Mittelgute Steuerung für einen Peltier

[Jonathan (jonathanthesailor)]

Hallo allerseits,

ich bin schon eine Weile am Googeln (und AIs konsultieren), und dachte 
ich frage jetzt einfach mal:

Für eine wissenschaftliche Anwendung möchte ich eine LED mittels Peltier 
(4V, 4A) auf konstanter Temperatur halten (nur kühlen). Dies möchte ich 
grundsätzlich mit einem Raspberry Pi steuern.

Folgende Optionen hab ich mir schon überlegt:

1. DCDC Buck converter auf 4V, und dann mit Mosfet an / aus wenn Temp. 
Sensor über / unter Temperatur ist. --> Ein wenig ungenau, PID steuerung 
wäre dann doch ganz nett.

2. Steuerung des Stroms mit Entwicklerboard via I2C o.Ä., sowas in die 
Richtung wie TI TPS55288EVM-053. --> Groß, Teuer, Overkill.

3. (Aktueller Favorit): DCDC Buck converter mit steuerbarer 
Ausgangsspannung via Resistor (gesteuert über Raspi). Sowas in die 
Richtung wie ein Omnion ATA006A0XZ + Analog Devices AD8402ANZ10 --> So 
wie ich das verstehe, sollten Peltiers eigentlich Strom- und nicht 
Spannungsgesteuert werden.

Ich hab das Gefühl, ich übersehe etwas. Ich bin ja nicht der erste in 
der Geschichte, der einen Strom von ein paar Ampere halbwegs präzise mit 
einem microcontroller steuern möchte. Gibt es da eine bessere Option als 
die in 3. genannte?

Bin über jeden Hinweis dankbar.

Viele Grüße
Jonathan

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Jonathan schrieb:
> 1. DCDC Buck converter auf 4V, und dann mit Mosfet an / aus wenn Temp.
> Sensor über / unter Temperatur ist. --> Ein wenig ungenau, PID steuerung
> wäre dann doch ganz nett.

Was hält dich davon ab, das Peltier mit PWM zu regeln?

[Robert G. (Firma: Keine) (kapitaen_gigahertz)]

Sebastian R. schrieb:
> Jonathan schrieb:
>> 1. DCDC Buck converter auf 4V, und dann mit Mosfet an / aus wenn Temp.
>> Sensor über / unter Temperatur ist. --> Ein wenig ungenau, PID steuerung
>> wäre dann doch ganz nett.
>
> Was hält dich davon ab, das Peltier mit PWM zu regeln?

PWM ist fürs Peltier ungesund. Wurde hier schon paar mal durchgekaut

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Robert G. schrieb:
> PWM ist fürs Peltier ungesund. Wurde hier schon paar mal durchgekaut

Hier zum Beispiel:
Beitrag "Peltier und PWM?"

Mit dem Konsens, dass man ausreichend schnelles PWM glätten kann und es 
dann doch okay ist.

[Arno R. (arnor)]

Jonathan schrieb:
> Für eine wissenschaftliche Anwendung möchte ich eine LED mittels Peltier
> (4V, 4A) auf konstanter Temperatur halten (nur kühlen).

Muss das per Peltier sein, reicht nicht ein geregelter Lüfter 
(-Aggregat)? Mit Peltier musst du am Ende etwa die 4-fache Leistung 
wegkühlen.

[Michael B. (laberkopp)]

Jonathan schrieb:
> So wie ich das verstehe, sollten Peltiers eigentlich Strom- und nicht
> Spannungsgesteuert werden.

Irrelevant, es sind Widerstände, I=U/R, aber kein PWM.

Sebastian R. schrieb:
> Mit dem Konsens, dass man ausreichend schnelles PWM glätten kann und es
> dann doch okay ist.

Dann ist es halt kein PWM mehr, sondern ein step down Buck Konverter.

Jonathan schrieb:
> Strom von ein paar Ampere halbwegs präzise

Präzise willst du die Temperatur regeln, der Strom sollte nur monoton 
folgen, präzise muss er nicht sein.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Jonathan schrieb:
> 3. (Aktueller Favorit): DCDC Buck converter mit steuerbarer
> Ausgangsspannung via Resistor (gesteuert über Raspi). Sowas in die
> Richtung wie ein Omnion ATA006A0XZ + Analog Devices AD8402ANZ10 --> So
Wie in den anderen 99% der Faelle, wo ein Digitalpoti oder sowas 
eingesetzt werden soll: Braucht's nicht.
Jeder "normale" Spannungsregler hat einen Steuereingang, ueber den ueber 
irgendein Widerstandsnetzwerk die Ausgangsspannung zurueckgekoppelt 
wird.
Da kann man auch prima zusaetzlich eine externe Spannung via weiterem 
Widerstand einspeisen, um die Ausgangssspannung des Reglers zu 
beeinflussen.
Diese externe Spannung kann z.b. ihrerseits prima aus einer PWM stammen, 
die ordentlich tiefpassgefiltert wurde.


> wie ich das verstehe, sollten Peltiers eigentlich Strom- und nicht
> Spannungsgesteuert werden.
Was bei deiner Regelung ja eher wurscht sein wird, ich glaube nicht, 
dass Peltiers so derartig nichtlinear sind in den Bereichen, wo du sie 
betreiben willst.

Gruss
WK

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Jonathan schrieb:
> Für eine wissenschaftliche Anwendung möchte ich eine LED mittels Peltier
> (4V, 4A) auf konstanter Temperatur halten
Also willst du die Temperatur regeln. Und weil das der überlagerte 
Regler ist, ist es unwichtig, ob der drunterliegende Stromregler des 
völlig linear ist. Er sollte lediglich stetig sein.

Und weil der Strom durch das Peltierelement vorrangig von der 
anliegenden Spannung abhängt, reicht es aus, wenn du die Spannungs 
regelst.

Man nimmt also im einfachstne Fall einen fertigen Buck-Regler und speist 
einen zusätzlichen Strom in den Feedback-Knoten ein. Diesen Strom kann 
man leicht aus einer RC geglätteten PWM abgreifen. Aufwand dafür: 3 
Bauteile.

µC      ____                 ____         Stepdown
PWM ---|____|-------o-------|____|------- Feedback-Pin
                    |
                   ===
                    |
GND ----------------o-------------------- GND

Ergebnis: je mehr Spannung am C umso niedriger ist die Ausgangsspannung 
des Stepdown.

[Jonathan (jonathanthesailor)]

Danke erstmal an die ganzen super fixen Rückmeldungen! Ich versuche mal 
auf das meiste einzugehen.

Arno R. schrieb:
> Muss das per Peltier sein, reicht nicht ein geregelter Lüfter
> (-Aggregat)?

Sollte ein Peltier sein, da wir unter Raumtemperatur kühlen möchten.

Sebastian R. schrieb:
> Mit dem Konsens, dass man ausreichend schnelles PWM glätten kann und es
> dann doch okay ist

PWM + Kondensator wäre vmtl. tatsächlich eine Möglichkeit. In dem Fall 
würde ich dann aber tatsächlich eher einen DCDC Buck nehmen, da ich mir 
dann da sicher(er) sein kann, dass die richtigen Kondensatoren etc. 
verbaut sind (bin kein E-Techniker).

Michael B. schrieb:
> Irrelevant, es sind Widerstände, I=U/R

Dachte ich mir auch, hab das aber öfter gelesen, und dachte mir, scheint 
wohl dann doch recht nichtlinear zu sein.

--> Stand jetzt wäre also der DCDC mit regelbarer Spannung + digitalpoti 
ne ordentliche Möglichkeit.

Dergute W. schrieb:
> Wie in den anderen 99% der Faelle, wo ein Digitalpoti oder sowas
> eingesetzt werden soll: Braucht's nicht.
> Jeder "normale" Spannungsregler hat einen Steuereingang, ueber den ueber
> irgendein Widerstandsnetzwerk die Ausgangsspannung zurueckgekoppelt
> wird

Interessant, da werde ich mich mal einlesen. Danke für den Hinweis.

Dergute W. schrieb:
> Diese externe Spannung kann z.b. ihrerseits prima aus einer PWM stammen,
> die ordentlich tiefpassgefiltert

Oder auch einfach ein DAC, richtig? Wie schon erwähnt, halte ich es 
gerne simpel :D

[Michael B. (laberkopp)]

Jonathan schrieb:
> PWM + Kondensator wäre vmtl. tatsächlich eine Möglichkeit. In

Nein, natürlich nicht. Jedes mal wenn die PWM einschaltet aber der 
Kondensator nicht ganz geladen ist (schon etwas entladen) gibt es einen 
Kurzschluss zwischen diesen beiden Potentialen.

Man baut NATÜRLICH eine Spule dazwischen, und landet beim

Jonathan schrieb:
> einen DCDC Buck nehmen,

[H. H. (hhinz)]

Elektrisches Ersatzschaltbild eines Pelztiers.

[Christoph Z. (rayelec)]

>…Für eine wissenschaftliche Anwendung

Wird die LED cw oder gepulst betrieben? Im letzteren Fall muss dir klar 
sein, dass es unmöglich ist, den LED-Chip mittels Regelung auf 
konstanter Temperatur zu halten. Was aber geht, ist, das Peltierelement 
auf sehr genau konstanter Temperatur zu halten, so dass jeder Lichtpuls 
sich optisch gleich verhält (Wellenlängenshift z.B.).
Für die ultragenaue Stabilisierung von Laser- und SLED-Quellen verwenden 
wir den MAX1978. Der kann heizen und kühlen. Bei sehr ausgeklügeltem 
Schaltungs- und Reglerdesign erreichen wir damit eine Stabilität im 
einstelligen Millikelvinbereich!