Controllo cella di Peltier

[federicomassimi]

Salve, ho un problema con una cella di peltier. Uso la stessa cella in due applicazioni diverse, in una viene controllata termite un ponte H come questo:

mentre nel secondo caso, dato che deve solo raffreddare, la controllo tramite un semplice MOS in PWM, così:

B.png (11.27 KiB) Osservato 742 volte

Quello che ho notato è che nel secondo caso la cella è molto meno efficiente, ossia a partita di corrente assorbita viene trasferito molto meno calore.
La mia domanda è: nel caso del ponte ad H la cella viene controllata sostanzialmente a corrente costante, mentre nel secondo caso viene controllata con una corrente impulsiva (PWM), questo è sufficiente a giustificare (anche da un punto di vista teorica) il forte abbassamento dell'efficienza che sperimento o oppure essendo la cella di peltier una serie di giunzioni PN è indifferente da come viene pilotata e l'abbassamento di efficienza è da ricercare in altro?

Grazie.

[Etemenanki]

Qual'e' la frequenza del PWM, ed hai previsto una tensione minima di mantenimento sovrapposta al PWM ?

Le celle di Peltier, quando NON sono alimentate (e quindi anche nel periodo di "zero" del PWM) non sono assolutamente un buon isolante termico, anzi, conducono il calore molto bene, per cui tutto il calore del lato "caldo" viene ritrasferito indietro quando non sono alimentate ... servirebbe o un controllo in corrente, oppure piu semplicemente un minimo di tensione DC sempre presente, sovrapposta al PWM, giusto il minimo indispensabile per far passare qualche decina di mA (quanti, dipende dal tipo di cella) per mantenere le giunzioni in condizione "di lavoro" ed impedire che diventino semplici conduttori termici passivi.

Dato che non ho la tua cella da vedere, puoi fare un test empirico, collega un'alimentatore variabile alla cella ed inizia da zero a salire lentamente con la tensione tenendo un dito sulla cella, fino al punto in cui appena inizia a sentirsi il lato freddo che diventa piu fresco, a quel punto leggi la tensione con cui la alimenti e la corrente che assorbe e sai quanto dargli di fisso.

[guzz]

Non potrebbe bastare un condensatore opportunamente dimensionato che faccia un po' da filtro, impedendo i "buchi" di tensione?

[MarcoD]

Non potrebbe bastare un condensatore opportunamente dimensionato che faccia un po' da filtro, impedendo i "buchi" di tensione?

Probabilmente si, ma le celle lavorano con tanta corrente a bassa tensione, servirebbe un condensatore di elevatissima capacità, per esempio da 100000 uF

[ThEnGi]

Probabilmente si, ma le celle lavorano con tanta corrente a bassa tensione, servirebbe un condensatore di elevatissima capacità, per esempio da 100000 uF

Già che mi si accapona la pelle a gestire una Peltier in tensione, i led anche....

Come puoi notare nello schema del ponte sono presenti induttanze e condensatori che permettono di "condizionare" il segnale generato dal ponte.

Per esperienza il modo migliore di gestire le celle è "a manetta", o tutta accesa (PWM 100%) o tutta spenta. I valori intermedi danno più problemi che altro. Perciò un bel termostato acceso-spento e via.... Niente modulazione di potenza !!

MarcoD e se usassimo un induttore per ottenere un "simil corrente costante" ? (ristrutturando il circuito, "stile buck" ) o si rischia qualche sovratensione ?

EDIT: Manca la resistenza di gate del mosfet, sappi che ho ucciso per molto meno

[MarcoD]

MarcoD e se usassimo un induttore per ottenere un "simil corrente costante" ?

Le sovratensioni si smorzano con un diodo.
Non sono molto competente, temo che con le correnti in gioco, l'induttanza viene voluminosa e costosa, più grande della cella peltier. Occorre aver dei dati per dimensionare il tutto.
La capacità (inerzia) termica della celle sarà almeno qualche secondo, se non servono precisioni estreme, concordo che una regolazione ON/OFF è semplice e adeguata.

[IsidoroKZ]

Una ragione e` che la quantita` di energia termica prelevata sul lato freddo dipende dalla corrente media, mentre la dissipazione di potenza della resistenza della Peltier dipende (dal quadrato) dalla corrente efficace che la attraversa.

Nel caso della continua il valore medio e quello efficace sono coincidenti, mentre nel caso di onda quadra il valore efficace e` sempre maggiore del suo valore medio.

[federicomassimi]

OK, mi sembra di capire che la soluzione al mio problema sia semplicemente usare un ponte ad H anche nel secondo caso ed andare a corrente costante.

@ThEnGi: Purtroppo non posso andare a "manetta" perché mi serve regolare la temperatura in maniera abbastanza precisa e più costante possibile, per cui devo avere una regolazione della corrente continua.

@ThEnGi: Per quanto riguarda il discorso del buck è esattamente quello che fa il ponte H che ho nel primo caso, sostanzialmente è un buck converter che può invertire la polarità.

[IsidoroKZ]

Mi pare di capire che devi solo raffreddare (o riscaldare). In questo caso il dimensionamento di massima di un buck (che costa molto meno di un ponte ad H) e` qui.

[ThEnGi]

@ThEnGi: Purtroppo non posso andare a "manetta" perché mi serve regolare la temperatura in maniera abbastanza precisa e più costante possibile, per cui devo avere una regolazione della corrente continua.

Abbastanza precisa non è un valore, abbastanza precisa per una fonderia potrebbe essere anche +- 50°
Ricorda che se vuoi una certa precisione in uscita, il sensore (di temperatura) in ingresso deve essere di un ordine di grandezza più preciso

TI accorgerai sperimentalmente che tutta la precisione che pensi di necessitare invece non serve, anche lavorando in ON OFF riesci ad ottenere una notevole precisione basta applicare un circuito di controllo PID adeguato. In pratica vai a sfruttare l'inerzia del tuo costrutto.
Quando avevo costruito il frigorifero riuscivo a stare a +-0.5° dal Setpoint, il tutto grazie alla piastra di alluminio che usavo come "dissipatore" lato freddo. Il tutto senza regolazioni particolari (anzi il PID era anche tarato ad occhio).

IsidoroKZ Bellissimo articolo, sembra fatto apposta per questo argomento