【经验】使用半导体制冷片XLT2418的96孔PCR仪温度均一性问题分析

时间： 2020-01-04 来源：世强

随着人们对健康越来越重视，PCR仪的使用也越来越普遍，医疗疾病筛查、养殖业疾病防控等，都需要及时使用PCR仪进行疾病检查，对准确率要求很高。96孔PCR仪目前最主要的问题是通过提高温度均一性，提高筛查的准确性，而制约温度均一性的因素很多，本文以使用半导体制冷片 XLT2418的PCR仪为例，分析可能影响PCR仪的均一性的因素。

如下图PCR仪外观示意图如下左图，其升降温核心结构如下右图。

PCR试剂反应在光纤板，TEC负责给光纤板加热或降温，96孔一般由6片完成内阻匹配的XLT2418组成，散热器负责将TEC产生的热量及时扩散的空气中，保证TEC热面温度处于合适范围。

温度均一性问题主要是光纤板的温度均一性问题，产生温度均一性问题的最本质原因是TEC的发热不均匀，有TEC的数学吸热模型Qc=αNP T1 I – 0.5I2R – k（T2 – T1），影响其发热的是不同TEC的冷热面温度T1/T2计内阻ACR。XLT2418的主要性能参数如下图所示。

通过内阻匹配，同一组的不同XLT2418的内阻误差约为0.01Ω，在10A的工作电流时，其工作产生的功率误差约0.5w，产生的功率误差经过光纤板热传导均热，对温度均一性影响很小。而不经过内阻匹配的TEC，内阻误差最高达10%以上，不同TEC之间的发热功率误差高达5w以上，对光纤板不同区域的温差是致命的，所以，选用多块TEC进行装配时，同一组的TEC一定要进行内阻匹配。

另外的一个问题就是T1/T2，T1是冷面温度，即光纤板面的温度，是需要控制的目标温度，误差相对较小，而T2的温度，直接取决于散热器的温度均一性，而k的值不同的TEC会有区别，XLT2418取1w/℃，如不同TEC的温度差达到10℃，可能导致不同TEC之间的制热或制冷功率误差大10W，这个影响不言而喻，一定要找到专业的热仿真团队设计出更精确的散热器。世强代理的爱美达（AAVID）是世强热设计方案的领导者，在深入了解设计需求的情况下，能设计出完美的散热方案。

影响温度均一性最根本的问题基本解决了之后，还有一些方式，可以更好的改善均一性问题，比如在光纤板与TEC之间增加导热石墨片进行均热，一定程度上弥补均一性问题，在TEC与散热器之间增加均热板（VC），也可以提高散热器的均热性能。

综上，PCR仪均热问题的解决，是系统性的，必须把控全局，Marlow TEC+AAVID 热设计能够帮你设计出更具性能优势的产品。

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全部评论（1）

用户38186887 Lv4 2020-06-22

PCR热循环快速升降温。要求尺寸在30*30mm以内，6℃/S升温。4-5℃/S降温，有没有合适的解决方案？谢谢
- 大王小王_世强回复：你好，PCR仪温循环，可推荐II-VI Marlow医疗用的半导体制冷片XLT系列，按如上要求可推荐XLT2422，XLT2416等，可达上10万次以上的循环，具体链接可见：【选型】II-VI Marlow（马洛）医疗标准产品选型指南
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