Peltier-Element mit Arduino steuern/regeln

Hallo zusammen.

Vorweg: ich bin Elektronik-Anfänger und lerne derzeit im Zuge des Projektes sehr viel, trotzdem wäre es klasse, wenn ihr davon ausgeht, ich habe erstmal 0 Ahnung :wink:

Ich arbeite derzeit an einem Uni-Projekt, in welchem ein Luftstrom in einem Kreislauf (0,1 kg Gesamtmasse Luft) auf eine gewünscht Temperatur gebracht werden soll. Der Kreislauf wird von einem kräftigen Ventilator angetrieben. In diesen Kreislauf ragt ein großer passiver Kühlkörper, auf diesem sitzt das Peltier (72W, max. 8,5 A, 15,4V). Auf der Oberseite des Peltiers sitzt ein großzügig dimensionierter aktiver Kühler. Die Diskussion über Wirkungsgrade können wir uns sparen, das Projekt wird jetzt so oder so realisiert und Uni zahlt den Strom :wink: das Peltier soll sowohl kühlen als auch heizen.

Die Messung der Temperatur erfolgt über einen Sensor im Kanal, der über Arduino ausgelesen wird.

Ziel: Luft im Kreis um +/- 6°C um Umgebungstemperatur (normale Raumtemperatur) bringen.

Meine Gedanken:
Nehmen wir an, T_u = 25°C, T_soll im Kanal ist 20°C, also müssen 5°C weggekühlt werden.

Variante 1: eine richtige Regelung. Dafür müsste der 5V Arduino-Ausgang über ein Relais o.ä. mittels PWM einen Arbeitsstrom regeln. Das scheint mir eine recht komplizierte Lösung zu sein. Ich weiß mittlerweile, wie ein Relais funktioniert. Was ich nicht weiß, ist wie man eine “stufenlose” Steuerung des Arbeitsstroms erreicht. Das Relais macht ja nur an und aus. Dann noch die Frage, wie ich eine Umkehr der Stromrichtug zum heizen realisiere.

Variante 2: eine einfachere Steuerung. Ich programmiere Arduino so, dass es 2 digitale Ausgänge schaltet. Ist das delta_T > 0°C läuft das Peltier auf voller Stärke über Relais Ausgang 1. Sobald das delta_T 0 ist, wird der erste Ausgang deaktiviert und Ausgang 2 steuert den zweiten Relaisausgang an. Dieser bringt dann eine in Versuchen ermittelte Leistung, die genau die Verlustwärme auffängt und somit dafür sorgt, dass dass die Lufttemperatur im Kanal konstant bleibt.

Variante 3: vielleicht eure Idee?

Wie gesagt, ich suche dafür eine möglichst einfache Lösung und bin gespannt auf eure Beiträge.

Herzliche Grüße

Wenn Du heizen und kühlen willst dann brauchst Du entweder ein Relais das den Strom umpolt und einen MOSFET der das Peltierelement in PWM asnteuert oder eine H-Brücke die 10 A verkraftet und auch mittels PWM angesteuert wird.

Die Kühl/Heizleistung ist proportional zum HIGH Anteil des PWM Signals (
analogWrite(3, 255); volle Leistuing an pin 3
analogWrite(3,127); halbe Leistung an Pin 3
ecc.

Grüße Uwe

Relais zum umpolen.
Und IRLZ34 für die PWM.

Die PWM kann auch bei 10s liegen. Das Peltier ist eh träge...

Peltier und PWM paßt nur dann zusammen, wenn der Strom garantiert immer nur in eine Richtung fließt. Bei einer H-Brücke müßte man also sowohl Richtung (Heizung/Kühlung) als auch Tastverhältnis richtig vorgeben, und nicht zu oft zwischen Heizen und Kühlen umschalten.

Der "aktive Kühler" ist mir nicht klar, worin besteht dessen Aktivität? Schafft er es, die gesamte Wärme abzuführen, wenn das Peltier-Element mit maximalem Strom zum Kühlen betrieben wird?

Was die Trägheit betrifft, da könnte auch ein Dreipunktregler ausreichen. Zumindest sollte man einen ausreichenden Tot-Bereich oder Hysterese vorsehen, damit im eingeschwungenen Zustand nicht ständig zwischen Heizung und Kühlung umgeschaltet wird - solche Temperaturzyklen mag ein Peltier nicht.

Aktiver Kühler hab ich Kühlkörper mit Venilator verstanden.

H-Brücke
EN für die Leistungsregelung; Richtung für Kühlen/heizen.

Grüße Uwe