La mejor manera de hacerlo no es variando el voltaje, sino como lo señala, utilizando la modulación de ancho de pulso (PWM)
PWM envía una serie de pulsos con anchos variables. Si el pulso es ancho, significa que el circuito permanece encendido más tiempo, por lo que la almohadilla se calentará más. Si tiene pulsos estrechos, entonces se calentará menos. La cantidad de tiempo que el PWM está encendido se llama ciclo de trabajo.
La salida del pin PWM debe controlar un interruptor que enciende la alimentación de ese pad. Para esto, puede usar un transistor o un relé de estado sólido o incluso un IC más complicado. La almohadilla debe tener su propia fuente de alimentación. Conducir esa carga desde su Arduino es probablemente una mala idea.
Por lo tanto, su circuito hará que el Arduino encienda y apague la alimentación de la almohadilla térmica rápidamente.
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Entonces, querrás saber cuánto ciclo de trabajo necesitas. Para determinar esto, puede usar un sensor como un termistor o incluso un IC que mide la temperatura. El Arduino leerá este valor, lo comparará con el objetivo y ajustará el ciclo de trabajo en consecuencia.
El problema con este tipo de circuito es que puede haber algún retraso entre el momento en que el sensor recibe energía y el momento en que el sensor de temperatura lee el aumento de calor, por lo que la temperatura tenderá a sobrepasar el objetivo inicialmente, y puede variar abajo alrededor del objetivo.
Para resolver esto, se utiliza un algoritmo para medir la diferencia entre dónde está la temperatura y el objetivo. La cantidad de potencia se escala según lo cerca que esté, por lo que cuando se acerca al objetivo, el ciclo de trabajo disminuye (al igual que la forma en que podría disminuir su frenado al detenerse). El siguiente paso en la sofisticación es determinar la tasa de cambio y tenerlo en cuenta. Este tipo de algoritmo se llama PID (derivada integral integral).
La buena noticia es que esta es una tarea común para los microcontroladores, por lo que encontrará bibliotecas de software PID y ejemplos con una simple búsqueda. Busque el control de temperatura PID y encontrará todo lo que necesita para construir este tipo de circuito.