Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Fragen zu Elektronik und Elektro allgemein.Fragen zu Bauteilen wie z.B. Tansistoren, Dioden, Kondensatoren usw.

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Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon basemachine am Samstag 5. September 2015, 00:53

Hallo zusammen,

ich bräuchte kurz ein bisschen know-how-Hilfe beim Löten und hoffe, ihr könnt mir helfen. Ich weiß nichtmal genau ob das was ich gerne hätte, mit vertretbarem Aufwand realisierbar ist. Deswegen nehme ich auch gerne Workarounds und Teillösungen.

Kurzfassung: ich habe ein Arduino (Uno) und würde gerne die Spannung für einen Leistungshungrigen Verbraucher (Peltier-Element, genehmigt sich bis zu 4 Amp) zwischen -12 und +12 Volt regeln. Zur Verfügung habe ich neben dem Arduino ein Labornetzgerät, das 10 Ampere bei 12 V liefern kann.

Mein bisheriger Ansatz war es, das PWM-Signal per Transistor zu verstärken und anschließend mit einem Kondensator zu glätten. Das hat aber den Nachteil, dass ich 1. Spannungsmäßig nicht in den Negativen Bereich komme und 2. der Kondensator eine verdammt große Kapazität braucht. De-Facto ist meine Lösung also unbrauchbar.
Leider bin ich jetzt aber mit meinem Latein schon am Ende und habe das dumpfe Gefühl, mich saudoof angestellt zu haben.

Wie gehe ich vernünftig an die Sache ran? Welche Bauteile nehme ich und wie muss ich sie schalten? Gibts vielleicht schon vorgefertigte Bauteile, die mir das Leben erheblich erleichtern können?

Danke schonmal im Vorraus =)

Besten Gruß,
basemachine
Zuletzt geändert von basemachine am Samstag 5. September 2015, 00:54, insgesamt 1-mal geändert.
basemachine
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon anders am Samstag 5. September 2015, 03:23

Zur Verfügung habe ich neben dem Arduino ein Labornetzgerät, das 10 Ampere bei 12 V liefern kann.
Das ist schön.
Besonders, wenn das Netzteil fernsteuerbar ist. :wink:
Die Umpolung kannst du dann mit einem Relais oder 4 MOSFETs erledigen.

Ansonsten bieten sich für solche Aufgaben heute Klasse-D Audioendstufen an, wenn man nicht riesige Verlustleistungen eines Linearreglers wegkühlen will.
Die Entwicklung und der Aufbau einer solchen Schaltung ist aber kein Anfängerprojekt, und deshalb empfehle ich auf eine fertige Schaltung zurückzugreifen.
Dein Netzteil kann dann wahrscheinlich im Regal bleiben, denn da muss alles zueinander passen, sonst kommt keine Freude auf, sondern Rauch.
Vielleicht besorgst du dir als Einstieg diesen Beitrag , damit du eine Idee von dieser Technik bekommst: http://www.elv.de/controller.aspx?cid=726&detail=31873
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Samstag 5. September 2015, 06:21

Guten Morgen,

Hier wäre es sinnvoll, uns darzutun was das Peltierelement genau genommen alles machen soll. Willst du tatsächlich heizen und kühlen? Wenn ja müßtest du schauen, ein Progi Temperaturregler zu finden und dieses abändern, umschaltbar machen auf kühlen. Da würde ich einen schnöden PID Regler verwenden, der dein Peltier via MOSFet-H-Schalter statisch steuert.
Die Umpolung ( Ansteuerung des H-Switch)kann dann wie von Anders angedeutet über einen separaten Kanal des Arduiono erfolgen. In diesem Falle kannst du auch auf das PWM verzichten und das Peltier statisch mit deinem Netzteil versorgen.

Dass du mit den derzeit im Billigmarkt befindlichen Fernostelementen nicht viel Freude haben wirst, sobald auch etwas Leistung benötigt wird, liegt an deren kleinem Delta T. Für richtige Anwendungen kommt man um die russischen, wie sie von Quickohm vertrieben werden nicht herum. Durch dieses Tal der Tränen bin ich schon durch nachdem ich für eine Künstlerin in Salzburg ein Kryofotomikroskop gebaut habe, welches seine Stufe auch bei Umgebungstemperaturen von +30 Grad noch auf - 20 Grad herunterkühlen kann.

Dass die am Peltierchen entstehende Wärme abzuführen ist sollte dir klar sein. Ich mache das mit Flüssigkühlung und so einem Tower aus dem CPU-Kühlprogramm. Bei krassen Umgebungsbedingungen kommt da noch ein Wasser-Luft -Kühlblock mit zwei so teuren Elementen dazwischen.

Dann sag mal was dazu. Wenn du im Rahmen des Erfindungsschutzes nicht magst, kannst du mir das auch per email oder PN machen. Wenn du lieber gar nichts sagen willst, kann dir auch nicht geholfen werden. Dann hast du hier ein paar Brocken aus denen du versuchen mußt das umzusetzen.

Schönes Wochenende allen

Lothar
Zuletzt geändert von Erfinderlein am Samstag 5. September 2015, 06:23, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon BernhardS am Samstag 5. September 2015, 08:47

Hallo,

Peltier-Elementemögen keinen pulsierenden Strom, etwas korrekter gesagt: der Wirkungsgrad ist dann noch schlechter - gut ist er ja von haus aus nicht.
Das Ganze hat ja immer eine Speicherwirkung, schon wegen der Metallteile über die die Wärme zu- und abgeführt wird. Wenn regeln, dann kann man getrost sekundenweise schalten. Dazu braucht der Arduino nur einen MOS-FET. Zumindest mal für eine Funktion.
Was gibt denn der Arduino an seinen Pins aus? 5V?

Um zwischen Heizen und Kühlen umzuschalten könnte man für die ersten Versuche einfach ein Relais, zweimal UM - oder wie man heute sagt: zweimal EIN/EIN, verwenden.

Bernhard
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon basemachine am Samstag 5. September 2015, 15:47

Hallo zusammen
und danke für die schnelle Hilfe.

@anders: Das Netzteil ist, sofern ich das richtig gesehen habe, über rs232 fernsteuerbar. Leider scheidet diese Option aber aus, weil ich mehrere Kanäle unabhängig schalten können möchte. Den Artikel über Audioverstärker habe ich mir noch nicht zu Gemüte geführt, es steht aber auf meiner Liste.

@Erfinderlein: PID-Regler ist schön und gut. Den werde ich aber erst verwenden, bevor ich verzweifle. Lieber möchte ich das vorher so Weit wie möglich selbst machen. Es geht darum, dass ich für ein physikalisches Experiment (Naja, eigentlich ist es nur eine Kalibration, aber die Details würden jetzt hier zu tief gehen) einen Luftstrom einigermaßen unabhängig von der Raumtemperatur Temperaturregeln können muss. Ich dachte da eignet sich ein Peltier mit einer Seite an einem großen Kühlkörper im Luftstrom und mit der anderen Seite und noch einem größeren Kühlkörper im Außenraum.

@BernhardS: Die Idee ist eigentlich ziemlich gut. So eine art Ultraslow-PWM mit Pulsweiten im Sekundenbereich, ja? Wenn mein neuer Ansatz nicht funktioniert, probiere ich das mal. Das klingt sehr vielversprechend. Zum umschalten habe ich von Conrad ein wunderbares Umpolrelais bekommen.


Zur Problemlösung habe ich ein bisschen weiter geforscht und bin auf folgenden EIintrag bei Stackexchange gestoßen:
http://electronics.stackexchange.com/qu ... es#tab-top
Dort wird genau mein Problem behandelt und deswegen werde ich diese Lösung dort jetzt als nächste ausprobieren.
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Samstag 5. September 2015, 17:43

Hallo ,

Den PID Regler habe ich als Freeware Software-Gerippe für deinen Arduino gedacht du kannst natürlich auch selbst ein Programm schreiben, wenn du alle Zeit der Welt hast. Hauptsache du kommst zu deiner "Ultraslow-PWM mit Pulsweiten im Sekundenbereich". Etwas anderes macht so ein klassischer Temperaturregler ja auch nicht.

Zum Üben kannst du ja diese "von hinten durch die Brust ins Auge Schaltung" als erstes aufbauen. Brauchen tust du eher einen Timer, den du die Schaltung ein Paar Sekunden an und wieder ausschalten läßt. Denn eine exacte Temperaturregelung scheinst du ja gar nicht unbedingt zu brauchen.
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon BernhardS am Samstag 5. September 2015, 18:25

Du brauchst keinen PID-Regler, PD reicht vollkommen aus.

Einen PID verwendet man nur für Fälle bei denen sich eine minimale Regelabweichung über längere Zeit aufsummierend bemerkbar macht, wie z.B. wenn man den Füllstand in einem Wasserbehälter genau halten möchte oder etwas auf eine Trommel aufwickelt. Wenn da immer eine Winzigkeit zuwenig kommt, dann ist irgendwann mal leer - wie und was auch immer.
Bei der Temperatur ist es hingegen so, daß eine minimale Abweichung gegebenenfalls halt eben so besteht. Das summiert sich aber nicht zu einer störenden Größe auf, sondern der Wärmefluss aus der/in die Umgebung ist dann eben um diese Winzigkeit kleiner bzw. größer.

Den Regler kann der Arduino leicht rechnerisch erledigen. Die Differenz zwischen der gewünschten und der gemessenen Temperatur beeinflusst die Einschaltdauer. Kleine Differenz - kleine Einschaltdauer. Temperatursensoren kann das Teil ja ermutlich auswerten. Ich verwende leider ein anderes System namens PICAXE. Das kann den DS1820 recht bequem auslesen.
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Re: Spezial-Spannungsverstärkung – wie bauen?

Neuer Beitragvon anders am Sonntag 6. September 2015, 10:05

Zur Problemlösung habe ich ein bisschen weiter geforscht und bin auf folgenden EIintrag bei Stackexchange gestoßen:
http://electronics.stackexchange.com/qu ... es#tab-top
Dort wird genau mein Problem behandelt und deswegen werde ich diese Lösung dort jetzt als nächste ausprobieren.
Das ist der richtige Weg.
Allerdings hat man hier, wie so oft, einen Kondensator über die Speisespannung "vergessen".
Ich würde dir eine Parallelschaltung von mindestens einem Elko mit 100µF oder mehr und einem Folienkondensator mit 0,2µF empfehlen. Direkt an dieser Treiberschaltung.
Machst du das nicht, bekommst du einen prima Störsender, der außerdem durchaus die Regelung deines Netzteils ausser Gefecht setzen kann, und evtl. sogar deinen Arduino zum Absturz bringt.

Das kritische Bauteil ist die Drossel. 10A Strombelastarkeit steht nicht umsonst dran, und die 100µH sind als Mindestwert zu verstehen.
Die Schottky-Diode muss gekühlt werden. Passende Exemplare findest du z.B. in alten PC-Netzteilen. Oft sind das zwei parallel geschaltete Dioden im gleichen Gehäuse, die mit ihren drei Anschlüssen wie ein Transistor aussehen.
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