ペルチェ素子を駆動する方法は?


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たぶん、根本的な問題は、電圧-電流曲線がどのように見えるかです。電圧源(ヒーターの駆動など)または電流源(LEDの駆動など)から駆動できますか?または、これらの2つのオプションとは異なりますか?

追加1:仮に(仮に)言います。市販の同一のペルチェが2つあり、それらは6V / 3A仕様です。これらを直列に12Vdc電源に心配なく接続できますか?

結論1:電流/電圧負荷曲線は合理的に線形であり、デバイスがその仕様内で動作している限り、電流源または電圧源のどちらからでも駆動できます。(オリンラスロップ、ラッセルマクマホン)

結論2:ペルチェをPWMから駆動しないでください。電流の増加による電力損失は、冷却電力よりも急速に増加します。(オリンラスロップ)

結論3:サイクリングを続けると、デバイスの機械的摩耗に注意してください。例えば。サーモスタットオン/オフコントローラーを使用しないでください。(ラッセルマクマホン)

回答:


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ペルチェ素子は電流で動作しますが、通常は十分な抵抗があるため、電圧制御が可能です。

ペルチェ素子は、特に冷却用途において、パルスで実行したくない数少ないものの1つです。冷却効果は電流に比例しますが、損失による内部加熱は電流の2乗に比例します。0から始まり、電流が増加すると冷却が増加します。ただし、ある時点では、より多くの電流による抵抗加熱が、より高い電流の追加の冷却力を上回ります。したがって、実際にこれを超える電流が増えると、全体的な冷却が少なくなります。最大冷却電流は、メーカーが提供すべきパラメーターの1つです。I2R

特定の電流で最大の冷却が行われますが、電流が増加すると効率は着実に低下します。したがって、0から最大冷却電流までのペルチェクーラーをPWMしたくありません。同じ全体的な冷却を生成するために定常電流でそれを駆動すると、より効率的です。

もちろん、温度を調整するマイクロコントローラーは、依然としてPWMパルスを生成します。これらのパルスは、ペルチェデバイスが比較的滑らかな電流を認識するようにフィルタリングする必要があります。一般的な経験則では、リップルを公称値の10%未満に抑えるようにしますが、もちろんそれは誰かが選んだトレードオフです。幸いなことに、これは通常、設計するのが難しい要件ではありません。


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PWM警告の追加が気に入っています。私たちが住んでいるこのマイクロコントローラの時代では、多くの場合、PWMで負荷を駆動することは非常に明白な選択です。
ジッピー

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私たちのわずかに異なる視点を見るのは興味深いが、同様の終了アドバイス。私はそれらを電流駆動と呼ぶことにあなたのポイントを見るが、それはおそらくいくらか意味がないと思う-抵抗器が電流駆動であるか電圧駆動であるかを決定することとは全く似ていない。たぶん比較用のサーミスタ。つまり、どちらかを制御することで十分に実行できますが、利点がある場合があります。。
ラッセルマクマホン

古い質問の復活:PWMを使用しないというコメントに混乱しています。MCUから制御したいペルチェデバイスがある場合(加熱に興味があります)、PWM 以外で温度制御するにはどうすればよいですか?
つかまえない

1
@skinny:最後の段落でこれに答えたと思った。具体的に不明な点は何ですか?
オリンラスロップ

1
@skinny:私が書いたものを読んでください。前述のように、PWM出力は、ペルチェデバイスに提供する前にフィルター処理する必要があります。
オリンラスロップ

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ペルチェ素子には、適度に線形の負荷曲線があります。
それらは電圧駆動デバイスですが、最大電圧または電流定格を超えない限り、電圧または電流源から安全に駆動できます。例えば、12V、5Aの60Wユニットは、いずれの最大値も超えない限り、12V以下の定常電圧または5A以下の定常電流で動作します。

しかし-

  • ペルチェ素子は、制御スキームの一部として絶えず熱サイクルしてはなりません

避けなければならないのは、デバイスの熱時定数と比較して長い制御信号時定数を使用して、電圧のステップ変化でそれらを制御することです。
つまり-制御スキームがデバイスまたは制御されたスペースまたはオブジェクトを一定の温度に保持することを目的としている場合、本質的にDC電圧および電流またはPWMを提供する必要があります制御サイクルのオン時間とオフ時間の間に顕著な加熱と冷却が発生するように、スイッチをオフにします。制御プロセスの一部として熱サイクルが発生すると、デバイスは機械的に急速に破壊されます。

電源周波数での電源リップルは許容範囲です。


サーマルサイクリング:

1kHz以上のPWMレートが必要だと言う-Nord Ferrotechペルチェメーカー

SMDコンポーネントのテストサイクリングに使用したペルチェは、サイクリングのために失敗することに注意してください。

IGBTサーマルサイクリングテスト -nboペルチェが、直接適用されるようです

特別に長い熱サイクル寿命を可能にするために作られたペルチェ - UWE

同じ -Ctech

同じフェロテック

討論


待ってください... 3分サイクルで1つオン/オフすると、すぐに破壊されますか?
匿名のペンギン14

@AnnonomusPenguin-うーん......... 3分はかなり長いです。かなりのサーマルサイクリングが得られることは明らかですが、耐えられるかもしれません。限界が何なのかわかりません。3分//サイクル= 20 /時間= 480 /日=〜175,000 /年。それまでにかなり運動していると思います。
ラッセルマクマホン14

だから、1/2分の増分を行う方が良いでしょうか?10分?短すぎると効率が低下しませんが、長すぎると多くの熱変化が発生します。同様に、10秒ごとにオンまたはオフにすることもおそらく最善ではありません。
匿名のペンギン14

@AnnonomusPenguin-上記および他の箇所で述べたように、冷却を調整するためのマークスペース比の調整を伴う、例えば10 Hz以上のフレームレートのPWMは簡単であり、熱サイクルの問題を回避します。サーマルサイクリングの問題については、Webで軽微な言及が多くありますが、まだ十分な議論はありません。| 私の答えの最後に追加を参照してください。
ラッセルマクマホン14

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私が使い慣れているほとんどのマイクロコントローラは、1秒あたり数百サイクルの範囲でPWMを実行します。熱電モジュールは、それを安定した電圧と区別できません。

また、(google it)1/10の速度から1000/1の速度までPWMサイクリングをテストした論文があり、ペルチェは数千時間にわたってパフォーマンスの低下を示しませんでした。10秒ごとにサイクルするものは、応答時間が遅いために温度変動を示しました。

いずれにせよ、PWMはペルチェを制御するのにまったく安全です。

このスレッドには多くの誤った情報が含まれているのではないかと心配していますが、すべてを指摘するのに十分な知識はありません。


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参照している論文への回答にリンクを追加できますか?
ジッピー


そのリンクは死んでいます。あなたの答えは、他の人とはまったく矛盾しています。デッドリンクよりも詳細な説明が本当に
欲しい

@stephelton:i.sme.org/c248/blogs/matt-howe/2014/03/27/…は、論文が見つかる別のポイントのようです。しかし、それはバックアップなしでその主張を含むだけです。
PlasmaHH

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「熱電モジュールは、それを安定した電圧と区別できません」---確かですか?寄生インダクタンスと静電容量がどれだけ存在するかを計算し、DC電圧/電流を効果的に見ると計算しましたか?そうでない場合、変動する電圧/電流が発生する可能性があり、その時点で他の応答で説明したI2R電力損失ポイントが有効になるためです。電力抵抗をPWMするか、同等の定電流で駆動するかを試して、違いを確認してください。
gbmhunter
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