Ich denk mal ein Schaltnetzteil wäre eine mögliche Wahl, wenn Du kein PWM am Peltier Element nutzen willst.
Welchen Strom zieht das Element bei Vollast? Evtl. geht das mit einer 1Chip Lösung.
Die Steuerelektronik könnte dabei die Referenzspannung liefern, die dann letztlich die Ausgangsspannung steuert.
Als fertiges Bauteil könnte evtl. eine LED Konstantsromquelle mit proportionaler Dimmung eine Realisierungsmöglichkeit sein.
Die Dimmspannung bestimmt dabei den Ausgansstrom der Stromquelle und somit die Kühlleistung des Elements.
Zur Glättung des PWM Signals vom Controller kannst Du 3 RC Glieder hintereinander Schalten, das gibt dann schon ein relativ gutes Gleichspannungssignal. Eventuell wäre auch ein externer D/A Wandler eine Möglichkeit.
Die gibt's auch mit I²C oder SPI Schnittstelle um Pins zu sparen.
Wenn Du genügend Ports frei hast ginge auch ein R-2R Netzwerk als D/A Wandler.
Thermische Prozesse sind regelungstechisch ein ganz eigenes Problem, weil diese sehr langsam ablaufen und gerne mal zum Überschiessen neigen.
Ich meine für so einen Zweck wäre eine einfache Zweipunktregelung ein genauso guter Weg und wesentlich einfacher zu realisieren.
Wird die Solltemperatur überschritten wird das Element voll bestromt.
Ist die Temperatur um 1...2°C abgesunken wird wieder abgeschaltet.
Zudem sollte die "Heisse" Seite mittels eines Lüfters gekühlt werden um brauchbare Wirkungsgrade zu erzielen, aber das Problem hast Du anscheinend ja schon gelöst.
Als Treiberelemente wären da Stärkere FET's geeignet.
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