Regulación de la potencia en un módulo Peltier

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Tengo un módulo Peltier clasificado 12V 12A. Quiero regular el voltaje en él continuamente desde -12 V a 12 V, es decir, hacer un calentador o enfriador ajustado desde el módulo.

Hay algunas soluciones industriales, pero son extremadamente caras para mí.

1) ¿Es un regulador de conmutación mi única opción?

Hay un circuito alternativo aquí para 6A. ¿Es mejor o más barato que un simple regulador de conmutación?

Para invertir la polaridad necesitaré un puente en H

.

2) ¿Es un relé electromecánico la solución más simple y óptima aquí?

No necesito cambiarlo a menudo, por lo que el recuento de ciclos limitado no es un problema. La construcción de H-bridge basado en FETs me parece una solución muy compleja y costosa en este caso.

¿Tiene algún consejo para resolver este problema?

    
pregunta A-student

4 respuestas

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Realmente desea un regulador de conmutación, ya sea un "regulador de conmutación" comprado comercialmente, o el "circuito alternativo" 6A al que se conecta, que es PWM con filtrado de salida.

Como se explica en el artículo sobre su circuito alternativo, el PWM directo, aunque es eficiente para el suministro, no es eficiente para el Peltier. Como la potencia de enfriamiento depende de la corriente, pero las pérdidas resistivas dependen de la corriente al cuadrado , generará más calor, que se ejecuta a una menor eficiencia general, si hay alguna fluctuación en su suministro. La ondulación de un regulador de modo conmutado está bien. Cerrar el poder entre 0% y 100% con PWM no lo es.

Para ver otras aplicaciones de PWM / switcher para comparar ...

a) usted puede PWM una lámpara de filamento, ya que la salida de calor es lo que desea
b) usted can PWM es un motor de corriente continua, motor paso a paso o solenoide, ya que su inductancia intrínseca suaviza la corriente
c) usted no debería PWM un Peltier, o una batería de carga, porque desea que el actual, y el exceso de $ I ^ 2R \ $ de calor que reciba durante la fase de 100% no se desee . Necesita más o menos DC para estas aplicaciones.

    
respondido por el Neil_UK
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Parece que no es necesario modular el voltaje Peltier muy rápidamente. Piense en un puente en H con cada pata inferior como una fuente de alimentación conmutada. Eso probablemente suena mucho más complicado de lo que es. En realidad es bastante fácil de controlar. Usted enciende uno de los interruptores superiores dependiendo de la polaridad que desee, luego oprime el interruptor inferior opuesto para el nivel de unidad que desea. Algo lento como un Peltier no le va a importar si toma un milisegundo o más para cambiar las cosas en el cruce de polaridad.

Aquí hay un fragmento del esquema de un producto comercial real donde tuve que hacer algo similar:

En este caso, necesitaba controlar el voltaje a través de dos electrodos en electrolito. Las especificaciones de los electrodos aumentaron ± 24 V hasta 500 mA, pero el concepto es el mismo.

Q16 y Q17 son los interruptores laterales superiores del puente H. Estos se cambian con poca frecuencia, y la corriente se desactiva durante ese tiempo. En este caso, era aceptable tomar unos 100 ms para cambiar, por lo que no era absolutamente necesario intentar cambiar las puertas rápidamente. De hecho, el C58 y el C59 desaceleran deliberadamente el cambio a un variador de corriente aproximadamente constante. Esto permitió filtrar el voltaje a los electrodos con C60 y C61, pero evitando grandes picos de corriente cuando cambió la polaridad.

Un lado de los electrodos siempre se mantiene a la tensión de alimentación. El otro lado se tira hacia abajo de manera variable de acuerdo con el ciclo de trabajo PWM aplicado al interruptor del lado bajo opuesto. Estos son Q20 y Q21. L12 y L13 filtran los pulsos de corriente. Otra forma de pensar esto es que los interruptores laterales bajos están cambiando realmente las fuentes de alimentación. Para la pierna izquierda, Q20 es el interruptor, L12 el inductor, D16 el diodo y C60 el capacitor de salida.

Una de las ventajas de usar la conmutación es que el resultado es eficiente y, por lo tanto, hay poco calor que enfrentar. Q20 y Q21 están en pequeños paquetes SOT-23. Necesitará algo más robusto para su 12 A, pero el concepto es el mismo.

Las dos líneas que salen a la derecha cerca de la parte inferior se conectan directamente a los dos electrodos, que serían las conexiones Peltier en su caso.

Las cosas en la parte superior son parte de un sensor de corriente del lado alto. R49 es la resistencia de detección e IC14 convierte el voltaje diferencial a través de R49 en una señal de referencia a tierra que eventualmente ingresa en el A / D del microcontrolador que produce los pulsos PWM. Tenga en cuenta que la corriente de retorno de los inductores que atraviesan los diodos D16 y D17 se remonta hasta la fuente superior por encima del sensor de corriente. Dado que la corriente de retorno también es experimentada por la carga, debe fluir a través del sensor de corriente para obtener una lectura de la corriente de carga real. La corriente de la unidad de puerta lateral alta no atraviesa la carga, por lo que se toma la potencia desde arriba del sensor de corriente.

Las señales de control del puente H HIGH1, HIGH2, PWM1 y PWM2 son directamente del microcontrolador. En su caso, es probable que no pueda salirse con la suya con los interruptores de lado bajo, ya que necesita una capacidad de corriente mucho mayor. Los FET con esa capacidad necesitarán un mayor voltaje de la unidad de puerta, por lo que probablemente terminará con un controlador FET frente a cada puerta lateral baja.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Analog Devices fabrica un chip de control de enfriador termoeléctrico (ADN8831). Hay un módulo de evaluación disponible que funciona muy bien. Si el módulo de evaluación está en su presupuesto, sería una solución fácil. La tecnología lineal puede hacer un producto igual.

    
respondido por el Kevin F
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Los controladores Peltier hasta 20 A comienzan en 130 € . Dudo que pueda superar esto con su propia solución considerando el precio de las piezas y de la PCB y también su tiempo invertido. Aún así, si quieres ir por ese camino, tienes 3 alternativas:

  1. H-bridge con transistores discretos: vea la respuesta de Olins.

  2. Puente H comercial. No hay muchos disponibles para 6 A y más. Un DRV8432 funcionaría, pero el panel de evaluación también cuesta alrededor de 120 €. También puede usar PWM para controlar la corriente, pero no se olvide de filtrar la salida: PWM sin filtro reduce drásticamente su vida útil.

  3. Usa una regulación lineal. Un OPA549 sería adecuado, hay alternativas. Además, necesita algo para configurar la corriente, un DAC o una resistencia programable. Esta solución es buena para el rendimiento y la vida útil de Peltier, pero también es la peor solución en términos de eficiencia.

respondido por el JLo

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