> wird dein Controller kaum schaffen.
>
> Einfache Mehrkanal-Gatetreiber mit Standard-Logikeingängen wären wohl
> besser für dich (Bootstrap benutzt du ja nicht).
>
> André B. schrieb:
>> dass für das Treiben eines P-Fets eine negative Spannung notwendig wäre.
>
> negativ bezogen auf die Source, die auf 12V liegt. 0V passen dafür
> perfekt.

Wär natürlich Klasse wenn das so geht. Laut Datenblatt ist der IR2110 
aber sogar 3.3 V Logik kompatibel. Das hängt doch von der Spannung an 
VDD ab, oder?


MfG

André

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Anja schrieb:
> Und nicht vergessen: vor jedem Umpolen das Peltier ca 5 Minuten abkühlen
> lassen. Auch beim Pulsen im Minutentakt ergibt sich ein jämmerlicher
> Wirkungsgrad für die Kühlung.

Danke für den Tipp, werde ich beherzigen.

Anja schrieb:
> Ich habe inzwischen einen anderen Ansatz: Das Peltier kontinuierlich mit
> DC laufen lassen (außer wenn der Setpoint höher ist als
> Umgebungstemperatur), und dann per Heizfolie mit PWM die Feinregelung
> durchführen.

Das klingt auch gut. Im Grunde arbeiten richtige Thermostate (also mit 
Kompressor und Heizwendel) ja nach dem gleichen Prinzip.

MfG
André

Autor: Achim S. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Laut Datenblatt ist der IR2110
> aber sogar 3.3 V Logik kompatibel. Das hängt doch von der Spannung an
> VDD ab, oder?

Stimmt natürlich, ich hatte Unsinn geschrieben...

Autor: umang (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Harald W. schrieb:
>> Brauchst Du die überhaupt? Von Kühlen auf Wärmen kannst Du auch
>> per Relais umschalten.
> Ich müsste die Relais allerdings extra anschaffen...
Ist auf jeden Fall weniger Aufwand, da man mit einer einfachen 
Lowside-Ansteuerung, einer Diode und einer Induktivität auskommt.

Die Schaltung um L2 ist nur eine Spielerei, wenn du die Spannung messen 
möchtest. Zusätzlichen Wicklung (~3*N1, 15µH/40²*120²) aus dünnem Draht. 
Da aber noch ein OPV als Spannungsfolger erforderlich ist, könnte man 
auch eine direkte Highside-Messung verwenden.

Die Teile sind ebenfalls nur als Beispiel gedacht - in LTspice (und auch 
bei Mouser) verfügbar. So ist z.B. D1 eine hier unnötige Doppeldiode, 
und der für die Verlustleistung relevante Parallelwiderstand f. L1 
stammt von einer Coilcraft SER2918H-153.
Pv mit Tastgrad 70% bei 24V-Versorgung (wollt ich nicht mehr ändern) im 
eingeschwungenen Zustand (700-1000µs).

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen!

Ich wollte mich noch mal für Eure Hilfe, Ratschläge und die Bereitschaft 
einem fachfremden noob auf die Sprünge zu helfen bedanken.

Hier ein kleines update bezüglich meines Projekts.
Ich habe mir die Sache nochmal durch den Kopf gehen lassen und bin zu 
dem Schluss gekommen, dass eine 2-Punkt Regelung zum Betrieb eines 
Peltierelements keine gute Idee ist.
Wie Anja ja schon erwähnt hat, geht der Wirkungsgrad bei einem 
getakteten Betrieb gnadenlos in die Knie, was auch Sinn macht, wenn man 
sich das Prinzip einmal vor Augen führt.
Sobald man die Versorgung kappt, heizt sich die kalte Seite sofort 
wieder auf (angeregter Zustand -> Grundzustand + Wärmegradient).
Ein großer Teil des zuvor geleisteten Wärmetransports geht damit bei 
jedem Takt verloren, dabei spielt die Schaltfrequenz im Grunde keine 
große Rolle. Entsprechend mies ist die (ohnehin schlechte) Effizienz.

Aus diesem Grund habe ich weiter an meiner ursprünglichen Idee (stetige 
Regelung mit PWM Glättung) festgehalten.

Ich habe zur Ansteuerung meines Peltierelements inzwischen die H-Brücke 
mit p-Fet highside aufgebaut, um auch die Zustände on/off zu 
ermöglichen(Dank an Achim).
Wegen des größeren Rds-on wird jeweils der p-Fet getaktet(Ich hoffe das 
macht Sinn?!)

Den Filter habe ich soweit unverändert gelassen (Ich hatte damals 
bereits eine Platine geätzt und alles verlötet). Da ich ja nun nicht 
mehr auf den leidigen VNH2SP30 und seine 20 kHz max. angewiesen war, 
habe ich auch mit den Grundfrequenzen experimentiert.

Bei einer Frequenz von 100 kHz und einem worst-case Tastgrad von 50 % 
ergibt sich ein Restrippel von 114 mV, was einer Dämpfung von 20 
dB/Dekade und damit ziemlich genau dem entspricht, was Lurchi bereits 
prophezeit hatte ;-)

Die Schaltung wird im Gegensatz zum VNH2SP30 nicht mehr heiß und ein 
fiepen der Spulen, bei gleicher Frequenz, ist auch nicht mehr zu hören.

Die Kühlung/Heizung soll in einem experimentellen Airconditioner verbaut 
werden, der in der Lage ist Temperatur und rel. Luftfeuchtigkeit in 
einem kleinen Raumvolumen zu regeln. Die Peltierelemente befinden sich 
dabei zwischen zwei Wasserkühlern, was für ein kleines delta-T und einen 
guten Wirkungsgrad sorgen sollte. Langzeittests stehen noch aus.

LG

André

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ob man den N oder P-Kanal FET taktet ist ein Abwägungsfrage: Für den 
P-FEt spricht der O-Widerstand, weil auch der Strom, der über die 
Freilaufdiode geht noch über den FET fließt. Gegen die Verluste an der 
Diode sollten die On-Verluste am FET aber eher nicht ins Gewicht fallen. 
Da könnte man ggf. beide FETs an einer Seite Takten - also aktive 
Gleichrichtung nutzen.

Der N-FET hat in der Regel die kleinere Kapazität, hätte also eher 
weniger Schaltverluste.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Da könnte man ggf. beide FETs an einer Seite Takten - also aktive
> Gleichrichtung nutzen.

Ich vermute die Ansteuerung ist nicht ganz trivial, oder?

Lurchi schrieb:
> Der N-FET hat in der Regel die kleinere Kapazität, hätte also eher
> weniger Schaltverluste.

Hängt das mit der Zeit zusammen, die notwendig ist um das Gate zu 
laden/entladen?

Eine Sache würde mich noch brennend interessieren:
Wie kommt es, dass der LC-Filter nur mit 20dB/Dekade dämpft, statt mit 
40dB. Du hattest ja bereits erwähnt, dass er sich eher wie ein LR Filter 
verhalten würde. Wär es möglich, dass Du mir das Ganze einmal erklärst?

LG André

Autor: André B. (abl)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen.
Tut mir leid, wenn ich euch schon wieder belästige, aber ich hätte da 
nochmal ein Frage.

Wie ich ja bereits geschrieben hatte, funktioniert die neue Schaltung 
soweit.
Soll heißen, dass das Peltierelemnt kühlt und sich über den µC steuern 
lässt.
Ich habe das Peltierelement nun aber vor Kurzem etwas länger laufen 
lassen.
Dabei ist mir aufgefallen, dass der jeweils nicht aktive Mosfet einer 
Halbbrücke warm wird, während die anderen deutlich kühler bleiben.
Es ist immer der Mosfet, der sich mit dem jeweils getakteten Mosfet 
einen Treiber IC teilt.
Es spielt dabei keine Rolle, ob ich den P-Fet oder den N-Fet per PWM 
anspreche. Pole ich das Peltier um, so ergibt sich der selbe Effekt, nur 
das dann halt die anderen Bauteile betroffen sind.

Offenbar hängt dies mit dem LC Filter zusammen, da sich das Problem 
nicht ergibt, wenn ich eine einfache Glühbirne (als Ersatz für das 
Peltier) ohne den Filter betreibe.

Inzwischen habe ich auch ein weiteres Filter mit kleineren Bauteilen 
gebastelt (10 µH / 10µF Keramikkondensatoren).
Die neuen Spulen sind geschirmt, für hohe Frequenzen (getestet bei 100 
kHz) und hohe Ströme (Isat = 15 A) ausgelegt.
Auch mit diesem Filter besteht das Problem.

Ich habe meinen Code schon zig mal durchgesehen und bin mir sicher, dass 
das timing soweit stimmt. Einen shootthrough aufgrund falscher 
Ansteuerung kann ich somit ausschließen (ansonsten würde der normale pwm 
betrieb ja auch nicht funktionieren).

Da es aber irgendiwe danach aussieht, als würde der "gesperrte" Fet 
sporadisch leiten,habe ich mit dem Oszi ein paar Messungen durchgeführt.
Das Signal, das den Treiber verlässt ist sauber. Messe ich jedoch hinter 
dem Gatewiderstand, so sind Spannungspitzen zu erkennen, die zusammen 
mit den Flanken des pwm Signals auftreten.
Eventuell sind es diese Spitzen, die den eigentlich gesperrten Fet 
leiten lassen? Komisch wäre dann nur, dass alle anderen Fets kühl 
bleiben.

Ich habe einmal den Schaltplan der H-Brücke angehängt.
Eventuell verbirgt sich hier ja schon ein Fehler.
Wenn jemand etwas Licht ins Dunkel bringen könnte, wäre ich sehr 
dankbar.

LG

André

: Bearbeitet durch User
Autor: Der Andere (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Aus diesem Grund habe ich weiter an meiner ursprünglichen Idee (stetige
> Regelung mit PWM Glättung) festgehalten.

Der Wirkungsgrad der Peltiers wird umso schlechter, je höher der Strom, 
da die interne Verlustleistung im Quadrat mit dem Strom zunimmt, der 
Wärmetransport aber nur linear (beides in erster Näherung).
Aus dem Grund ist eine schnelle oder auch langsame PWM oder 
Zweipunktregelung ungünstig.

Statt jetzt aber anzufangen eine PWM mit LC Filter zu sieben könnte man 
genausogut eine geschaltete steuerbare Konstantstromquelle nehmen.

(Die man natürlich analog steuern sollte und nicht wieder über PWM ein 
und ausschalten)

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Andere schrieb:
> Der Wirkungsgrad der Peltiers wird umso schlechter, je höher der Strom,
> da die interne Verlustleistung im Quadrat mit dem Strom zunimmt, der
> Wärmetransport aber nur linear (beides in erster Näherung).

Das ist mir bewusst, ich habe deshalb auch eine Strommessung vorgesehen, 
die ich später für die Regelung nutzen wollte.

Der Andere schrieb:
> Statt jetzt aber anzufangen eine PWM mit LC Filter zu sieben könnte man
> genausogut eine geschaltete steuerbare Konstantstromquelle nehmen.

Das wäre eventuell auch eine Option. Ich habe sogar noch einen alten LED 
Treiber, der sich dafür eignen würde...

Allerdings wüsste ich zugern, warum sich meine Schaltung mit Filter so 
merkwürdig verhält.

Autor: Dampf T. (ouuneii)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>> Statt jetzt aber anzufangen eine PWM mit LC Filter zu sieben könnte man
genausogut eine geschaltete steuerbare Konstantstromquelle nehmen.

>(Die man natürlich analog steuern sollte und nicht wieder über PWM ein
und ausschalten)


Was soll das ? Ein Peltier ist eine Ohmsche Last, daher ist eine PWM 
Konstantspannungsquelle aequivalent zu einer Stromquelle, ausser, dass 
die Regelung einfacher ist. Aus PWM mach DC ist das Optimale oberhalb 
einer gewissen Leistung, wo man noch linear verheizen mag.
Und sinnvollerweise schaltet man den P-Fet in der Speisung permanent 
durch, und taktet den N-Fet mit irgendwas in den mehreren Duzend kHz. 
Wenn ein kleiner Ripple in den kleineren mV auf das Peltier kommt, was 
soll's. Man kriegt sie auch so auf ein paar mK stabil.
Den Strom sollte man messen, sonst laeuft das System weg, weil die 
Thermospannungen in einer langsamen Zeitkonstante doch reinkommen.

Auch wenn die P-Fet schlechter sind, kann man ja mehrere parallel 
nehmen, zB 2..4 Stueck im im SO8 Gehaeuse. Wenn man die statisch 
schaltet ist deren Kapazitaet unwichtig.

Alles andere halte ich fuer keine so gute Idee.

: Bearbeitet durch User
Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dampf T. schrieb:
> Und sinnvollerweise schaltet man den P-Fet in der Speisung permanent
> durch, und taktet den N-Fet mit irgendwas in den mehreren Duzend kHz.

Genauso betreibe ich die Schaltung gerade. Der Takt liegt bei 100 kHz.

Dampf T. schrieb:
> Auch wenn die P-Fet schlechter sind, kann man ja mehrere parallel
> nehmen, zB 2..4 Stueck im im SO8 Gehaeuse. Wenn man die statisch
> schaltet ist deren Kapazitaet unwichtig.

Die Kapazität schlägt sich doch in der Gateladung nieder?
Die ist nämlich bei den verbauten Fets (siehe Schaltplan) exakt gleich 
und liegt bei 63 nC. Von daher wäre es doch fast egal, welchen Fet man 
taktet, oder?

Autor: Der Andere (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dampf T. schrieb:
> Was soll das ?

Du plenkst und hast mein Posting nicht mal im Ansatz verstanden.
Les es einfach nochmal durch.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Die Schaltung mit FET Brücke und Induktivität zum glätten ist eine Art 
Schaltwandler, nur halt noch ohne eine Rückkopplung zur Regelung des 
Strom, sondern mit vorgegebenem PWM-Wert. Die Regelung des Stromes 
erfolgt dann später ggf. indirekt über die Temperaturregelung oder halt 
ggf. auch über einen extra Regelkreis für den Strom (erlaubt exaktere 
Regelung, weil man nichtlineare Effekte besser berücksichtigen kann).

Der MOSFET gegenüber dem aktiv getaktetem MOSFET arbeitet als 
Freilaufdiode und hat dabei Verluste, die durchaus höher werden können 
als beim geschalteten FET. Man hat zumindest die Verluste von der 
Vorwärtsspannung (z.B. 0.7 V) und dann ggf. noch zusätzliche beim 
Ausschalten, denn die Dioden in den MOSFETs sind i.A. nicht besonders 
schnell. Wenn es sein muss könnte man diese Verluste noch per 
Schottky-diode parallel zum FET reduzieren.

Der Abfall mit -20dB/Dekade kommt daher dass man näherungsweise einen RL 
filter hat. Der Kondensator ist einfach relativ kleine im Vergleich zum 
Widerstand des Peltierelements.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Lurchi,
vielen Dank für Deine Antwort!
(Insgeheim hatte ich ja schon auf einen Beitrag von Dir gehofft ;-)

Lurchi schrieb:
> Der MOSFET gegenüber dem aktiv getaktetem MOSFET arbeitet als
> Freilaufdiode und hat dabei Verluste, die durchaus höher werden können
> als beim geschalteten FET. Man hat zumindest die Verluste von der
> Vorwärtsspannung (z.B. 0.7 V) und dann ggf. noch zusätzliche beim
> Ausschalten, denn die Dioden in den MOSFETs sind i.A. nicht besonders
> schnell. Wenn es sein muss könnte man diese Verluste noch per
> Schottky-diode parallel zum FET reduzieren.
Ah okay, das macht natürlich Sinn.
Dann brauche ich mir also keine Sorgen zu machen?
Ich war nur verunsichert, weil mir der Zusammenhang nicht klar war.
Die Erwärmung lässt sich mit einem entsprechenden Kühlkörper sicherlich 
abführen, allerdings ist der FET schon um einiges wärmer als die 
anderen.
Ich habe in der neuen Schaltung bereits zusätzliche Dioden vorgesehen.
Es handelt sich um schnelle Dioden vom Typ UF4007.
Macht es Sinn noch weitere Dioden parallel zu schalten, oder ist ein 
anderer Typ eventuell besser geeignet?

Lurchi schrieb:
> Der Abfall mit -20dB/Dekade kommt daher dass man näherungsweise einen RL
> filter hat. Der Kondensator ist einfach relativ kleine im Vergleich zum
> Widerstand des Peltierelements.

Längeres Grübeln hat mich dann auch auf den Trichter gebracht ;-).
In einer neueren Schaltung habe ich die Kapazität erhöht und konnte die 
Dämpfung damit auch noch ein wenig steigern.

Lurchi schrieb:
> Die Regelung des Stromes
> erfolgt dann später ggf. indirekt über die Temperaturregelung oder halt
> ggf. auch über einen extra Regelkreis für den Strom (erlaubt exaktere
> Regelung, weil man nichtlineare Effekte besser berücksichtigen kann).


Für die Zukunft plane ich auch einen solchen "inneren" Stromregelkreis 
zu implementieren.
Das Thema ist noch nicht ganz zu Ende gedacht, aber prinzipiell schwebt 
mir dafür ein einfacher Proportionalregler vor.
Eventuell reicht das ja schon aus.
Auf der neuen Platine habe ich zu diesem Zweck einen ACS712 verbaut.
Blöd ist nur, dass die Auflösung mit einem 10 bit ADC relativ mager ist 
(ich habe die 20 A Version gewählt), was sich vor allem bei der Regelung 
von kleineren Peltierelementen negativ auswirken könnte.

Ursprünglich wollte ich auch je einen Shunt an der Source der N-Fets 
platzieren und einen INA 169 benutzen.
Den hätte man dann genauer auf die anfallenden Ströme einstellen können.
Gescheitert ist das Ganze dann letztlich daran, dass der Platz auf dem 
board knapp wurde und ich ADC Pins hätte frei machen müssen, die ich 
schon mit einer anderen Funktion bedacht hatte.

Was die Nichtlinearität angeht, so könnte man vielleicht eine 
Kalibrierfunktion und einen passenden look-up table nutzen, oder wie 
würdest Du so etwas angehen? Stellt sich nur die Frage, wie man eine 
solche Funktion bestimmt...

: Bearbeitet durch User
Autor: Noch nicht Rentner (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mach mal einen P-Regler, der direkt auf den PWM wirkt. Dann nimmst du 
dessen Verhalten als Openloop (linear angesteuert) und Closed loop auf. 
Nach ein paar Versuchen kommst du auf einen Regler.

Autor: Thomas E. (picalic)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Die Erwärmung lässt sich mit einem entsprechenden Kühlkörper sicherlich
> abführen, allerdings ist der FET schon um einiges wärmer als die
> anderen.
> Ich habe in der neuen Schaltung bereits zusätzliche Dioden vorgesehen.
> Es handelt sich um schnelle Dioden vom Typ UF4007.
> Macht es Sinn noch weitere Dioden parallel zu schalten, oder ist ein
> anderer Typ eventuell besser geeignet?

Du könntest die Verluste deutlich verringern, indem Du den FET für die 
Zeit, die er als Freilaufdiode arbeitet, einfach einschalten würdest. 
Die Arbeitsweise nennt man "synchron" und wird bei Buck/Boost Konvertern 
und bei Gleichrichtern verwendet.

Ansonsten wäre eine Schottky-Diode sicher besser als Freilaufdiode 
geeignet, als die UF4007. Wie hoch ist Dein Strom? Die 1A Diode scheint 
mir auch etwas knapp zu sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen, vielen Dank für Eure Antworten!
Noch nicht Rentner schrieb:
> Mach mal einen P-Regler, der direkt auf den PWM wirkt. Dann nimmst du
> dessen Verhalten als Openloop (linear angesteuert) und Closed loop auf.
> Nach ein paar Versuchen kommst du auf einen Regler.

So ähnlich hatte ich mir das auch gedacht. Mal sehen, ob´s was wird :-)

Thomas E. schrieb:
> Du könntest die Verluste deutlich verringern, indem Du den FET für die
> Zeit, die er als Freilaufdiode arbeitet, einfach einschalten würdest.
> Die Arbeitsweise nennt man "synchron" und wird bei Buck/Boost Konvertern
> und bei Gleichrichtern verwendet.
Würde ich das erreichen, wenn ich High- und Lowside eine Halbbrücke mit 
komplementärer PWM ansteuere, während die gegenüberliegende Highside 
durgeschaltet ist? Oder wie muss ich mir das vorstellen?

Thomas E. schrieb:
> Ansonsten wäre eine Schottky-Diode sicher besser als Freilaufdiode
> geeignet, als die UF4007. Wie hoch ist Dein Strom? Die 1A Diode scheint
> mir auch etwas knapp zu sein.

Derzeit betreibe ich nur ein kleines Peltierelement und der Strom liegt 
bei ca. 3A. Später möchte ich natürlich gerne größere Elemente 
ansteuern.
Ich habe hier noch zwei MBR1045 Dioden gefunden. Ich werde mal versuchen 
diese nachträglich auf die Platine zu löten.

Autor: Thomas E. (picalic)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Würde ich das erreichen, wenn ich High- und Lowside eine Halbbrücke mit
> komplementärer PWM ansteuere, während die gegenüberliegende Highside
> durgeschaltet ist? Oder wie muss ich mir das vorstellen?

Ja, genau so.

André B. schrieb:
> der Strom liegt
> bei ca. 3A. Später möchte ich natürlich gerne größere Elemente
> ansteuern.

Dann sollte auch die Freilaufdiode diesen Strom leiten können! Wenn die 
Spannung vom Netzteil viel höher ist, als am Peltierelement, fließt der 
volle Strom die meiste Zeit durch die Freilaufdiode (bzw. über den FET 
gegenüber dem Einschalt-FET).

Die MBR1045 ist schonmal deutlich besser, als eine 1A "normale" 
Gleichrichterdiode.

Autor: André B. (abl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Thomas.
Vielen Danke für Deine Ratschläge.
Ich habe die Dioden ausgetauscht und der betroffene FET wird, auch ohne 
Kühlkörper, nur noch lauwarm bzw. es ist kein Unterschied mehr zu seinen 
aktiven Kollegen zu spüren.

Ich glaube jetzt verstehe ich auch wo mein Denkfehler lag.
Wenn z.B. die Eingangsspannung doppelt so hoch ist wie die 
Ausgangsspannung, dann geht ja die Hälfte der Zeit der Strom über die 
Diode, die dann natürlich auch für selbigen ausgelegt sein muss.
Wenn ich dann eine komplementäre Steuerung verwende, habe ich während 
dieser Zeit einen Weg parallel zur Diode und reduziere so die dort 
enstehenden Verluste, oder?

Die komplementäre Steuerung werde ich auf jedenfall einmal 
programmieren, auch wenn sie in diesem Projekt wohl nicht zum Einsatz 
kommen kann, da mir nicht genügend 16bit Timer zur Verfügung stehen.

Danke nochmals für die tolle Hilfe

Autor: Thomas E. (picalic)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
André B. schrieb:
> Wenn ich dann eine komplementäre Steuerung verwende, habe ich während
> dieser Zeit einen Weg parallel zur Diode und reduziere so die dort
> enstehenden Verluste, oder?

Der wesentliche Punkt ist, daß über der Freilaufdiode, selbst wenn es 
eine Schottky-Diode ist, eine Flußspannung im Bereich von mehreren 100 
mV abfällt, multipliziert mit ein paar Ampere Strom gibt das eine 
ordentliche Verlustleistung. Ein eingeschalteter FET hat aber nur ein 
paar Milliohm, wodurch hier viel weniger Spannung abfällt. Oft braucht 
man dann gar keine separaten Freilaufdioden mehr, denn die 
Verlustleistung der "schlechten" FET-Bodydiode fällt nur kurz im 
Umschaltmoment an und ist dann im Mittel nur noch gering.
Es gibt auch (Halb)Brückentreiber, die die FETs im Gegentakt ansteuern, 
wofür dann nur ein einzelner, "normaler" PWM-Ausgang notwenig ist (z.B. 
MIC4605). Der Treiber sorgt auch für korrektes Timing beim Umschalten, 
denn beide FETs dürfen natürlich nie gleichzeitig eingeschaltet sein, 
aber auf der anderen Seite sollte die Totzeit bei Umschalten so kurz wie 
möglich sein.

: Bearbeitet durch User

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.