ho un problema di filtraggio di un ponte ad H.
SETUP
Uso un ponte ad H controllato dal PWM di Arduino per modulare la tensione su una cella di Pelter.
Variando il duty cycle del PWM posso diminuire e aumentare la tensione effettiva applicata alla cella (e quindi regolare con precisione la temperatura di riscaldamento).
Cambiando il ramo attivo del ponte ad H (cioè cambiando stato del pin DIRECTION della mia schedina H-bridge), posso anche generare tensioni negative e di conseguenza andare a raffreddare. Ovviamente anche in questo posso modulare la tensione tramite il duty cycle del PWM in modo da raggiungere con precisione la temperatura desiderata.
Il circuito che ho sviluppato per ora è cosi composto:
Alimentatore 36V 360W (DC) --> H brige (modulato in PWM) ----> Filtro LC passabasso ----> Celle Peltier (voglio solo componente media)
CONSIDERAZIONI
Le celle di Peltier risultano essere in prima approssimazione resistive, e quindi non è consigliabile applicare direttamente l'uscita del ponte ad H in quanto si avrebbe la tensione che passa da 0V a Vcc con una elevata corrente istantanea (e quindi cadute di tensione inutili). E' preferibile filtrare l'uscita del ponte ad H con un passabasso in modo da applicare alle celle solo l'effettiva potenza MEDIA che si desidera fornire.
Ho visto in rete che si consiglia spesso di usare un filtro LC.
FILTRO
Ho progettato il filtro LC in modo che tagliasse a frequenza (150Hz) molto più bassa della portante PWM (40 kHz). In tal modo il ripple del PWM viene enormemente attenuato e sulle celle di Peltier si dovrebbe vedere solo ed esclusivamente la componente DC.
Il filtro ha L = 2.2mH, C=16uF e il carico della cella di Peltier è approssimabile ad una resistenza da 2ohm.
Ho verificato su LTspice la risposta in frequenza e risulta tutto alla perfezione.
PROBLEMA
Se la tensione è positiva, allora sia su LTspice che sperimentalmente misuro il corretto filtraggio del'onda generata dal H-bridge, e infatti alla cella di Peltier arriva correttamente una tensione pressoché costante e ben filtrata.
Il problema è quando vado a rendere negativa la tensione, e il filtro non filtra più come vorrei...
Allego grafici LTspice perché è più immediato guardare direttamente il grafico da se piuttosto che spiegarlo a parole, comunque ci provo lo stesso.
Comunque, se punto una sonda ai due capi della cella, vedo comunque la tensione continuare a essere modulata PWM ad entrambi i rami.
ATTENZIONE: La tensione DIFFERENZIALE ai capi della cella è comunque costante (così come la corrente che circola nel carico che è anch'essa filtrata).
Ma il problema è la tensione ASSOLUTA riferita a terra tra ciascuno dei due capi della resistenza che invece è modulata PWM.
Io non voglio questo comportamento perché induce parecchi disturbi elettrici negli apparecchi elettrici circostanti: le sonde di temperatura captano tutto questo rumore ad alta frequenza e la lettura molto rumorosa viene riportata nel PID che gestisce la temperatura e ciò fa impazzire il controllo di temperatura.
ALLEAGATI
- File Circuiti -> allego l'immagine del semplice schemino LTspice ma non riesco a condividere direttamente il file. Nello schemino a tensione positiva genero un'onda quadra con PWM = 20%. Per rappresentare la tensione negativa proprio come fa il ponte ad H, giro il circuito.
- File Tensione_V_pos -> E' il grafico dove mostro la tensione ASSOLUTA (riferita a terra) dei due capi della resistenza. Un capo è correttamente filtrato, mentre l'altro è a GND e LTspice non me lo fa vedere nel plot, comunque è corretto il risultato che si vede.
- File Tensione_V_neg -> E' il grafico dove mostro la tensione ASSOLUTA (riferita a terra) dei due capi della resistenza (rispettivamente nodo 3 e 4). Inoltre sotto mostro nel grafico inferiore anche la tensione DIFFERENZIALE (V4-V3), che invece è filtrata
La domanda ora che pongo agli esperti del forum è: come faccio a filtrare meglio la tensione anche quando negativa, in modo da attenuare meglio il PWM, e che quindi non generi disturbi alle apparecchiature elettriche circostanti?
Ci sono altre configurazioni di filtri passabasso che mi permettono un filtraggio "simmetrico"?
Grazie mille e buona giornata!
Albi