JPH07295659A - Peltier element drive circuit - Google Patents

Peltier element drive circuit

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JPH07295659A
JPH07295659A JP10626094A JP10626094A JPH07295659A JP H07295659 A JPH07295659 A JP H07295659A JP 10626094 A JP10626094 A JP 10626094A JP 10626094 A JP10626094 A JP 10626094A JP H07295659 A JPH07295659 A JP H07295659A
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JP
Japan
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peltier element
voltage
transistor
temperature
current
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Application number
JP10626094A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ishida
孝 石田
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Nippon Avionics Co Ltd
Original Assignee
Nippon Avionics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce power consumption and alorific value nearby a Peltier element. CONSTITUTION:An error amplifier 4a outputs the difference between the output of an amplifier 3, which amplifies the forward voltage Vf across a diode 1, and a voltage Vref. A comparator 4c compares a triangular voltage Vt, generated by an oscillator 4b, with a voltage Ve. A voltage Vc is in a pulse shape and used for on/off control over a transistor(TR) 5. As the temperature of the Peltier element 6 rises, the voltage Vf drops and the ON time of the TR 5 becomes long, so that the time wherein a current is supplied to the Peltier element 6 becomes long. As the temperature falls, the time wherein the current is supplied to the Peltier element 6 becomes short. The TR 5, therefore, operates as a switch, so the power consumption of the TR 5 is reducible.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線センサを冷却す
るためのペルチエ素子に駆動電流を供給してペルチエ素
子の冷却温度を制御するペルチエ素子駆動回路に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Peltier element drive circuit for controlling a cooling temperature of a Peltier element by supplying a drive current to the Peltier element for cooling an infrared sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より対象物の温度分布を計測するこ
とができる装置として赤外線カメラがあり、このカメラ
の赤外線センサには赤外線を光量子として捉えて物理量
に変換して検出を行う量子型と呼ばれるものが用いられ
ているが、この量子型赤外線センサでは極低温に冷却す
ることが必要とされる。また、CCD撮像素子において
も、冷却すると暗電流の低減によりS/N比を改善する
ことができる。これらのセンサの冷却に用いられる方式
として電子冷却方式があり、これはペルチエ効果を利用
したペルチエ素子に電流を流すことによって冷却を行う
ものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an infrared camera as a device capable of measuring the temperature distribution of an object, and the infrared sensor of this camera is called a quantum type which detects infrared rays by capturing infrared rays as photons and converting them into physical quantities. However, this quantum infrared sensor requires cooling to an extremely low temperature. Further, also in the CCD image pickup device, the S / N ratio can be improved by reducing the dark current when cooled. As a method used for cooling these sensors, there is an electronic cooling method, which cools by passing an electric current through a Peltier element utilizing the Peltier effect.

【0003】図3はペルチエ素子に電流を供給してペル
チエ素子の冷却温度を制御する従来のペルチエ素子駆動
回路のブロック図である。1は温度センサとなるダイオ
ード、2はダイオード1に一定の電流を供給する定電流
源、13はダイオード1の順方向電圧Vfを増幅する増
幅器、14はこの増幅器13の出力に基づいて後述する
トランジスタのベース電圧を制御する電流制御回路、1
5は電流増幅器としてペルチエ素子6に駆動電流を流す
トランジスタである。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional Peltier element drive circuit for supplying a current to the Peltier element to control the cooling temperature of the Peltier element. Reference numeral 1 is a diode serving as a temperature sensor, 2 is a constant current source for supplying a constant current to the diode 1, 13 is an amplifier for amplifying the forward voltage Vf of the diode 1, and 14 is a transistor described later based on the output of the amplifier 13. Current control circuit to control the base voltage of
Reference numeral 5 is a transistor as a current amplifier for supplying a drive current to the Peltier element 6.

【0004】次に、このようなペルチエ素子駆動回路の
動作を説明する。ダイオード1とペルチエ素子6は一体
型の構成となっており、またダイオード1には定電流源
2から一定の電流が供給されている。ペルチエ素子6の
温度が変化すると、ダイオード1のアノード−カソード
間の順方向電圧Vfが約−2mV/℃の割合で変化する
ので、順方向電圧Vfによりペルチエ素子6の冷却温度
が分かるようになっている。そして、電流制御回路14
は、この電圧Vfを増幅した増幅器13の出力を基にト
ランジスタ15のベース電圧を制御してペルチエ素子6
に電流を供給している。
Next, the operation of such a Peltier element driving circuit will be described. The diode 1 and the Peltier element 6 have an integrated structure, and a constant current is supplied from the constant current source 2 to the diode 1. When the temperature of the Peltier element 6 changes, the forward voltage Vf between the anode and the cathode of the diode 1 changes at a rate of about −2 mV / ° C., so that the cooling temperature of the Peltier element 6 can be known from the forward voltage Vf. ing. Then, the current control circuit 14
Controls the base voltage of the transistor 15 based on the output of the amplifier 13 that amplifies this voltage Vf to control the Peltier element 6
Is supplying current to.

【0005】ここで、ペルチエ素子6の温度が上昇する
と順方向電圧Vfが低下し、電流制御回路14はトラン
ジスタ15のベース電圧を上げてペルチエ素子6に流す
電流を増やす。逆にペルチエ素子6の温度が下がると電
圧Vfが上昇し、電流制御回路14はペルチエ素子6に
流す電流を減らす。こうして、ペルチエ素子6の冷却温
度が一定に保たれる。このとき、トランジスタ15のコ
レクタに与えられる駆動電圧Vaを5V、エミッタ電
圧、すなわちペルチエ素子6に印加される電圧を3V、
ペルチエ素子6に供給される駆動電流を1Aとすると、
トランジスタ15の消費電力は(5V−3V)×1A=
2Wとなる。
Here, when the temperature of the Peltier element 6 rises, the forward voltage Vf decreases, and the current control circuit 14 raises the base voltage of the transistor 15 to increase the current flowing through the Peltier element 6. Conversely, when the temperature of the Peltier element 6 decreases, the voltage Vf increases, and the current control circuit 14 reduces the current flowing through the Peltier element 6. In this way, the cooling temperature of the Peltier element 6 is kept constant. At this time, the drive voltage Va applied to the collector of the transistor 15 is 5V, the emitter voltage, that is, the voltage applied to the Peltier element 6 is 3V,
If the drive current supplied to the Peltier element 6 is 1 A,
The power consumption of the transistor 15 is (5V-3V) × 1A =
It becomes 2W.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のペルチエ素子駆
動回路は以上のようにしてペルチエ素子を駆動制御して
いるが、ペルチエ素子に駆動電流を供給するトランジス
タの消費電力が大きいという問題点があり、またその結
果トランジスタが冷却用のペルチエ素子の近傍で余計な
熱を発生するという問題点があった。本発明は、上記課
題を解決するために、消費電力とペルチエ素子近傍での
発熱量を低減することができるペルチエ素子駆動回路を
提供することを目的とする。
Although the conventional Peltier element driving circuit controls the driving of the Peltier element as described above, there is a problem that the power consumption of the transistor for supplying the driving current to the Peltier element is large. As a result, there is a problem that the transistor generates extra heat in the vicinity of the Peltier element for cooling. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a Peltier element drive circuit that can reduce power consumption and the amount of heat generated in the vicinity of the Peltier element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ペルチエ素子
の温度を測定し結果を電圧として出力する温度センサ
と、この温度センサの出力電圧を増幅する増幅器と、ペ
ルチエ素子に供給する駆動電流のオン/オフ制御を行う
ためのスイッチング素子と、このスイッチング素子のオ
ン/オフする時間を増幅器の出力に基づいて温度センサ
の出力電圧が一定になるように制御する制御回路とを有
するものである。
According to the present invention, there is provided a temperature sensor for measuring the temperature of a Peltier element and outputting the result as a voltage, an amplifier for amplifying the output voltage of the temperature sensor, and a drive current supplied to the Peltier element. It has a switching element for performing on / off control and a control circuit for controlling the on / off time of this switching element based on the output of the amplifier so that the output voltage of the temperature sensor becomes constant.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、温度センサの出力電圧が増幅
器により増幅されて制御回路に入力され、制御回路によ
り温度センサの出力電圧が一定になるようにスイッチン
グ素子が制御されるので、ペルチエ素子の冷却温度が一
定となる。
According to the present invention, the output voltage of the temperature sensor is amplified by the amplifier and input to the control circuit, and the control circuit controls the switching element so that the output voltage of the temperature sensor becomes constant. The cooling temperature is constant.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の1実施例を示すペルチエ素子
駆動回路のブロック図、図2はこのペルチエ素子駆動回
路における各部の信号波形を示す図であり、図3と同一
の部分には同一の符号を付してある。3はダイオード1
の順方向電圧Vfを増幅する増幅器、4はこの増幅器3
の出力に基づいて後述するスイッチング素子のオン/オ
フ制御を行うPWM制御回路、5はペルチエ素子6に供
給する駆動電流のオン/オフ制御を行うためのスイッチ
ング素子となるトランジスタである。
FIG. 1 is a block diagram of a Peltier element drive circuit showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms of respective parts in this Peltier element drive circuit, and the same parts as in FIG. The same reference numerals are attached. 3 is diode 1
An amplifier for amplifying the forward voltage Vf of
A PWM control circuit 5 for performing on / off control of a switching element, which will be described later, on the basis of the output of 1 is a transistor serving as a switching element for performing on / off control of a drive current supplied to the Peltier element 6.

【0010】また、4aは増幅器3の出力と基準電圧V
refとの差を出力電圧Veとして出力する誤差増幅
器、4bは三角波電圧Vtを発生する発振器、4cは電
圧Veと三角波電圧Vtを比較する比較器、4dは出力
トランジスタである。
4a is the output of the amplifier 3 and the reference voltage V
An error amplifier that outputs a difference from ref as an output voltage Ve, 4b is an oscillator that generates a triangular wave voltage Vt, 4c is a comparator that compares the voltage Ve and the triangular wave voltage Vt, and 4d is an output transistor.

【0011】次に、このようなペルチエ素子駆動回路の
動作を説明する。ダイオード1とペルチエ素子6の構成
は図3の例と全く同様であり、増幅器3はダイオード1
の順方向電圧Vfを増幅する。そして、PWM制御回路
4内の誤差増幅器4aはこの増幅器3の出力電圧と基準
電圧Vrefとの差を出力電圧Veとして出力する。こ
こで、基準電圧Vrefは例えばある順方向電圧Vfの
ときにペルチエ素子6で所望の冷却温度が得られるよう
に設定されている。
Next, the operation of such a Peltier element driving circuit will be described. The configurations of the diode 1 and the Peltier element 6 are exactly the same as in the example of FIG.
The forward voltage Vf is amplified. The error amplifier 4a in the PWM control circuit 4 outputs the difference between the output voltage of the amplifier 3 and the reference voltage Vref as the output voltage Ve. Here, the reference voltage Vref is set so that a desired cooling temperature can be obtained by the Peltier element 6 at a certain forward voltage Vf, for example.

【0012】次いで、発振器4bは図2(a)のような
三角波電圧Vtを発生しており、比較器4cはこの三角
波電圧Vtと誤差増幅器4aの出力電圧Veを比較す
る。この結果、比較器4cの出力電圧Vcは図2(b)
の実線に示すように電圧Veが三角波電圧Vt以上の期
間で「H」レベル、以下の期間で「L」レベルとなる。
そして、出力トランジスタ4dは電圧Vcが「H」レベ
ルのときにオンとなる。
Next, the oscillator 4b generates a triangular wave voltage Vt as shown in FIG. 2A, and the comparator 4c compares the triangular wave voltage Vt with the output voltage Ve of the error amplifier 4a. As a result, the output voltage Vc of the comparator 4c is shown in FIG.
As shown by the solid line, the voltage Ve becomes “H” level during the period equal to or higher than the triangular wave voltage Vt, and becomes “L” level during the period below.
The output transistor 4d is turned on when the voltage Vc is at "H" level.

【0013】したがって、トランジスタ5のベース電圧
Vbは図2(c)の実線に示すような波形となる。To
nの期間ではトランジスタ5がオンとなり、ペルチエ素
子6にトランジスタ5から駆動電流が流れてペルチエ素
子6が冷却を行う。また、Toffの期間ではトランジ
スタ5がオフとなり、駆動電流の供給が停止してペルチ
エ素子6による冷却も停止する。
Therefore, the base voltage Vb of the transistor 5 has a waveform as shown by the solid line in FIG. 2 (c). To
During the period of n, the transistor 5 is turned on, a drive current flows from the transistor 5 to the Peltier element 6, and the Peltier element 6 cools. Further, during the period of Toff, the transistor 5 is turned off, the supply of the drive current is stopped, and the cooling by the Peltier element 6 is also stopped.

【0014】このようなスイッチング制御を行うペルチ
エ素子駆動回路において、ペルチエ素子6の温度が上昇
すると順方向電圧Vfが低下するので、誤差増幅器4a
の出力電圧Veは図2(a)の破線に示すように低下す
る。これにより、比較器4cの出力電圧Vcは図2
(b)の破線に示すように「H」レベルの期間が短くな
って「L」レベルの期間が長くなり、トランジスタ5の
ベース電圧Vbとしては図2(c)の破線に示すように
Tonの期間が長くなる。
In the Peltier element drive circuit for performing such switching control, the forward voltage Vf decreases as the temperature of the Peltier element 6 rises, so that the error amplifier 4a.
Output voltage Ve decreases as shown by the broken line in FIG. As a result, the output voltage Vc of the comparator 4c is shown in FIG.
As shown by the broken line in (b), the period of "H" level becomes shorter and the period of "L" level becomes longer, and the base voltage Vb of the transistor 5 becomes Ton as shown by the broken line in FIG. The period becomes longer.

【0015】よって、ペルチエ素子6に駆動電流を供給
する時間が長くなるため、ペルチエ素子6が冷却を行う
時間が長くなり、結果としてペルチエ素子6の温度上昇
を修正して温度を一定に保つ。また、ペルチエ素子6の
温度が下がると順方向電圧Vfが上昇し、誤差増幅器4
aの電圧Veが図2(a)の実線より高くなるので、上
記と逆の動作によってペルチエ素子6が冷却を行う時間
が短くなり、この結果温度が一定に保たれる。以上のよ
うなスイッチング制御によって、図3の例と同様のペル
チエ素子駆動制御を実現することができる。
Therefore, since the time for supplying the drive current to the Peltier element 6 becomes long, the time for the Peltier element 6 to cool becomes long, and as a result, the temperature rise of the Peltier element 6 is corrected and the temperature is kept constant. Further, when the temperature of the Peltier element 6 decreases, the forward voltage Vf increases, and the error amplifier 4
Since the voltage Ve of "a" becomes higher than the solid line in FIG. 2A, the time for cooling the Peltier element 6 is shortened by the operation opposite to the above, and as a result, the temperature is kept constant. By the switching control as described above, the Peltier element drive control similar to the example of FIG. 3 can be realized.

【0016】そして、本実施例ではトランジスタ5がス
イッチとして動作するため、トランジスタ5のオン時の
コレクタ−エミッタ間電圧は約0.2V程度となり、ペ
ルチエ素子6に供給される駆動電流を1Aとすると、ト
ランジスタ5の消費電力は0.2V×1A=0.2Wと
図3の例より低消費電力にすることができ、またトラン
ジスタ5のコレクタに与える駆動電圧Vdもペルチエ素
子6の定格である3V程度に低下させることができる。
なお、本実施例においては、トランジスタをスイッチン
グ素子として用いたが、FETを用いても良い。
Since the transistor 5 operates as a switch in this embodiment, the collector-emitter voltage when the transistor 5 is on is about 0.2 V, and the drive current supplied to the Peltier element 6 is 1 A. The power consumption of the transistor 5 is 0.2 V × 1 A = 0.2 W, which is lower than that in the example of FIG. 3, and the driving voltage Vd applied to the collector of the transistor 5 is 3 V which is the rating of the Peltier element 6. It can be lowered to the extent.
Although the transistor is used as the switching element in the present embodiment, a FET may be used.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、制御回路がスイッチン
グ素子をオン/オフ制御することによりペルチエ素子の
冷却温度を一定に保つ従来と同様のペルチエ素子駆動制
御を実現することができ、またスイッチング素子の使用
により消費電力を低減できるため、ペルチエ素子近傍で
の発熱量を低減することができる。また、スイッチング
素子に与える駆動電圧を低くできるため、例えば電源に
バッテリーを使用する場合においてバッテリー電圧の低
減を図ることができる。
According to the present invention, the control circuit controls ON / OFF of the switching element to realize the same Peltier element drive control as the conventional one in which the cooling temperature of the Peltier element is kept constant. Since the power consumption can be reduced by using the element, the amount of heat generated in the vicinity of the Peltier element can be reduced. Further, since the drive voltage applied to the switching element can be lowered, the battery voltage can be reduced when a battery is used as the power source, for example.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の1実施例を示すペルチエ素子駆動回
路のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a Peltier element drive circuit showing an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のペルチエ素子駆動回路における各部の
信号波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms of respective parts in the Peltier element drive circuit of FIG.

【図3】 従来のペルチエ素子駆動回路のブロック図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional Peltier element drive circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ダイオード、2…定電流源、3…増幅器、4…PW
M制御回路、5…トランジスタ、6…ペルチエ素子、4
a…誤差増幅器、4b…発振器、4c…比較器、4d…
出力トランジスタ。
1 ... Diode, 2 ... Constant current source, 3 ... Amplifier, 4 ... PW
M control circuit, 5 ... Transistor, 6 ... Peltier element, 4
a ... error amplifier, 4b ... oscillator, 4c ... comparator, 4d ...
Output transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ペルチエ素子に供給する駆動電流によっ
てペルチエ素子の冷却温度を制御するペルチエ素子駆動
回路において、 ペルチエ素子の温度を測定し結果を電圧として出力する
温度センサと、 この温度センサの出力電圧を増幅する増幅器と、 前記ペルチエ素子に供給する駆動電流のオン/オフ制御
を行うためのスイッチング素子と、 このスイッチング素子のオン/オフする時間を前記増幅
器の出力に基づいて前記温度センサの出力電圧が一定に
なるように制御する制御回路とを有することを特徴とす
るペルチエ素子駆動回路。
1. In a Peltier element drive circuit for controlling a cooling temperature of a Peltier element by a drive current supplied to the Peltier element, a temperature sensor for measuring the temperature of the Peltier element and outputting the result as a voltage, and an output voltage of this temperature sensor. A switching element for controlling on / off of a driving current supplied to the Peltier element, an on / off time of the switching element, and an output voltage of the temperature sensor based on an output of the amplifier. And a control circuit for controlling so as to be constant.
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Cited By (4)

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