PWM / PID駆動方式ペルチェ駆動基板

PWM ペルチェコントローラー

 

・ペルチェ素子のパワー制御はPWM (Pulse Width Modulation) 方式によって行うため、デ

ジタル的に発生したパルスを使用するので、温度変化等が少なく、高精度の制御が可能です。

 ・アナログ型にありがちな、大きく重い電源部や、そこからと制御出力段のトランジスター

からの発熱が少なく、加えてPWM 方式でPower-MOS FET のスイッチングで制御を行うため、

低消費電力化や装置の発熱を抑えることができ、かつ軽量化されています。

 ・AVR マイコンの制御ソフトにより、広い範囲のPID 制御パラメーターを実装できる。(ア

ナログ型では広い範囲の積分時間や微分制御は難しい。)

 ・Power-MOS FET のFull-bridge 回路を採用したため、ペルチェ素子に対し、+電源のみか

ら逆方向電流も流す事ができ、発熱による温度制御も可能となった。加えて、逆極性の電流供

給に対応するための+ーの2電源は不要であり、+のみの1電源で済む。

 ・デジタル型のため、プログラムの書き換えによって、任意の追加機能を持たせられる。ま

た、非線形制御も可能。加えて、USB ポートによるPC との通信インターフェースを持っており、

外部PC からも制御温度等の設定が可能であり、3段階の設定温度を時間的に順次変化させて

いくこと等も可能。また、サーミスターで読み取った温度を1時間分、記憶しておく事ができ、

後でPC にUSB 経由で出力できるので、PID 制御の実習・実験の結果をチェックできる。

 ・デジタル型であるので、グラフィック液晶に温度変化のグラフを表示でき、その場で制御

が良好か等を見る事ができる。また、最適なPID 値をすぐに知る事ができる。

使用上の注意

 ペルチェ出力信号どうしをショートさせたり、どちらか片側をGND にショートさせたままに

して制御をスタートすると出力段のPower-MOS FET が壊れるので、注意。

 制御を開始してしばらく経つとヒートシンクの温度が上昇し、その温度をモニターしている

Th の数値が50〜60度C を超えるような場合、放熱器が熱を十分に放熱できていないので、

使用を中止し、放熱器を再設計してください。このような状態を続けているとさらに温度が上

がり、ペルチェ素子が劣化します。放熱器を大型にするか、空冷するか液冷すると良いでしょう。

冷却の装置としては、最近はやっているCPU クーラーを利用すると便利です。または、制御負

荷が小さい場合は、制御温度を室温より高めにすると解決する場合もあります。

仕様

温度設定範囲

10度〜40度C(なお、プログラム変更によって任意の範囲にできる)

PWM パルス出力

電圧レベル:12V または、外部DC 電源を使用する事により3V 〜20V

電流値:内部12V 電源の場合はmax. 8.5A。外部電源の場合はその電源による。

発生パルス幅:0 ~ DC、pulse 幅可変単位= 61 us.

パルス周期:62.5ms.

Power-MOS FET:Rhom SH8M4 を使用してFull-bridge 構成

2個並列接続により、電流max. = 14A (なお、内蔵の12V 電源は8.5A max)

温度計測部

10k ohm サーミスター+ 10k ohm 金属皮膜抵抗器の直列回路による。

温度制御部の読み取り=上記回路の中点電圧を16-bit ADC で読み取り。

上記直列回路への印可電圧= 3.3V。

温度分解能:実際の回路で実験したところでは、0.01C 程度。

 

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