北虫草菌种1 简介
TEC模块俗称帕尔贴模块，是一种基于半导体技术的制冷制热器件，它的基本原理这里不深究，只讲一下如何利用TEC模块搭建超快速的温控系统，例如PCR温控系统。
2 TEC模块常识
TEC模块两面一般为陶瓷制品，其中印有字符的一面为制冷面，做温控时应将其贴合至需要温控的部件上。没有字符的一面为散热面，连接时应将其连接到散热片上。 图1
草地悠波球3 TEC模块温控的基本结构
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基于TEC模块的温控装置一般包括TEC模块、加热块、待温控件、散热片、隔热块、风扇、温度传感器、控制器和辅助部件等几个部分构成，基本结构件见图2、3所示(控制器、辅助部件未画出)。其中加热块与TEC模块、TEC模块与散热片之间通过导热硅脂连接。辅助部件主要包括温控腔体、辅助加热部件等构成，下面逐一描述下各个部件的用途和选择原理。
图2 TEC温控结构示意图
图3 TEC温控模块结构示意图
3.1 控制器及算法
控制器是整个温度控制的中心器件，主要工作包括实时获取温度数据、根据温度数据计算输出电压或电流和控制散热风扇等工作。其中散热风扇也可以不用控制。
图3 TEC控制器示意图
PID控制器是最常见的控制算法，原理是根据实际温度与设置温度之间的误差e来计算输出电压或电流，计算结果包含三个部分数据：
P：比例输出，值与误差e成正比。
I：积分输出，值与历次误差e的求和。
D: 微分输出，值与误差e的微分成正比。
关于PID算法相关的文章和著作很多，这里不深究。本人在调试PID温控中发现，常规的PID算法很容易出现因为积分饱和而超调和震荡的情况。而为了消除超调和震荡，需要降低I部分或P部分，使得到达稳定所需要的的时间会变长。而如果采用抗积分饱和的算法，则可以大大的改善这个情况。基本原理为：
当误差本来是正的，输出的信号还是正的，且输出大于最大输出值，则不计积分输出。当误差本来是正的，输出的信号是负的，则计入积分输出。反之亦然。
可以自己制作控制器，也可以购置商业化的控制器。目前市场上已有很多专用于TEC 控制的控制器可控选购，内置有PID控制。
全热交换机图4 TEC控制器
直线度测量3.2 TEC模块
TEC模块主要参数包括TEC体积尺寸、元器件个数、功率、最大电压、最大电流、电阻等参数。元器件个数越多功率越大。这里主要注意最大电压和最大电流，这两个的乘积便是功率。在TEC模块尺寸允许的情况下，尽量选择功率大点的，这样升降温速度可以更高。TEC模块两面一般为陶瓷制品，其中印有字符的一面为制冷面，做温控时应将其贴合至需要温控的部件上。没有字符的一面为散热面，连接时应将其连接到散热片上。在连线时，将红的连接至正极，黑的连接至负极。
图5 TEC模块与控制器的连接
3.3 加热块
加热块用于将热量从TEC传导至待温控件上。加热块越大，则加热块上温度分布越均匀，而同时热惯量越大，升降温越慢。因此在设计加热块时，需要根据待温控件的大小来合理设计。在我们所设计的PCR仪中，PCR芯片尺寸为30mmX80mm，所设计的加热块厚度为3mm，尺寸为50mmX100mm。加热块比温控件略大，尽量保证温控区域的温度均匀性。
在材料选择上，铜、铝是不错的导热材料，条件允许的话可以使用纯铜，导热效果极佳。另外，在加热块上应留有放置温度传感器的地方。并保证温度传感器深埋入加热块中，并通过导热硅脂将温度传感器和加热块之间的空隙充满。
3.4 温度传感器
温度传感器是检测温度的部件。目前常见的有热电阻、热电偶等，例如比较有名的PT100,PT1000等等，都是不错的温度传感器。在采集数据时，需要专门设计温度采集电路，将电阻或电势信号转变为单片机可获取的电压信号。
磁卡电表图6 PT1000温度传感器
3.5 散热片+风扇
对于TEC温控来说，散热片+风扇是必须要的装置，无论是升温还是降温。散热片+风扇的作用是散热，如果没有散热，则很容易烧坏TEC模块。散热片可采用铝制的散热片，也可以采用热管散热器。热管散热器具有更优异的散热性能。事实上，用于CPU 散热的散热器是个不错的选择，价格低，效果优异。当然，如果希望具有更快速的升降
温效果，可以考虑水冷。
图7 CPU用热管散热器
图8 水冷散热
3.6 隔热块
隔热垫的作用是将TEC的正、反面绝热。TEC的正反面如果存在热传递，会降低温控的升降温速率。
图9 隔热垫
3.7 辅助部件
辅助部件主要包括温控腔体和辅助加热部件。
