Точное управление температурой с помощью выборок напряжения Зеебека

Linear Technology LT1782

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

Stephen Woodward

EDN

Системы терморегулирования на основе TEC (термоэлектрические охладители) часто имеют невысокую устойчивость. Причинами этого являются тепловые свойства системы, а не характеристики управляющей электроники. На реальные системы регулирования температуры влияют ненулевые тепловые сопротивления на путях теплопередачи между ТЕС, тепловая нагрузка, которая является объектом терморегулирования, датчик температуры – например, термистор, и температура окружающей среды.

Если соотношения этих сопротивлений не сбалансированы, то даже идеальный баланс с температурой датчика не означает адекватной стабильности температуры нагрузки. Схема на Рисунке 1 обеспечивает такую термоэлектрическую конструкцию, которая непосредственно измеряет тепловой поток, проходящий через TEC, а затем для лучшей оценки и устранения влияния тепловых сопротивлений использует дополнительное измерение. Работа схемы основана на том факте, что общее напряжение, которое вырабатывает каждый ТЕС, представляет собой сумму двух компонентов: омического компонента, пропорционального управляющему току, и напряжения Зеебека VS, пропорционального разности температур между поверхностями TEC и, следовательно, пропорционального тепловому потоку.

В этой схеме ток возбуждения переключается в ноль приблизительно каждые 100 мкс, что определяется асимметричной формой импульса выборки, который генерирует мультивибратор S2/S3. Каждый импульс выборки выключает транзистор Q1, который изолирует напряжение Зеебека и разрешает его выборку через ключ S1 и хранение на конденсаторе C1. Коэффициент заполнения импульсов выборки, задаваемый отношением сопротивлений резисторов R1 и R2, составляет менее 10%, что позволяет избежать значительного снижения эффективности работы драйвера ТЕС.

Точное управление температурой с помощью выборок напряжения Зеебека
Рисунок 1. Для обеспечения устойчивого управления температурой с реальными радиаторами и термопарами
эта схема периодически выключает ток возбуждения термоэлектрического охладителя, чтобы
измерить напряжение Зеебека и сохранить его в накопительном конденсаторе.

Чтобы обеспечить наилучшую устойчивость, полученный сигнал Зеебека подается на схему регулируемого моста R3/R4/R5, которая эмпирически определяет коэффициент обратной связи для полярности и амплитуды. При правильной регулировке моста подавление отклонения можно сделать практически идеальным в широком диапазоне температур окружающей среды. Показанная на Рисунке 1 схема управления TEC является производной от предыдущего проекта, поскольку облегчает реализацию выборки напряжения Зеебека (cм. предыдущую статью в этом выпуске журнала). Однако вы можете адаптировать схему выборки напряжения Зеебека практически к любой топологии драйвера TEC. Вы можете дополнительно улучшить схему на Рисунке 1, используя для моста R3/R4/R5 энергонезависимые программируемые резисторы и автоматически оптимизируя подавление отклонения. Одним из привлекательных вариантов является семейство монолитных резисторов Rejustor компании Microbridge Technologies.

Материалы по теме

  1. Datasheet Marlow NL1011T
  2. Datasheet Texas Instruments CD74HC4053
  3. Datasheet Linear Technology LT1782
  4. Datasheet Fairchild RFP30N06LE-ND
  5. Datasheet Infineon SPD50P03L

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Achieve precision temperature control with TEC Seebeck-voltage sampling

Цена LT1782LT1782 на РадиоЛоцман.Цены — от 140 до 495 руб.
9 предложений от 9 поставщиков
Operational Amplifiers - Op Amps LT1782 - Micropower, Over-The-Top SOT-23, Rail-to-Rail Input and Output Op AmpСрок поставки 5-10 дней
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
РИВ ЭлектрониксAnalog DevicesLT1782IS5TRMPBF140 руб.
ЭИКLinear TechnologyLT1782CS5#TRPBF79 руб.
ТриомLT1782CS5#TRMPBF157 руб.
ЗенерLT1782CS6по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • В профиле Stephen Woodward на EDN пишут, что он "аналоговый динозавр". Мысль конечно здоровая использовать термоэлектрический модуль как датчик температуры. У меня подобная, именно подобная идея возникла пару лет назад, когда потребовалось изготовить печь для закалки длинных заготовок. По конструкции это была 2-х метровая труба нержавейки диаметром дюйма 4 , с намотанным нихромом. С сопутствующей керамикой и изоляцией, и теплоизоляцией конечно. Нагреватели рассчитал так, чтобы равномерно нагрузить три фазы по 3кВт. За 40 минут такая печь разгоняется до 1000 градусов и в общем очень даже ничего. Печь делал по всем правилам, спирали в керамике, футеровка, снаружи легкий корпус. Так вот оказалось, что при нагреве термоЭДС на стенках (!) так высока, что даже заземлённый корпус бьется нешуточно. Пришлось дополнительно обмотать снаружи асботканью на всякий случай. И ток потребления тоже немного чудит. Т.е. при нагреве есть чотко выраженные диапазоны температур, в которых ток понижается, или повышается. Одновременно по всем трём фазам. И вот была мысль отказаться от ТРМа с термопарой, и следить каким-то образом за термо-эдс или за током. Величина последнего точно коррелирует с температурой внутри.
  • Простите, но не понял. Между какими элементами Вашей конструкции создаётся термо ЭДС? То что бьётся током, это точно [B]термо ЭДС[/B]? В обозреваемой статье понятно: на концах Пельтье.
  • Интересно, откуда может появиться ощутимая термо-ЭДС? Нихром - почти та же нержавейка. С наилучших термопар эдс получается с хренову душу, а тут аж "бьётся"! Пахнет шнобелевкой! Есть повод!
  • Элементарно - пробой на корпус при нагреве. Мегометром меряли в нагретом состоянии?
  • Предполагаю, это напряжение накапливалось на корпусе трубы из-за ёмкости между нагревателем и трубой. И напряжение это не стекало на землю из-за отличной изоляции и низкой влажности при высокой температуре. Если я прав в своём предположении, то избавиться от накопления электричества на трубе можно было, иначе расположив точки подключения нагревателей. Ну и заземлением конечно от него легко избавиться. zznik, а я вот не понимаю Ваших элементарных вещей. Это по какой причине нагрев способствует электрическому пробою? Притом что antonydublin написал: [I]"с намотанным нихромом. С сопутствующей керамикой и изоляцией"[/I]. Уж наверно не тяп ляп конструкцию изготавливал.
  • Ну, это - в школу. Хотябы вот[URL="http://phasad.ru/13.php"]http://phasad.ru/13.php[/URL] И вот[URL="http://ellectrolab.ru/timetable/obshchedomovye-elektricheskie-plity/"]http://ellectrolab.ru/timetable/obshchedomovye-elektricheskie-plity/[/URL]
  • Каюсь, плохо учился. Посмотрел примерные графики зависимости пробивного напряжения от температуры. Зависимость впечатляет.
Полный вариант обсуждения »