Ronzio mosfet: che succede?

[elfo]

*** Premessa
I conti che seguono sono fatti "occhiometricamente" e sono limitati alla prima cifra significativa e arrotondati (es 1.6 -> 2).
I data sheet dei componenti non sono stati consultati ma si ragiona su valori tipici/plausibili

*** Step 1
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dati
- circuito di Fig. 1a
- circuito di comando PWM
- carico (son quasi 18 Ampere)

un piccolo problema, anzi due
- il mosfet "ronza"
- ha un range abbastanza ridotto: [cut] riesce a regolare la tensione da 9 a 12

desiderata
- spiegare il "ronza"
- arrivare a 5-12
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da un'occhiata al circuito di Fig. 1a si vede che il mosfet:

a) e' acceso in modo "marginale (5 V Vgs)
b) e' spento "lentamente" (resistenza di "scarica" delle sue capacita' 1 k con in serie il LED)

La soluzione proposta per superare le criticita' a) e b) e' in Fig. 1b

Non e' ovvia, inoltre, la necessita' di un optoisolatore

*** Step 2
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dati
- carico sono celle di Peltier
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Thermoelectric coolers are DC devices. Voltage ripple of less than 1 kHz in thermoelectric modules results in their dramatically impaired performance

I Peltier non possono essere pilotati con "frequenze" inferiori a 1kHz. Il "meglio" e' pilotarli in corrente continua.

*** Step 3
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dati
- Peltier riscaldano e raffreddano dell'acqua
- temperatura è controllata da Arduino
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che tipo di controllo pensi di implementare? (PID, ON/OFF, a rampa con periodo di qualche decina di secondi...)

Io molto più semplicemente le controllerei ON-OFF

e` meglio pilotare le Peltier in continua, non in PWM

*** Step 4
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dati
- con l'optoisolatore al posto di arrivare solo a 5 volt massimi di comando (Arduino eroga massimo 5 volt), posso arrivare a 12
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Con il circuito di Fig. 1c si hanno 12 V in uscita senza la necessita' di un optoisolatore

Conclusione:

delle scelte e del circuito iniziale non viene salvato niente:

- il circuito iniziale con l'optoisolatore (Fig. 1a) viene sostituito con quello di Fig. 1c
- l'optoisolatore viene eliminato
- la regolazione PWM viene sostituita con una regolazione ON/OFF (introducendo una "opportuna" isteresi)

i problemi iniziali

- "ronza"
- range di regolazione ridotto

"scompaiono automaticamente" nella nuova implementazione

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[AleEl]

@elfo

Scusate se vi contraddico, però se mi sarebbe andato bene un controllo ON-OFF, a quest'ora avrei utilizzato un semplice relè semplificandomi la vita...
L'implementazione del PWM è stata scelta dal sottoscritto in quanto necessito di regolare la potenza delle Peltier, e quindi, di conseguenza, con il PWM posso diminuire o aumentare la potenza, per ciò che devo fare.
L'optoisolatore, come avevo già detto, non è messo nel circuito a caso, ma per un semplice motivo: alimentando il circuito a 12 volt, il gate del mosfet riceve da 0 a 12 volt, aumentando il range di corrente che può erogare, rispetto all'intervallo 0-5 volt utilizzando semplicemente Arduino e basta.

Altra cosa: avevo affermato che la regolazione andava da 9 a 12 volt, mi correggo: ho fatto l'errore di misurare a vuoto, infatti, con il carico, il mosfet regola benissimo da 0 a 12 volt, senza alcun problema.


Precisazione sull'utilizzo di tutto ciò:

Il mosfet ha il solo compito di regolare la potenza totale delle celle, nient'altro. Non è infatti lui a determinare l'accensione o lo spegnimento delle celle, per il raffreddamento o riscaldamento, ma un relè, semplice semplice.

Infatti, il "circuito generale" viene collegato in questo modo:

Relè di comando - mosfet - relè di scambio polarità - celle

[elfo]

Scusate se vi contraddico, però se mi sarebbe andato bene un controllo ON-OFF, a quest'ora avrei utilizzato un semplice relè semplificandomi la vita...
L'implementazione del PWM è stata scelta dal sottoscritto in quanto necessito di regolare la potenza delle Peltier, e quindi, di conseguenza, con il PWM posso diminuire o aumentare la potenza, per ciò che devo fare.

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L'optoisolatore, come avevo già detto, non è messo nel circuito a caso, ma per un semplice motivo: alimentando il circuito a 12 volt, il gate del mosfet riceve da 0 a 12 volt, aumentando il range di corrente che può erogare, rispetto all'intervallo 0-5 volt utilizzando semplicemente Arduino e basta.

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[AleEl]

Scusa ma, cosa mi rappresentano le due immagini? Capisco il circuito, ma la prima immagine?

Che poi scusa, ma nel circuito Arduino va da 0 a 5, non da 0 a 12 come con l'opto...
Se potessi scrivere qualcosa, al posto di inserire solo immagini, sottointendendo le cose, mi faresti un favore...

[elfo]

ma la prima immagine?

Variando il rapporto Ton/Toff (Acceso/Spento) la Potenza varia in ragione del rapporto

[AleEl]

Si... Quindi?

[elfo]

Si... Quindi?

sottoscritto in quanto necessito di regolare la potenza delle Peltier

Vuoi regolare la Potenza?
Con ON/OFF la regoli

[elfo]

Che poi scusa, ma nel circuito Arduino va da 0 a 5, non da 0 a 12 come con l'opto...
Se potessi scrivere qualcosa, al posto di inserire solo immagini, sottointendendo le cose, mi faresti un favore...

Il transistor "amplifica" la tensione in uscita all'Arduino (0-5V) a 0- 12 V (invertendo)

[AleEl]

Che poi scusa, ma nel circuito Arduino va da 0 a 5, non da 0 a 12 come con l'opto...
Se potessi scrivere qualcosa, al posto di inserire solo immagini, sottointendendo le cose, mi faresti un favore...

Il transistor "amplifica" la tensione in uscita all'Arduino (0-5V) a 0- 12 V (invertendo)

A questo punto, tanto vale usare un optoisolatore.. Come ho fatto io

Per il fatto di regolare la potenza con ON-OFF, è ciò che sto facendo con il mosfet in PWM, non va bene comunque? Direi che regolare la potenza con un relè non è il massimo

[elfo]

Che poi scusa, ma nel circuito Arduino va da 0 a 5, non da 0 a 12 come con l'opto...
Se potessi scrivere qualcosa, al posto di inserire solo immagini, sottointendendo le cose, mi faresti un favore...

Il transistor "amplifica" la tensione in uscita all'Arduino (0-5V) a 0- 12 V (invertendo)

A questo punto, tanto vale usare un optoisolatore.. Come ho fatto io

No perche' l'optoisolatore e' piu' complicato/costoso/ha meno "guadagno" di un transistor (per dimostrarlo occorre un mezza pagina di calcoli).

In genere la soluzione piu' semplice/economica/con maggior guadagno e' la migliore.

Per il fatto di regolare la potenza con ON-OFF, è ciò che sto facendo con il mosfet in PWM, non va bene comunque? Direi che regolare la potenza con un relè non è il massimo

Non con un rele' - con un mosfet.
La soluzione PWM per i Peltier - come ha gia' scritto IsidoroKZ in [29] - non e' la soluzione ottimale.
E' preferibile usare la tecnica ON/OFF (dove possibile) che minimizza anche le perdite di commutazione del mosfet (altra mezza pagina di calcoli) e non fa "ronzare" il mosfet.