JPH01152655A - ペルチェ素子制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ペルチェ素子の一方の端子電圧を固定電位にしてそれに
冷却１発熱を生ぜしめるペルチェ素子制御回路に関し、 回路規模の縮小及び消費電力の削減の下での所期の温度
制御の達成を目的とし、 ペルチェ素子によって温度制御される被制御対象物の動
作温度の設定動作温度に対する偏差に応じて制御電圧発
生回路から発生される制御電圧で前記ベルチェ素子の駆
動電流を制御するペルチェ素子制御回路において、第１
の駆動電圧の給電端子と第３の駆動電圧の給電端子との
間に直列接続して第１及び第２のトランジスタを設け、
前記両トランジスタの接続点と第２の駆動電圧の給電端
子との間に前記ベルチェ素子を接続すると共に、前記第
１．第２及び第３の駆動電圧をこの順に高い電圧値とし
て設定し、制御電圧発生回路の出力で前記両トランジス
タの制御を行なうようにした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ベルチェ素子の一方の端子電圧を固定電位に
してそれに冷却９発熱を生ぜしめるペルチェ素子制御回
路に関する。

半導体素子等においては、その素子固有の特性として素
子の動作特性に温度依存性があるため、素子の動作を安
定化させるという観点から素子の周囲温度が変動しても
、その素子を設定動作温度で常に動作させるように素子
動作温度の安定化手段がその素子のために設けられてい
る。例えば、レーザダイオードを信号送信に用いる場合
に受信側での容易な受信を可能にし、伝送路長を延ばす
ために、周囲温度が変わってもレーザダイオードの動作
温度をベルチェ素子を用いて一定に保つようにしている
。

〔従来の技術〕

上述のようなレーザダイオードの動作温度制御のための
ペルチェ素子制御回路としては、第４図に示す如きもの
がある。この図において、ｌＯはベルチェ素子であり、
その構造は第６図に示す如き、この分野でよく知られた
構造のものである。

ベルチェ素子ｌＯはその構成金属Ａから構成金属Ｂに電
流が流れたとき吸熱し、電流の流れる向きが逆になると
き発熱するものである。そして、ベルチェ素子ｌＯによ
って温度制御される対象、例えばレーザダイオード１２
はベルチェ素子１０の熱授受面１０．上に固定されてい
る。又、その熱授受面１０＋上にサーミスタ１４が固定
されている。このサーミスタ１４は第５図に示すブリッ
ジ回路１６の１つの回路辺を構成している。ブリッジ回
路１６の端子１６Ａからレーザダイオード１２の設定動
作温度換算電圧（基準電圧）Ｖ□ｆが出力され、端子１
６．からレーザダイオード１２の動作温度換算電圧ｖ×
が出力される。

これらの両型圧Ｖｌ’！ｆ＋ＶＸは演算増幅器１８ｃ。

１８ｈへ供給される。レーザダイオード１２の動作温度
が設定動作温度より上昇し、電圧Ｖ、。、〉電圧■８と
なるとき、ＮＰＮ形トランジスタＴＲ１をオンにし、Ｎ
ＰＮ形トランジスタＴＲ３の導電度を温度制御目的の達
成値まで変える制御電圧が演算増幅器１８ｃから出力さ
れる。こうしてベルチェ素子１０に通電される電流は上
述の金属Ａから金属Ｂへのものであり、従ってレーザダ
イオード１２は冷却され、その動作温度は下降する。

この下降につれて前記制御電圧もベルチェ素子１０への
通電電流をレーザダイオード１２の設定動作温度におけ
る熱的平衡状態へ移行させ得る値の方へ変えられる。

逆に、レーザダイオード１２の動作温度が設定動作温度
より下がり、電圧ｖ０．〈電圧Ｖｘとなると、演算増幅
器１８．から制御電圧が発生される。この制御電圧はＮ
ＰＮ形トランジスタＴＲ２をオンにし、ＮＰＮ形トラン
ジスタＴＲ４の通電電流値を制御する。このようにして
ベルチェ素子１０に流れる電流の向きは上述の温度上昇
の場合と逆になるから、レーザダイオード１２は加熱さ
れ、その動作温度は上昇する。この場合の通電電流もベ
ルチェ素子１０の設定動作温度における熱的平衡状態へ
移行させ得る値の方へ変えられる（第７図参照）。

上述のような温度制御により、レーザダイオード１２は
その設定動作温度で動作することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この従来回路においては、ベルチェ素子１０に発熱機能
又は吸熱機能を生じさせるための通電電流の電流値制御
及び通電方向切替えに２個の演算“増幅器１８ｃ、１８
ｈと、４個のＮＰＮ形トランジスタＴＲＩ、ＴＲ２，Ｔ
Ｒ３，ＴＲ４を必要とするため、回路規模が大きくなり
、実装面積を多く必要とする。そして、切り替えられた
通電枝路には２個のトランジスタが介在するため、そこ
での電力消費があるばかりでなく、いずれの通電枝路が
形成される場合であったとしても、その通電枝路に抵抗
が介在させられてしまうためそこでの電力消費が不可避
的に生ずる。加えて、通電枝路に入る直列接続素子が多
いため、回路の駆動電圧を高くしなければならない。

本発明は、斯かる問題点に鑑みて創作されたもので、回
路規模の縮小及び消費電力の削減を図りつつ所期の温度
制御を達成し得るーペルチェ素子制御回路を提供するこ
とをその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。この図において、
２．４は第１の駆動電圧の給電端子５と第３の駆動電圧
の給電端子７との間に直列接続されて設けられた第１及
び第２のトランジスタである。１０はペルチェ素子であ
り、この素子１０は第１のトランジスタ２と第２のトラ
ンジスタ４との接続点３と第３の駆動電圧の給電端子９
との間に接続されている。そして、前記第１．第２及び
第３の駆動電圧はこの順に高い電圧値として設定される
。制御電圧発生回路２０の出力で前記両トランジスタ２
，４を制御するようにして本発明回路を構成した。制御
電圧発生回路２０は、被制御対象物の動作温度の設定動
作温度に対する変化方向及びその度合を表す制御電圧を
発生するものである。

〔作　用〕

被制御対象物の動作温度がその設定動作温度から変化す
ると、その変化方向とその度合を表す制御電圧が制御電
圧発生回路２０から発生される。

発生された制御電圧の極性によって決まる前記両トラン
ジスタ２又は４がオンに転ぜられると共にその導電度が
制御電圧値対応とされる。従って、トランジスタ２又は
４によって制御される駆動電流はペルチェ素子１０から
前記温度変化を元の状態へ引き戻らせる熱量が発生せし
められる。かくして、被制御対象物は、常にその設定動
作温度で動作することができる。

この温度制御を生ぜしめるのに、上述のところから明ら
かな如く通電の開始及び停止、並びにその通電量の制御
を１個のトランジスタで行なっていることに加えて、そ
の回路に従来のような抵抗を含まないので、消費電力の
低減となる。又、そのためのトランジスタを制御するの
に１つの制御電圧発生回路で足りることも加わって回路
規模の縮小となる。駆動電圧間に直列に入る素子数を少
なくするようにしているから、駆動電圧の低電圧化に役
立つ。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す。この図において、２
．はＮＰＮ形トランジスタで、４．はＰＮＰ形トランジ
スタであり、これらのトランジスタ２＋、４＋のエミッ
タは共通接続されてペルチェ素子１０の一方の端子に接
続されている。ＮＰＮ形トランジスタ２１のコレクタは
＋Ｖボルトの駆動電圧源へ接続され、ＰＮＰ形トランジ
スタ４、のコレクタは一■ボルトの駆動電圧源へ接続さ
れる一方、ペルチェ素子１０の他方の端子はアースされ
る。

２０、は制御電圧発生回路２０を構成する演算増幅器で
、その非反転入力に第５図に示すブリッジ回路１６の端
子１６ａが接続され、反転入力にブリッジ回路１６の端
子１６Ｂが接続されている。

演算増幅器２０１はペルチェ素子１０の設定動作温度に
おける熱的平衡状態においてその出力に０ボルトの電圧
が発生し、周囲温度が設定動作温度より上昇したとき正
の電圧が、周囲温度が設定動作温度より下降したとき負
の電圧が出力に発生するように構成されている。

このペルチェ素子制御回路の動作は次の通りである。

レーザダイオード１２の周囲温度が外気温の上昇等によ
り上昇したとすると、レーザダイオードｌ２の近傍にあ
って、その温度上昇に応動するサーミスタ１４の抵抗値
は減少し、基準電圧Ｖ　ｒ＊ｆ〉動作温度換算電圧■８
となるため、制御電圧発生回路２０．から前記温度上昇
を前記熱的平衡状態へ戻すに足りる正の電圧が出力され
る。この電圧により、ＮＰＮ形トランジスタ２．がオン
し、ベルチェ素子１０に冷却作用を奏せしめる方向の電
流がベルチェ素子１０に流れる。その電流の値はトラン
ジスタ２Ｉのベースに印加される電圧値によって決まる
。その電圧値はベルチェ素子１０に生じた冷却作用によ
りその温度降下が進むにつれて漸減し、成る一定値に落
ちつく。

逆に、レーザダイオード１２の動作温度が何らかの原因
により降下したとすると、この場合にはサーミスタ１４
の抵抗値は増大するから、動作温度換算電圧ｖｘ〉基準
電圧Ｖ　ｒａｔとなり、その温度降下を前記熱的平衡状
態へ戻すに足りる負の電圧が制御電圧発生回路２０．か
ら発生される。この負の電圧はＰＮＰ形トランジスタ４
．をオンさせるから、ベルチェ素子１０には加熱作用を
奏せしめる方向の電流が流れ、ベルチェ素子１０の動作
温度は次第に降下する。その場合のＰＮＰ形トランジス
タ４１のベースへ印加される電圧は、その極性を除けば
温度上昇の場合とほぼ同様の態様で発生される。

かくして、この回路により、レーザダイオード１２の動
作温度がその設定動作温度より上昇しても、又降下して
も、レーザダイオード１２の動作温度はその設定動作温
度に維持される。

この温度制御には、上述のところから明らかなように１
個の演算増幅器及び２個のトランジスタをその主要部と
して用いればよいので、構成素子数の削減及び消費電力
の低減の下で上述の温度制御を達成し得る。ベルチェ素
子１０の他方の端子をアースさせることは引出し線の削
減となる。

第３図は、他の実施例を示し、この実施例は、ベルチェ
素子１０に印加する固定動作電圧をアース電位から予め
決められた値だけ高く、＋ｖ、より低い電圧＋ｖ２ボル
トとし、これに伴ってＰＮＰ形トランジスタ４１のコレ
クタに印加される駆動電圧を−ｖＩボルトからアース電
位にすると共に、制御電圧発生回路２０□から発生する
制御電圧を上述の２つの駆動電圧レベルの変更に応じて
決まる値だけ変えられるという点に、第２図実施例との
差違がある。この差違は、制御電圧をアース電位により
も高い電圧として発生させればよいから、演算増幅器２
０ｇへの給電電圧は正側の電圧十ｖ１のみで足りる。

このような駆動電圧の変更は回路の動作にその本質的な
変更は少しも与えないので、この変更に伴う回路動作は
上述の説明を参照すれば容易に理解され得ると考えられ
るからその詳細な説明を繰り返さない。

［発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、ベルチェ素子への通
電開始、その停止、並びに通電量の制御を単一の素子で
行なうようにしたので、被制御対象物の温度制御に必要
な構成素子数が少なくて済み、その通電回路に抵抗を含
まないこととも相俟って消費電力も低減される。従って
、実装上にも有利性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の１つの実施例を示す図、第３図は本発
明の他の実施例を示す図、第４図は従来のペルチェ素子
制御回路を示す図、第５図は設定動作温度換算電圧及び
動作温度換算電圧の発生回路を示す図、 第６図はベルチェ素子の構造図、 第７図はベルチェ素子の制御特性曲線図である。 第１図乃至第３図において、 ２．４はトランジスタ（ＮＰＮ形トランジスタ２、　、
ＰＮＰ形トランジスタ４１）、 ５．７．９は給電端子、 １０はベルチェ素子、 ２０は制御電圧発生回路（演算増幅器２０１．２０□）
である。 ／１発日目の　原（甲種成品 第１図 ＋、１日目の　−寅方色例 第２図 本泥日月の棒の実施４列 第３図 第５図 〜ルチェ素÷の澗口五図 第６図 ／’ｅｌＬナエ１−）の制御枠凰−穆凹第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ペルチェ素子（１０）によって温度制御される被
   制御対象物の動作温度の設定動作温度に対する偏差に応
   じて制御電圧発生回路（２０）から発生される制御電圧
   で前記ペルチェ素子（１０）の駆動電流を制御するペル
   チェ素子制御回路において、 第１の駆動電圧の給電端子（５）と第３の駆動電圧の給
   電端子（７）との間に直列接続して第１及び第２のトラ
   ンジスタ（２、４）を設け、前記両トランジスタ（２、
   ４）の接続点（３）と第２の駆動電圧の給電端子（９）
   との間に前記ペルチェ素子（１０）を接続すると共に、
   前記第１、第２及び第３の駆動電圧をこの順に高い電圧
   値として設定し、制御電圧発生回路（２０）の出力で前
   記両トランジスタ（２、４）の制御を行なうことを特徴
   とするペルチェ素子制御回路。
2. （２）前記第２の駆動電圧はアース電位として与えられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のペルチ
   ェ素子制御回路。
3. （３）前記第２の駆動電圧は正の第１の駆動電圧とアー
   ス電位として与えられる第３の駆動電圧との間の予め設
   定された正の駆動電圧であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のペルチェ素子制御回路。