Sursa de putere (12V/50W) comandata pwm

[ain]

Buna,

Intentionez sa fac o incinta termostabilizata racita cu un element peltier si doresc sa rezolv ca alimentarea acestuia sa fie comandata pwm de un arduino. Arduino are dac-uri ce permit pwm la frecventa de aprox. 500Hz cu tensiune intre 0 si 5V. Nu doresc o sursa lineara pentru a nu disipa prea multa caldura inutil, elementul peltier consumand oricum destul de mult.

Postez pe aceasta sectiune si nu pe cea de Arduino deoarece probleme aparute nu au legatura cu partea de microcontroler.

Am ales schema de jos. Problema mea e legata de bobina.  Folosind "mini Ring Core Calculator" am obtinut urmatoarele date: cu un miez T106-52 (recuperat din sursa ATX), imi spune 56 spire. Realizabil. Insa pentru frecvanta mea si o tensiune de 10V calculeaz pierderi in miez de aproape 5W si o incalzire a miezului de 67oC. Parca e prea mult. Iar din cate stiu, programul acesta ignora saturatia data de trecerea curentului continuu. Ceea ce implica faptul ca pierderile de fapt vor fi (mult) mai mari.

Postez in speranta de a primi raspunsuri in doua directii:

- cum pot realiza bobina necesara pentru schema data? Trebuie sa folosesc un traf. cu tole E+I de FeSi cu interfier? Daca da, cum sa-l calculez.

- poate primesc o recomandare pentru o alta schema de sursa digitala comandabila fie prin coeficient de umplere, fie prin tensiune, astfel incat sa o pot interfata cu arduino.

Cu multumiri anticipate.

 

[UDAR]

Acum 2 ore, ain a spus:

Arduino are dac-uri ce permit pwm la frecventa de aprox. 500Hz cu tensiune intre 0 si 5V.

1. Ce are ......(aia ) cu prefectura ? DAC-ul e DAC iar PWM e PWM .

2. Informația decelabilă de aici este PWM la 500Hz . Cam puțin, sigur că bobina nu iese cum vrei la frecvența aia . La 500Hz bobina ar trebui să fie de câțiva mH . Revino cu date concrete: putere în sarcină, frecvență reală , etc. să calculăm mai întâi corect valoarea inductanței și, abia apoi, să vedem cum o realizăm practic.

[ain]

Merci pentru raspuns.

Arduino are proceduri prin care controleaza dac-ul prin intermediul factorului de umpere. Cu max 5V si minim 0V, modificand factorul de umplere dupa un circuit integrator (chiar RC) poti obtine o tensiune intre 0 si 5V. Am dat aceste informatii sa scot in evidenta ca as putea folosi o schema de sursa comandata in tensiune, nu neaparat pwm.

Frecventa la care opereaza este 500Hz. Stiu ca este foarte mica, insa de aici vin toate problemele.

In clar, elementul peltier are urmatoarele date tehnice:

    Working current: 4.3-4.6 A (rated 12 v); Imax: 6A.
    Rated voltage: DC12V (Vmax: 15 v starting current 5.8 A).
Pe masurate insa sunt putin sub 4A la 12V, adica o rezistenta echivalenta cam ca cea din schema.

 

[UDAR]

Mea culpa, nu-mi imaginam că Atmega și ce-o mai fi prin Arduino nu are DAC propriu zis ! Până și PIC-uri ieftine au măcar un DAC de 5 biți . Eu la așa ceva mă refeream nu la DAC făcut din PWM . În fine, nu e relevant pentru tema noastră , aici folosim PWM ”curat” . Doar că 500Hz e extrem de puțin . Pe lângă posibile efecte acustice , bobina trebuie să fie mare - câțiva mH, cel puțin 2 -  după cum am zis. Asta s-ar putea să conducă chiar la miez de ferosiliciu cu întrefier . După ce te hotărăști dacă vrei așa putem merge mai departe. 
Singura întrebare - doar din curiozitate  - este de unde ai luat valoarea de 330µH.
 

[ain]

Acum 2 minute, UDAR a spus:

 1. Pe lângă posibile efecte acustice , bobina trebuie să fie mare - câțiva mH, cel puțin 2 -  după cum am zis. Asta s-ar putea să conducă chiar la miez de ferosiliciu cu întrefier . După ce te hotărăști dacă vrei așa putem merge mai departe. 
2. Singura întrebare - doar din curiozitate  - este de unde ai luat valoarea de 330µH.

1. M-am jucat cu calculatorul mentionat in primul post si pentru 3 mH mi-au dat 178 spire pe T106-52, cu pierderi sub 1W pentru 12V. Intrebarea de 10 puncte este daca nu o sa satureze la 4A? Daca m-as hotara asupra variantei E+I ce variante am sa-l fac? Sa aleg un miez de trafo cam de puterea 60(W)*50(Hz)/500(Hz)=6W (adica vreo 2.5 cm2 sau mai mare), sa bobinez in asa fel incat sa am o inductanta mai mare (sa zicem dubla) si sa aleg un intrefier astfel incad inductanta sa scada la valoarea dorita?

2. Gasisem o schema pe net cu valoare aia, iar in simulare (LTSpice) nu mergea rau.

Sunt deschis la alte scheme, poate comandate in tensiune, care ar necesita o bobina mai usor de confectionat.

 

[UDAR]

 Calculatorul ăla nu verifică și saturația ? Nu calculează și scăderea inductanței în funcție de curentul continuu ? 

Miezul e categoric mic pentru 3 și chiar pentru 2 mH . Probabil că ar trebui cel puțin un T130 . 
Pe tole ar trebui un miez de 1-1.5cm² cred cu 100-200spire , cu un întrefier de 1mm sau ceva pe-acolo dar e foarte probabil că miezul de tole va ”cânta” dacă nu e impregnat . 

Schema de pe net ai simulat-o la 500Hz ? Te-ai uitat la forma curentului prin bobină ? Cu ce factor de umplere ai testat-o ? Dacă sunt cifrele din figura de mai sus , nu cred că arată chiar așa bine . 

Și, în fine , ce înțelegi prin comandat în tensiune ? Dacă înțelegi o sursă liniară ce să caute bobina acolo ? 

 

[ain]

1. Calculatorul folosit nu verifica saturatia data de CC.

2. Am si 1 miez T130-52. 195 spire pentru 3mH, pierderi tot atatea. As putea sa bobinez pe 2-3 staturi?

3. Da a fost simulata pentru 500 Hz. Am testat multi factori de umplere, dependenta tensiune vs. factor de umplere nu era prea lineara, tensiunea crescand mai repede. cam 90% din tensiunea maxima la 50% umplere.

In simulare, pt 330uH curentul prin bobina este dinte de fierastrau, insa cam 1/3 din timp curentul este nul. La 3mH, curentul nu trece prin zero niciodata.

Cu valorile din postul 1 amplitudinea fluctuatiei de tensiune era in jur de 0.5V,

4. Adica o alta varianta de sursa in comutatie (nu lineara) care sa aiba tensiunea de la iesire proportionala cu o tensiune de comanda (din intervalul 0-5V) pe care il pot scoate din arduino. NU vreau sursa lineara. Daca sursa in comutatie ar functiona la o frecventa mai mare, as evita constructia unei bobine dificile. 

Control TE.asc

Editat Martie 6, 2018 de ain

[UDAR]

 

2. Nu am răbdare acum să calculez bobina aia . Am zis ”cel puțin” dar s-ar putea să nu ajungă nici T130 . Nu conteză pe câte straturi bobinezi ( prea mult ) dar întrebarea ta îmi ridică un semn de întrebare mie . Cu ce sârmă ( ce diametru ) ai calculat bobina ? 

3. Păi eu ce spuneam că nu prea are cum să arate bine cu 330µH. Dacă nu avem CCM nu avem proporționalitate între DC și tensiunea de ieșire. 

4. Păi nu prea există ce vrei tu . Ca să fie în comutație trebuie ca tensiunea aia de comandă să moduleze o purtătoare și să rezulte tot un PWM - sau similar , PFM . Asta ar însemna să te scarpini pe după cap . Adică : iau un PWM de 500Hz , îl filtrez cu un filtru cu constantă de timp destul de mare dată fiind frecvența mică, modulez cu această tensiune o frecvență de , să zicem, 50kHz ca să obțin un .... PWM . 

[ain]

Calculatorul calculeaza grosimea conductorului care incape pe tor astfel incat sa iasa un singur strat. Rezultatul e 0.31mm, care este total insuficient penru 4A. Din acest motiv am intrebat daca merge mai multe straturi. OK, inteleg ca sunt sanse minime sa mearga cu tor, voi incerca cu tole EI.

 

Adica nu s-ar putea ca printr-o tensiune sa comand factorul de umplere al unui TL494 (sau alt integrat), care osciland la zeci-sute de KHz sa faca comutatia? Nu sunt de profesie electronist, nu as putea sa fac de la zero o astfel de schema, dar poate m-as descurca sa adaptez una existenta. Asta daca cumva chiar se poate ce spun. 

 

LE: Elementul peltier trebuie si racit activ. Ma gandesc sa folosesc un cooler de procesor cu radiatorul aferent. Pentru comanda as folosi tot o schema ca cea din postul 1. Pentru un ventilator 12V si 0.2A, cam ce inductanta ar trebui?

Editat Martie 6, 2018 de ain

[UDAR]

Ba da, se poate așa cum am explicat mai sus , dar care e logica ? Nu mă pricep la Arduino dar nu cred să nu se poată un PWM cu frecvență mai mare . 

În altă ordine de idei , ce performanțe trebuie la termostatarea aia ? Nu ajunge un control ON-OFF cu un histerezis de, să zicem, 1 °C ? 

[Dxxx]

Sincer eu nu inteleg ce vrei sa faci si de ce vrei sa faci...

Daca ai semnal comandat PWM la iesirea Arduino tot ce trebuie este sa faci "translatia" sau interfata la 12V, ca Peltierul nu vad sa se supere daca primeste tren de impulsuri.

Adica de la 12V treci printr-un Mosfet si la iesire conectezi direct Peltierul. Grila Mosfetului o comanzi direct de la iesirea PWM, nivelele H si L sunt suficiente incat sa forteze comutare intre rezistenta infinita si conductie maxima.

Poate am inteles eu gresit...?

 

<evident masa fiind comuna intre circuitul de putere si cel cu Arduino>

[ain]

1. Imi poti indaca o schema pentru ce spui tu?

2. Daca s-ar dezactiva intreruperile arduino ar putea scoate semnale digitale la frecventa mai mari. Insa nu se mai poate controla factorul de umplere. Si am nevoie de intreruperi in aplicatie.

3. Vreau sa termostatez un laser de 1W. Lungimea de unda depinde nu doar de temperatura (capsulei) (dL/dt=0.3 nm/gr) ci si de intensitatea curentului prin laser (ma astept ca la putere maxima lungimea de unda sa fie cu 2-3 unitati mai mare ca la putere minima). De aceea am nevoie de arduino, fara de care analogic e mult prea complicat.

Vreau sa stabilizez lungimea de unda a laserului pentru o aplicatie raman.

 

 

 

Acum 5 minute, Dxxx a spus:

Daca ai semnal comandat PWM la iesirea Arduino tot ce trebuie este sa faci "translatia" sau interfata la 12V, ca Peltierul nu vad sa se supere daca primeste tren de impulsuri.

Peltierul se supara grav daca primeste comanda on-off. Vezi prima figura de aici:

https://www.meerstetter.ch/compendium/peltier-element-efficiency

[UDAR]

OK, am să încerc în acest caz să încropesc o schemă cu TL494  care să aibă o intrare de 0-5V și o ieșire de 0-12V . E bine așa ? 
Desigur o să-ți las plăcerea simulării și, evident, a testării . 

[ain]

Multumesc anticipat. Nu-i graba.

Am zis TL494, dar orice controler uzual ar fi la fel de bun. Daca comanda ar fi prin n-mos parca ar fi si mai bine.

Editat Martie 6, 2018 de ain

[UDAR]

TL494 chiar e foarte potrivit - mai mult, e cam singurul potrivit dintre cele uzuale . Ar mai fi poate SG3525 dar nu știu dacă intrările pot coborî  la masă . 

Se poate cu MOSFET N dacă nu te deranjează că o să ai sarcina ( TEC-ul) flotantă .