Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Вопросы разработки холодильников на модулях Пельтье
Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 21:48

Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы.
в данной ветке обсуждаем общие вопросы проекта Ардуино-контроллера элемента Пельтье. технические и схемные вопросы реализации, алгоритм работы, пользовательский интерфейс. и т.д. по улучшению даннго вопроса


Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 21:51

для оповещения режима аварии или неисправности считаю необходимым добавить звуковую сигнализацию. например так называемый бипер. пищалка с встроенным генератором. подал на нее 5В она и верещит

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 21:55

отключать элемент Пельте даже при перегреве тоже думаю не надо. пусть себе работает на минимальной мощности при которой нет перегрева радиатора. а то кто его знает когда руки дойдут чтоб заняться ремонтом контроллера. и вино не прокиснет)))

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 22:11

для меня проект Эдуарда очень подходит, за что ему великая благодарность. а еще и программа верхнего уровня обещана. так вообще цены нет)). но мне требуется побольше мощности. поэтому хорошая основа есть. свой вариант планирую на ардуино про мини 5В 16МГЦ и АЦП. АЦП будет вырабатывать управляющее напряжение для ШИМ контроллера на NL494. Кто занимался ремонтом ИБП уже догадались о чем речь.

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 04 янв 2017, 22:40

По поводу звукового оповещения аварийной ситуации соглашусь с чистым сердцем. Есть свободные выходы. Доработать режим не сложно.

По поводу работы элемента Пельтье в аварийном режиме на пониженной мощности, наверное, тоже соглашусь. В принципе, в сделанном варианте радиатор будет остывать, и контроллер будет опять включаться. Но дерганье модуля Пельтье – не самый лучший режим.

На счет управления с помощью платы Ардуино высоковольтным инвертором – категорически не согласен.

    Не стоит в контроллер расположенный рядом с холодильником заводить опасное напряжение 220 В. Лучше снизить его и гальванически развязать на отдельном блоке питания.

    Я не знаю, как Сергей собирается управлять ШИМ высоковольтного инвертора, но быстрого регулятора на Ардуино не получится. Быстрые перепады напряжения сети 220 В будут попадать на элемент Пельтье. При отдельном блоке питания чтобы не случилось – на элемент Пельтье не попадет напряжение выше 12 В.

    Проблема гальванической развязки аналогового сигнала контроллера и высоковольтного инвертора.

    Как-то надо формировать питание для контроллера и платы Ардуино. Еще один блок питания?

    Речь идет о не больших мощностях 100 – 300 Вт. Такие блоки питания стоят относительно не дорого.

    Еще раз подчеркну. Надо думать об электробезопасности устройства.
Следующей публикацией я собираюсь закончить этот вариант контроллера. Если у кого-нибудь есть мысли об улучшении конструкции, а тем более результаты практических испытаний – пишите. Будем дорабатывать устройство.

Следующим этапом я собираюсь доработать резидентную программу таким образом, чтобы появилась функция изменения технологических параметров не через загрузку программы в плату Ардуино, а через последовательный интерфейс в EEPROM контроллера. Схема останется без изменений.

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 23:33

еще один блок питания он же источник дежурного напряжения в инверторах с внешним запуском. стабилизацией напряжения и защитой занимается сам котроллер ШИМ. а инвертор строить с ТГС - трансформатор гальванической развязки. АВР только управляет задает выходное напряжение и контролирует результат. от сетевого напряжения как сам АВР так и выход инвертор развязан

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 23:45

нет. перегрелся отключился. остыл включился. не такой режим. при первом включении опытным путем находим подводимую мощность при которой первый раз включился вентилятор охлаждения радиатора. и в случае аварии теперь эта мощность к которой стремится система регулирования. и критерием регулировки становиться температура радиатора. если не остыли еще понижаем подводимую мощность. пока не достигнем разрешенной температуры работы устройства. без отключения. а если откл. потом выкл. откл. выкл. так ресурс выбьем быстро

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 04 янв 2017, 23:49

Это я понял. Проще говоря делаем регулятор-стабилизатор температуры радиатора.

А на счет своего источника питания у меня все равно сомнения, что дешевле и проще готовый купить. Я блоки питания и на 3 кВт делал. И сейчас занимаюсь разработкой и изготовлением станций катодной защиты. Это мощные стабилизаторы тока для тяжелых условий эксплуатации. Если у тебя получится - я буду рад.

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 04 янв 2017, 23:56

интернет просто пищит от автоматических зарядных устройств из комповых ИБП. а также переделки их на управление от микроконтроллеров. Правда не нашел совершенства. то защиту по отключают. то такого намудрят и накрутят удивляешься

Сергей
Сообщения: 15
Зарегистрирован: 19 ноя 2016, 16:10

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Сергей » 05 янв 2017, 00:06

после поездки в Ростов планирую походить посмотреть блоки питания для светодиодных лент на 24 вольта и ампер на 17. потом поискать в инете что у них за внутренности. связываться с ИБП от комп. которым уже по 15 лет не вижу смысла

blur
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 03 мар 2017, 08:12

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение blur » 06 мар 2017, 08:40

Здравствуйте! прошу помочь разобраться.
по поводу «мертвого» времени ШИМ. в соответствующем уроке по тексту сказано:

Если значение ШИМ меньше “мертвого времени”, то ШИМ равен 0.
Если значение ШИМ больше разницы максимального ШИМ и “мертвого времени”, то ШИМ равен максимальному значению.

вот тут вопрос — «значение шим» в ардуино — это цифры от 0 до 255. как от них можно отнимать время — непонятно. далее описан код:

Реализация этого алгоритма в программе выглядит так:
unsigned int pwm = (unsigned int)regPwrInt; // перевод в ШИМ
if (pwm (MAX_PWM — DEAD_TIME)) pwm=MAX_PWM;
analogWrite(9, pwm); // ШИМ

похоже что дело в первой строке unsigned int pwm = (unsigned int)regPwrInt; // перевод в ШИМ

но я тоже не могу понять, какой смысл перевода одной переменной в другую, если у них одна и та же размерность (unsignes int)?

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 06 мар 2017, 10:17

Здравствуйте!
У переменной regPwrInt тип float. Для того, чтобы взять целую часть от нее и происходит преобразование типов.


geometr
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 05 июн 2017, 23:05

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение geometr » 06 июн 2017, 00:20

Здравствуйте, Эдуард. Не могу скрыть своего восхищения вашими уроками по Ардуино. Честно говоря, нигде в сети не встречал такого подробного "разжевывания и в рот покладывания")) информации. Хоть сам я и не совсем новичок по данной тематике, но почерпнул для себя много интересного, в т.ч. и по ПИД регулированию. Набрел на Ваш сайт так как искал инфу по элементам Пельтье, потому как хочу сделать себе автомобильный холодильник. Точнее, корпус уже сделал и использую его как "изотерму", но хочется активной системы охлаждения, поэтому и заказал с Али пару элементов Пельтье 12706 и релейный термостат. И только у Вас наткнулся на информацию о вреде релейного управления элементами Пельтье. С Ардуино давно знаком, поэтому ваш проект термостата мне очень понравился и я решил его реализовать. Но...
Есть несколько вопросов и, самый главный, - мощность. Вы привели расчет мощности для термостабилизированной системы, т.е. когда камера термостата с содержимым находится в температурном равновесии. В сущности, Вы рассчитали только тепловые потери через стенки камеры, считая, что содержимое уже охлаждено до требуемой температуры. Но, как правило, необходимо также охлаждать и продукты. И, к примеру, если необходимо охладить 1 л воды на 10 градусов, то необходимо "отнять" у нее
Q=4200*10=42000 Дж
энергии. При потребляемой мощности 10 Вт с учетом КПД элемента Пельтье эффективная мощность охлаждения будет 3-4 Вт и время охлаждения того же литра воды получится
T=Q/P=42000/4=10500 c = 175 мин.
Да, согласен, для винной камеры это, наверное, так и надо, но для авто холодильника абсолютно неприемлемо. Как правило автохолодильник используется следующим образом: забили его под завязку всякой разнотемпературной фигней и ай-да на природу)). Ну и хотелось бы чтобы вся эта фигня как минимум в дороге не нагрелась, а лучше максимально остыла, а дальше уже пребывала при заданной температуре. Да и лучше использовать максимальную мощность во время поездки до места дислокации дабы после сберечь аккумулятор. В общем, в связи с таким ТЗ есть несколько вопросов.
Я планирую использовать 2 элемента Пельтье в каскадном исполнении для достижения максимального градиента температур. Соответственно, максимальная потребляемая мощность всей системы при 14,4 В (напряжение бортсети при работающем двигателе) будет что-то около 150 Вт. Для такой мощности в вашей силовой схеме необходимо еще что-то менять кроме дросселя и MOSFETов? И, если Вас не затруднит, не могли бы Вы подсказать несколько распространенных наименований выходных транзисторов для схемы с такой мощностью? А то, честно говоря, радиолюбительством занимаюсь уже время от времени и с MOSFETами дела вообще не имел ни разу. Тем более, как Вы пишите, у них должно быть минимальное напряжение срабатывания. Я думаю, тема автохолодильника будет интересна не только мне, и многие будут Вам благодарны за возможность реализовать такой проект.
Извините за многа букафф...

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 06 июн 2017, 19:12

Здравствуйте!
Вопросы увеличения мощности контроллера элемента Пельтье подробно описаны по этой ссылке. Силовые части устройств практически одинаковые. Если останутся вопросы - спрашивайте.

geometr
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 05 июн 2017, 23:05

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение geometr » 07 июн 2017, 15:35

А, спасибо. Что-то я эту тему пропустил. Есть пару вопросов. Подойдет ли для моих целей один MOSFET NTD4860N. Вроде по характеристикам подходит. Конечно, Vgs не 1 вольт, а 1,45-2,5 В и при 4 В транзистор полностью открыт. Да и сопротивление у него "вкусное" - 11 мОм. Входная емкость - 1300 pF. И еще. Мне придется измерять также напряжение питания для корректного расчета мощности, ведь оно в данном случае величина переменная (работа от генератора 14В, аккумулятора - 12 - 13 В). Хватит ли времени прерывания 2 мс для измерения еще одной величины? В комментариях по ссылке видел также вопрос по использованию ОУ для повышения точности измерения тока. Стоит ли заморачиваться? Или вполне хватит приведенного варианта?

geometr
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 05 июн 2017, 23:05

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение geometr » 14 июн 2017, 08:21

И да. В расчетах у Вас ошибка. Смоделировал силовую часть в Протеусе и оказалось, что ток на элементе Пельтье, а, следовательно, и мощность пропорциональна амплитудному значению напряжения на датчике тока. Это, в принципе, и логично при использовании схемы рекуперации. Вы же измеряете среднее значение, и при малых и средних значениях ШИМ получается очень большая погрешность. Аппаратно определить амплитудное значение достаточно сложно даже используя пиковый детектор из-за переменной скважности импульсов, поэтому у себя в скетче я ввел коэффициент пересчета среднего значения в амплитудное с учетом скважности, т.е. Iam = Iaverage * Q, где Q = 255 / pwm.
Скетч с учетом своих требований уже переписал, но выложу когда соберу аппаратную часть и протестирую. Пока не хватает времени и некоторых деталюшек.

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 15 июн 2017, 21:21

Здравствуйте!
Не соглашусь. Я постоянно подчеркиваю, что измеряется ток не через элемент Пельтье, а ток, потребляемый импульсным стабилизатором. Я умножаю его на напряжение питания стабилизатора и получаю потребляемую мощность. Считаю, что КПД стабилизатора 100% и получаю мощность на элементе Пельтье с ошибкой приблизительно 5-10%. При таком подходе надо измерять средний ток. Закон сохранения энергии никто не отменял.

geometr
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 05 июн 2017, 23:05

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение geometr » 16 июн 2017, 00:04

Да. Про закон сохранения энергии все верно. Чего-то я это упустил из виду. Значит Протеус безбожно врет.

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 20 июл 2019, 14:29

Вопрос: Есть ли смысл гнаться за частотой и использовать 100 кГц PWM ? Моих знаний не хватает для оценки вопроса

Я сконфигурировал timer1 (на 100kHz) соответствующим образом все вроде работает но не нравится поведение ключевого IRLZ44Z на малых показателях duty мне почему то кажется что не полностью открывается и он начинает греться, я сниму осциллограмму, возможно это и нормально потому что емкость затвора у него довольно высокая и возможно короткий сигнал начинает терять уровень

На всякий случай прикрепляю схемы обеих плат - силовой (по схеме Эдуарда но апгрейд до 12v/12A) и управляющей (рассчитана на работу с двумя силовыми)

на всякий случай замечу что INA260 считывает падение напряжения на TEC то есть нужно еще производить перерасчет, ток считает корректно
Вложения
Screenshot 2019-07-20 at 14.18.52.png
контроллер
Screenshot 2019-07-20 at 14.17.15.png
силовая часть

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 20 июл 2019, 14:48

Здравствуйте!
От частоты коммутации ключа зависят параметры дросселя. А это самый габаритный и трудоемкий в изготовлении элемент. Также от него во многом зависит КПД. Так что за высокой частотой гнаться стоит. Конечно, в разумных пределах.

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 21 июл 2019, 21:12

вот осциллограммы которые мне не нравятся, похоже что atmega не может нормально управлять irlz44z (logic level mosfet) на такой частоте

форум не дает прикреплять больше трех изображений поэтому добавил PWM 10% на 100 кГц снятые с контроллера и с непосредственно с затвора MOSFET и 20% с затвора, видимо нужно управление организовать через транзистор ?

DS1104Z_DS1ZA193214420_2019-07-21_21.00.43.png
на выходе контроллера, PWM 10% 100 кГц


DS1104Z_DS1ZA193214420_2019-07-21_21.00.59.png
на затворе, данные сенсоров OV:273mV OC:10mA OP:2mW PWM:10%


DS1104Z_DS1ZA193214420_2019-07-21_21.02.38.png
на выходе контроллера PWM 20% 100 кГц,

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 21 июл 2019, 21:14

сигнал с затвора irlz44z PWM 20% 100 кГц

DS1104Z_DS1ZA193214420_2019-07-21_21.02.52.png
на затворе, данные сенсоров OV:1768mV OC:675mA OP:1193mW PWM:20%


на 40% PWM уже мощность на пельте нелинейно выросла до OV:4615mV OC:1998mA OP:9220mW PWM:40%

9 Ватт
DS1104Z_DS1ZA193214420_2019-07-21_21.26.12.png
PWM 40%, называется мы наконец проснулись
Последний раз редактировалось Shaeto 21 июл 2019, 21:28, всего редактировалось 1 раз.

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 21 июл 2019, 21:26

Здравствуйте!
У транзистора irlz44zstrlpbf входная емкость 1,6 нФ. С резистором 470 Ом и внутренним сопротивлением выхода микроконтроллера получается RC-фильтр с приличной задержкой. Для управления MOSFET транзисторами существуют драйверы. Я использовал простейший.

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 21 июл 2019, 21:29

большое спасибо, понял, значит детская ошибка посмотрю какие есть в наличии готовые драйвера

Эдуард
Администратор
Сообщения: 442
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Эдуард » 21 июл 2019, 21:41

Любой одиночный драйвер нижнего ключа, например FAN3100TSX.

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 21 июл 2019, 21:56

спасибо, и правда хороший драйвер - очень быстрый, пока для отладки возьму из вашей схемы - на транзисторах :)

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 23 июл 2019, 13:48

еще вопрос возник про связку FAN3100 + irlz44z - не хочется менять регулятор 5V, но правильно ли я понимаю что если запитать fan3100 от 12v то есть риск что возникнет ситуация наоборот и время закрытия (то есть падение менее 3V для данного mosfet) уже будет слишком велико ?

насколько могут подсказать мои скудные знания лучше поставить дополнительный ldo 5v/1a чтобы этого избежать

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 24 июл 2019, 17:27

вопрос снят я почитал рекомендации к питанию драйверов, можно уложиться в возможности 5v lp2985 при использовании двух конденсаторов вблизи драйвера по питанию, ltspice при симуляции подтвердил

Shaeto
Сообщения: 8
Зарегистрирован: 20 июл 2019, 14:08

Re: Разработка Ардуино-контроллера элемента Пельтье. Общие вопросы

Сообщение Shaeto » 14 авг 2019, 23:27

для информации - по схеме Эдуарда драйвер mosfet на двух транзисторах потребляет максимум 30ma для управления irlz44zstrlpbf при поддержке по питанию 47uF конденсатором, 100% заполнение цикла 100kHz, нагрузка 12v x 5A


Вернуться в «Холодильник на элементе Пельтье»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость