Primesc multe întrebări cu privire la creșterea puterii controlorului elementului Peltier. În acest articol voi vorbi despre viziunea mea asupra acestei probleme, voi da recomandări cu privire la alegerea componentelor dispozitivului.
Nu este nevoie să modificați software-ul. În regulator există coeficienți de măsurare pentru parametrii de ieșire: curent, tensiune, putere. Acești factori iau în considerare caracteristicile de transfer ale contoarelor operatorului. Acestea sunt descrise în articolul despre programul Monitor pentru controlerul elementului Peltier. Mai jos voi indica ce componente ale circuitului afectează coeficienții de măsurare.
Există o problemă cu afișarea puterii de ieșire a controlerului. Faptul este că puterea este indicată pe un indicator de 3 cifre. Am făcut o indicație cu o precizie de 0,1 W pentru a observa mai bine funcționarea regulatorului. Dar, în 3 cifre, puteți afișa o putere maximă de 99,9 wați. Asta a fost suficient pentru mine.
Dacă aveți nevoie de o mulțime de putere, atunci vă pot sugera următoarea opțiune. Programul de controler nu funcționează cu valturile, dar cu valorile ADC. Controlerul și procesele de afișare ale indicatorilor sunt separate și nu se afectează reciproc. Puteți seta factorul de putere de 10 ori mai mic decât cel real și nu acordați atenție punctului zecimal al indicatorilor. În plus, puterea de ieșire este mai mult un parametru de depanare. Firește, valorile de putere date ar trebui de asemenea să fie de 10 ori mai mici.
Principiul părții de putere a controlorului.
Partea de putere a regulatorului este construită în conformitate cu schema clasică a unui regulator de reglare a impulsurilor. Numai sarcina este "ruptă" de la sol și cheia este "legată" de pământ. Această soluție permite controlul cheii MOSFET din semnalul microcontrolerului printr-un simplu driver-amplificator.
- Când cheia este închisă, curentul intră în sarcină de-a lungul circuitului: sursa de alimentare, șocul, cheia (calea de curent este afișată în roșu).
- Când tasta este deschisă, energia stocată în accelerație intră în sarcină prin dioda recuperativă (calea curentă este afișată în albastru).
Acestea sunt principalele componente care afectează puterea de ieșire a regulatorului.
Selectarea componentelor pentru a crește puterea de ieșire a controlerului.
Diagrama puterii și a părții de măsurare a regulatorului.
Pentru a crește puterea de ieșire a controlerului, este necesar să modificați componentele acestei părți a circuitului.
Mai întâi, tranzistorul MOSFET ar trebui să fie low-prag, adică ar trebui să se deschidă la o tensiune scăzută pe obturator.
Schema utilizează un driver simplu, dar eficient, asamblat pe doi emițători VT2, VT3. Dezavantajul este unul - o tensiune de ieșire maximă scăzută. În acest circuit, este de 4,3 V. Prin urmare, tranzistor MOSFET ar trebui să fie low-prag.
Multe oferă conectarea colectorului VT2 la + 12 V și așteaptă o creștere a tensiunii de ieșire. Doar arde controler, și tranzistor, de asemenea. Acesta este un follower emițător. Acesta amplifică semnalul numai prin curent. Și tensiunea chiar reduce semnalul datorită caracteristicilor non-ideale ale tranzistorilor. Dar șoferul, asamblat pe acest principiu, are o viteză mare. Este viteza redusă a tastelor tranzistorului cu saturație, ceea ce face imposibilă utilizarea acestora.
Desigur, puteți utiliza un driver integrat cu o tensiune de ieșire de 12 V, dar cred că este mai ușor să alegeți un tranzistor MOSFET cu prag scăzut. Există o mulțime de ele cu caracteristici diferite.
Circuitul utilizează două MOSFET-uri conectate paralel ale tranzistorului IRF7313. Informații tehnice în format PDF pot fi găsite la adresa irf7313.pdf.
În datele de referință, parametrul Vgs (th) este specificat. Este în primul rând pentru el că trebuie să fim atenți. Pentru IRF7313, este de numai 1 V. la o tensiune de numai 1 V, tranzistorul începe să se deschidă. Dar este mai important să se estimeze dependența curentului de scurgere al tranzistorului de tensiunea porții. Pentru IRF7313 se pare ca aceasta.
Cu o tensiune a porții de 4 V, curentul de scurgere este mai mare de 20 A. Și în circuitul 2 al tranzistorului în paralel.
Curentul de scurgere maxim admis IRF7313 la 70 ° C este de 5.2 A. Pentru două tranzistoare 10.4 A.
Rezistența tranzistorului deschis este extrem de importantă. În modul static, încălzirea tranzistorului este determinată de curentul de scurgere și de această rezistență (P = I 2 * R). Rezistența maximă a tranzistorului deschis IRF7313 este de numai 0,046 Ohm. Ca regulă, acest parametru este afectat de tensiunea maximă admisă a sursei de scurgere. Prin urmare, este mai bine să nu alegeți tranzistori cu tensiune mare de funcționare.
Este de dorit să se acorde atenție capacității porții MOSFET a tranzistorului. La urma urmei, aceasta este sarcina principală a driverului în modul dinamic. Pentru IRF7313, capacitatea obturatorului este de 650 pF. În circuitul celor două tranzistoare, înseamnă că șoferul funcționează la o capacitate de 1300 pkF. Pot să spun că, cu o astfel de încărcătură, șoferul de pe emițătorul de repetoare se descurcă fără probleme.
Încă o dată voi enumera parametrii principali ai tranzistorilor MOSFET, care trebuie notat:
- pragul de intrare la prag;
- debitul maxim admisibil de scurgere;
- rezistență în stare deschisă;
- tensiunea maximă admisă a sursei de scurgere;
- capacitatea de intrare (capacitatea porții).
Diodă recuperativă VD1.
Trebuie să aibă o viteză mare și o scădere scăzută a tensiunii atunci când este deschisă. Ie trebuie să folosiți dioda Schottky. Tensiunea inversă pe VD1 nu depășește tensiunea de alimentare a regulatorului.
Am ales SR540 (5 A, 40 V), dar există o mulțime de opțiuni. Curentul mediu prin diodă este de obicei mai mic decât curentul de sarcină și scade odată cu creșterea tensiunii de ieșire. Dar este mai bine să alegeți dioda medie maximă admisă nu mai mică decât curentul de sarcină.
Pilotul de accelerație L3.
Unul dintre cele mai importante elemente ale schemei.
Accelerația are doi parametri de interes pentru noi în primul rând:
Inductanța determină rata de creștere a curentului atunci când se comută sau se coboară curentul.
Curentul în inductanță este determinat de relația I = U * T / L, unde
- U - tensiune pe accelerație;
- T - durata impulsului;
- L este inductanța.
Este obișnuit să setați curentul de rupere nu mai mult de 20% din valoarea nominală.
Am o inductanță de suflare de 200 μH în circuit. Următoarele calcule sunt valabile pentru el.
- Luăm tensiunea pe elementul Peltier nu mai mică de 5 V. Apoi, tensiunea maximă la accelerație este de 12 - 5 = 7 V.
- Frecvența PWM de 100 kHz, perioada de 10 μs, durata impulsului PWM va fi de 10 μs.
- Apoi, amplitudinea curentă de rupere I = 7 * 0.00001 / 0.0002 = 0.35 A.
Inductanța este aleasă cu o marjă mare. În realitate, tensiunea pe elementul Peltier este mai mare, deci este mai puțin la accelerație. Durata pulsului PWM este de obicei mai mică de 10 μs.
La mine în dispozitivul real se utilizează accelerația cu inductanță de 120 mH.
Cu o creștere a curentului de ieșire, inductanța poate fi redusă în continuare.
Curentul de saturație a clapetei este curentul la care inductorul își pierde inductivitatea. Curentul de saturație trebuie să fie mai mare decât curentul maxim al dispozitivului, luând în considerare decuplarea. În acest scop, există un gol în miezul magnetic al clapetei de accelerație.
Mai există o subtilitate aici. Circuitul controlerului utilizează un nod de protecție hardware pentru curent. Acesta este asamblat pe tranzistor VT1. De îndată ce tensiunea pe senzorul de curent R15 depășește 0.6V (tensiunea emițătorului de bază al tranzistorului), tranzistorul VT1 se va deschide, reseta microcontrolerul și PWM se va opri instantaneu. Protecția trebuie să acționeze numai pe un scurtcircuit al sarcinii. Deci, este de dorit ca curentul de saturație al clapetei de accelerație să nu fie mai mic decât curentul de funcționare al acestei protecții. În schema mea este I = 0,6 / 0,05 = 12 A. Nu pot rezista această regulă, dar nu am verificat circuitul pentru sarcină.
Pentru a reduce pierderile la încălzirea accelerației, rezistența sa activă ar trebui să fie minimă. Pentru aceasta, secțiunea transversală a firului de înfășurare trebuie aleasă suficient de mare.
Rezistența activă a clapetei de accelerație se calculează cu formula:
- R - rezistența la înfășurare (Ohm),
- P - comparație specifică a materialului, pentru cupru 0,0175 (Ohm * mm2 / m);
- l - lungimea înfășurării (m);
- S este aria secțiunii transversale a înfășurării (mm2).
Puterea pierderilor active în accelerație se calculează cu formula P = I 2 * R.
Sucul funcționează la o frecvență ridicată de 100 kHz, deci este mai bine să înfășurați winding-ul cu câteva fire subțiri așezate împreună. Aceasta crește suprafața înfășurării. La frecvență înaltă, curentul curge cel mai mult de-a lungul suprafeței conductorului (efectul pielii).
Capacitatea condensatoarelor de tantal C7 și C8 trebuie mărită proporțional cu curentul de ieșire. Este mai bine să puneți mai multe în paralel.
În ceea ce privește C9 și C11. Nu cred că ar trebui să crească capacitatea lor. Ei efectuează funcția de stabilizare a tensiunii de ieșire pentru timpul de reacție al regulatorului. Acest lucru este deosebit de important atunci când dispozitivul este alimentat de o sursă de energie instabilă. Pulsarea sursei de alimentare este singurul efect perturbativ rapid asupra regulatorului. Rezistența elementului Peltier nu se poate schimba drastic. În cazul unei surse de energie stabilizată, rolul condensatoarelor C9 și C11 scade, dar le-aș lăsa în circuit.
Filtru de interferență radio L1, L2, C13.
Dacă elementul Peltier este amplasat fizic lângă controler, atunci acesta poate fi exclus din circuit. Dacă este lăsat, trebuie să fiți atenți la curentul de saturație și la rezistența activă a comutatoarelor.
Circuite de tensiune de măsurare.
Distribuitorii de tensiune R8, R12 și R9, R13 determină domeniul tensiunii de ieșire a regulatorului. La creșterea tensiunii de ieșire, raportul de transmisie al separatoarelor trebuie să fie redus și coeficienții de măsurare din regulator trebuie schimbați. (Program de controler Peltier Controller.)
Curentul este măsurat folosind un rezistor R15.
În primul rând, trebuie să înțelegeți că se măsoară curentul de intrare al regulatorului. Este folosit pentru a calcula puterea. Curentul prin elementul Pelette (curent de ieșire) diferă de intrare aproximativ la raportul: tensiunea de alimentare / tensiunea de ieșire.
Dispozitivul utilizează cea mai simplă și mai ieftină opțiune pentru măsurarea curentului. Tensiunea de la senzorul curent ajunge direct la intrarea microcontrolerului ADC.
Interval măsurare ADC este 0 ... 5 V, iar tensiunea pe senzorul R15 0 ... 0,25 V. Aceasta are ca rezultat rezoluția suportabil capacitatea de măsurare a curentului. În schema mea, un factor de măsurare de curent de 98 mA pe unitate de ADC. Sau aproximativ 50 gradări în întreaga gamă de măsurători curente. În articolul despre testarea controlerului, scriu ceea ce conduce.
Dacă rezistența rezistorului R15 crește, tensiunea la intrarea ADC va crește, dar acest lucru va duce la pierderi mari pe senzorul de curent. Chiar și în acest circuit cu un curent de 5 A și un rezistor de R15 de 0,05 Ohm, puterea pe rezistor va fi 1,25 W. Odată cu creșterea curentului, puterea va crește printr-o dependență patratică. Aceasta este o metodă absolut inacceptabilă la creșterea puterii controlerului.
Cu o creștere semnificativă a puterii, trebuie să utilizați amplificatorul de semnal al senzorului curent. Acest semnal este procesat lent, apoi amplificatorul poate fi la o viteză mică. Pot să sugerez un circuit pe care îl folosesc în stațiile de protecție catodică pentru a amplifica semnalul curent de șunt.
Acesta este un amplificator non-inversor realizat pe un opamp de precizie OP07. Câștigul este determinat de rezistoarele R2, R3. Principala problemă este că necesită o nutriție negativă. Nu știu unde să o obțin. În multe dispozitive, primesc o dietă negativă în conformitate cu principiul descris în lecția 27 din ciclul lecțiilor Arduino. Dar nu există nici o ieșire liberă a microcontrolerului în acest circuit.
Prin utilizarea rezistența șunt a amplificatorului poate fi redus, iar tensiunea la gama de intrare ADC mai aproape de V. 0 ... 5 Acest lucru va îmbunătăți rezoluția capacității de măsurare a curentului.
Puteți aplica senzori integrați de curent, dar nu știu cum acest lucru va afecta costul dispozitivului.
Toate schimbările în circuitele de măsurare trebuie să se reflecte în coeficienții de măsurare (programul de monitorizare Peltier Controller). Este necesar să se asigure că citirile de pe ecranul Monitorului coincid cu valorile reale ale curentului, tensiunii și puterii.
Subliniez că nu am verificat toate soluțiile pe care le-am propus, dar ele sunt destul de evidente. Dacă este necesar, voi răspunde la întrebări în detaliu în acest articol sau voi scrie altul.
O conexiune seria necesită de două ori mai multă tensiune, iar pentru o conexiune paralelă, aceasta necesită de două ori mai mult curent. Dar, cu o conexiune serială, este de dorit ca controlerul să regleze curentul și, în paralel, tensiunea. Acest dispozitiv reglează tensiunea. Prin urmare, aș prefera o conexiune paralelă. În acest caz, mai puține probleme cu diferite caracteristici volt-ampere ale elementelor. Încercați să deschideți subiectul pe site-ul forumului. Poate că există alte opinii sau experiență practică.
Bună seară! Frigider dosobiral cu putere crescută. În același timp, am folosit 4 rezistențe de 0.1 ohmi și printr-un op-amp cu rezistențe 16k și 1 kom (multiplicator 17 ca rezultat). Și chiar a lansat aproape (acum, în modul de depanare de la o sursă mică este alimentat, Peltier și de șoc nu sunt conectate). A fost o întrebare cu privire la coeficienții. Vă cer sfatul.
Conform formulei în schimbări. Coef. curentul trebuie să înscrie valoarea rezistenței mele, care, ținând cont de amperi op, ar trebui să devină 0.425 ohmi. ca rezultat, obținem numărul 0.01148926 cu factorul de multiplicitate din software-ul RefMonitor. Tensiunea nu a atins - aceleași rezistențe, numărul total de 0.01538086. Puterea în final se dovedește a fi 0.00017548. A umplut toți coeficienții. Acum, când încerc să schimb "puterea permisă" și de conducere, de exemplu, 50 W, software-ul scrie 4 W, încerc să scriu 25 W - am scrie 2 W, respectiv, în câmp. Dar dacă înregistrez 10 wați, atunci el scrie 10 wați.
Deci ar trebui să fie? Dacă lansez în modul de luptă - nimic nu va arde? =)
Includerea fanilor așa cum este legată de "ieșirea de tensiune" în principalii indicatori? Se pare că totul este corect colectat, dar cu m / k cheia nu vine log 1 (includerea T pune 16 grade, în camera 23).
Nu, nu este. Comutarea și oprirea ventilatorului se referă numai la temperatură. Vedeți ce fel de stare de ventilator arată programul.
Cum să evaluați efectul ratei de suflare a ventilatorului asupra puterii totale de recuperare a căldurii? La urma urmei, cu cât ventilatorul va sufla mai repede, cu atât mai multă căldură va fi eliminată?
Trimiteți-le prietenilor: