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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik H-Brücken Mosfet Treiber bei 5V Betriebsspannung


Autor: Maximilian Westenthanner (westenmax)
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Ich möchte für einen Pic18f4455 mit Enhanced PWM ein Peltierelement 
steuern. Dieses zieht ungefähr 3 Amper Strom. Mir steht ein geregeltes 
Netzteil mit 5V Spannung und Maximalstrom 4 Amper zur Verfügung. Das 
Peltier Element soll Heizen und Kühlen, weswegen eine H-Brücke 
eingesetzt werden soll. Die PWM Frequenz ist ca 100kHz. Jetzt suche ich 
nach passenden Bauteilen. Ich habe mir überlegt, 4 BUZ11 N-Channel 
Mosfets zu nehmen und mit 5V zu schalten. Allerdings müssen diese dann 
einen Gate Strom von ungefähr 300mA überwinden. Jetzt suche ich nach 
einem passenden Treiber, der das 5V Signal des Mikrokontrollers nimmt, 
bei der 5V Betriebsspannung läuft, mindestens 0,5A Ausgangsstrom hat und 
nicht zuviel Strom ausgibt.
Mir sind bei der Recherche folgende Treiber ICs aufgefallen. IC4426 
(1,5A) und HP2110 (2A). Eignen sich diese Bauteile und gibt es bessere 
(oder günstigere) Lösungen?
Vielen Dank, wenn ihr mir helfen könnt. Auch wenn meine 
Grundüberlegungen schlecht sind bin ich natürlich für Eure Hilfe 
dankbar.

Max

Autor: holger (Gast)
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>Die PWM Frequenz ist ca 100kHz.

Ein wenig übertrieben für ein Peltierelement.
Mit 100Hz kommt das sicher auch noch klar.
Dann vereinfacht sich die Schaltung ungemein.

Autor: Maximilian Westenthanner (westenmax)
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Danke für die erste Antwort. Ich bin ein Neuling, aber man hat mir 
gesagt, dass diese hohe Frequenz für das darauf folgenden Tiefpass 
Filter zur Rückgewinnung einer Gleichspannung besser wäre. Was müsste 
man beachten, wenn man bei 100 kHz bleibt?

Autor: holger (Gast)
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>Ich bin ein Neuling, aber man hat mir
>gesagt, dass diese hohe Frequenz für das darauf folgenden Tiefpass
>Filter zur Rückgewinnung einer Gleichspannung besser wäre.

Was für ein Filter ? Das Peltierelement ist aufgrund seiner Masse
so träge das es selbst als Tiefpass-Filter dient. PWM direkt drauf
und gut is. Aber nicht mit Langwellenfrequenz. Da handelst du dir
nur EMV Ärger ein und machst es unnötig kompliziert.

Welche Volltrottel beraten dich ?

Autor: The_Ghost666 (Gast)
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Das Problem so hoher Schaltfrequenzen ist, dass die Schaltverluste für 
das Umladen des Gates weit höher liegen, als die Verluste durch den 
Widerstand des FETs, dadurch wird er warm, kann Probleme mit Tot-Zeiten 
bekommen und der Mosfet-Treiber muss schnell sein /sehr hohe Ströme 
liefern können.
Ich würde dir 2 P-Channel und 2 N-Channel MOSFETs empfehlen, z.B. von 
IRF, schau dir mal die Endstufe von www.mikrokopter.de an, oder einfach 
in der Online-Suche von IRF. Reichelt hat viele Typen im TO220 und SMD 
Gehäuse.
Das Peltier-Element ist so träge, alleine durch die Wärmekapazität des 
Materials und der Kühlkörper, sodass 1kHz kein Problem darstellt. Der 
Nachteil von geringen Frequenzen ist nur, dass die Kondensatoren 
entsprechend groß sein müssen, um die Schaltvorgänge wegzubügeln. Ich 
halte es dennoch für die bessere Alternative, da die Trägheit des 
Pelztiers selbst wohl hoch genug sein wird, um das Pulsieren kaum merken 
zu lassen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man effectiv kühlen will sollte man das Peltierelement mit 
Gleichstrom und nicht mit einem PWM Signal betreiben. Beim direkten PWM 
betrieb kriegt man mehr Verluste durch den Ohmschen Widerstand, denn der 
Effektivwert des Stromes ist dann höher als der Mitelwert. Der 
Spitzenstrom darf nicht größer als etwa das 1.4 fache des optimalen 
Stromes sein, sonst kann gar nicht mehr gekühlt werden.

Um den Strom wenigstens etwas zu glätten sollte man also wenigstens eine 
Induktivität in Reihe zum Peltierelement haben. Wegen er Wechselnden 
Polatität ist ein vollter RS filter etwas schwieriger, denn man kann 
praktisch keine Elkos nehmen. Als Alternative wird man sonst eine 
H-Brücke für die Polaritätsumschaltung und einen extra FET für die 
Stromregelung nehmen müssen.

Autor: avion23 (Gast)
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Von holger:
>Was für ein Filter ? Das Peltierelement ist aufgrund seiner Masse
>so träge das es selbst als Tiefpass-Filter dient.
[...]
>Welche Volltrottel beraten dich ?

Peltierelemente dürfen nicht mit PWM betrieben werden. Die Begründung 
dazu findest du mit der Forensuche oder Google. Die beratenden 
Volltrottel haben also vollkommen recht.

Autor: ahoi (Gast)
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H-Brücke gibt es auch fertig als IC an den kann ein Prozessor direkt 
angeschlossen werden. Der MC33887 har sogar einen Strom-Feedback. (Siehe 
Freescale.com)
Allerdings wird bei dem die 5V etwas knapp, aber Freescale hat sicher 
noch mehr Typen auf Lager.
Der MC33887 benötigt nur ein externes Bauteil extra! und kann 5A 
Dauerstrom.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Ulrich:

> Um den Strom wenigstens etwas zu glätten sollte man also wenigstens eine
> Induktivität in Reihe zum Peltierelement haben. Wegen er Wechselnden
> Polatität ist ein vollter RS filter etwas schwieriger, denn man kann
> praktisch keine Elkos nehmen. Als Alternative wird man sonst eine
> H-Brücke für die Polaritätsumschaltung und einen extra FET für die
> Stromregelung nehmen müssen.

Bei der H-Brücke ist es einfacher, beide Ausgänge mit jeweils einem 
LC-Tiefpass zu versehen. Da ist dann auch die Polarität eindeutig und 
man kann jeweils einen gegen Masse geschalteten Elko zum Glätten 
verwenden.

Jörg

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