Hallo Leute, ich bin neu hier in dem Forum, habe schon einige Artikel zum Thema PWM regeln gelesen und komme leider bei meinem Problem nicht weiter. Derzeit bin mache ich eine Weiterbildung zum Techniker und soll in der Schule ein Regelungsprojekt realisieren. Es geht um eine Strecke, die mittels eines Peltierelements geheizt werden soll (nur heizen, nicht kühlen). Aufgrund der Recherche im Internet bin ich zu dem Entschluss gekommen, die Stellgröße des Reglers über einen Arduino Nano in ein PWM Signal umzuwandeln. Das PWM Signal nutze ich, um über einen Transistor einen Buck Converter anzusteuern, damit ich letztendlich eine DC Spannung (0-12V) am Peltier (TEC1-12706: Umax=15V, Imax=5,8A , Pmax=70W) anliegen habe. Soweit mein Konzept, ab hier beginnen meine Fragen und ich würde mich über Hilfestellungen sehr freuen. 1. Welche PWM Frequenz ist zu empfehlen? 2. Welche Art von Transistor (NPN oder MOSFET) ist hier zu nutzen, warum und könnt ihr mir ggf. ein passendes Modell empfehlen? 3. Reicht es den Transistor mittels PWM über Basis anzusteuern und die Last in den Emitter- oder Kollektor-Zweig zu bauen, oder ist es sinnvoll eine entsprechende Schaltung (z.B. Emitter-/Kollektor-/Darlingtonschaltung) zu realisieren? 4. Soweit ich in Erfahrung bringen konnte, muss ich in dem Buck Converter die Drossel und den Kondensator so dimensionieren, dass die LC-Resonanzfrequenz = PWM-Frequenz ist. Stimmt das soweit? 5. Gibt es Empfehlungen bezüglich der Bauteile? Der Kondensator sollte ein Elko sein? Welche Art Diode ist im Buck Converter zu verwenden? Gibt es generell Anregungen oder alternative Ausführungsmöglichkeiten zu meinem Projekt, an die ich vielleicht noch gar nicht gedacht habe? Danke schon mal im Voraus für die Antworten. Grüße, Christopher
Hallo Christopher, grundsätzlich ist die Frage was du alles selbst machen möchtest bzw. was dein Ziel sein soll. Die einfachste Variante ist es einen Regler zu nehmen der einen analogen Vollwerteingang bietet, Buck-Converter mit analogem Eingang. Die nächste Stufe wäre es einen Regler-IC zu verwenden, der einen PWM Eingang besitzt, wie es Bausteine für LED Treiber oft haben. Dann kannst du da niederfrequent mit PWM den Stellwert vorgeben und den Regler selbst mit hohen Frequenzen und damit kleinen Induktivitäten und Rippleströmen betreiben. Falls du tatsächlich alles selbst machen willst solltest du von der Induktivität her anfangen. max. ca. 6A --> das ist mit einer Spule mit 100µH noch gut machbar. Nächster Schritt wäre über den maximal zulässigen Stromripple die PWM Frequenz zu bestimmen..... Allerdings deuten deine Fragen darauf hin, dass das vllt weng viel für dich wird?
Hallo cab_leer, danke für deine schnelle Antwort. Wie du richtig festgestellt hast, habe ich erst seit kurzem mehr mit der Materie zu tun. Also der Regler wird mir von der Schule gestellt und ist ein Einheitsregler. Den Arduino habe ich schon so programmiert, dass er mir aus der Stellgröße des Reglers (0…20mA) ein PWM Signal erzeugt (5V). Ich dachte schon daran die Schaltung selber zu designen, wenn es allerdings fertige Bauteile geben sollte, die mir einen Teil davon abnehmen, wäre es auch nicht schlimm. Prinzipiell soll ich den Aufbau möglichst kostengünstig realisieren.
Christopher S. schrieb: > Also der Regler wird mir von der Schule gestellt und ist ein > Einheitsregler Was ist ein "Einheitsregler" und um welchen Typ handelt es sich? Ich vermute mal es handelt sich um eine Platine oder Schaltung auf der ein PID verbaut ist den du einstellen kannst. Ziemlich unüblich ist aber der 4..20mA Ausgang für die Steilgröße. Also geht es dir im Wesentlichen darum eine Leistungsendstufe zur Ansteuerung des Peltiers zu bauen. Die kann man analog oder als Schaltregler aufbauen. Du möchtest wohl einen Schaltregler implementieren. Wenn du nur heizen und nicht aktiv Kühlen musst brauchst du auch keine Vollbrücke. Wenn du keine aktive Diode verwenden willst, was die Verluste minimiert, brauchst du nicht mal eine Halbbrücke. Fehlende Angabe: Versorgungsspannung der Leistungselektronik. Manche Hersteller sagen man sollte mit dem Stromripple für Peltiers unter 2% bleiben. Bei 6A wären das 120mA Stromripple. Ich würde jetzt so vorgehen: http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_smps.html --> das hier lesen. Drossel bei einem Lieferant deiner Wahl raussuchen, die deinen Strom abkann, rechne besser mit 7A damit du sie nicht sättigst. Bei Schmidt-Walter deine Daten eingeben. Bei gegebener Induktivität die PWM Frequenz passend zu den Möglichkeiten des Arduino und deinen Anforderungen an den ripple auswählen. Gute Werte für die Spule wären bei vertretbaren Frequenzen so ca. 100-220µH Der Abwärtswandler möchte übrigens einen "high side" switch sehen.
Hi Das Peltier-Element sollte nicht 'lückend' betrieben werden. Sobald die Spannung auf Null runter geht, produziert das Element Spannung. (Seebeck-Effekt) Dabei 'wandert die Wärme wieder zurück'/gleicht sich zum Teil wieder aus. Dadurch bekommst Du einen sehr miesen Wirkungsgrad. Wenn die 'Stärke' eingestellt/geregelt werden soll, wirst Du wohl ein RC-Glied oder Ähnliches brauchen, damit das Peltier-Element immer in gleicher Richtung betrieben wird, wenn auch weniger stark. MfG
@cab_leer > Was ist ein "Einheitsregler" und um welchen Typ handelt es sich? Ein Einheitsregler ist meines Wissens ein Regler, der elektrische Einheitssignale verarbeitet bzw. ausgibt. Es sollen unterschiedliche Regler (PID, z.B. Jumo Imago 500) der Schule an der Strecke betrieben werden können, die alle dieses elektrisches Einheitssignal (hier 0…20mA) zur Verfügung stellen. > Fehlende Angabe: Versorgungsspannung der Leistungselektronik Als Spannungsversorgung ist ein Schaltnetzteil (SNT RS 75 12 : 72W, 6A, 12V) vorgesehen. Da das Peltier nicht mit den maximalen 15V sondern mit etwa 12V betrieben werden soll, müsste das doch eigentlich ausreichen. Dank dir für die Angaben und den Link, ich werde es so bald wie möglich lesen und berechnen lassen. @Patrick J. > Das Peltier-Element sollte nicht 'lückend' betrieben werden. Danke für die Info. Soweit ich bei kurzem Drüberlesen gesehen habe, ist dies auf der von cab_leer verlinkten Seite auch beschrieben und berücksichtigt worden.
Im Heizbetrieb mit dem Peiltierelement sollte man deutlich unter dem maximalen Strom für das Kühlen bleiben. Mit einem etwa gleich hohen Strom zum heizen hat man eine etwa 3 mal so hohe Leistung und käme damit mit etwa 170 C, was viele der TECs nicht vertragen. Man darf die Endstufe also kleiner auslegen. Für den Anfang vielleicht 50-70% des maximalen Stromes. Die Endstufe kann man auch als eine Art negativen Buck Wandler auslegen: also den TEC direkt an die positive Versorgung. Vom TEC über die Induktivität zu einem N-MOSFET nach GND bzw. die (Schottky-)Diode zur positiven Versorgung. So kommt man mit einem N-MOSFET an der "low-side" aus, was die Ansteuerung vereinfacht.
Schon älter, aber: Wäre es aufgrund (http://www.meerstetter.ch/compendium/pwm-vs-direct-current) nicht einfacher, nur das Peltierelement ohne Spule mit dem MOSFET zu treiben? Von MOSFET-Drain zum positiven Pol der Speisung eine 0815-Schottkydiode einfügen wegen der unvermeidlichen Leitungsinduktivitäten. Freundliche Grüsse Microwave89
Christopher S. schrieb: > Es geht um eine Strecke, die > mittels eines Peltierelements geheizt werden soll (nur heizen, nicht > kühlen). Wieso das? Das geht mit einem Widerstand doch wesentlich besser.
Hi Das Problem ist, daß das Peltier-ELement (gerne auch Pelztier genannt) selber Strom erzeugt, wenn Es an verschiedenen Temperaturen hängt. Nennt sich Seedback-Effekt. Diesen Effekt hast Du jedes Mal, wenn der PWM gerade low ist. Blöd, daß dieser Effekt Deinem Vorhaben entgegen wirkt. Deshalb die Spule, damit Du keine Lücke in die Versorgung des Peltier bekommst. MfG
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