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Thema: Regelung von Peltier-Elementen

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Regelung von Peltier-Elementen

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    Hallö Halli!

    Ich stosse bei der konstruktion meiner experimentellen Kaskadenkühlung auf erhebliche probleme

    Es ist mir ein unmögliches meine Peltier-Elemente zu regeln!

    Mein grösstes saugt immerhin ganze 18A bei 12V, da lacht mich der LM317 aus.

    Ist jemandem ein spannungsregler IC oder eine schlatung bekannt die mir helfen könnte dieses Monster an peltier zu kontrollieren?

    Edit: Ziel ist es die "Wärmepumpleistung" des Pelties zu kontrollieren und eventuell diese dann über einen µC automatisch zu regulieren
    ergo: Leistungsregelung

  2. #2
    Moderator Roboter Genie
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    Hallo!
    Ein Peltier-Element mit einer Leistung von 216W linear zu Regeln ist ein ganz falscher Ansatz! Wenn du keine Leistung benötigst, muss dein Spannungsregler 216W verbraten...das ist noch Unwirtschaftlicher als die Peltiers selbst.
    Was du brauchst, ist eine Leistungsregelung mittels PWM. Damit schaltest du das Element mehr oder weniger schnell an und wieder aus, je nach gemessener Temperatur. Das hat den riesen Vorteil, dass man FETs verwenden kann, welche im Schalterbetrieb kaum Verlustleistung freisetzen. Da Temperaturänderungen sehr träge vor sich gehen, braucht man keine spezial IC's sondern kann einen einfachen Komparator mit Hysterese einsetzten. Dieser Schaltet bei überschreiten einer Temperatur die Elemente ein, und bei erreichen der gewünschten Temperatur schaltet er wieder aus.
    Dieses Vorgehen erspart dir die zusätzliche Kühlung der Regeltechnik!

    Ich hoffe du weißt auch, dass bei 18A deine Leitungen richtig stark belastet werden.

    Wenn du ne Beispielschaltung haben willst...einfach fragen.

    MfG

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    216W in wärme umzudübeln wäre wirklich blöde

    Per PWM ist ein sehr schöner ansatz, ich bräuchte dann eben eine frequenz von 5-20Hz um den ohnehin schon mehr als kläglichen wirkungsgrad nicht noch zusätzlich zu beleidigen, die dimensionierung der leitungen ist mir durchaus bewusst 216W sind ganz und gar nicht zu verachten

    eine frage: ist es möglich FETs schlicht und einfach parralel zu betrieben um die schaltleistung zu erhöhen?

    und ja bitte eine beispielschaltung mit bauteilvorschlägen würde mir sehr helfen danke ^^

  4. #4
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Also FET's kannst du nur dann parallel schalten, wenn du sie als Schalter verwendest. Und du musst dann auch beachten, dass sich die Gate Kapazität dementsprechend erhöht!

    Ne ganz einfache Schaltung hast du hier:


    An die Klemme "LM335" kommt der Temperatursensor LM335, der geht bis -40°C und liefert ein Signal von 10mV/K. Bei 0°C liefert er eine Spannung von 2,73V (-> 273K = 0°C), bei -40°C dann 2,33V (-> 233K = -40°C).
    Wenn die Spannung am + Pin höher wird, als die mit R2 eingestellte Spannung am - Pin, so wird der FET Q2 über die Gegentakt Stufe (BC547/557) geschaltet. Das Peltier fängt an zu kühlen.
    Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 am LM335 bilden einen Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von 20Hz und sollte ein Schwingen des LM393 verhindern.
    Die 12V Spannung musst du natürlich sehr großzügig Stabilisieren!

    Der FET hat einen Rds Widerstand von ca. 4mOhm (-> gibt's bei Reichelt), sollte aber dennoch ein kleines Kühlblech erhalten. Ohne wird er kanpp 100°C heiß, was zwar noch innerhalb der Grenzen ist, aber auf die Lebensdauer geht!

    Diese ganze Schaltung hab ich aus dem Kopf gezeichnet, sie wurde nicht getestet...also wenn du das ganze nachbaust, nicht gleich dein 200W Element hinhängen [-X

    MfG

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    sehr schöner ansatz, muss mir noch ein paar teile besorgen dann werd ich das ding mal testen


    beim googlen hab ich allerdings das hier gefunden, das sprcht leider gegen PWM O.o
    http://www.elektronik-kompendium.de/...e&descasc=DESC

    ich bin verwirrt!


    PS: wie heisst das zeichenprogramm das du verwendet hast? das gefällt mir

  6. #6
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Prinzipbedingt liefert meine Schaltung nur Gleichspannung, denn das Vorzeichen der Spannung wechselt ja nicht [-(
    Wenn das Vorzeichen wechseln würde, dann würde dein Peltier einmal kühlen und einmal heizen. Aber so schaltet man ja nur ein und aus!

    Wenn du auf Nummer sicher gehen willst, kannst du ja (wie dort beschrieben) eine Spule und einen Kondensator dahinter hängen...Richtwerte wären da ~1H und 40mF
    Wenn man die Frequenz erhöht (von 20Hz auf ca. 20kHz), dann werden die Bauteile erschwinglich

    Das Programm heißt "Eagle" und ist von Cadsoft. Ist ein Standard-Programm das auch hier im Forum wahrscheinlich viele benutzen.

    MfG

  7. #7
    1hdsquad
    Gast
    Jepp, es lebe Eagle. Kannst du das Peltier nicht einfach Anschalten, bis du die Temperatur erreicht hast, die du willst, und dann wieder ausschalten?

  8. #8
    Moderator Roboter Genie
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    @1hdsquad: Im Prinzip ist die oben gezeichnete Schaltung genau für diesen Zweck da!
    Ist die Kalte Seite (am Anfang) warm, dann wird eingeschaltet bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Dann wird solange abgeschaltet bis sich die Temperatur wieder erhöht hat.

    MfG

  9. #9
    1hdsquad
    Gast
    Ja, aber dann brauchst du kein PWM. Einfach 10 Sekunden an, dann wieder aus. Du musst ja nicht an/aus/an/aus/an/aus/an/aus machen

  10. #10
    Moderator Roboter Genie
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    Doch, du musst immer wieder An und Aus Schalten, sonst hast du eine Steuerung und keine Regelung!
    Nehmen wir mal an, das Peltier wird auf der warmen Seite optimal gekühlt, während die andere Seite im Vakuum hängt. Nun will ich eine Temperatur von stets -10°C +- 5°C. Im Vakuum wird die Kälte sehr schlecht abgeführt, ich muss also das Peltier selten und nur kurz an schalten.
    Befindet sich jetzt auf der kalten Seite z.B. ein Gefäß mit kochendem Wasser, welches ich abkühlen will, so wird die Kälte schnell abgeführt und ich muss das Peltier erstmal dauernd an lassen bis sich das Wasser abgekühlt hat (sagen wird 2°C). Jetzt bleibt das Wasser erstmal kalt bis es wieder langsam von der Umgebung aufgewärmt wird. Nach einer längeren Zeit muss ich jetzt wieder das Peltier anschalten, um das Wasser wieder abzukühlen.
    Wenn ich z.B. im ersten Fall für 10 Sekunden angeschaltet hätte, dann hätte ich ggf. -30°C auf der kalten Seite. Im zweiten Fall hätte sich nichts getan.
    Wenn du also nicht die ganze Zeit neben deinem Peltier stehen willst um es im Richtigen Moment an bzw. aus zu schalten, dann muss eine Regelung her der deine Soll-Temperatur mit der Ist-Temperatur ständig vergleicht und dementsprechend Schaltet. Das ist dann im Prinzip eine PWM mit wenigen mHz . Man könnte auch Zweipunkt Regler sagen.

    MfG

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