Hi Leute, ich habe mir schon ein paar Threads zu dem Thema hier durchgelesen. Aber zuerst mal zu meiner Person: Ich heiße Fabian, bin 30 Jahre alt, habe Maschinenbau studiert und bin gerade dabei mit meinem Kumpel (Programmierer) eine Temperaturregelung mit einem Peltierelement zu bauen. Leider hatte ich nur ein Semester lang Grundlagen der E-Technik und habe daher nicht das nötige Wissen so eine Steuerung von Grund auf aufzubauen. Stand der Dinge: Bisher haben wir ein TEC1-12730 (max. 15,6V & 30,5A) mit einem PC-Netzteil laufen lassen. Gemessen haben wir dabei 11,8V und 22A ungeregelt. Macht also roundabout 260W. Nun haben wir einen Motorentreiber (BTS7960) mit einem Arduino Nano per PWM (980Hz) angesteuert um die Spannung zu regeln. In dem angehängten Screenshot sieht man schon das Programm, das mein Kumpel geschrieben hat. Da wir die Temp. Sensoren vertauscht hatten, zeigt die rote kurve die Temp. der kalten Seite und die grüne Kurve die Temp. der warmen Seite an. Die Wärme wird natürlich abtransportiert, daher ist die Temperatur dort relativ stabil. Mit dem Schieberegler rechts wird der Dutycycle für das PWM-Signal, also die Leistung manuell geregelt und darunter gibt es die Möglichkeit einen PID-Regler zu aktivieren. Der PID-Regler soll im Endeffekt dann die kalte Seite regeln. Die Regelung funktioniert auch so weit, mit den PID-Werten müssen wir aber noch rumspielen. Punkt 1 der uns an dieser Geschichte nicht gefällt, ist das der Treiber selber über ~33W frisst und dabei auch noch verdammt heiß wird. Bei über 100°C am Kühlkörper nach ca. 5min. haben wir dann abgeschaltet. (Bekommt man das besser hin?) Punkt 2: Irgendwie hat mich der Ehrgeiz gepackt und ich möchte gerne eine schöne Platine haben, auf der alles drauf ist und die ich in ein Gehäuse bauen kann. Nicht nur aus Spaß an der Freude, sondern auch um wieder etwas zu lernen. Ich habe mir das also so vorgestellt: Eine Platine, an die man lediglich das Netzteil, das TEC, die Sensoren und ein USB-Kabel anschließt. Ich habe jetzt einige Stunden im Netz gesucht und da das TEC nur kühlen soll, denke ich das der BTN8962TA für meine Zwecke passen würde. Nun zum Microcontroller: Ich habe gelesen, das die TECs eigentlich keine PWM mögen. Es sei denn, die Frequenz ist ausreichend hoch. Ausreichend hoch scheint aber deutlich höher als die 980Hz des Aurduino zu sein. Mit welcher Frequenz muss ich letztendlich arbeiten und welchen Microcontroller kann man da empfehlen? Ich habe des Öfteren Werte zwischen 25-100kHz im Netz gefunden. Entweder ich nehme etwas ähnliches wie einen Arduino und stecke den dann mit einer Stiftleiste auf meine Hauptplatine, oder der Microcontroller kommt direkt auf die Platine. Zum letzteren Punkt fehlt mir allerdings wieder das know-how, wie die externe Beschaltung des Microcontrollers auszusehen hat. Mein Plan ist es mich mit eurer Hilfe hier langsam zum Endergebnis vorzuhangeln und dabei hoffentlich viel zu lernen. Vorausgesetzt, ihr habt die Lust und ausreichend Gedult mir dabei zu helfen :) Ich bedanke mich schon mal im Voraus, LG, Fabian
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Kann der Arduino wirklich nur max 980Hz? Würde mich wundern. Habe nie mit Arduino gearbeitet. Sicherlich könnte man den Datenblatt lesen und daraus herausnehmen wie man da auf Registerebene PWM generiert und auf welche Frequencz und Auflösung man damit kommen kann. Wobei Peltier regelt man eher auf Strom. Da würde ich einfach einen Messwiederstand nehmen, den Strom messen, dann verstärken und auf ein Comparator leiten. Der Comparator kann dann mit einer Analog Wert aus der uC (PWM + low pass filter) gespeist werden, und schaltet damit einen Schaltelement. Geschaltete spannung dann noch filtern und das sollte meiner Meinung nach tun. Wobei ich selbst habe noch soetwas nie gebaut. 2. Lösung könte sein: Peltier auf max Strom betreiben. Dann einfach ein und ausschalten. Kann auch langsames PWM sein. Man muss die Zeitkonstanten von den Regelstrecken ermitteln und anpassen.
Fabian V. schrieb: > Ich habe gelesen, das die TECs eigentlich keine PWM mögen. Ach. > Es sei denn, die Frequenz ist ausreichend hoch. Nein, auch dann nicht. Aber man kann bei ausreichender Frequenz des Strom zum Peltier leicht mit einer Drosselspule glätten. Ausreichend sind dann eher >10kHz also 910Hz. Andras H. schrieb: > 2. Lösung könte sein: Peltier auf max Strom betreiben. Dann einfach ein > und ausschalten. Nein. Das ist keine Lösung, sondern Quatsch. Es ist SOOO einfach, nur zu kühlen, ein MOSFET, eine Diode und eine Spule ist alles was man braucht. Warum aus Unkenntnis pfuschen, der TEC ist teuer genug. Wenn ihr den wirklich nur mit 12V/25A fahren wollt (die Hälfte der Kühlleistung verschenkt), dann nehmt einen MOSFET mit <10mOhm im eingeschalteten Zustand wie IRF3704Z, ca. 5W Verlust, eine 25A Schottkydiode wie MBR2530, eine Spule die 25A aushält, sagen wir sie hat 100uH, und macht eure PWM schnell genug damit der Strom sich höchstens um 5% ändert, bei 100uH und 6V im Mittel also 50kHz, die Auflösung muss nicht so hoch sein, es würden schon 4 bit reichen, der Rest passiert durch dithering. Obwohl der ausgesuchte MOSFET mit 4.5V aus einem Arduino ausreichend durchgesteuert wird, gönnt ihr euch besser einen MOSFET Treiber wie MC34151.
Vielen Dank für eure Antworten. Nun muss ich erstmal etwas recherchieren und lesen, um die Funktion der Bauteile zu verstehen.
Fabian V. schrieb: > Vielen Dank für eure Antworten. > Nun muss ich erstmal etwas recherchieren und lesen, um die Funktion der > Bauteile zu verstehen. Ermittle die Zeitkonstante deines Aufbaues. Schneller als ein viertel der Zeit brauchst du nicht schalten. Dann reicht sogar ein Zweipunktregler. Alternativ etwa 1kHz. Eine fette Drossel zum glätten und eine Freilaufdiode. Dann kann ein integrierender Regler dran.
MaWin schrieb: > eine Spule die 25A aushält, sagen wir sie hat > 100uH, Paßt nicht. Hochstrom-Induktivitäten haben keine 100µH sondern eher unter 10µH. Beispiel: WE-HCI Serie. Die 74435580820 hat 8.2µH bei Nennstrom von 25.5A und Sättigung bei 30A und ohmscher Widerstand bei 2.7mOhm. Mein Vorschlag wäre ein Synchron-Buck-Regler mit externen Schalttransistoren. Sowas kann heutzutage mit rund 1 MHz oder mehr laufen, hat wegen des Transistors anstelle der Diode deutlich weniger Verluste und liefert schlußendlich Gleichspannung. W.S.
> Mein Vorschlag wäre ein Synchron-Buck-Regler mit externen > Schalttransistoren. Ja, so in etwas wuerde ich das wohl auch angehen. Man hat dann zwar noch einen Schaltregler zusaetzlich in der Schaltung, aber dafuer braucht die Spule keine Raeder um sie zu bewegen. Olaf
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Okay, ich habe mal ein Bild angehängt. Wie gehe ich jetzt vor? Schaue ich, was für eine Spule ich bekomme und passe darauf dann PWM-Frequenz und die Kapazität an, oder kann ich jetzt sagen, ich möchte mit den Standart 980Hz vom Arduino arbeiten und passe darauf dann Induktivität und Kapazität an? Wenn es möglich ist die Frequenz zu erhöhen, dann bekommt mein Kumpel das mit Sicherheit hin. Ansonsten müssten wir einen anderen Controller nutzen.
Fabian V. schrieb: > Okay, ich habe mal ein Bild angehängt Uff, guck doch vorher, wie man das richtig baut. Man braucht bei konstanter Last keinen C1 und synchron beide MOSFETs zu takten ist für einen Anfänger zu schwer, benutze nur 1 MOSFET und eine Freilaufdiode. Dann bleibt nur noch übrig, wie man einen N-MOSFET an 1#V mit 5V PWM bedient.
MaWin schrieb: > Fabian V. schrieb: >> Okay, ich habe mal ein Bild angehängt > > Uff Etwas aussichtsreicher könnte sowas sein: https://www.reichelt.de/labornetzgeraet-1-16-v-0-40-a-stabilisiert-peaktech-1525-p105637.html?&trstct=pol_0&nbc=1 Speziell bei dem Gerät lässt sich der Ausgangsstrom analog mit 0 bis 5V fernsteuern. Ihr müsstet nur eure 980Hz-PWM ein wenig filtern, grob über den Daumen zwei RC-Glieder 1k+10uF hintereinander. Oder 2k7+4u7 oder... Niederohmiger ist schlecht, weil der Arduino nicht beliebig viel Strom liefert und wenn es hochohmiger wird, erreicht man irgendwann nicht mehr den vollen Ausgangsstrom. Aber in der Richtung ist noch Luft.
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MaWin schrieb: > Uff, guck doch vorher, wie man das richtig baut. Deshalb bin ich doch hier ;) MaWin schrieb: > Man braucht bei konstanter Last keinen C1 Warum gehst du von einer konstanten Last aus? Regelt man die Spannung herunter, dann sinkt ja auch die Stromaufnahme des Peltierelments. MaWin schrieb: > synchron beide MOSFETs zu > takten ist für einen Anfänger zu schwer, benutze nur 1 MOSFET und eine > Freilaufdiode. Was genau ist daran schwer? Reicht es nicht aus, das Signal einfach zu invertieren? Wenn das so nicht funktioniert, kann man dann nicht einen zweiten PWM-Ausgang nutzen und denn "gegenläufig" arbeiten lassen? Aber okay, wenn das wirklich so schwer ist, dann tausche ich ihn natürlich gegen eine Diode. Bauform B. schrieb: > Etwas aussichtsreicher könnte sowas sein: Danke für den Tipp, das Teil ist erstens etwas teuer und zweitens möchte ich es tatsächlich versuchen so hinzubekommen, sofern Hopfen und Malz noch nicht vollends verloren sind...
Fabian V. schrieb: > Was genau ist daran schwer? Stichwort Deadtime. Fabian V. schrieb: > Warum gehst du von einer konstanten Last aus? > Regelt man die Spannung herunter, dann sinkt ja auch die Stromaufnahme > des Peltierelments. Ein Peltier Element ist kein Spannungs- sondern ein Stromgesteuertes Bauelement. Demnach benötigt ihr Konstantstrom und nicht Konstantspannung. Die Spannung ändert sich mit steigender Temperaturdifferenz, da die Seebeck Spannung steigt. Das Problem mit PWM bei den Elementen ist, das bei ausgeschaltetem Zustand die Wärme zurückfließt, wodurch das Element einen noch schlechteren Wirkungsgrad hat als onehin schon.
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Kevin M. schrieb: > Ein Peltier Element ist kein Spannungs- sondern ein Stromgesteuertes > Bauelement. Okay, habe ich verstanden. Ich habe allerdings noch ein Verständnis Problem bezüglich der Regelung. Der Step-Down Converter unterbricht mit seinem Schalter ja Strom und Spannung. Durch die Spule und dessen Magnetflet fällt diese jedoch nicht instant ab, sondern wird mit der Zeit abgebaut. Schaltfrequenz, dutycycle und Induktivität bestimmen dabei die Restwelligkeit. Aber Strom und Spannung können doch beide nicht "Konstant" sein. Bei einem Dutycycle von 50% sinken doch beide zwangsweise, oder sehe ich das falsch? Ich muss zugeben, den Zeitlichen Verlauf, bzw die resultierende Funktion des Stromes habe ich jetzt nicht berechnet. Wie gehe ich nun bei der Dimensionierung der Bauteile vor? Vielen Dank!
Fabian V. schrieb: > Ich habe allerdings noch ein Verständnis > Problem bezüglich der Regelung. Erst mal zum Problem deiner Schaltung: dein nFET soll 12V durchschalten, er bekommt aber am Gate nur maximal 5V - das wird nicht funktionieren. Da muss ein Treiber dazwischen, der das Gate mit ausreichend hoher Spannung ansteuert. Jetzt hierzu: Fabian V. schrieb: > Der Step-Down Converter unterbricht mit seinem Schalter ja Strom und > Spannung. Durch die Spule und dessen Magnetflet fällt diese jedoch nicht > instant ab, sondern wird mit der Zeit abgebaut. Der FET unterbricht die Verbindung zwischen 12V und Spule (wenn er richtig beschaltet ist). Die Spannung am linken Ende der Spule springt also zwischen 12V und ca. 0V. Der niedrigere Wert ist nicht wirklich 0V sondern ca. -0,7V, weil der Strom durch die Spule weiterfließt - nur halt nicht mehr über den FET sondern über die Freilaufdiode D1. Die Spannung am linken Ende der Spule springt also zwischen 12V und -0,7V, der Strom durch die Spule variiert nur wenig (dazu ist die Spule da). Und damit variiert auch die Spannung am rechten Ende der Spule (also am Peltier) nur wenig. Fabian V. schrieb: > Bei einem > Dutycycle von 50% sinken doch beide zwangsweise, oder sehe ich das > falsch? Bei einem Dutycycle von 50% ist die "mittlere Spannung" am linken Spulenende knapp 6V, und es fließt ungefähr so viel Strom durchs Peltier, wie wenn du dort konstante 6V anschließen würdest. Fabian V. schrieb: > Wie gehe ich nun bei der Dimensionierung der Bauteile vor? Du wählst die Spule so groß, dass der Stromripple deinen Vorstellungen entspricht. Die Stromänderung durch die Spule ist di/dt= U/L U ist die Spannung, die an der Spule anliegt (also maximal 12V), und je größer du L wählst, desto geringer wird di/dt.
Achim S. schrieb: > Du wählst die Spule so groß, dass der Stromripple deinen Vorstellungen > entspricht. Die Stromänderung durch die Spule ist di/dt= U/L > U ist die Spannung, die an der Spule anliegt (also maximal 12V), und je > größer du L wählst, desto geringer wird di/dt. Danke dafür schon mal. Ich habe eine Spule gefunden mit 23Amax und 3mH. Bei 10kHz PWM wäre das demnach eine Stromänderung von 0,4A, wenn ich richtig gerechnet habe. bei 20kHz PWM dann entsprechend 0,2A Stromänderung. Mein Kumpel hat herausgefunden, das man die PWM vom Arduino bis auf ~95kHz bekommen kann. Die Stromänderung sollte also mit dieser Spule ausreichend gering ausfallen. Vielleicht macht es auch sinn eine noch "größere" Spule zu nehmen, falls man das ganze doch noch mit 15V/30A betrieben möchte. Zu den MSOFETS muss ich mich erst noch etwas belesen.
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Fabian V. schrieb: > Ich habe eine Spule gefunden mit 23Amax und 3mH. zeig bitte mal einen Link. Spulen als Energiespeicher für 23A und 3mH sind selten. W.S. hat das oben schon angedeutet. Vielleicht hast du eine stromkompensierte Drossel erwischt - die ist als Speicherspule für diese Anwendung nicht nutzbar. Fabian V. schrieb: > Bei 10kHz PWM wäre das demnach eine Stromänderung von 0,4A, wenn ich > richtig gerechnet habe rechnerisch ist das richtig. Aber wie gesagt: ich glaube nicht, dass du wirklich eine funktionierende Spule mit diesen Parametern hast. Fabian V. schrieb: > Mein Kumpel hat herausgefunden, das man die PWM vom > Arduino bis auf ~95kHz bekommen kann. Rechnerisch mag auch das richtig sein. Aber 20A mit 95kHz zu schalten ist keine triviale Sache.
Aus meiner Erfahrung zieht ein Peltier was es bekommen kann! Ich habe als einfache Reglung ein Schaltnetzteil eines Monitors genommen. Das liefert 5A bei 12V. Das Peltier auf einem Kühlkörper mit Lüfter. Da merkt man sofort wie das Netzteil an die Grenze geht, abschaltet und wieder loslegt. Schlechtere Netzteile würden vermutlich einfach durchgehen und anfangen zu stinken.
Oliver S. schrieb: > Aus meiner Erfahrung zieht ein Peltier was es bekommen kann! Da es kein Supraleiter ist bezweifle ich das irgendwie.
Temperatur-Regelung mit Peltier? Wird schon von Anbeginn des µC-Nets angefragt, hat aber noch nirgends funktioniert. Ist Trollkram für Leute, die nicht rechnen können. Einfach IGNORIEREN! BITTE!
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