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Hallo liebe Elkos!

Ich sitze gerade an einer Bastelei bei der ich nicht weiter komme, irgendwie bin ich an die Grenze meines Halbwissens gekommen . Vielleicht kann mir einer von Euch ein wenig weiterhelfen, das wäre super!

Also: ich will ein Peltier-Element sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwenden. Im Endeffekt soll ein uC das Peltier-Element über einen PID-Regler ansteuern. Letzteres stellt kein Problem dar. Um die Stromversorgung nicht insgesamt bipolar aufbauen zu müssen dachte ich mir, ich pole die Versorgung des Elementes elektronisch um. Dazu soll die u.g. Schaltung dienen. Über den OPA oben im Bild wird die Spannung für die ganze Schaltung geregelt, der OPA wiederum wird vom uC gesteuert. Über die im Bild äußeren Transistoren wird die Polarität gesteuert, die beiden Eingänge (Pfeile) werden jeweils gegensinnig vom uC angesteuert. Soweit so gut, ich habe die Schaltung zwar noch nicht aufgebaut, als Simulation läuft sie immerhin.

Nun zum Problem: nachdem ich mich ein wenig umgesehen habe, glaube ich, dass es besser wäre, das Peltier über eine Stromsteuerung und nicht wie ich jetzt über eine Spannungsteuerung zu betreiben (von wegen Linearität). Genau da hakt es bei mir aus. Ich versuche schon das ganze Wochenende meine Schaltung dahingehend umzumodeln, bekomme es aber nicht hin. Kann mir jemand von Euch etwas unter die Arme greifen?

Vielen Dank!

Max

» Hallo liebe Elkos!
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» Ich sitze gerade an einer Bastelei bei der ich nicht weiter komme,
» irgendwie bin ich an die Grenze meines Halbwissens gekommen . Vielleicht
» kann mir einer von Euch ein wenig weiterhelfen, das wäre super!
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» Also: ich will ein Peltier-Element sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen
» verwenden. Im Endeffekt soll ein uC das Peltier-Element über einen
» PID-Regler ansteuern. Letzteres stellt kein Problem dar. Um die
» Stromversorgung nicht insgesamt bipolar aufbauen zu müssen dachte ich mir,
» ich pole die Versorgung des Elementes elektronisch um. Dazu soll die u.g.
» Schaltung dienen. Über den OPA oben im Bild wird die Spannung für die
» ganze Schaltung geregelt, der OPA wiederum wird vom uC gesteuert. Über die
» im Bild äußeren Transistoren wird die Polarität gesteuert, die beiden
» Eingänge (Pfeile) werden jeweils gegensinnig vom uC angesteuert. Soweit so
» gut, ich habe die Schaltung zwar noch nicht aufgebaut, als Simulation läuft
» sie immerhin.
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» Nun zum Problem: nachdem ich mich ein wenig umgesehen habe, glaube ich,
» dass es besser wäre, das Peltier über eine Stromsteuerung und nicht wie
» ich jetzt über eine Spannungsteuerung zu betreiben (von wegen Linearität).
» Genau da hakt es bei mir aus. Ich versuche schon das ganze Wochenende meine
» Schaltung dahingehend umzumodeln, bekomme es aber nicht hin. Kann mir
» jemand von Euch etwas unter die Arme greifen?
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» Vielen Dank!
»
» Max
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Im Prinzip ist es ganz einfach. Du musst nur beim
steuernden Operationsverstärker statt der Spannung
den Strom zurückkoppeln. Den Strom erhälst Du über
einen Reihenwiderstand (Shunt). Bei Deiner Anwendung
würde ich übrigens zur Umpolung statt der H-Brücke
ein Relais verwenden.
Gruss
Harald
PS Schaltungen zur Stromregelung mit Spannungseingang
findest Du übrigens auch im ElKo, z.B. hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currled.htm

Hallo Harald!

Vielen Dank. Den von Dir angesprochenen Weg wollte ich eigentlich gehen. Das Problem ist allerdings (oder mache ich einen Denkfehler?), dass die Spannung am "Stromsensor" (Widerstand) postiv und negativ sein kann (je nach Polarität), ich sie also erst gleichrichten müsste. Und da bin ich hängengeblieben, weil ich über dem Gleichtrichter ja das "Diodenproblem" habe (nicht ab 0 V leitend).

Ein Relais wollte ich übrigens nicht nehmen, weil die Schaltung über den Nullpunkt "hinwegregeln" soll, das Relais also unter Umständen "flattern" würde.

In der Hoffnung auf weitere Tips,

Max

P.S.: ich war vielleicht etwas ungenau, den Widerstand zur Strommessung wollte ich in Reihe zum Peltier schalten.

» P.S.: ich war vielleicht etwas ungenau, den Widerstand zur Strommessung
» wollte ich in Reihe zum Peltier schalten.

Nein, den musst Du v o r die H-Brücke setzen.
Ein Flattern in der Nähe des Nullpunktes wäre übrigens
auch mit H-Brücke nicht so gut. Das musst Du durch
entsprechende Auslegung des Reglers verhindern.
Ich würde den Regler sowieso so auslegen, das Du
eine gewisse Mindesteinschaltzeit hast, damit Du nicht
den Wirkungsgrad des Peltiers durch Wechselstrom zu sehr
verminderst.
Gruss
Harald

Hallo Harald,

» Ich würde den Regler sowieso so auslegen, das Du
» eine gewisse Mindesteinschaltzeit hast, damit Du nicht
» den Wirkungsgrad des Peltiers durch Wechselstrom zu sehr
» verminderst.

Nun erkläre mir doch mal, wie sich der Wechselstromanteil im Element durch eine Mindesteinschaltzeit beeinflussen lassen soll.

Jörg

» Hallo Harald,
»
» » Ich würde den Regler sowieso so auslegen, das Du
» » eine gewisse Mindesteinschaltzeit hast, damit Du nicht
» » den Wirkungsgrad des Peltiers durch Wechselstrom zu sehr
» » verminderst.
»
» Nun erkläre mir doch mal, wie sich der Wechselstromanteil im Element durch
» eine Mindesteinschaltzeit beeinflussen lassen soll.
»
» Jörg

Durch Regelschwingungen können durchaus
Frequenzen von einigen 10...100 Hz entstehen.
Dieser reine Wechselstrom erzeugt praktisch
nur noch Wärme und keine Kälte mehr. Wenn ich
von vorherein eine Mindesteinschaltdauer von
z.B. einer Minute habe, kann ich einen solchen
Betrieb mit Sicherheit verhindern. Die Zeit-
konstante der Regelschleife ist meist sowieso
deutlich länger.
Gruss
Harald

Hallo Harald,

» Durch Regelschwingungen können durchaus
» Frequenzen von einigen 10...100 Hz entstehen.

Das ist bei den für einen Temperaturregler üblichen Zeitkonstanten eher unwahrscheinlich. Die obere Grenze dürfte da eher im Bereich weniger Hz liegen.

» Dieser reine Wechselstrom erzeugt praktisch
» nur noch Wärme und keine Kälte mehr. Wenn ich
» von vorherein eine Mindesteinschaltdauer von
» z.B. einer Minute habe, kann ich einen solchen
» Betrieb mit Sicherheit verhindern.

Wieso ? wenn du z.B. 50 s einschaltest und 50 s ausschaltest, hast du eine Wechselstrom mit einer Frequenz von 0,01 Hz. Der produziert dir genauso Wärme wie eine PWM mit 10 oder 100 Hz. Was hat das mit der Periodendauer zu tun ?
Ich würde sogar behaupten, dass der Wirkungsgrad bei langen Einschaltdauern noch zusätzlich abnimmt, weil sich dann ja auch die Temperaturdifferenz während der Einschaltzeit ändert und man das Element periodisch in einen Bereich hoher Temperaturdifferenz und damit besonders schlechtem Wirkungsgrad fährt.

Jörg

Hallo,

dann muss ich nochmal ein Nachfrage an Jörg richten: bist Du denn - im Gegensatz zu Harald - der Meinung, dass ein Betrieb des Peltiers mit PWM keine Nachteile bringt? Dass also der Wirkungsgrad bei einem Tastverhältnis von z. B. 50% genau der gleiche ist wie bei einer (ideal sauberen) Gleichspannung von 0.5 Ub? Ich würde mich da auch gerne selber weiter einlesen, finde aber keine Quellen, die mir da konkrete und praktische Antworten liefern...
Bitte diskutiert weiter, ich profitiere sehr davon

Danke an Euch, Gruß,
Max

Hello again,

vielleicht könntet Ihr auch noch mal einen Blick auf meinen zweiten Entwurf der Schaltung werfen. Sie scheint im Prinzip zu funktionieren, ich bin aber noch an praktischen Hinweisen aller Art interessiert bevor ich sie aufbaue. Außerdem habe ich etwas Schwierigkeiten mit der Wahl der Transitoren. Da über das Peltier-Element maximal 4 - 6 A bei 12 V laufen (lt. Artikelbeschreibung Pollin), dachte ich daran, insbesondere für T7, aber auch für T2, T3, T5 und T6 Darlington Leistungstransistoren zu verwenden (BD 901/902). Für T1 und T2 sollte sich ein "Standard NPN" wie BC547 eignen. Seht Ihr damit verbunden noch Probleme, die mir entgangen sind? Bin für Hinweise allerart sehr dankbar!

Viele Grüße!
Max

Hallo Max,
»
» dann muss ich nochmal ein Nachfrage an Jörg richten: bist Du denn - im
» Gegensatz zu Harald - der Meinung, dass ein Betrieb des Peltiers mit PWM
» keine Nachteile bringt? Dass also der Wirkungsgrad bei einem
» Tastverhältnis von z. B. 50% genau der gleiche ist wie bei einer (ideal
» sauberen) Gleichspannung von 0.5 Ub?

Nein, das habe ich nicht gesagt. Natürlich ist der Wirkungsgrad mit der Gleichspannung (oder Strom) besser. Ich habe gesagt, dass es keinen Unterschied macht, ob ich die PWM-Periodendauer im ms- oder im Minutenbereich mache.
Der Wirkungsgrad ist jeweis gleich oder ähnlich schlechter.

Jörg

Okay, danke! Dann lieg ich ja doch richtig mit meiner Stromsteuerung...

» Ich würde mich da auch gerne selber
» weiter einlesen, finde aber keine Quellen, die mir da konkrete und
» praktische Antworten liefern...


Vielleicht hilft dir das weiter:

http://www.quick-cool-heatpipe.de/bibliothek.html

Gruss

Jein, kannte ich schon. Trotzdem Danke!

Max

» Hallo Harald,
»
» » Durch Regelschwingungen können durchaus
» » Frequenzen von einigen 10...100 Hz entstehen.
»
» Das ist bei den für einen Temperaturregler üblichen Zeitkonstanten eher
» unwahrscheinlich. Die obere Grenze dürfte da eher im Bereich weniger Hz
» liegen.

Icc meinte damit, das es bei falscher Auslegung
des Regelkreises durchaus zu "hochfrequenten"
Schwingungen kommen kann, deren Frequenz dann nicht
mehr durch die grossen, wärmebedingten Totzeiten
bestimmt wird.

» » Dieser reine Wechselstrom erzeugt praktisch
» » nur noch Wärme und keine Kälte mehr. Wenn ich
» » von vorherein eine Mindesteinschaltdauer von
» » z.B. einer Minute habe, kann ich einen solchen
» » Betrieb mit Sicherheit verhindern.
»
» Wieso ? wenn du z.B. 50 s einschaltest und 50 s ausschaltest, hast du eine
» Wechselstrom mit einer Frequenz von 0,01 Hz. Der produziert dir genauso
» Wärme wie eine PWM mit 10 oder 100 Hz. Was hat das mit der Periodendauer
» zu tun ?

Nun, ich habe aus verschiedenen Quellen gehört,
das ein PWM-Betrieb für Peltiers nicht günstig
ist, da der dadurch entstehende Wechselstromanteil
keinen Nutzen für den Peltiereffekt bringt, sondern
nur zusätzliche Verlustwärme. Da diese Umschaltung
bei meinem Vorschlag wesentlich seltener erfolgt,
denke ich, das dann auch die Verluste geringer sind.
Ich kann das jetzt aber nicht theoretisch beweisen.
Vielleicht könnte Max ja noch mal die Newsgroup
DSE mit google diesbezüglich durchsuchen.

» Ich würde sogar behaupten, dass der Wirkungsgrad bei langen
» Einschaltdauern noch zusätzlich abnimmt, weil sich dann ja auch die
» Temperaturdifferenz während der Einschaltzeit ändert und man das Element
» periodisch in einen Bereich hoher Temperaturdifferenz und damit besonders
» schlechtem Wirkungsgrad fährt.
»
» Jörg

Gruss
Harald

Hallo Harald,

» Nun, ich habe aus verschiedenen Quellen gehört,
» das ein PWM-Betrieb für Peltiers nicht günstig
» ist, da der dadurch entstehende Wechselstromanteil
» keinen Nutzen für den Peltiereffekt bringt, sondern
» nur zusätzliche Verlustwärme.

Soweit sind wir uns ja auch einig.

» Da diese Umschaltung
» bei meinem Vorschlag wesentlich seltener erfolgt,
» denke ich, das dann auch die Verluste geringer sind.
» Ich kann das jetzt aber nicht theoretisch beweisen.

Bei allen Berechnungen hinsichtlich Effektivwert, Blindstrom, Formfaktor usw. erhälst du am Ende eine Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Kurvenform des Stromes. Der Zeitmaßstab kürzt sich logischerweise heraus und deshalb ist es völlig egal, ob du das Element im ms- oder Minutentakt mit einer PWM ansteuerst. Die mittlere Wechselstrombelastung ist immer die gleiche

Jörg