Элементы пельтье, Можно ли включать последовательно? Опции

[Vend]

Добрый день, уважаемые форумчане.
Сейчас работаю над проектом термостабилизации некого замкнутого объема воздушного пространства, а точнее шкафа с коммуникационным оборудованием. Возникла идея испосьзовать для этой цели элементы пельтье. Типа таких:http://www.chipdip.ru/catalog/show/thermoelectric-modules.aspx
Но есть сложность:для питания климатической системы присутствует только постоянное напряжение 50V. В связи с этим вопрос: нажежно ли будет последовательное включение, скажем, четырех 12V-вых элементов?

[DSIoffe]

Чтобы регулировать температуру, нужно дозировать теплоперенос, который, в свою очередь, пропорционален току.

Я к тому, что в контуре управления измерять надо температуру, а не ток. То есть датчиком будет измеритель температуры где-то в том шкафу - терморезистор или что-то вроде него, а не датчик тока в цепи элемента Пельтье.

H-Bridge и в каждую сторону на нагрузку/направление LC, ну и какой-нибудь драйвер HIP80xx

А из чего мост? Это я спрашиваю, чтобы самому не думать - вдруг у Вас уже готовая схема на 1 МГц с наименованиями деталей. Мне даже моста не надо, у меня Пельтье будет работать только на охлаждение.
Спасибо.

[Tanya]

Я к тому, что в контуре управления измерять надо температуру, а не ток. То есть датчиком будет измеритель температуры где-то в том шкафу - терморезистор или что-то вроде него, а не датчик тока в цепи элемента Пельтье.

В контуре сигнал управления (некоторая функция от нашего желания, температуры и времени) должен бороться с сигналом от датчика тока в этой самой цепи. Еще точнее сказать - заряда, если немного поинтегрировать их.

[Oldring]

В контуре сигнал управления (некоторая функция от нашего желания, температуры и времени) должен бороться с сигналом от датчика тока в этой самой цепи. Еще точнее сказать - заряда, если немного поинтегрировать их.

Не точнее. Уже для тока рациональное приближение передаточной характеристики этого холодильника вместе со шкафом будет иметь первый полюс с постоянной времени десятки или даже сотни секунд. Без пропорционального звена в регуляторе обеспечить стабильность и, тем более, отсутствие перерегулирования (что, наверное, для биологических исследований важно), будет очень не просто.

Что касается ШИМ для Пельтье, то его опасность преувеличена. У меня используется ШИМ с частотой 1 Гц и отказов элементов Пельтье не было.
Правда, российские мы никогда не использовали.

1 Гц - это довольно низкая частота. Она у вас используется видимо потому, что велика теплоемкость системы, и за 1 секунду температура изменяется на доли градуса.

Пямоугольный ШИМ с током, равным характеристическому (соответствующий положению вершины параболы) имеет один побочный положительный эффект - он линеаризует характеристику Пельтье для режима охлаждения, не изменяя его максимальную производительность. Правда, при этом снижается КПД холодильника при малых токах - всегда много тепла рассеивается на радиаторе.

[Dog Pawlowa]

1 Гц - это довольно низкая частота ... и за 1 секунду температура изменяется на доли градуса.

.. он линеаризует характеристику Пельтье для режима охлаждения...

Так получилось, что я не представляю системы охлаждения без радиаторов на стороне нагрева и стороне охлаждения, поэтому система с низкой теплоемкостью не укладывается в голове Тем более для биохимии.
В качестве радиаторов алюминиевая пластина 10 мм. Датчик температуры стоит у внешней поверхности, разрешение 0.01 градуса и за секунду вообще ничего не реагирует. Тут речь шла о том, что такие перепады мощности уменьшают время жизни элемента Пельтье, так вот я этого не заметил. Время жизни уменьшается из-за перепадов температуры, а они возможны при плохом теплоотводе.

По поводу линеаризации немного сложнее, потому что характеристика зависит от уставки и температуры на второй стороне. Чтобы было легче жить ПИ-регулятору, я ввел составляющую прямого управления (аналог погодозависимого регулирования в теплотехнике) на основе данных о внешней температуре.

[Tanya]

я ввел составляющую прямого управления (аналог погодозависимого регулирования в теплотехнике) на основе данных о внешней температуре.

И очень правильно сделали, а если еще добавить интегратор тока элемента, будет еще лучше. Сигнал от ПИД и сигналы от тока датчика и внешней температуры должны суммироваться и управлять ШИМом. Коэффициенты нужно подобрать только.

[Oldring]

Сигнал от ПИД и сигналы от тока датчика и внешней температуры должны суммироваться и управлять ШИМом. Коэффициенты нужно подобрать только.

Нет. Внутренний контур должен быть чисто токовым, чтобы компенсировать большие изменения термо-ЭДС. Перед ним должен быть линеаризатор параболы (предполагаю, что линеаризуют не ШИМ), на входе которого - сигнал производительности. Внешняя температура (лучше температура горячей стороны) в простейшем случае подмешивается пропорционально к сигналу производительности к выходу ПИД регулятора, но в общем случае лучше реализовать регулятор общего вида с несколькими входами, используя подходящую физическую модель горячего радиатора. В цифре это не сложно.

[Tanya]

Нет. Внутренний контур должен быть чисто токовым, чтобы компенсировать большие изменения термо-ЭДС. Перед ним должен быть линеаризатор параболы (предполагаю, что линеаризуют не ШИМ), на входе которого - сигнал производительности.

Какой-такой параболы? А про токовый я и пишу. Ток (забудем о сигнале внешней температуры) должен быть пропорционален сигналу системы управления (стабилизации) температуры (ПИД или др.). Но, так как ШИМ дает импульсы, то интегратор с компаратором тут помогут сделать автоматический ШИМ с постоянным временем включения. Это для быстрого времени. Медленное время - работа регулятора температуры.

[Oldring]

Какой-такой параболы? А про токовый я и пишу. Ток (забудем о сигнале внешней температуры) должен быть пропорционален сигналу системы управления (стабилизации) температуры (ПИД или др.). Но, так как ШИМ дает импульсы, то интегратор с компаратором тут помогут сделать автоматический ШИМ с постоянным временем включения. Это для быстрого времени. Медленное время - работа регулятора температуры.

Вы видимо пишите про т. н. релейный регулятор, то есть "интегратор с компаратором". Его недостаток - частота зависит от скважности. Вы пишите про "средний ток" и питаете холодильник прямо меандром? Тогда, да, параболы нет, но тепловыделение на горячем радиаторе больше, чем нужно.

Регулятор температуры у вас тоже аналоговый? Да, подбирать коэффициенты регулятора подстроечником для уникального изделия, существующего в одном экземпляре - тоже такая технология существует.

[Tanya]

Вы видимо пишите про т. н. релейный регулятор, то есть "интегратор с компаратором". Его недостаток - частота зависит от скважности. Вы пишите про "средний ток" и питаете холодильник прямо меандром? Тогда, да, параболы нет, но тепловыделение на горячем радиаторе больше, чем нужно.

Регулятор температуры у вас тоже аналоговый? Да, подбирать коэффициенты регулятора подстроечником для уникального изделия, существующего в одном экземпляре - тоже такая технология существует.

Дроссель сглаживает, интегратор интегрирует. Регулятор температуры частично аналоговый - интегратор, чтобы не использовать 20-разрядный ЦАП. Но иногда и такой. Мороки в 100 раз больше. А настройка на одном. Ведь не все приборы должны работать на северном полюсе... А то, что частота зависит от скважности... так нет там никакой частоты... только импульсы... сигма-дельта модулятор получается... Слыхали, наверное.

это что то типа схемы заряда аккумулятора получается

А элемент Пельтье - почти конденсатор, немного испорченный. Но не аккумулятор. Нет.

[Oldring]

Дроссель сглаживает, интегратор интегрирует. Регулятор температуры частично аналоговый - интегратор, чтобы не использовать 20-разрядный ЦАП. Но иногда и такой. Мороки в 100 раз больше. А настройка на одном. Ведь не все приборы должны работать на северном полюсе... А то, что частота зависит от скважности... так нет там никакой частоты... только импульсы... сигма-дельта модулятор получается... Слыхали, наверное.

Дроссель сглаживает? Тогда парабола. Однозначно и общеизвестно. Писал ранее. Переносимый поток пропорционален току, а выделяемое внутри элемента Пельтье на его сопротивлении тепло пропорционално квадрату тока. Половина выделяемого тепла должна быть перекачана самим холодильником обратно. Поэтому и парабола с максимумом разности температур при некотором "характеристическом токе".

20-разрядный ЦАП и не нужен. Для интегратора достаточно 20-разрядного сумматора. И многоразрядного АЦП термометров.

У сигма-дельта модулятора есть задающий частоту внешний генератор. Иначе вы путаете.

[Tanya]

Дроссель сглаживает? Тогда парабола. Однозначно и общеизвестно. Писал ранее. Переносимый поток пропорционален току, а выделыемое внутри элемента Пельтье на его сопротивлении тепло пропорционално квадрату тока. Половина выделяемого тепла должна быть перекачана самим холодильником обратно. Поэтому и парабола с максимумом разности температур при некотором "характеристическом токе".

20-разрядный ЦАП и не нужен. Для интегратора достаточно 20-разрядного сумматора. И многоразрядного АЦП термометров.

У сигма-дельта модулятора есть задающий частоту внешний генератор. Иначе вы путаете.

Ну... не буду с Вами спорить... Есть задающий генератор - контроллер по таймеру измеряет сигнал с интегратора (не ПИД), а того, который интегрирует разность сигналов ПИД и тока. И включает или не включает ток на фиксированное время.
А по поводу сумматора непонятно. Вот как выдавать сигнал с ПИДа без многоразрядного ЦАПа? Там почти все от интегральной части.. В стационаре никакой-такой параболы не нужно учитывать для постоянной температуры, а только вариации тока. А импульс размазывается дросселем для удобства интегратора и др.

[Oldring]

А по поводу сумматора непонятно. Вот как выдавать сигнал с ПИДа без многоразрядного ЦАПа? Там почти все от интегральной части.. В стационаре никакой-такой параболы не нужно учитывать для постоянной температуры, а только вариации тока. А импульс размазывается дросселем для удобства интегратора и др.

С интегратора нужно выдавать старшие битики. Разрядность интегратора имеет прямое отношение к его постоянной времени, но никак не к разрядности ЦАП. Разрядность ЦАП имеет отношение к СКО шума на его цифровом входе. Достаточно, чтобы шум превышал несколько младших разрядов, тогда шум квантования самого ЦАП будет несущественен. В ПИД регуляторе и так обычно есть достаточный шум от дифференциального звена, поэтому большая разрядность не нужна. Но даже если и нету - всегда можно подмешать дополнительный цифровой шум, при желании даже занявшись шэйпингом этого шума. Так как объект управления обычно интегрирующий некоторого порядка, и период обрабортки петли стараются сделать достаточно малым, чтобы не вносить заметных фазовых сдвигов, что тем более просто при управлении медленными Пельтье, этот шум эффективно фильтруется. В конце концов, можно управлять скважностью ШИМ даже потактово, просто со счетчиками с небольшой разрядностью, реализовав передискретизацию и шэйпинг цифрового шума.

[Microwatt]

С интегратора нужно выдавать старшие битики. Разрядность интегратора
Разрядность ЦАП имеет отношение к СКО шума
В ПИД регуляторе и так обычно есть достаточный шум от дифференциального звена,
чтобы не вносить заметных фазовых сдвигов,
можно управлять скважностью ШИМ даже потактово, просто со счетчиками с небольшой разрядностью, реализовав передискретизацию и шэйпинг цифрового шума.

Братцы, сама задача и схема по сложности чуть мудрее утюга.
А мы опять в эмбеддерщину....
великолепно, когда человек оперирует и фазой, и ошибками квантования, и ПИД, и знает что с этим делать. Но не в утюге же?

[Tanya]

Братцы, сама задача и схема по сложности чуть мудрее утюга.
А мы опять в эмбеддерщину....
великолепно, когда человек оперирует и фазой, и ошибками квантования, и ПИД, и знает что с этим делать. Но не в утюге же?

Вы это зря. Элементы Пельтье - это элементы Пельтье. Даже в утюге. И применяются не только для переноса тепла, но и для количественного измерения этого переноса. Например, в некоторых калориметрах. И довольно большой динамический диапазон...
И точность. Только параболы там не видно почему-то.

[Oldring]

Только параболы там не видно почему-то.

Таня, вы меня удивляете. Как можно там не заметить параболу? Тем более, что в любой книжке по расчетам холодильников Пельтье она упомянута. Думаю, в Ленинке еще сохранились те книжки, которые я там брал, когда был студентом. И в любом советском паспорте на холодильники Пельтье было написано "характеристический ток такой-то".

Вы, наверное, применяете свои холодильники с большим запасом производительности вдалеке от пресловутого "характеристического тока". Или нагрузка изменяется мало, и поэтому линеаризация вблизи одной точки адекватна.