Как управлять элементом Пельтье?

46

Возможно, основной вопрос заключается в том, как выглядит кривая напряжение-ток. Могу ли я управлять им от источника напряжения (например, от нагревателя) или от источника тока (например, от светодиодов)? Или даже отличается от этих двух вариантов?

ДОПОЛНИТЕЛЬНО 1: Скажите (гипотетически) у меня есть два коммерчески доступных идентичных Пельтье, они имеют спецификацию 6V / 3A. Могу ли я подключить их последовательно к источнику питания 12 В постоянного тока без каких-либо забот?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1: Кривая нагрузки «ток / напряжение» является достаточно линейной, и привод от источника тока или напряжения будет работать нормально, пока устройство работает в пределах своих спецификаций. (Олин Латроп, Рассел МакМахон)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2: Не гоните Пельтье от ШИМ, потери мощности из-за увеличения тока растут быстрее, чем мощность охлаждения. (Олин Латроп)

ВЫВОД3: Остерегайтесь механического износа устройства, продолжая ездить на велосипеде. Например. не используйте регулятор включения / выключения термостата. (Рассел МакМахон)

jippie
источник

Ответы:

36

Устройства Пельтье работают от тока, но обычно имеют достаточно значительное сопротивление, чтобы можно было управлять напряжением.

Устройства Пельтье - это одна из немногих вещей, которые вы не хотите использовать с импульсами, особенно в приложениях охлаждения. Эффект охлаждения пропорционален току, но внутренний нагрев из-за потерь пропорционален квадрату тока. Начиная с 0, увеличение тока вызывает усиление охлаждения. Тем не менее, в какой-то момент резистивный нагрев из-за большего тока перевешивает дополнительную мощность охлаждения более высокого тока. Следовательно, больший ток на самом деле вызывает меньшее общее охлаждение. Максимальный ток охлаждения является одним из параметров, который должен указывать производитель.я2р

В то время как максимальное охлаждение происходит при некотором заданном токе, эффективность постоянно уменьшается с увеличением тока. Поэтому вы не хотите, чтобы PWM охладил Пельтье между 0 и максимальным током охлаждения. Управление его постоянным током для обеспечения такого же общего охлаждения является более эффективным.

Конечно, микроконтроллер, регулирующий температуру, все равно будет генерировать импульсы ШИМ. Эти импульсы необходимо отфильтровать, чтобы устройство Пельтье увидело относительно плавный ток. Общее правило - стараться удерживать пульсацию ниже 10% от номинала, но, конечно, это просто компромисс, который кто-то выбрал. К счастью, это обычно не является сложным требованием к дизайну.

Олин Латроп
источник
4
Мне нравится добавление вашего ШИМ-предупреждения. В этом возрасте микроконтроллеров, в котором мы живем, нагрузка с помощью ШИМ часто является очень очевидным выбором.
Джиппи
1
Интересно увидеть наши немного разные точки зрения, но схожие советы. Я вижу вашу точку, называя их текущей инициативе , но думаю , что это, вероятно , несколько спорно - не совсем , как решить , является ли ток или напряжение управляемый резистор. Может быть, термистор для сравнения. То есть, управление одним из них достаточно выполнимо, но можно иметь преимущество ,
Рассел МакМэхон
Возрождая старый вопрос: я смущен комментарием о неиспользовании ШИМ. Если у меня есть устройство Пельтье, которым я хочу управлять от MCU (меня интересует нагрев), как бы я контролировал температуру, кроме как с помощью ШИМ?
Нет Grabbing
1
@skinny: я думал, что ответил на это в последнем абзаце. Что конкретно неясно?
Олин Латроп
1
@skinny: прочитайте то, что я написал. Как я уже сказал, выход ШИМ должен быть отфильтрован, прежде чем он будет представлен устройству Пельтье.
Олин Латроп
11

Устройства Пельтье имеют достаточно линейную кривую нагрузки.
Это устройства, управляемые напряжением, но вы можете достаточно безопасно отключить их от источника напряжения или тока, если вы не превысите их максимальные значения напряжения или тока. например, блок 12 В, 5 А, 60 Вт может работать при любом постоянном напряжении <= 12 В или любом постоянном токе <= 5 А, если ни одно из максимальных значений не превышено ни в одном случае.

Но -

  • Устройство Пельтье НЕ ДОЛЖНО постоянно подвергаться термическому циклированию как часть схемы управления

Чего следует избегать, так это контролировать их с помощью скачкообразных изменений напряжения с помощью постоянных времени управляющего сигнала, которые являются большими по сравнению с тепловой постоянной времени устройства.
То есть - если схема управления направлена ​​на удержание устройства или контролируемого пространства или объекта при постоянной температуре, она должна обеспечивать по существу постоянное напряжение и ток или ШИМ в диапазоне 10 Гц плюс плюс, а НЕ ШИМ или термостат или включенный выключение таким образом, что заметное нагревание и охлаждение происходит во время включения и выключения цикла управления. Если в процессе контроля происходит термоциклирование, устройство будет быстро разрушено механически.

Пульсация питания на частотах сети является приемлемой.


Термальный Велоспорт:

Скажем,> требуется частота ШИМ = 1 кГц - производители Nord Ferrotech Peltier

Обратите внимание, что Пельтье, использованный для испытания компонентов SMD при циклическом цикле, также выходит из строя из-за циклического

Испытание на термоциклирование IGBT - НБО Пельтье, НО, кажется, имеет прямое применение

Пельтье, специально изготовленные для обеспечения длительного срока службы термоциклирования - UWE

То же самое - Ctech

Тот же Ферротек

обсуждение

Рассел МакМахон
источник
Подождите ... так что включение / выключение с 3-минутными циклами быстро его уничтожит?
Анонимный Пингвин
@AnnonomusPenguin - Хм ... 3 минуты это довольно долго. Вы, очевидно, получите значительный тепловой цикл, но это может быть терпимо. Я не знаю, каковы пределы. 3 минуты // цикл = 20 / час = 480 / день = ~ 175 000 / год. Я бы сказал, что к тому времени это может быть осуществлено.
Рассел МакМахон,
так что лучше сделать шаг 1/2 минуты? 10 минут? Я не хочу идти слишком коротко, поскольку это потеряет эффективность, но слишком долго будет много тепловых изменений. Точно так же, вероятно, не лучше включать и выключать его каждые десять секунд.
Анонимный пингвин
@AnnonomusPenguin - Как отмечалось выше и в других местах - ШИМ, скажем, с частотой кадров 10 Гц или выше, с регулировкой отношения пространств меток для регулировки охлаждения проста и позволяет избежать проблем с циклическим нагревом. В сети есть много мелких упоминаний о проблемах термоциклирования, но я пока не нашел хорошего обсуждения. | Смотрите дополнение в конце моего ответа.
Рассел МакМэхон
6

Большинство микроконтроллеров, с которыми я знаком, выполняют ШИМ в диапазоне сотен циклов в секунду. Ни один термоэлектрический модуль не сможет отличить это от постоянного напряжения.

Кроме того, (google it) есть статья, где тестировались циклы ШИМ с частотой от 1/10 до 1000 / 1с, и ​​у Пельтье не наблюдалось никакого снижения производительности в течение тысяч часов. Тот, который циклически повторяется каждые 10 секунд, демонстрирует колебания температуры из-за медленного времени отклика.

В любом случае, ШИМ абсолютно безопасен для управления Пельтье.

Боюсь, что в этой теме больше дезинформации, но я недостаточно осведомлен, чтобы указывать на это.

Какой-то парень
источник
2
Не могли бы вы добавить ссылку в своем ответе на статью, на которую вы ссылаетесь?
Джиппи
Эта ссылка мертва. Ваш ответ является резким противоречием с другими. Я действительно хотел бы более подробное объяснение, чем мертвая ссылка) =
notlesh
@stephelton: i.sme.org/c248/blogs/matt-howe/2014/03/27/… кажется, еще одна точка, где можно найти статью. Но он также содержит это требование без какой-либо резервной копии.
PlasmaHH
1
«Ни один термоэлектрический модуль не сможет отличить это от постоянного напряжения» --- Вы уверены? Вы выяснили, сколько присутствует паразитная индуктивность и емкость, и рассчитали, что он эффективно видит постоянное напряжение / ток? Потому что, если нет, тогда он может испытывать колебания напряжения / тока, и в этот момент точки потери мощности I2R, обсуждаемые в других ответах, становятся действительными. Попробуйте PWMing силовой резистор против возбуждения его на эквивалентном постоянном токе, чтобы увидеть разницу.
gbmhunter