9. TEC 제어기 — 양방향 전류가 전부다 · 유박사의 mRNA 백신 합성기 메카니즘 첫걸음

8강에서 “전류를 뒤집으면 식는다” 고 했습니다. 그런데 전류를 뒤집을 줄 아는 회로가 따로 있어야 합니다. 이것이 초보자가 가장 자주 걸려 넘어지는 자리입니다.

제어 전략을 바꿔 보세요. ‘받침 먼저’ 가 왜 빠른지 곡선으로 보입니다.

불러오는 중…

살 수 있는 TEC 제어기

부품	능력	양방향?	값
Meerstetter TEC-1091	±4 A / ±21 V · PID 자동조정 · PT1000 직접 입력	✅	310 CHF (약 $350)
Meerstetter TEC-1123	2채널 × (±16 A / ±30 V)	✅	865 CHF (약 $970)
Wavelength WTC32ND	2.2 A · 가열/냉각 한계 따로 설정	✅	$104
Wavelength PTC10K-CH	±10 A · 4.5~30 V	✅	$405 (6개 이상)
Pololu VNH5019 #1451	5.5~24 V · 12 A 연속 / 30 A 순간	✅ 진짜 H-브리지	$19.95
BTS7960 / IBT-2 보드	듀얼 하프브리지	✅	약 $5~12 (미확인)
“Peltier PWM” 조광기 보드	MOSFET 1개	❌ 안 된다	—

강의용으로는 Meerstetter TEC-1091 이 특히 어울립니다 — PT1000 을 그대로 꽂을 수 있어서 논문의 센서 선택(→ 10강)과 정확히 맞물리고, PID 자동조정이 있어 학생이 튜닝에 시간을 덜 씁니다. 값을 아끼려면 VNH5019 + 아두이노 PID 로도 충분히 배웁니다.

받침을 목표보다 더 세게 몰아붙였다가 되돌리면 액체가 빨리 도착합니다. 제어기가 설정값을 바꿔 가며 굴릴 수 있어야 가능한 방식입니다.

Python 브라우저에서 실행

# '받침 먼저, 액체 나중' 이 왜 빠른가 — 두 전략을 나란히 굴려 본다.
import numpy as np

T_liq, T_ped = 95.0, 95.0        # 지금 95 °C, 58 °C 로 내려야 한다
target = 58.0
tau = 12.0                        # 받침→액체 열전달 시간상수 (초, 가정)
ped_rate = 4.0                    # 받침 자체가 움직일 수 있는 속도 °C/s (가정)

def run(overshoot):
    """overshoot=0 이면 받침을 바로 58 로. >0 이면 더 아래로 몰아붙였다 되돌린다."""
    tl, tp, t = T_liq, T_ped, 0.0
    setp = target - overshoot
    while tl > target + 0.3 and t < 300:
        tp += np.clip(setp - tp, -ped_rate * 0.1, ped_rate * 0.1)
        tl += (tp - tl) / tau * 0.1
        if tl < target + 2 and setp < target:
            setp = target        # 액체가 거의 다 왔으면 받침을 목표로 되돌린다
        t += 0.1
    return t

for ov in (0, 5, 10, 20):
    print("받침을 목표보다 %2d °C 더 몰아붙이면 → 58 °C 도달까지 %5.1f 초" % (ov, run(ov)))
print()
print("이것이 논문이 'pedestal-first liquid-next' 라고 부른 전략이다.")
print("주의: 너무 많이 몰아붙이면 액체가 목표 아래로 지나쳐 버린다(언더슛).")

🤔 확인 문제

펠티에로 데우고 식히기를 번갈아 하려면 제어 회로에 반드시 있어야 하는 것은?

🤔 확인 문제

‘받침 먼저, 액체 나중’ 전략을 쓰려면 제어기에 무엇이 필요한가?