Peltierelement mit einer Spannung oder einem Strom ansteuern?

[Mark (Gast)]

Hallo zusammen,

ich würde gerne einen Regler um ein Peltierelement herum bauen. 
Natürlich ist die Regelgröße am Ende die Temperatur, dennoch bekommt der 
Regler ja irgendeine Ausgangsquelle die dann das Peltier treibt. Hier 
ist meine Frage ob hierbei lieber eine Spannung vom Regler gesetzt 
werden sollte oder ein Strom? Hat eins von beiden einen "lineareren" 
Zusammenhang mit Wärmefluss oder macht man es sich einfach leicht und 
lässt den Regler eine Spannungsquelle ansteuern?

Mark

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Ist eigentlich egal, wichtig ist nur, daß Du dem Pelztier eine saubere 
Gleichspannung anbietest. Bei ungefilterten PWM-Impulsen wird der 
sowieso schon schlechte Wirkungsgrad unterirdisch, da die Wärme in den 
Pausen quasi zur kalten Seite zurückfließt und erneut transportiert 
werden muß. Ich würde einen Regler daher auf eine konstante Spannung 
auslegen, konstanter Strom ginge aber auch.

[Dieter W. (dds5)]

Mark schrieb:
> ... eine Spannung vom Regler gesetzt
> werden sollte oder ein Strom? Hat eins von beiden einen "lineareren"
> Zusammenhang mit Wärmefluss ...

Ja, der Strom.
Da sich die Spannung am Pelztier mit der Temperatur relativ stark 
ändert, würde die Regelgüte bei Spannungsbetrieb erheblich schlechter 
als nötig.

[Lurchi (Gast)]

Der Widerstand der Peiltierelemente ändert sich nicht so stark mit der 
Temperatur und auch die Thermospannung ist eher eine kleine Störgröße. 
Von daher ist es relativ egal ob der Regler den Strom oder die Spannung 
vorgibt.

Für die Güte der Regelung ist es eher wichtig nicht nur die Temperatur 
der zu regelnden Seite zu messen, sondern auch die der anderen (warmen) 
Seite, denn die Temperatur der warmen Seite ist oft die wesentlichen 
Störgröße.


Der Wärmefluss ist weder linear im Strom noch der Spannung. Der 
Zusammenhang folgt in guter Näherung eine Parabel mit der maximalen 
Kühlwirkung beim optimalen Strom. Auch die Temperatur der "warmen" Seite 
kann man bei der Formel gleich mit berücksichtigen. Nur bei eher kleinen 
Strömen ist der Zusammenhang noch näherungsweise linear - vor allem nahe 
an der Tiefsten Temperatur wird es recht nichtlinear.

[Mark (Gast)]

Lurchi schrieb:
> Für die Güte der Regelung ist es eher wichtig nicht nur die Temperatur
> der zu regelnden Seite zu messen, sondern auch die der anderen (warmen)
> Seite, denn die Temperatur der warmen Seite ist oft die wesentlichen
> Störgröße.

Interessant! (gilt natürlich auch für die anderen Antworte. Vielen Dank 
auch dafür).

Ist es also ggf. sinnvoll nicht einfach stumpf einen PID Regler zu 
implementieren? Ich würde das Ganze wohl ohnehin in Software regeln. 
Sollte ja alle 500ms oder so ausreichend sein.

[Lurchi (Gast)]

Man kann die nichlineare Kennlinie des TEC auch gut mit einem PID Regler 
kombinieren. Der PID-Regler gibt eine geforderte Kühlleistung vor und 
die wird in den dafür passenden Strom umgerechnet.  Für die 
Berücksichtigung der "warmen" Seite hat man 2 Möglichkeiten:

1) man betrachtet die 2. Temperatur als Störgröße und nutzt dafür einen 
Feed-forward Beitrag. D.h. zum Ausgang des PID-Reglers kommt ein Anteil 
proportional zur Temperatur der warmen Seite, bzw. zur 
Temperaturdifferenz.

2) man berücksichtigt die 2. gemessene Temperatur in der Kennlinie des 
TECs. D.h. bei der Umrechnung von der Heiz/Kühlleistung vom PID Regler 
in der Strom (bzw. Spannung) wird die Temperaturdifferenz über das 
Peltierelement mit berücksichtigt.

Der 2. Weg hat ggf. den Vorteil, dass man im Prinzip aus den Daten des 
Peltierlements bestimmen kann wie die 2. Temperatur zu berücksichtigen 
ist. Im Endeffekt kommt es aber auf das selbe hinaus. D.h. die 2 
Möglichkeiten sind mehr 2 mögliche Interpretationen. Die erste 
Interpretation gibt einem eine Begründung ggf. den Parameter bei Bedarf 
auch leicht variieren zu dürften.

Wenn man die Wärmeleitung durch das Peltierelement sozusagen raus 
rechnet, sollte man das beim Tests zur Auslegung des PID Reglers 
berücksichtigen. Der Anteil von der Warmen Seite kann halt wie ein 
Proportionaler Term in der Regelung wirken, wenn man hier die 
Temperaturdifferenz und nicht nur die Warme Seite nimmt.