การควบคุมเทอร์มิสเตอร์ของแรงดันไฟฟ้า peltier ด้วย Arduino (สำหรับโครงการกล่อง DSLR เย็น)


12

ฉันมีความคุ้นเคยกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนใหญ่จากการเล่นกับชุดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นเด็ก นั่นเป็นเวลานานที่ผ่านมาแม้ว่าอาจจะมากถึง 20 ปีที่แล้ว ขณะนี้ฉันกำลังทำงานบนกล่องเย็นหรือ "เย็น" สำหรับ Canon 5D III ของฉันดังนั้นฉันสามารถรักษาอุณหภูมิของมันให้อยู่ในระดับต่ำมากและสม่ำเสมอมากสำหรับการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ

ฉันได้รับการออกแบบทั่วไปสำหรับกล่องและฉันใช้ 12v peltier (TEC) 12v ขนาด 12 โวลต์ที่ต่อเข้ากับกล่องทองแดงเพื่อระบายความร้อนโดยตรง กล่องนี้ถูกหุ้มด้วยแผ่นโฟมอัดและแผ่นร้อนของ peltier จะถูกระบายความร้อนด้วยเครื่องทำน้ำเย็นจากชุดคอมพิวเตอร์เก่า

อย่างไรก็ตามฉันมีความทะเยอทะยานมากขึ้นกับโครงการของฉัน ฉันต้องการกฎระเบียบทางความร้อนเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่และในที่สุดฉันก็ต้องการเข้าสู่การทำความเย็นแบบสองขั้นตอนเพื่อให้ได้ Delta-T ที่ใกล้เคียงกับ -55-60 ° C เมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อม (กล่องเย็นจะเย็นลง กล้องดังนั้นเซ็นเซอร์จะอุ่นกว่าอาจเป็น 10 ° C มากกว่าอุณหภูมิของการชุบทองแดงในกล่องตัวเอง) ฉันต้องการโหมดหลักสองโหมด:

  1. โหมดการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว, การทำงานของ peltier ที่ 12v หรือสูงกว่า (แรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือ 15.4v) เพื่อทำให้กล่องเย็นลงอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิเป้าหมาย
  2. โหมดการบำรุงรักษาที่ควบคุมการทำงานของ peltier ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่เหนือระดับความเย็นสูงสุดที่ peltier สามารถจ่ายได้ (สำหรับ headroom เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าถูกปรับเพื่อตอบสนองต่อความผันผวนของอุณหภูมิขนาดเล็ก)

ฉันต้องการรักษาอุณหภูมิภายใน 2-3 ° C ถ้าเป็นไปได้ ฉันเคยดู Arduino (และฉันเคยยุ่งกับสิ่งที่คล้ายกันในอดีต) และดูเหมือนว่าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานด้วยข้อยกเว้น: ดูเหมือนจะไม่จัดการกระแสไฟฟ้าที่ฉันต้องการพลังงานสูงสุดเพียงอย่างเดียว peltier และไม่ใช่สองอย่างแน่นอน

ฉันได้ทำการวิจัยบางอย่างเกี่ยวกับวิธีที่ฉันจะประสบความสำเร็จ แต่ฉันก็ยังขาดความเข้าใจเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง ฉันได้พบ "แผงป้องกัน" สองรีเลย์สำหรับ Arduino Uno ที่สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์สองตัวที่มีขนาดสูงสุด 8 แอมป์แต่ละตัวและสูงถึง 30 โวลต์แต่ละตัว ที่สามารถควบคุมได้จาก Arduino นั้นเอง ดูเหมือนว่าการออกแบบของรีเลย์จะใช้ขดลวดแม่เหล็กเพื่อเปิดสวิตช์ที่ช่วยให้แหล่งพลังงานอิสระสามารถนำไปใช้กับส่วนประกอบพลังงานเช่นมอเตอร์โซลินอยด์หรือในกรณีของพิลเทียร์ อย่างไรก็ตามฉันไม่พบวิธีควบคุมแรงดันไฟฟ้าของรีเลย์กับ Arduino แต่อย่างใด

ดังนั้นฉันจึงตรวจสอบต่อไปและฉันก็เจอวงจรบางอย่างที่แสดงวิธีการใช้ทรานซิสเตอร์มอสเฟตเฉพาะเป็นที่แน่นอนโดยที่ฐานนั้นเชื่อมต่อกับเอาท์พุท Arduino และตัวสะสม / อิมิตเตอร์เชื่อมต่อกับห่วงพลังของสิ่งที่จำเป็น ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น (ไม่แน่ใจเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าที่นี่) และสิ่งนี้ยังอนุญาตการควบคุมแรงดันไฟฟ้า

มันนานมากแล้วที่ฉันจะยุ่งกับส่วนประกอบเหล่านี้ความทรงจำของฉันหยาบมากและฉันก็ไม่ได้เชื่อมต่อกันว่ามันทำงานอย่างไร ฉันมีความสุขกับการอ้างอิงถึงตัวอย่างที่สมบูรณ์ของการเปิดเครื่องและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูงผ่าน Arduino แต่ถ้าใครที่นี่สามารถอธิบายได้ว่าการทำงานทั้งหมดนี้เป็นอย่างไรและทำไมมันจึงเป็นอุดมคติที่สุด ฉันค่อนข้างเข้าใจแนวคิดดังนั้นฉันจึงสามารถนำไปใช้ใหม่ได้ในภายหลังแทนที่จะมีรูปแบบที่จะติดตาม


ฉันทำงานที่คล้ายกันโครงการกล้องระบายความร้อน
davidcary

คำตอบ:


15

เป็นคำถามที่ดี แต่คุณได้สัมผัสกับสิ่งต่าง ๆ ที่ต้องการคำอธิบาย คำตอบนั้นไม่ง่ายอย่างที่คุณคาดหวังถ้าคุณต้องการทำสิ่งนี้ มีปัญหามากมาย

โดยปกติพลังงานจะถูกปรับโดย PWM ในปัจจุบัน PWM ย่อมาจากการปรับความกว้างพัลส์และหมายความว่าคุณจะสลับอย่างรวดเร็วระหว่างการกระแทกบางสิ่งบางอย่างที่เต็มและปิด หากคุณทำสิ่งนี้เร็วพออุปกรณ์ที่รับพลังงานจะเห็นเฉพาะค่าเฉลี่ย นี่เป็นเรื่องธรรมดามากที่ micrcontrollers ส่วนใหญ่จะมีตัวกำเนิด PWM ในตัวคุณตั้งค่าฮาร์ดแวร์ด้วยช่วงเวลาที่กำหนดจากนั้นสิ่งที่คุณต้องทำคือเขียนค่าใหม่ให้กับรีจิสเตอร์บางตัวและฮาร์ดแวร์จะเปลี่ยนวัฏจักรหน้าที่โดยอัตโนมัติซึ่งเป็นส่วนของเวลาที่เอาต์พุตเปิดอยู่ คุณสามารถใช้งานมอเตอร์แปรงถ่านกระแสตรงที่ความเร็ว 10 Hz PWM สองสามวินาทีและไม่สามารถบอกความแตกต่างระหว่างค่านั้นกับค่าเฉลี่ยกระแสตรงได้ เพื่อป้องกันไม่ให้เสียงสะอื้นคุณอาจเรียกใช้ที่ 24 kHz PWM แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำงานส่วนใหญ่บนหลักการนี้และทำงานจาก 10skHz ถึง 100s kHz ภายใต้การควบคุมโปรเซสเซอร์หรือมากกว่า MHz จากชิปเฉพาะ

ข้อดีอย่างหนึ่งของการขับสิ่งต่าง ๆ ด้วยพัลส์เปิด / ปิดคือไม่มีการสูญเสียพลังงานในสวิตช์ สวิตช์ไม่สามารถกระจายพลังงานใด ๆ เมื่อปิดเนื่องจากกระแสถึงเป็น 0 หรือเมื่อเปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเป็น 0 ทรานซิสเตอร์ทำสวิตช์ที่ดีสำหรับเรื่องนี้และจะกระจายพลังงานเมื่อมีการเปลี่ยนระหว่างระหว่างและ ปิดสถานะ หนึ่งในข้อ จำกัด ด้านบนของความถี่ PWM คือเพื่อให้แน่ใจว่าสวิตช์ใช้เวลาส่วนใหญ่เต็มหรือปิดและไม่ใช้เวลามากในระหว่างนั้น

คุณอาจคิดว่ามันฟังดูง่าย เพียงเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ประเภทที่ถูกต้องเข้ากับสวิตช์เพื่อส่งพลังไปยัง Peltier และขับมันออกมาจากเอาต์พุต PWM ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณมี น่าเสียดายที่มันไม่ง่ายนักเนื่องจาก Peltiers ทำงาน

พลังความเย็นของ Peltier นั้นแปรผันตามกระแส อย่างไรก็ตาม Peltier ยังมีความต้านทานภายในที่ร้อนขึ้นเนื่องจากกระแสไฟฟ้า ความร้อนที่กระจายโดยตัวต้านทานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส เอฟเฟกต์ทั้งสองนี้แข่งขันกันใน Peltier ที่เย็นกว่า เนื่องจากการให้ความร้อนภายในมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสของกระแสไฟฟ้า แต่พลังงานความเย็นนั้นเป็นเพียงสัดส่วนกับกระแสไฟฟ้าในที่สุดจึงมีจุดที่กระแสเพิ่มเติมที่ทำให้เกิดความร้อนมากกว่าการทำความเย็นเพิ่มเติมสามารถกำจัดได้ นั่นคือกระแสการทำความเย็นสูงสุดซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ผลิตควรบอกให้คุณทราบล่วงหน้า

ทีนี้คุณอาจจะคิดว่าตกลงฉันจะ PWM ระหว่าง 0 และกระแสไฟฟ้าทำความเย็นสูงสุด (หรือแรงดันไฟฟ้า) แต่มันก็ไม่ง่ายอย่างนั้นด้วยเหตุผลสองประการ ก่อนอื่นจุดระบายความร้อนสูงสุดเป็นจุดที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุด (สมมติว่าคุณฉลาดพอที่จะไม่เรียกใช้มันสูงกว่าจุดระบายความร้อนสูงสุด) การเต้นที่จุดนั้นจะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากที่สุดสำหรับปริมาณความเย็นซึ่งหมายถึงความร้อนที่มากที่สุดที่จะกำจัดปริมาณความเย็น ประการที่สองวงจรความร้อนขนาดใหญ่ไม่ดีสำหรับ Peltiers การหดตัวและการขยายตัวที่แตกต่างนั้นในที่สุดก็ทำลายบางสิ่งบางอย่าง

ดังนั้นคุณต้องการเรียกใช้ Peltier ที่แรงดันไฟฟ้าเรียบหรือกระแสไฟฟ้าที่ดีบางอย่างเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการอุณหภูมิ ใช้งานได้ดีสำหรับ Peltier แต่ตอนนี้คุณมีปัญหาในการขับขี่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ความคิดที่ดีของสวิตช์แบบเต็มหรือปิดไม่กระจายพลังงานใด ๆ ใช้ไม่ได้อีกต่อไป

แต่เดี๋ยวก่อนก็ยังทำได้ คุณเพียงแค่ต้องแทรกบางสิ่งที่ทำให้พัลส์เปิด / ปิดราบเรียบก่อนที่ Peltier จะเห็นพวกมัน อันที่จริงนี่คือสิ่งที่แหล่งจ่ายไฟสลับทำ ทั้งหมดข้างต้นเป็นวิธีการแนะนำวิธีแก้ปัญหาซึ่งฉันรู้สึกว่าคงไม่มีเหตุผลใด ๆ หากไม่มีพื้นหลัง นี่คือวงจรที่เป็นไปได้:

สิ่งนี้ดูซับซ้อนกว่านั้นเพราะมีสวิตช์ที่ขับเคลื่อนด้วย PWM อยู่สองตัว ฉันจะอธิบายว่าทำไมไม่นานนี้ แต่สำหรับตอนนี้แค่หลอก D2, L2 และ Q2 ไม่มีอยู่จริง

N-channel FET ชนิดพิเศษนี้สามารถขับเคลื่อนโดยตรงจากไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการขับขี่ง่ายขึ้นมาก เมื่อใดก็ตามที่ประตูมีค่าสูง FET จะเปิดใช้งานซึ่งจะทำให้กางเกงขาสั้นปลายล่างของ L1 ลงสู่พื้น นี่จะเป็นการสร้างกระแส L1 เมื่อ FET ถูกปิดอีกครั้งกระแสนี้ยังคงไหล (แม้ว่าจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป) ถึง D1 เนื่องจาก D1 เชื่อมโยงกับแหล่งจ่ายไฟปลายล่างของ L1 จะสูงกว่าแรงดันของแหล่งจ่ายเล็กน้อยในเวลานั้น ผลกระทบโดยรวมคือปลายด้านล่างของ L1 ได้รับการสลับระหว่าง 0V และแรงดันไฟฟ้า รอบการทำงานของสัญญาณ PWM ที่ประตู Q1 จะกำหนดเวลาสัมพัทธ์ที่ใช้ไปต่ำและสูง ยิ่งรอบการทำงานสูงขึ้นเท่าใดเวลาของ L1 ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ตกลงนั่นเป็นเพียงแค่ PWM พื้นฐานผ่านสวิตช์ไฟ อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่านี่ไม่ได้เชื่อมโยงโดยตรงกับ Peltier L1 และ C1 สร้างตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ หากความถี่ PWM นั้นเร็วพอสัญญาณจากจุดสูงสุดของ 0-12 V ที่ด้านล่างของ L1 จะทำให้มันอยู่ด้านบนของ L1 และการทำให้ความถี่ PWM เร็วพอเป็นสิ่งที่เราวางแผนไว้อย่างแน่นอน ฉันอาจใช้งานอย่างน้อย 100 kHz อาจมากกว่านี้ โชคดีที่มันไม่ยากสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่หลายคนที่มีฮาร์ดแวร์ PWM ในตัวที่ต้องทำ

ตอนนี้ถึงเวลาที่จะอธิบายว่าทำไม Q1, L1 และ D1 จึงทำซ้ำ เหตุผลก็คือความสามารถในปัจจุบันมากขึ้นโดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนต่าง ๆ นอกจากนี้ยังมีข้อดีอีกอย่างในการที่ความถี่ PWM L1 และ L2 พร้อมกับ C1 ต้องกรองเป็นสองเท่าที่สวิตช์แต่ละตัวขับเคลื่อน ยิ่งความถี่สูงขึ้นเท่าไหร่ก็จะยิ่งกรองได้ง่ายขึ้นเท่านั้น

คุณต้องการกระแส 6A เกือบ มี FETs และ inductors ที่สามารถจัดการได้ อย่างไรก็ตามชนิดของ FET ที่ขับเคลื่อนได้อย่างง่ายดายโดยตรงจากตัวประมวลผลมีการแลกเปลี่ยนภายในบางอย่างที่มักจะไม่อนุญาตให้กระแสสูงเช่นนั้น ในกรณีนี้ฉันคิดว่ามันคุ้มค่ากับความเรียบง่ายที่สามารถขับ FET สองตัวได้โดยตรงจากตัวประมวลผลมากกว่าที่จะลดจำนวนชิ้นส่วนที่แน่นอน FET ขนาดใหญ่กว่าหนึ่งที่มีชิปตัวขับ gate อาจจะไม่ช่วยให้คุณประหยัดเงินเมื่อเทียบกับ FET สองตัวที่ฉันแสดงและตัวเหนี่ยวนำก็จะหาได้ง่ายขึ้นเช่นกัน Coilcraft RFS1317-104KL เป็นตัวเลือกที่ดีตัวอย่างเช่น

โปรดทราบว่าประตูทั้งสองนั้นขับเคลื่อนด้วยสัญญาณ PWM 180 °จากเฟสซึ่งกันและกัน ความสามารถในการทำสิ่งนั้นได้อย่างง่ายดายในฮาร์ดแวร์นั้นไม่ธรรมดาเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า PWM แต่ยังมีไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมากที่สามารถทำเช่นนั้นได้ เพียงแค่หยิกคุณสามารถขับทั้งคู่จากสัญญาณ PWM เดียวกัน แต่คุณสูญเสียความได้เปรียบของความถี่ PWM ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านจะต้องกำจัดให้เป็นสองเท่าของสัญญาณ PWM แต่ละสัญญาณ ทั้งสองส่วนของวงจรจะเรียกร้องกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟในเวลาเดียวกันด้วย

คุณไม่ต้องกังวลกับแรงดันไฟฟ้าหรือผลลัพธ์ปัจจุบันใด ๆ กับ Peltier จากวัฏจักรหน้าที่ PWM ใด ๆ แม้ว่าฉันจะทราบว่าผลลัพธ์ใดในจุดทำความเย็นสูงสุดและไม่เคยตั้งค่ารอบการทำงานที่สูงกว่าในเฟิร์มแวร์ หากแรงดันไฟฟ้าเป็นจุดระบายความร้อนสูงสุดคุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับมันและคุณสามารถไปจนถึงรอบการทำงาน 100%

ในระดับถัดไปเหนือวัฏจักรหน้าที่ของ PWM ในเฟิร์มแวร์คุณจะต้องมีลูปควบคุม หากทำถูกต้องสิ่งนี้จะทำให้ฮาร์ดไดรฟ์เย็นลงโดยอัตโนมัติในตอนแรกจากนั้นกลับออกไปเมื่ออุณหภูมิใกล้กับจุดที่กำหนด มีแผนการควบคุมมากมาย คุณควรดูเป็น PID (สัดส่วน, ปริพันธ์, อนุพันธ์) ไม่ใช่เพราะมันดีที่สุดหรือดีที่สุด แต่เพราะมันควรจะทำงานได้ดีพอและมีข้อมูลมากมาย

มีอะไรอีกมากมายที่จะเข้าไปที่นี่และการปรับแต่งพารามิเตอร์ PID อาจเป็นหนังสือทั้งเล่มด้วยตัวเอง แต่ตอนนี้ได้รับคำตอบที่นี่นานมากแล้วดังนั้นฉันจะหยุด ถามคำถามเพิ่มเติมเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม

กรองค่าชิ้นส่วน

ส่วนใหญ่ฉันดึงค่าตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุออกจากอากาศ แต่ขึ้นอยู่กับสัญชาตญาณและประสบการณ์ที่ค่าเหล่านี้จะดีพอ สำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับสิ่งเหล่านี้นี่คือการวิเคราะห์โดยละเอียดที่แสดงให้เห็นว่าระลอกคลื่น PWM นั้นถูกลดทอนไปอย่างแน่นอน ที่จริงเพียงแค่ลดระดับลงให้เหลือเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของค่าเฉลี่ยกระแสตรงจะดีพอ แต่ในกรณีนี้พวกเขาจะลดลงอย่างชัดเจนจนต่ำกว่าระดับที่สำคัญ

มีหลายวิธีในการดูตัวกรอง LC วิธีหนึ่งคือการคิดว่าทั้งสองส่วนเป็นตัวแบ่งแรงดันโดยมีอิมพีแดนซ์ของแต่ละส่วนขึ้นอยู่กับความถี่ อีกวิธีหนึ่งคือการค้นหาความถี่การหมุนของตัวกรองความถี่ต่ำและดูว่าความถี่ที่เราใช้เป็นความถี่สูงกว่านั้นคือพยายามลดทอนความถี่ ทั้งสองวิธีนี้ควรส่งผลให้ได้ข้อสรุปเดียวกัน

ขนาดความต้านทานของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำคือ:

Z cap = 1 / ωC
Z ind = ωL

โดยที่ C คือความสามารถใน Farads, L การเหนี่ยวนำใน Henrys, frequency ความถี่เป็นเรเดียน / วินาทีและ Z ขนาดของอิมพิแดนซ์ที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในโอห์ม โปรดทราบว่าωสามารถขยายได้ถึง2πfโดยที่ f คือความถี่ในเฮิร์ตซ์

โปรดทราบว่าความต้านทานของฝาปิดจะลดลงตามความถี่เมื่อความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น

ความถี่ต่ำของตัวกรอง low pass filteroff คือเมื่อขนาดอิมพิแดนซ์ทั้งสองเท่ากัน จากสมการข้างบนที่ออกมา

f = 1 / (2π sqrt (LC))

ซึ่งคือ 734 Hz ​​ด้วยค่าชิ้นส่วนที่แสดงด้านบน ความถี่ PWM 100 kHz จึงเท่ากับ 136 เท่าของความถี่ rolloff นี้ เนื่องจากมันผ่านบริเวณ "หัวเข่า" ของฟิลเตอร์ได้ดีมันจะลดทอนสัญญาณแรงดันไฟฟ้าโดยสี่เหลี่ยมจัตุรัสซึ่งประมาณ 19k เท่าในกรณีนี้ หลังจากพื้นฐานของคลื่นสี่เหลี่ยม 12 Vpp ถูกลดทอน 19,000 ครั้งจะไม่มีผลใด ๆ ต่อแอปพลิเคชันนี้ ฮาร์โมนิที่เหลือจะลดทอนมากยิ่งขึ้น ฮาร์มอนิกถัดไปในคลื่นสี่เหลี่ยมคืออันที่สามซึ่งจะถูกลดทอนอีก 9 เท่ามากกว่าพื้นฐาน

ค่าปัจจุบันของตัวเหนี่ยวนำคืออะไรก็ตามที่กระแสสูงสุดที่พวกเขาจะต้องสามารถดำเนินการได้ ฉันเห็นว่าฉันทำผิดพลาดอยู่ที่นั่นตอนนี้ที่ฉันดูมันให้ละเอียดยิ่งขึ้น ในตัวแปลงเจ้าชู้แบบทั่วไปกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุดมักจะมากกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อย แม้ในโหมดต่อเนื่องกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นคลื่นสามเหลี่ยม เนื่องจากค่าเฉลี่ยคือกระแสเอาท์พุทโดยรวมยอดจึงสูงขึ้นอย่างชัดเจน

อย่างไรก็ตามตรรกะนั้นใช้ไม่ได้กับกรณีนี้โดยเฉพาะ กระแสสูงสุดอยู่ที่ 100% PWM รอบการทำงานซึ่งหมายความว่า 12 V จะถูกนำไปใช้โดยตรงกับ Peltier อย่างต่อเนื่อง ณ จุดนั้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำโดยเฉลี่ยและกระแสสูงสุดทั้งหมดจะเท่ากัน ที่กระแสต่ำตัวเหนี่ยวนำกระแสเป็นรูปสามเหลี่ยม แต่ค่าเฉลี่ยก็ลดลงเช่นกัน ในที่สุดคุณจะต้องมีตัวเหนี่ยวนำเพื่อจัดการกระแสไฟขาออกสูงสุดอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระแสรวมสูงสุดผ่าน Peltier มีค่าประมาณ 6 A ตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวจะต้องสามารถจัดการ 3 A ตัวเหนี่ยวนำที่มี 3.5 คะแนนยังคงทำงานได้ดี แต่ตัวเหนี่ยวนำ 3 A ก็จะดีพอ


1
สวัสดีแลงดีใจที่ได้พบคุณ ขอบคุณสำหรับคำตอบโดยละเอียด ฉันทราบเกี่ยวกับ PWM แต่ฉันได้อ่านบทความสองสามรายการเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่ระบุว่าพวกเขาอาจไม่เหมาะกับการใช้กับ peltier ดังนั้นฉันจึงอยู่ห่าง ฉันรู้ว่า Arduino มักจะมีหลายช่องทางที่เป็น PWM เช่นกัน ฉันยังไม่ได้อ่านคำตอบทั้งหมดของคุณจะต้องใช้เวลา ฉันคิดว่าฉันเห็นสิ่งที่คุณได้รับ โอกาสใดที่คุณสามารถพูดกับการใช้งานคอนโทรลเลอร์ PWM กับ peltier ได้?
jrista

1
@ jrista: อ่านคำตอบทั้งหมดแล้วแจ้งให้เราทราบหากคุณยังมีคำถามเกี่ยวกับ Peltiers และ PWM ฉันพยายามที่จะแก้ไขปัญหาโดยเฉพาะ แต่ฉันอาจต้องเพิ่มการชี้แจงบางอย่าง
Olin Lathrop

1
ขอบคุณฉันได้รับแนวคิดตอนนี้ ฉันยังเข้าใจจุดที่เกี่ยวกับการขี่จักรยานด้วยความร้อนที่สูงกว่าด้วย ฉันไม่เข้าใจตัวเลือกองค์ประกอบเฉพาะ (เช่นทำไมคุณเลือก L1 ให้เป็น 100uH 3.5a หรือ C1 เป็น 470uF 20V เป็นต้น) ฉันหวังว่านี่เป็นเพียงจุดอ่อนที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่ จริง ๆ แล้วยุ่งกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มานานกว่าทศวรรษ : P คำถามเดียวที่ฉันมีอยู่ตอนนี้คือ Arduino สามารถทำสิ่งที่พิเศษกว่านี้ได้หรือไม่ (เช่นค่าเฟสเฟส 180 °สำหรับ PWM)? ฉันชอบ Arduino เพราะเป็นชุมชนความหลากหลายและความสามารถในการโปรแกรมและฉันสามารถทำอะไรได้มากมายกับมัน
jrista

1
โอ้เกี่ยวกับ peltiers เท่าที่ฉันรู้ค่าที่เหมาะสมคือ 12v 5.8a ช่วงแรงดันเป็นอะไรประมาณ 5v หรือ 7v จนถึง 15.4v ไม่มีการกล่าวถึงกระแสไฟฟ้าอื่นใดนอกเหนือจาก 5.8a ฉันมีหมายเลขตัวบ่งชี้บนตัวเองดังนั้นฉันอาจจะสามารถค้นหาข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติม (ฉันเพิ่งหยิบกล่อง 5 70W ออกจาก Amazon สำหรับราคาถูกสวย (และส่งมาจากสหรัฐอเมริกามากกว่าฮ่องกง ... ฉันแน่ใจว่าคุณสามารถเข้าใจความกังวลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฉันที่นั่น :))
jrista

1
ขอบคุณสำหรับการแก้ไขแลง มีประโยชน์มาก ฉันจะใช้วิธีนี้ดูเหมือนจะแข็งแกร่งมาก ปัญหาเดียวที่ฉันมีตอนนี้คือการหาไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ง่ายต่อการเขียนโปรแกรม แต่ยังสนับสนุนความสามารถในการเปลี่ยนเฟสของ PWM ฉันซื้อ Arduino แต่มันดูเหมือนจะไม่สนับสนุนการเปลี่ยนเฟสจริงๆ ฉันชอบความสามารถในการโปรแกรมของ Arduino ... ดังนั้นมันจึงเป็นคนเกียจคร้าน ผมอาจจะถามคำถามใหม่เกี่ยวกับการหาวิธีที่จะเปลี่ยนหรือชะลอวงจรหน้าที่ของออก PWM ที่ ...
jrista

2

คุณมีความคิดที่ถูกต้องแม้ว่าจะมีรายละเอียดบางอย่างที่ต้องการความสนใจ

ก่อนอื่นเว้นแต่คุณสามารถให้ฉนวนที่ดีจริง ๆ กล่องเย็นสองขั้นตอนอาจไม่ใช่วิธีที่สมเหตุสมผล คูลเลอร์สองขั้นตอนจะให้ความแตกต่างของอุณหภูมิสูง แต่สำหรับพลังการระบายความร้อนที่ต่ำมากในหน้าที่สอง พิจารณาว่าเป็นกฎง่ายๆ TEC สามารถเย็นด้วยประสิทธิภาพเพียง 10% องค์ประกอบ Peltier ของคุณมีประมาณ 70 วัตต์ดังนั้นขั้นตอนเดียวสามารถทำให้เย็นลง 7 วัตต์ (แม้ว่าอาจจะไม่ได้อยู่ใกล้กับที่คุณต้องการเดลต้าต.) ซึ่งหมายความว่าขั้นตอนที่สองของคุณสามารถทำงานได้ที่ 7 วัตต์รวมไม่ 70 วัตต์และในทางกลับกัน สามารถดูดออกได้ประมาณ 0.7 วัตต์เท่านั้น อีกครั้งในระดับนี้คุณจะไม่ได้เดลต้าใหญ่ ผู้ผลิต TEC ให้เส้นโค้งส่วนต่างพลังงาน / อุณหภูมิที่คุณควรตรวจสอบ การสร้างกล่องหุ้มกล้องที่จะรั่วพลังงานความร้อนเพียงครึ่งวัตต์เท่านั้นจึงเป็นภารกิจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณต้องจับคู่กับกล้องดูดาว

ประการที่สองบอร์ด CPU Arduino ส่วนใหญ่อนุญาตสำหรับเอาต์พุต PWM ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการสำหรับการปรับไดรฟ์ TEC ของคุณ อย่างไรก็ตามคุณจะต้องรับรู้ถึงอุณหภูมิของกล่องเย็นของคุณและสร้างลูปข้อเสนอแนะในซอฟต์แวร์ คุณสามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยใช้เทอร์มิสเตอร์และตัวต้านทานพร้อมเทอร์มิสเตอร์ที่ติดกับกล่องชิลล์ของคุณ แต่คุณต้องใส่ใจกับสิ่งที่คุณทำ เนื่องจากอุณหภูมิมักจะแตกต่างกันอย่างช้าๆสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ความถี่ PWM ของคุณจึงไม่จำเป็นต้องสูงมากและไดรเวอร์โซลินอยด์อาจใช้งานได้จริง ไม่ใช่ความคิดที่ดีในแง่ของความน่าเชื่อถือในระยะยาวเนื่องจากรีเลย์มักมีจำนวนรอบการสลับ จำกัด ก่อนที่ผู้ติดต่อจะเสีย แต่มันอาจเป็นการเริ่มต้น สถานะของแข็งดีกว่า ไม่เพียงแค่นั้น แต่คุณอาจต้องการลูปควบคุมอุณหภูมิอิสระสำหรับตู้ทำความเย็นแต่ละเครื่อง

และเช่นเดียวกับการพิจารณาครั้งสุดท้ายคุณจะต้องหาวิธีในการป้องกันองค์ประกอบด้านนอกของคุณจากการพ่นหมอกควัน มันจะเย็นและมีแนวโน้มที่จะเกิดการควบแน่นจากอากาศภายนอก สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเป่าลมแห้งหรือไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง


ขอบคุณสำหรับคำตอบ อย่างไรก็ตามบางคำถามเกี่ยวกับข้อความของคุณเกี่ยวกับ TEC เมื่อคืนฉันทำการทดสอบกับ peltiers หลายแห่ง แต่ละคนสามารถทำให้แผ่นเย็นเย็นลงถึง 35-37 ° F จากอุณหภูมิแวดล้อมที่ 70 ° F และรักษาอุณหภูมินั้นไว้ นั่นคือเดลต้า -t ประมาณ 35 ° F / 20 ° C ฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งที่แปลเป็นวัตต์ในบริบทของคำตอบของคุณหรือใกล้เคียงกับ 70 หรือ 7 วัตต์ที่แตกต่างนั้น หากทำเครื่องทำความเย็นแบบดูอัลสเตจยากฉันอาจใช้ peltier ที่ด้านข้างของตู้เย็นแทน ...
jrista

โอ้และที่จะต้องทราบ ... ฉันคิดว่าฉันอยู่ภายใต้การ peltiers ฉันจับอะแดปเตอร์ AC / DC และลืมตรวจสอบระดับพลังงานบนมัน ได้รับการจัดอันดับที่ 5 แอมป์ดังนั้นฉันไม่แน่ใจว่า peltier เมื่อถึง -20 ° C นั้นทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่าที่ควร (เป็นเพียง 10% หรือสูงกว่า) ฉันหวังว่าเมื่อมัน ขับเคลื่อนอย่างเต็มที่และถูกต้องมันจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและอาจบรรลุเดลต้า 25-30 ° C
jrista

ในที่สุดเกี่ยวกับเลนส์และการควบแน่น กล่องเย็นนั้นจะถูกหุ้มฉนวนอย่างแน่นหนาด้วยวัสดุฉนวนหนา 1 "" กล้องโทรทรรศน์ "เป็นจริงเลนส์ Canon EF 600 มม. f / 4 L II ซึ่งถูกปกคลุมด้วย neoprene LensCoat องค์ประกอบออปติคัลด้านหลังที่สุดใน เลนส์เป็นเลนส์ที่ดีหลายนิ้วจากเลนส์เมาท์ในกล้องนอกจากนั้นฉันอาศัยอยู่ในโคโลราโด ... ความชื้นเฉลี่ยที่บ้านของฉันอยู่ที่ประมาณ 16% อาจสูงถึง 25% ในที่มืดบางแห่งที่ฉันอยู่ รูปภาพที่.;)
jrista

การขับ Peltier ด้วย PWM โดยตรงเป็นความคิดที่ไม่ดีโดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำเช่นเดียวกับที่คุณใช้กับรีเลย์เป็นสวิตช์ ดูคำตอบของฉันสำหรับรายละเอียดว่าทำไมสิ่งนี้ไม่ดี แต่โดยทั่วไปคุณเรียกใช้ Peltier ด้วยจุดที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดและคุณจะทำลายมันอย่างรวดเร็วเนื่องจากการปั่นด้วยความร้อน
Olin Lathrop

@ WhatRoughBeast: จากคำตอบ Olins ฉันคิดว่าฉันเข้าใจคุณดีขึ้น เมื่อคุณพูดถึงประสิทธิภาพของ peltier เพียงประมาณ 10% โดยทั่วไปคุณหมายถึงปริมาณความร้อนที่ดึงจากแผ่นเย็นไปยังจานร้อนเทียบกับหัวที่กระจายไปทั้งหมดบนแผ่นความร้อน ด้วยความแตกต่างเป็นพลังงานที่สร้างขึ้นโดย peltier เอง ถูกต้องหรือไม่ จาก 70 วัตต์เหล่านี้ประมาณ 7 วัตต์เป็นพลังงานที่ "เย็นลง" จริง ๆ ในขณะที่ 63 วัตต์เป็นพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจริงโดย peltier เองเพียงแค่เป็นผลมาจากการมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน?
jrista

0

คุณอาจต้องการที่จะเข้าใจวิธีการออกแบบระบายความร้อนและเครื่องทำความร้อน defogging ภายในกล้อง

เริ่มต้นด้วยการดูการออกแบบที่มีอยู่ คุณไม่ต้องการสร้างกล่องน้ำแข็ง Mickey Mouse และสร้างความเสียหายให้กับ D50 ของคุณ

http://www.centralds.net/en/astro60d.htm#safe

ฉันได้สร้างกล่องน้ำแข็งคู่ -50C โดยใช้น้ำแข็งแห้ง @ 2 ดอลลาร์ต่ออิฐ และพัดลม 3W -40C เป็นเรื่องง่าย -50C นั้นยากขณะที่น้ำแข็งวัดได้ -65C บนพื้นผิว ฉันใช้กล่องปิคนิคพร้อมโฟมฉนวนขนาด 2 นิ้ว

คุณสามารถใช้แผ่นระบายความร้อนซีพียูของโรงเรียนเก่าแก่สำหรับเครื่องทำความเย็น Peltier สำหรับขั้นตอนที่ 2 และใช้น้ำแข็งแห้งเป็นระยะที่ 1 จากโรงงานนม ...

ด้วย "โหลด" สารดูดความชื้นแบบแห้ง ... ในความเสี่ยงของคุณเอง ... จากผลกระทบทางเคมีต่อกล้องของคุณ

การอุ่นเครื่องถูกควบคุมที่ 2 องศา / นาทีเพื่อลดความเสี่ยงการควบแน่น และกล่องร้อนถึง 45C นั้นถูกสร้างขึ้นโดยการบัดกรีหัวแร้งขนาด 25 W ซึ่งผมใช้สำหรับการทดสอบผลิตภัณฑ์ซึ่งคุณไม่ต้องการ แต่คุณจะต้องใช้ฮีตเตอร์ในกล้องของคุณ ..


ความคิดที่น่าสนใจ ดูเหมือนว่ามันจะต้องมีการดัดแปลงอย่างหนักของ DSLR ฉันใช้ 5D III ของฉันสำหรับการถ่ายภาพปกติของฉันเช่นกันดังนั้นฉันจึงไม่ต้องการทำการดัดแปลงใด ๆ ฉันแค่ต้องการบางสิ่งที่ฉันสามารถนำไปใส่เลนส์หรือกล้องโทรทรรศน์และทำให้มันเย็นด้วยเดลต้า -T บางแห่งระหว่าง 30-40 ° C ฉันรู้ว่าจะไม่เย็นมากเท่ากับว่าฉันระบายความร้อนให้กับชุดเซ็นเซอร์โดยตรง แต่ฉันรู้แล้วว่าเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -5 ° C ถึง 0 ° C เสียงรบกวนต่ำและจัดการได้ง่ายมาก (ขอบคุณ -8 ° C อุณหภูมิในเดือนกุมภาพันธ์นี้;))
jrista

0

คุณสามารถใช้ PWM ได้คุณเพียงแค่ต้องแน่ใจว่าความถี่สูงพอ ผู้คนจำนวนมากใส่ตัวกรองไว้เนื่องจากไม่สามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่า 100Hz ซึ่งน่าจะช้า มีผู้ค้าหลายรายที่สำรองข้อมูลการอ้างสิทธิ์นี้ แต่ก็มีผู้ค้าหลายรายที่ไม่ชอบ ดังนั้นจึงมีข้อมูลที่ผิดมากมายไปรอบ ๆ โดยส่วนตัวฉันใช้ peltiers กับ PWM โดยไม่มีปัญหา

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.