JPH0629579A

JPH0629579A - ペルチェ素子駆動回路

Info

Publication number: JPH0629579A
Application number: JP4183607A
Authority: JP
Inventors: Tomiyasu Sagane; 富保砂金
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】過大な放電電流を回路素子に流すことなく回路
素子の劣化を防止することのできるペルチェ素子駆動回
路を提供する。【構成】電源１とペルチェ素子２との間に発熱駆動部３
及び吸収駆動部４を設け、発熱駆動部３は、コイルＬ
１、第１のスイッチ素子１１、第２のスイッチ素子１
２、コンデンサＣ１で構成され、吸収駆動部４は、コイ
ルＬ２、第３のスイッチ素子１３、第４のスイッチ素子
１４、コンデンサＣ２で構成され、第１ないし第４のス
イッチング素子１１〜１４は内部ダイオードＤを有しか
つ第１及び第３のスイッチ素子１１，１３と第２及び第
４のスイッチ素子１２，１４とが相補的に動作し第２又
は第３のスイッチ素子１２，１３がオフ動作するとき内
部ダイオードＤがオン動作するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流を流すことで発熱
または熱吸収を行なうペルチェ素子を駆動するためのペ
ルチェ素子駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ペルチェ効果とは、２種の金属又は金属
と半導体とを接続してこれに電流を流すことにより、接
合点でジュール熱以外に熱の発生または吸収が起こるこ
とをいう。このようなペルチェ効果が起こる物質をペル
チェ素子というが、熱の発生または吸収は、電流を順方
向または逆方向に変えることにより起こる。

【０００３】例えばＮ型半導体に金属を接続して外部の
電源を用いて電流を流すと接合点で発熱または吸収が起
こる。このようなペルチェ効果は例えば電子冷却に利用
されている。このようなペルチェ素子に電流を流すため
の従来のペルチェ素子駆動回路の一例の構成を図６に示
す。

【０００４】図６に示すペルチェ素子駆動回路はバック
型コンバータからなっていて、直流電源１の一端に電界
効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）１のドレイ
ンを接続し、ＦＥＴ１のソースにダイオードＤ５のカソ
ードを接続している。ダイオードＤ５のアノードを直流
電源１の他端に接続している。

【０００５】コイルＬ１の一端に前記ＦＥＴ１のソース
を接続し、コイルＬ１の他端にペルチェ素子２、ＦＥＴ
２のドレイン、コンデンサＣ１の一端を接続している。
ＦＥＴ２のソース、コンデンサＣ１の他端は直流電源１
に接続している。

【０００６】ペルチェ素子２の他端にコンデンサＣ２、
ＦＥＴ３のドレイン、コイルＬ２の一端を接続してい
る。コイルＬ２の他端にダイオードＤ６のカソード及び
ＦＥＴ４のソースを接続し、ＦＥＴ４のドレインを直流
電源１の一端に接続している。コンデンサＣ２の他端、
ＦＥＴ３のソース、ダイオードのアノードは直流電源１
の他端に接続している。

【０００７】なお、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のそれぞれのゲ
ートＧ１〜Ｇ４にゲート電圧が印加されてＦＥＴがオン
・オフ動作するようになっている。また、ＦＥＴ１，Ｆ
ＥＴ３とＦＥＴ２，ＦＥＴ４とは、一方がオン動作して
いるときには他方がオフ動作する、すなわち、相補的に
動作するようになっている。また、それぞれのＦＥＴ１
〜４は、内部にダイオードＤ１〜Ｄ４を有している。

【０００８】図７は従来例の動作を説明するための図で
ある。図６及び図７を参照して従来例の動作を説明す
る。（１）まず、発熱モードにおいては、ＦＥＴ１のゲート
Ｇ１及びＦＥＴ３のゲートＧ３に図示しないゲート電圧
を印加してＦＥＴ１及びＦＥＴ３をオン動作させる。な
お、ＦＥＴ２，ＦＥＴ４はオフ動作させておく。

【０００９】すると、直流電源１からＦＥＴ１，コイル
Ｌ１，コンデンサＣ１までの閉ループが形成され、電流
が流れてコンデンサＣ１に充電される。また、これと同
時に、直流電源１とペルチェ素子２，ＦＥＴ３の閉ルー
プが形成され、ペルチェ素子２に順電流が流れるので、
発熱が起こる。（２）一方、吸収モードにおいては、ＦＥＴ２のゲート
Ｇ２及びＦＥＴ４のゲートＧ４に図示しないゲート電圧
を印加してＦＥＴ２及びＦＥＴ４をオン動作させる。な
お、ＦＥＴ１，ＦＥＴ３はオフ動作させておく。

【００１０】すると、直流電源１からＦＥＴ４，コイル
Ｌ２，コンデンサＣ２までの閉ループが形成され、電流
が流れてコンデンサＣ２に充電される。また、これと同
時に、直流電源１とペルチェ素子２，ＦＥＴ２の閉ルー
プが形成され、ペルチェ素子２に逆電流が流れるので、
熱の吸収が起こる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バックコンバータを採用した回路構成にあっては、次の
ように問題があった。すなわち、発熱モードから吸収モ
ードに切り替わるとき、ＦＥＴ２をオン動作させるが、
発熱モード時にコンデンサＣ１に蓄積された電荷がＦＥ
Ｔ２を過大な放電電流として流れるため、ＦＥＴ２が劣
化あるいは損傷する虞れがあった。

【００１２】また、吸収モードから発熱モードに切り替
わるとき、ＦＥＴ３をオン動作させるが、吸収モード時
にコンデンサＣ２に蓄積された電荷がＦＥＴ３を過大な
放電電流として流れるため、ＦＥＴ３が劣化あるいは損
傷する虞れがあった。

【００１３】このようにＦＥＴ２，ＦＥＴ３などに過大
なストレスを与え、これらの素子が劣化する虞れがある
ため、回路の信頼性が低下していた。本発明は、このよ
うな点に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、過大な放電電流を回路素子に流すことなく回路素子
の劣化を防止することのできるペルチェ素子駆動回路を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し目的を達成するために下記の構成とした。図１は本
発明の原理図である。図１に示すように、電源１とペル
チェ素子２の一端との間に接続され電流を流すことでペ
ルチェ素子２の発熱を起こさせる発熱駆動部３、電源１
とペルチェ素子２の他端との間に接続され電流を流すこ
とでペルチェ素子２の熱吸収を起こさせる吸収駆動部４
を備えている。

【００１５】前記発熱駆動部３は、電源１の一端にコイ
ルＬ１の一端を接続しコイルＬ１の他端に第１のスイッ
チ素子１１と第２のスイッチ素子１２の一端を接続し第
２のスイッチ素子１２の他端に前記ペルチェ素子２を接
続しかつコンデンサＣ１の一端を接続し第１のスイッチ
素子１１の他端とコンデンサＣ１の他端を電源１の他端
に接続して構成される。

【００１６】前記吸収駆動部４は、電源１の一端にコイ
ルＬ２の一端を接続しコイルＬ２の他端に第３のスイッ
チ素子１３と第４のスイッチ素子１４の一端を接続し第
３のスイッチ素子１３の他端に前記ペルチェ素子２を接
続しかつコンデンサＣ２の一端を接続し第４のスイッチ
素子１４の他端とコンデンサＣ２の他端を電源１の他端
に接続して構成される。

【００１７】前記第１ないし第４のスイッチング素子１
１〜１４は、内部にダイオードＤを有し、かつ第１及び
第３のスイッチ素子１１，１３と第２及び第４のスイッ
チ素子１２，１４とが相補的に動作し、前記第２又は第
３のスイッチ素子１２，１３がオフ動作するとき内部の
ダイオードＤがオン動作するよう構成する。

【００１８】より好適には以下のようにするのが望まし
い。すなわち、前記第１及び第４のスイッチ素子１１，
１４をＮチャネルＦＥＴとし、前記第２及び第３のスイ
ッチ素子１２，１３をＰチャネルＦＥＴとして構成して
もよい。

【００１９】また、前記第１及び第４のスイッチ素子１
１，１４をＰチャネルＦＥＴとし、前記第２及び第３の
スイッチ素子１２，１３をＮチャネルＦＥＴとして構成
してもよい。

【００２０】

【作用】本発明によれば、まず、発熱モードでは、第１
及び第３のスイッチ素子１１，１３をオン動作し、第２
及び第４のスイッチ素子１２，１４をオフ動作する。発
熱駆動部３において、電源１からコイルＬ１，第１のス
イッチ素子１１に電流が流れ、かつコイルＬ１から第２
のスイッチ素子１２の内部ダイオードＤを介してコンデ
ンサＣ１に電流が流れコンデンサＣ１に充電される。

【００２１】また、これと同時にコイルＬ１，第２のス
イッチ素子１２，ペルチェ素子２、第３のスイッチ素子
１３，コイルＬ２の閉ループが形成され、ペルチェ素子
２に順電流が流れるので、発熱が起こる。

【００２２】そして、発熱モードから吸収モードに切り
替わるとき、第２及び第４のスイッチ素子１２，１４を
オン動作し、第１及び第３のスイッチ素子１１，１３を
オフ動作すると、発熱モード時にコンデンサＣ１に蓄積
された電荷はスイッチ素子に流れないので、これらの素
子が劣化することがなくなる。

【００２３】一方、吸収モードでは、第２及び第４のス
イッチ素子１２，１４をオンし、第１及び第３のスイッ
チ素子１１，１３をオフ動作する。電源１からコイルＬ
２，第４のスイッチ素子１４に電流が流れ、かつコイル
Ｌ２から第３のスイッチ素子１３の内部ダイオードＤ，
ペルチェ素子２を介してコンデンサＣ２に電流が流れコ
ンデンサＣ２に充電される。

【００２４】また、これと同時にコイルＬ２，第３のス
イッチ素子１３，ペルチェ素子２と、第２のスイッチ素
子１２，コイルＬ１の閉ループが形成され、ペルチェ素
子２に逆電流が流れるので、熱の吸収が起こる。

【００２５】そして、吸収モードから発熱モードに切り
替わるとき、第１及び次第３のスイッチ素子１１，１３
をオン動作し、第２及び第４のスイッチ素子１２，１４
をオフ動作すると、吸収モード時にコンデンサＣ２に蓄
積された電荷はスイッチ素子に流れないので、発熱モー
ドと同様の効果を奏する。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を説明する。＜実施例１＞図２は本発明の実施例１の構成図である。
図７に示す従来の一例と同一部分については、同一符号
を付してその詳細な説明は省略する。図２に示すペルチ
ェ素子駆動回路はブースト回路から構成されている。

【００２７】ペルチェ素子駆動回路は、直流電源１、ペ
ルチェ素子２、電源１とペルチェ素子２の一端との間に
接続され電流を流すことでペルチェ素子２の発熱を起こ
させる発熱駆動部３、電源１とペルチェ素子２の他端と
の間に接続され電流を流すことでペルチェ素子２の熱吸
収を起こさせる吸収駆動部４を備えている。

【００２８】発熱駆動部３は、つぎのように構成され
る。直流電源１の一端にコイルＬ１の一端を接続し、コ
イルＬ１の他端をＮチャネル電界効果トランジスタ（以
下、ＦＥＴＮ１という。）のドレインに接続している。
ＦＥＴＮ１のソースを直流電源１の他端に接続してい
る。

【００２９】また、コイルＬ１の他端にＰチャネル電界
効果トランジスタ（以下、ＦＥＴＰ２という。）のドレ
インを接続し、ＦＥＴＰ２のドレインにペルチェ素子
２、コンデンサＣ１の一端を接続している。コンデンサ
Ｃ１の他端は直流電源１に接続している。

【００３０】吸収駆動部４は、次のように構成される。
ペルチェ素子２の他端にコンデンサＣ２の一端、Ｐチャ
ネル電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴＰ３とい
う。）のソースを接続している。ＦＥＴＰ３のドレイン
にコイルＬ２の一端とＮチャネル電界効果トランジスタ
（以下、ＦＥＴＮ４という。）のドレインを接続してい
る。

【００３１】ＦＥＴＮ４のソースを直流電源１の他端に
接続し、コイルＬ２の他端を直流電源１の一端に接続し
ている。なお、ＦＥＴＮ１〜ＦＥＴＰ４のそれぞれのゲ
ートＧ１〜Ｇ４に図示しないゲート電圧が印加されてＦ
ＥＴがオン・オフ動作するようになっている。また、Ｆ
ＥＴＮ１及びＦＥＴＰ３とＦＥＴＮ２及びＦＥＴＰ４と
は、一方がオン動作しているときには他方がオフ動作す
る、すなわち、相補的に動作するようになっている。さ
らに、ＦＥＴＮ１〜ＦＥＴＰ４のそれぞれは内部にダイ
オードＤ１〜Ｄ４を有している。

【００３２】図３は実施例の動作を説明するための図で
ある。図２及び図３を参照して実施例の動作を説明す
る。＜発熱モード時＞まず、発熱モードにおいては、ＦＥＴ
Ｎ１のゲートＧ１及びＦＥＴＰ３のゲートＧ３に図示し
ないゲート電圧を印加してＦＥＴＮ１及びＦＥＴＰ３を
オン動作させる。なお、ＦＥＴＰ２，ＦＥＴＮ４はオフ
動作させておく。

【００３３】すると、直流電源１からコイルＬ１，ＦＥ
ＴＮ１に電流が流れるとともに、コイルＬ１からＦＥＴ
Ｐ２の内部ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に電
流が流れてコンデンサＣ１に充電される。

【００３４】また、これと同時に、コイルＬ１，ＦＥＴ
Ｐ２，ペルチェ素子２，ＦＥＴＰ３，コイルＬ２の閉ル
ープが形成され、ペルチェ素子２に順電流が流れるの
で、発熱が起こる。

【００３５】ここで、発熱モードから吸収モードに切り
替わるとき、ＦＥＴＰ２及びＦＥＴＮ４をオン動作さ
せ、ＦＥＴＮ１及びＦＥＴＰ３をオフ動作させる。この
場合には、ＦＥＴＮ１がオフしているため、発熱モード
時にコンデンサＣ１に蓄積された電荷はＦＥＴＰ２を介
してＦＥＴＮ１に流れない。また、コイルＬ１，ＦＥＴ
Ｐ２のループには直流電源１があるので、コンデンサＣ
１に蓄積された電荷はこのループに電流が流れることは
ない。

【００３６】従って、ＦＥＴＮ１及びＦＥＴＰ２には過
大な電流が流れなくなるので、これらの素子が劣化する
ことがなくなり、回路の信頼性質が向上する。＜吸収モード時＞一方、吸収モードにおいては、ＦＥＴ
Ｐ２のゲートＧ２及びＦＥＴＮ４のゲートＧ４に図示し
ないゲート電圧を印加してＦＥＴＰ２及びＦＥＴＮ４を
オン動作させる。なお、ＦＥＴＮ１，ＦＥＴＰ３はオフ
動作させておく。

【００３７】直流電源１からコイルＬ２，ＦＥＴＮ４に
電流が流れるとともに、コイルＬ２からＦＥＴＰ３の内
部ダイオードＤ３を介してコンデンサＣ２に電流が流れ
てコンデンサＣ２に充電される。

【００３８】また、これと同時に、コイルＬ２，ＦＥＴ
Ｐ３，ペルチェ素子２，ＦＥＴＰ２，コイルＬ１の閉ル
ープが形成され、ペルチェ素子２に逆電流が流れるの
で、熱の吸収が起こる。

【００３９】ここで、吸収モードから発熱モードに切り
替わるとき、ＦＥＴＮ１及びＦＥＴＰ３をオン動作さ
せ、ＦＥＴＰ２及びＦＥＴＮ４をオフ動作させる。この
場合には、ＦＥＴＮ４がオフしているため、吸収モード
時にコンデンサＣ２に蓄積された電荷はＦＥＴＰ３を介
してＦＥＴＮ４に流れない。また、コイルＬ２，ＦＥＴ
Ｐ３のループには直流電源１があるので、コンデンサＣ
２に蓄積された電荷はこのループに電流が流れることは
ない。

【００４０】従って、ＦＥＴＮ４及びＦＥＴＰ３には過
大な電流が流れなくなるので、これらの素子が劣化する
ことがなくなり、回路の信頼性質が向上する。＜実施例２＞図４は本発明の実施例２の構成図、図５は
実施例２の動作を説明するための図である。実施例２が
実施例１に対して異なる点は、直流電源１の極性を逆と
し、ＦＥＴＮ１の代わりにＦＥＴＦＥＴＰ１を用いて、
ＦＥＴＰ２の代わりにＦＥＴＮ２を用いて構成される。
また、ＦＥＴＰ３の代わりにＦＥＴＮ３を用いて、ＦＥ
ＴＮ４の代わりにＦＥＴＰ４を用いて構成される。

【００４１】さらに、ダイオードＤ１〜Ｄ４の向きも実
施例１の向きに対して逆向きとしている。なお、図５に
示すように、それぞれのＦＥＴの相補的な動作について
は、図３に示す実施例１の動作と同様であり、以下に動
作を説明する。＜発熱モード＞ＦＥＴＰ１及びＦＥＴＮ３をオン動作さ
せ、ＦＥＴＮ２，ＦＥＴＰ４はオフ動作させると、直流
電源１からＦＥＴＰ１，コイルＬ１に電流が流れるとと
もに、コンデンサＣ１，ＦＥＴＮ２の内部ダイオードＤ
１，コイルＬ１に電流が流れてコンデンサＣ１に充電さ
れる。ここではコンデンサＣ１の下電極が正極にチャー
ジされる。

【００４２】また、これと同時に、コンデンサＣ１，ペ
ルチェ素子２，ＦＥＴＮ３，コイルＬ２の閉ループが形
成され、ペルチェ素子２に順電流が流れるので、発熱が
起こる。

【００４３】ここで、発熱モードから吸収モードに切り
替わるとき、ＦＥＴＮ２及びＦＥＴＰ４をオン動作さ
せ、ＦＥＴＰ１及びＦＥＴＮ３をオフ動作させる。この
場合には、ＦＥＴＰ１がオフしているため、発熱モード
時にコンデンサＣ１に蓄積された電荷はＦＥＴＮ２を介
してＦＥＴＰ１に流れない。

【００４４】従って、ＦＥＴＰ１及びＦＥＴＮ２には過
大な電流が流れなくなるので、これらの素子が劣化する
ことがなくなり、回路の信頼性質が向上する。＜吸収モード時＞一方、吸収モードにおいては、ＦＥＴ
Ｎ２及びＦＥＴＰ４をオン動作させ、ＦＥＴＰ１，ＦＥ
ＴＮ３をオフ動作させると、直流電源１からＦＥＴＰ
４，コイルＬ２に電流が流れるとともに、コンデンサＣ
２からＦＥＴＮ３の内部ダイオードＤ３を介してコイル
Ｌ２に電流が流れてコンデンサＣ２に充電される。

【００４５】また、これと同時に、コンデンサＣ２，ペ
ルチェ素子２，ＦＥＴＮ２，コイルＬ１の閉ループが形
成され、ペルチェ素子２に逆電流が流れるので、熱の吸
収が起こる。

【００４６】ここで、吸収モードから発熱モードに切り
替わるとき、ＦＥＴＰ１及びＦＥＴＮ３をオン動作さ
せ、ＦＥＴＮ２及びＦＥＴＰ４をオフ動作させる。この
場合には、ＦＥＴＰ４がオフしているため、吸収モード
時にコンデンサＣ２に蓄積された電荷はＦＥＴＮ３を介
してＦＥＴＰ４に流れない。

【００４７】従って、ＦＥＴＮ４及びＦＥＴＰ３には過
大な電流が流れなくなるので、これらの素子が劣化する
ことがなくなり、回路の信頼性質が向上する。よって、
実施例２の構成であっても、発熱モード時及び吸収モー
ド時において、実施例１と同様な効果が得られる。

【００４８】なお、本発明は実施例１及び実施例２に限
定されるものではない。実施例では、ＦＥＴを用いた
が、例えばスイッチング・トランジスタを用いて、この
スイッチング・トランジスタの両端にダイオードを接続
して構成するようにしても実施例と同様な効果が得られ
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、発熱モードから吸収モ
ードに切り替わるとき、第２及び第４のスイッチ素子１
２，１４をオン動作し、第１及び第３のスイッチ素子１
１，１３をオフ動作すると、発熱モード時にコンデンサ
Ｃ１に蓄積された電荷はスイッチ素子に流れないので、
これらの素子が劣化しなくなる。また、吸収モードから
発熱モードに切り替わるとき、第１及び第３のスイッチ
素子１１，１３をオン動作し、第２及び第４のスイッチ
素子１２，１４をオフ動作すると、吸収モード時にコン
デンサＣ２に蓄積された電荷はスイッチ素子に流れない
ので、発熱モードと同様の効果を奏する。

【００５０】よって、素子に過大な負担がかからないた
め、回路の信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の実施例１の構成図である。

【図３】実施例１の動作を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例２の構成図である。

【図５】実施例２の動作を説明するための図である。

【図６】従来のペルチェ素子駆動回路の一例の構成図で
ある。

【図７】従来例の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１・・電源２・・ペルチェ素子３・・発熱駆動部４・・吸収駆動部ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４・・電界効果トランジスタＦＥＴ２Ｐ，ＦＥＴ４Ｐ・・Ｐチャネル電界効果トラン
ジスタＦＥＴ１Ｎ，ＦＥＴ３Ｎ・・Ｎチャネル電界効果トラン
ジスタＤ１〜Ｄ４・・ダイオードＣ１〜Ｃ２・・コンデンサＬ１，Ｌ２・・コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源（１）とペルチェ素子（２）の一端
との間に接続され電流を流すことでペルチェ素子（２）
の発熱を起こさせる発熱駆動部（３）と、前記電源
（１）とペルチェ素子（２）の他端との間に接続され電
流を流すことでペルチェ素子（２）の熱吸収を起こさせ
る吸収駆動部（４）とを備え、前記発熱駆動部（３）は、電源（１）の一端にコイルＬ
１の一端を接続しコイルＬ１の他端に第１のスイッチ素
子（１１）と第２のスイッチ素子（１２）の一端を接続
し第２のスイッチ素子（１２）の他端に前記ペルチェ素
子（２）を接続しかつコンデンサＣ１の一端を接続し第
１のスイッチ素子（１１）の他端とコンデンサＣ１の他
端を電源（１）の他端に接続して構成され、前記吸収駆動部（４）は、電源（１）の一端にコイルＬ
２の一端を接続しコイルＬ２の他端に第３のスイッチ素
子（１３）と第４のスイッチ素子（１４）の一端を接続
し第３のスイッチ素子（１３）の他端に前記ペルチェ素
子（２）を接続しかつコンデンサＣ２の一端を接続し第
４のスイッチ素子（１４）の他端とコンデンサＣ２の他
端を電源（１）の他端に接続して構成され、前記第１ないし第４のスイッチング素子（１１〜１４）
は、内部にダイオードＤを有し、かつ第１及び第３のス
イッチ素子（１１，１３）と第２及び第４のスイッチ素
子（１２，１４）とが相補的に動作し、前記第２又は第
３のスイッチ素子（１２，１３）がオフ動作するとき内
部のダイオードＤがオン動作することを特徴とするペル
チェ素子駆動回路。