🧊 Проект: ШИМ-регулировка мощности термоэлектрического модуля Пельтье через MOSFET

Элемент Пельтье (TEC1) при пропускании через него тока одновременно охлаждает одну сторону и нагревает другую — без движущихся частей и без фреона, в отличие от обычного холодильника. Модуль потребляет несколько ампер, поэтому включать его напрямую через пин Arduino невозможно — питание переключает MOSFET-модуль, а Arduino лишь плавно задаёт мощность через ШИМ.

Как это работает

Внутри элемента Пельтье — множество последовательно соединённых термопар на основе полупроводников p- и n-типа. Ток, проходящий через эти переходы, переносит тепловую энергию с одной стороны пластины на другую (эффект Пельтье): одна сторона заметно охлаждается, другая — нагревается на ту же величину энергии плюс тепло от собственного электрического сопротивления элемента. Поменяв полярность питания, можно поменять местами холодную и горячую стороны — в этом проекте полярность не переключается, рассматривается работа только в одном, заранее выбранном направлении.

MOSFET-модуль работает как электронный переключатель с управлением логическим уровнем: небольшое напряжение на затворе (из пина Arduino) полностью открывает канал между истоком и стоком, пропускающий много ампер силовой цепи. Подавая на затвор не просто HIGH/LOW, а ШИМ-сигнал (быстро мигающий с разной "скважностью"), можно регулировать среднюю мощность, доходящую до нагрузки, — чем больше доля времени, когда MOSFET открыт, тем сильнее охлаждение/нагрев.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

Элемент Пельтье обязательно нужно установить на радиатор с горячей стороны (и желательно обеспечить обдув) — без отвода тепла горячая сторона быстро перегреется, КПД резко упадёт, а сам элемент может выйти из строя.
MOSFET-модуль: сигнальный вход (PWM/SIG) → D9 Arduino (ШИМ-способный пин), VCC логики → 5V, GND → GND.
Силовую цепь элемента Пельтье подключайте через силовые контакты MOSFET-модуля от отдельного источника питания достаточной мощности (не от самого Arduino) — ток элемента Пельтье обычно несколько ампер, что выходит за пределы возможностей USB-питания Arduino.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему.

const int MOSFET_PIN = 9; // ШИМ-способный пин

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // плавно увеличиваем мощность с 0 до максимума
  for (int power = 0; power <= 255; power += 5) {
    analogWrite(MOSFET_PIN, power);
    Serial.print("Мощность: ");
    Serial.print(map(power, 0, 255, 0, 100));
    Serial.println(" %");
    delay(200);
  }

  delay(5000); // держим на максимуме некоторое время

  // и плавно снижаем обратно до нуля
  for (int power = 255; power >= 0; power -= 5) {
    analogWrite(MOSFET_PIN, power);
    delay(200);
  }

  delay(5000);
}

Дополнительных библиотек не требуется — только встроенный `analogWrite()`. Плавное нарастание мощности в примере показывает принцип управления; для реального термостата мощность стоит привязать не к фиксированной программе, а к показаниям датчика температуры (см. "Как улучшить проект" ниже).

Частые проблемы

Элемент заметно нагревается с обеих сторон вместо охлаждения одной — проверьте, что горячая сторона действительно отводит тепло через радиатор; без охлаждения горячей стороны перепад температур быстро исчезает.
MOSFET сильно греется — убедитесь, что используется логический ШИМ-уровень, совместимый с 5V Arduino (есть MOSFET-модули, рассчитанные именно под такое управление), и что силового питания достаточно для нагрузки.
Эффект охлаждения почти не ощущается — элемент Пельтье довольно неэффективен энергетически; для заметного эффекта нужны качественный радиатор и обдув именно горячей стороны, а не просто "воткнуть и подать питание".
От Arduino питается и сам элемент Пельтье — всё виснет/перезагружается — силовую цепь элемента нужно питать от отдельного мощного источника, а не от того же USB-порта, что и Arduino.

Как улучшить проект

Добавить датчик температуры (например, DS18B20) на холодную сторону и автоматически регулировать ШИМ-мощность для поддержания заданной температуры — получится настоящий термостат, а не ручная программа.
Добавить вентилятор на радиатор горячей стороны, управляемый тем же или отдельным MOSFET-каналом.
Использовать H-мост вместо одного MOSFET, чтобы иметь возможность программно менять полярность и переключать элемент между охлаждением и нагревом одной и той же стороны.