Запитать Пельтье, ШИМ Опции

[KAlexn]

Собственно нужно и охлаждать и греть. Поэтому мост, питание 15 В.
Для управления ШИМ.
Но приведу два высказывания:
"Термоэлектрические модули являются приборами постоянного тока.
При наличии пульсаций напряжения питания с частотой менее 1 кГц эффективность работы охлаждающих термоэлектрических модулей существенно понижается.
Специалисты ЗАО "______" рекомендуют использовать источник питания модулей с коэффициентом пульсаций не выше - 0,1 (10 %)."

"Импульсы тока длительностью менее 10-3 секунды даже большой амплитуды (до пяти Imax) не оказывает отрицательного влияния на ресурс работы ТЭ модуля. При длительности пульсаций питающего тока более 10-2 сек, ресурс работы модулей существенно снижается.
Если в конструкции заказчика для питания модулей используется ток переменной амплитуды, реверс тока, или режим частого включения и выключения рекомендуется использовать модули серии ТМС.
При использовании источников питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), частота питающих импульсов должна быть больше 1 кГц."

Не приходилось работать с элементами Пельтье, отсюда и вопрос к знатокам: можно ли управлять напрямую ШИМ без фильтрации, например при частоте 100 кГц?

[Nicolai326]

Вот тут этот вопрос обсуждался http://electronix.ru/forum/index.php?showt...=15405&st=0

[KAlexn]

Вот тут этот вопрос обсуждался http://electronix.ru/forum/index.php?showt...=15405&st=0

Продолжаю изучение данной темы. Два вопроса - какую частоту оптимальней использовать в ШИМ (10 кГц, 100 кГц, ?), что лучше большое напряжение на элементе (15 В, 24 В, ?) или большой ток (6 А, 10 А, 20 А, ?).
При той же производительности.

[Alex11]

Если напряжение на элементе будет большим, то ток будет еще бОльшим, т.к. сопротивление его мало. Так что ток с напряжением связаны однозначно.

[Baser]

На похожие вопросы я вот тут отвечал:
микросхема драйвер элемента пельтье

По частоте ШИМа - по большому счету все равно. Частота должна быть выше тепловой инерции вашего объекта охлаждения/нагревания. Хоть раз в секунду
На практике, если есть возможность сделать больше сотни килогерц, можно попытаться поставить LC фильтры (если есть место) - эффективность увеличится.

По току и напряжению - зависит от ваших условий.
У Пельтье главный параметр - холодильная мощность. Нужно плясать от неё - сначала рассчитываете, какая она вам нужна при нужном градиенте температур. Ну а дальше подбираете из номенклатуры подходящий Пельтье, исходя из того, что у вас есть в приборе - какие напряжения и т.д.

[KAlexn]

Если напряжение на элементе будет большим, то ток будет еще бОльшим, т.к. сопротивление его мало. Так что ток с напряжением связаны однозначно.

Они разные.
Вот у меня на столе лежат ТМС-75-2.5-20.0 это на 20 А и TMC-127-1.4-6.0 на 6 А

[Baser]

Они разные.
Вот у меня на столе лежат ТМС-75-2.5-20.0 это на 20 А и TMC-127-1.4-6.0 на 6 А

Вот и посмотрите на параметры:
TMC Series Module Specifications

TMC-75-2.5-20
20.0 A 8.3 V 69.0 'C 102.0 W

TMC-127-1.4-6.0 M
6.0 A 14.7 V 71.0 'C 52.0 W

Первый в два раза больше тепла может откачивать.

[KAlexn]

Да это я знаю. Это просто ответ на реплику предыдущего товарища.
А большие токи требуют больших сечений проводов и соотв. силовых транзисторов.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 25 2016, 10:09

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[KAlexn]

TMC-75-2.5-20
20.0 A 8.3 V 69.0 'C 102.0 W

Еще вопросики: модули Пельтье загружают на полную мощность или для надежности загружать их на 75%,
можно ли по напряжению включать модули последовательно, если их требуется несколько в устройстве?

[Onkel]

1 Надежность скорее определяется числом циклов охлаждения/нагрева, чем разницей температур (~нагрузка)
2 если внимательно посмотреть на батарею Пельтье, то вы увидите что она состоит из десятков, а то и сотен элементов, так что вопрос о последовательном включении можно считать отвечен. Нужно только понимать, что все последовательно включенные элементы должны быть "загружены", иначе будет просто падение напряжения на "ненагруженном" модуле.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 25 2016, 10:09

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Herz]

У меня были включены две пары модулей 12706 к 24-вольтовому источнику, без всякого диммирования. Через месяц почему-то по одному в каждой паре ушли в обрыв. А условия были вполне щадящие. Вот, не знаю на что грешить.

[KAlexn]

Для ШИМ пока рассматриваю или две микросхемы IR3552 или на транзисторах IRF6691 (4 шт.) с соотв. драйвером.

[KAlexn]

Тут до меня как до жирафа дошло, что при ШИМ без фильтрации мощность потребляемая от источника питания постоянна U^2/R и при скважности 50% Пельтье будет греться. А фильтрация это дополнительные габариты и не маленькие.

[Baser]

Тут до меня как до жирафа дошло, что при ШИМ без фильтрации мощность потребляемая от источника питания постоянна U^2/R и при скважности 50% Пельтье будет греться. А фильтрация это дополнительные габариты и не маленькие.

Жираф, конечно, большой, и ему видней, но до вас что-то явно не то дошло

Мощность потребляемая от источника питания постоянна при замкнутом ключе ШИМа и равна нулю при разомкнутом.
Средняя мощность домножается на скважность.

По ссылкам выше все хорошо было расписано:
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=107951

Пельтье это резистор с добавочным свойством теплового насоса.
Его можно включить как нагреватель и как охладитель.
Джоулевое тепло всегда нагревает пельтье.

Выделяемое джоулевое тепло Qдж пропорционально квадрату тока,
а перекачиваемое тепло тепловым насосом Qтн пропорционально току в первой степени.
Поэтому чем меньше ток, тем меньше разница Qтн-Qдж и выше эффективность холодильника.

Для нагревателя это вообще не существенно, там КПД будет больше 100% (относительно подводимой электрической мощности).
А для холодильника эффективней питать пельтье постоянным напряжением,
но и при питании ШИМом тоже будет работать

[KAlexn]

Я говорю про мост и про охлаждение или нагрев (циклирование). При меандре Пельтье будет пол периода греться, а пол периода охлаждаться и ток от источника будет потребляться. А в случае с фильтром этого не будет. С фильтром более экономичный режим работы.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 30 2016, 07:07

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Baser]

При меандре Пельтье будет пол периода греться, а пол периода охлаждаться и ток от источника будет потребляться.

Как вы себе представляете потребление тока от источника при закрытых ключах в паузе ШИМа?

[KAlexn]

Как вы себе представляете потребление тока от источника при закрытых ключах в паузе ШИМа?

Да конечно, если в мосте все 4 транзистора выключить.

[Baser]

Дык они и выключаются...
Мост он нужен только для того, чтобы реверсировать ток в пельтье.
Т.е. "переворачивать" пельтье по отношению к питанию. И нужно это только тогда, когда стоит задача и нагревать, и охлаждать.
Для одного режима достаточно только одного ключа.

В мосту, в рабочем режиме, или включены два ключа, или все выключены.

[KAlexn]

А чем не годится вариант два ключа и два ключа и простой алгоритм управления?

Сообщение отредактировал Herz - Mar 30 2016, 07:09

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Baser]

А чем для вас мост не "два ключа и два ключа" ?
Вашу мысль не понял

Почитайте, например, описание драйвера A3941 на стр. 13
Power Bridge Management Using PWM Control

[KAlexn]

Вашу мысль не понял

Регулировать скважность 4 ключами. (там же страниц. 14)

Сообщение отредактировал KAlexn - Mar 29 2016, 13:13

[Baser]

Упорно хотите, чтобы люди догадывались, что вы имеете ввиду

Можете всеми четырьмя ключами управлять самостоятельно от МК.
Достаточно двумя верхними PMOS переключать полярность,
а на два нижних NMOS подавать ШИМ (на один из двух, в зависимости от полярности).

Только обеспечьте аппаратные защиты от сбоя МК, иначе один сбой - и будете менять ключи (кз по питанию)
Готовый драйвер применить дешевле...

[KAlexn]

Упорно хотите, чтобы люди догадывались, что вы имеете ввиду

Имею в виду включение двух ключей верхний в одном плече моста и нижний в другом плече моста
Потом наоборот. Нижний в первом плече и верхний во втором плече.

Сообщение отредактировал KAlexn - Mar 29 2016, 13:41

[dac]

делал под одну задачу, прямой ШИМ получается неэффективно, максимальная эффективность получается при постоянном напряжении на пельтье 9.5...10В для 12В пельтье. чистый ШИМ заметно снижает эффективность, так как Qc ~ I, а выделяемая мощность P = U^2/R, т.е. потери при постоянном напряжении равном 0,75 (оптимальное) от номинального P = 0.56*Uном^2/R, а при ШИМ P = P = 0.75*Uном^2/R. Но есть еще один эффект - при отключении питания, горячая сторона подогревает холодную за счет теплопроводности.
Поэтому если эффективности с запасом можно ШИМ, если желательно получить оптимальную производительность, лучше питать сниженным оптимальным напряжением.
из подручных деталей делал как в приложенном файле
PS: если нужны пояснения по схеме - спрашивайте

Прикрепленные файлы

 lcdpelt2.pdf ( 75.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 34

 

[KAlexn]

PS: если нужны пояснения по схеме - спрашивайте

И у вас VT7 и VT8 не пробивались насквозь?
А так эта схема то же что предлагаю и я, только вместо реле поставить еще транзисторы и отказаться от фильтра.
Может в этой схеме, что предлагаю я, постоянная переполюсовка Пельтье скажется на надежности? Переполюсовка с частотой ШИМ.

[dac]

а что им сделается, работают в противофазе - классический синхронный выпрямитель, что бы диод не грелся.
реле переключают полярность - нужно поддерживать заданную температуру, которая может быть как выше, так и ниже температуры окружающей среды.
а вот зачем нужна переполюсовка с частотой ШИМ - просто не представляю. зачем фильтр уже написал, ну и выше тоже писали.

[KAlexn]

а вот зачем нужна переполюсовка с частотой ШИМ - просто не представляю. зачем фильтр уже написал, ну и выше тоже писали.

Вот попробовал нарисовать. Два способа управления током через модуль Пельтье.
Первый - определенная сложность алгоритма, но экономичный.
Во втором простота алгоритма и возможность использования готовых микросхем

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Во втором простота алгоритма и возможность использования готовых микросхем

Экономим мозговую деятельность? Очень сильно!

[Baser]

Два способа управления током через модуль Пельтье.

Все гораздо проще:
Первый - единственно рабочий.
Второй - способ превращения модуля пельтье в обычный нагревательный резистор.

[KAlexn]

Второй - способ превращения модуля пельтье в обычный нагревательный резистор.

и где здесь "обычный нагревательный резистор"

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

и где здесь "обычный нагревательный резистор"

Везде. В смысле - всегда. Какой смысл охлаждать, но при этом немножко греть? Вот представьте, что Вы хотите немного охлаждать... По Вашей идее надо чуть больше половины времени охлаждать, а чуть меньше - греть. Но паразитный нагрев будет идти все время, и ток зачем-то туда-сюда гоняем по максимуму. От души. Напомню, что модуль Пельтье эквивалентен конденсатору с двумя резисторами. Заряжаем - разряжаем?
Конечная цель Вашего устройства в чем состоит?

[KAlexn]

Конечная цель Вашего устройства в чем состоит?

максимально быстро нагреть, а потом также быстро охладить пробирки с раствором.
И если скважность сделать 1:100 при охлаждении, то сколько уйдет на нагрев?

[Plain]

нужно и охлаждать и греть. Поэтому мост, питание 15 В

Любой подходящий ШИМ-контроллер, например LM3478, пара логических элементов, пара синхронных полумостовых драйверов и четыре NMOS.

[Tanya]

максимально быстро нагреть, а потом также быстро охладить пробирки с раствором.
И если скважность сделать 1:100 при охлаждении, то сколько уйдет на нагрев?

Самое быстрое - руками поместить пробирки в горячий термостат с циркуляцией, а потом - в холодный. Руками. Теплоемкость носителя должна быть много больше теплоемкости пробирок.

[KAlexn]

Руками.

Низзя, руки грязные. Биология дери ее. Да и пробирок ~100 шт.

[Baser]

максимально быстро нагреть, а потом также быстро охладить пробирки с раствором.
И если скважность сделать 1:100 при охлаждении, то сколько уйдет на нагрев?

Не с той стороны к решению задачи подходите. Начинать нужно с теплофизики.
Прикиньте теплоемкость пробирок с раствором, теплопроводность стенок пробирок, теплопроводность растворов.
На основе этих цифр получите реальные прикидки времени нагрева/охлаждения пробирок.
Ограниченных по скорости физикой

Далее исходя из заданных по ТЗ температур (окруж. среды, нагрева, охлаждения)
и примерной конструкции аппарата (именно теплофизика конструкции)
можно выбрать пельтье по перепаду температур и по необходимой тепловой мощности.

А само управление - это мелочи на общем фоне.
Конечно там должно быть ШИМ управление с ПИ-регулятором.

з.ы. а общую теорию по модулям Пельтье еще раз изучите, пока самых основ не понимаете...

[Tanya]

Низзя, руки грязные. Биология дери ее. Да и пробирок ~100 шт.

Не сочиняйте. Пробирки должны плотно вставляться в металлическую кассету с крышкой.
А 100 пробирок имеют большую теплоемкость. Тут Пельтье не потянет. Будет очень медленно и печально.

[KAlexn]

А 100 пробирок имеют большую теплоемкость. Тут Пельтье не потянет. Будет очень медленно и печально.

а если пробирки по 0.5 мЛ?
и не один модуль Пельтье, а 6.

Сообщение отредактировал KAlexn - Mar 30 2016, 10:19

[Baser]

а если пробирки по 0.5 мЛ?

Полипропиленовые эппендорфы?
Теплопроводность маленькая.
Какой градиент температур по раствору допускается по ТЗ?
Вибрация при нагреве/охлаждении для перемешивания будет?

Говорю же, прикиньте сначала временнЫе параметры по теплофизике, без этого будет пустая болтовня...

[KAlexn]

Не с той стороны к решению задачи подходите. Начинать нужно с теплофизики.

Это задача нашего физика.
А моя задача обеспечить работу устройства - электроника.
И мне нужно самому в чем то быть уверенным, может и с вашей общей помощью.

[Baser]

Ну, тогда хоть температуры озвучьте, чтобы временнЫе параметры циклов нагрева и охлаждения можно было "на потолке рассмотреть"

[KAlexn]

Ну, тогда хоть температуры озвучьте, чтобы временнЫе параметры циклов нагрева и охлаждения можно было "на потолке рассмотреть"

Ну скажем так 0...100 град. термоблок. дискрет 0.1 град.

[Baser]

Тогда на вскидку, нагревание 100 пробирок с раствором 0.5 мл на 50-70 град будет занимать десятки минут.
Далее все зависит от допустимого градиента температур в нагреваемом объекте.
Тепловые процессы идут по экспоненте, нужна точность неск. градусов - минуты, около градуса - десятки минут,
< 0.1 градуса - часы.

И вы на своего физика сильно не кивайте, без знания нужной вам тепловой мощности вы даже со схемой не сможете определиться.
Мощность источника питания, кол-во пельтье, токи, ключи и т.д.