JPS5965324A - 温度制御回路 - 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】 本発明は、温度制御素子の制御回路に関し、特に光通信
システムにおける元素子の温度を一定に保つ温度制御素
子の加熱冷却制御に使用する制御回路に関する。

従来、光通信システムにおける元素子の温度制御ＶＣ，
は、その形状が小さく回路に組込み易い電子冷却素子が
用いられており、主にレーザダイオードの特性（光出力
１発振波量等）安定化のために１史川されている。＃：
ｆＶｃ％長波長？ｉヶ（１，３μｍ〜１．６μｍ）のレ
ーザダイオードの場合にその素子自体の実用実績が少ｆ
ｘ　（ｓ閾値電流の劣化が早いことや、その温度係数が
太きｈことから特性の安だ化には冷却が磨潰の条件であ
った。　、最近、長距離かつ人容愈の元通イｇシステム
の一発が進められ導入されるに促い、伝送帯域の広いシ
ングルモードファイバが１史用される塊になり、仄のし
な問題が生じて米てｈる。すなわち、シングルモードフ
ァイバケ用いた元朋信システムでは、造Ｖｃ商い精度が
要求される。　　　　　　　　゛　シングルモードファ
イバのコア径は約１０μｍでマルチモードファイバの１
１５程度であるため、レーザ元を入射ざぜる場合、温度
による機械的１位置のずれや、レーザダイオードの発振
横モードの温度変動に対して、非富に不安定となるから
である。また、レーザダイオードＶＣに、波長の温度依
存性（例えば、１．３μｍ帝のレーザダイオードでは４
〜５Ａ／”Ｏの波長変動がある。）があり、伝送路の持
つ損失の波長特性（波長によって、ファイバの損失が異
る）や帯域の波長特性（波長によってファイバの伝送帯
域が異る）Ｋより、伝送特性が温度で大きく変る。特に
、長距離大容愈伝送方式では、その損失変動や帯域変動
が問題となるため、レーザダイオードの波長の安定化も
Ｎ要な要素となっている。

従って、最近では、レーザダイオードの低温化による恒
温化のための温度制御が要求されている。

レーザダイオードのような元素子の温度制御に使われる
電子冷却素子は、通常ベルチェ効果を利用した所請ベル
チェ素子である。この素子は吸熱と発熱の川遊の性質を
有しており、素子に流す電流の向きを変えることにより
、冷却と加熱の両方の作用を行なう事が出来る。

上記電子冷却素子を制御する（口）路としては第１図（
ａ）　、　（ｂ）に示すような回路が１更用されている
。同図（ａ）は正負の電源電圧（±ｖ）？１１−用いた
例で、半導体レーザ装置から検出する温度制御のための
検出電圧ＶＤおよび比較電圧ｖｒを入力信号とする直流
増幅器６の非反転および反転側出方端子にそれぞれトラ
ンジスタ１．２全接続し、可逆性′α電子冷却素子ベル
チェ素子）５に流す電流の同“きおよび大小全変化させ
る回路である。この回路は、制御回路を比較的簡単に構
成でき、経済的と考えられるが、ベルチェ素子を用いた
温度制御回路では服大消５Ｒ電流がＩＡ程度必要であり
、２釉類の大出力電源を用意す′る万がかえって不経済
となる◎同図（ｂ）は、単電源電圧（＋ｖ）ｉ用いた例
で、２つの差動型トランジスタ回路と定電圧ダイオード
８．９を含み、ベルチェ素子５の電流の向きおよび大小
を変化させる回路である。この場合、トランジスタ２．
４から成る差動型回路のため、電源から流れる電流はベ
ルチェ素子に流す電流の有無（検出電圧ＶＤの大小）に
かかわらず常に一足量（ベルチェ素子の最大必要電流）
であり、省エネルギーという観点から見れば、最新の光
通信システムに用いるのけ不適当である〇 以上のように従来の温度制御回路は正負２ａ類の電源を
必要としたり、また単一電源でもその消費電流が大きい
という欠点があった。

本発明の目的は、上記欠点ケ補う温度制御回路ケ提供す
ることにある。

本発明＆ＣＬれば一端が結合して電源ＶＣ接続され、差
動型増幅回路を形成する第１および第２のトランジスタ
と、前ｉＬ［Ｇ１．第２のトランジスタの他端ＶＣ接続
され、吸熱１発熱作用葡行う素子と、一端が結合してア
ースされ、差動型増幅回路を形成する第３．第４のトラ
ンジスタとを含み、第３、第４のトランジスタｅユ他端
會前記第１および第２のトランジスタの他端にそれぞれ
接続し、上記トランジスタのエミ、りに制御信悸ヲ印刀
口して光学系子分所定の温度を制御する温度制御回路に
おいて元学累子の温度に対応した検出信号とその九学累
子の温度特性全十分考慮して得た第１の比較電圧と全比
較検出する第１の直流増幅器と、検出信号と第１の比較
電圧よりも小さく元学累子の温肛特性を十分考慮して得
た第２の比較電圧とを比較検出する第２の直流増幅器と
を含み、上記２つの直流増幅器の出力により、第１、第
４のトランジスフが導通し第２．、第３のトランジスタ
が非導通になる第１の状態、第１〜第４のすべてのトラ
ンジスタが非導通になる第２の状態および第１、第４の
トランジスタが非導通で巣２、第３のトランジスタが導
通になる第３の状態のいずれかに制御することを特徴と
する温度制御回路が得られる。

以下、図面全紗照して本発明の実施例をさらに詳しく説
明する。

第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の温度制御回路の実施例
を示す回路図、第３図（ａ）〜（ｃ）は第２図の回路中
のトランジスタ回路部の動作状態を説明するための図、
第４図は入力検出寛ＥＥｖＤＶｃ対する各トランジスタ
のスイッチング動作を説明するための図である。

第２図（ａ）　ＩＣおいて、この実施例はレーザ元の温
度依存性分十分考慮して決定された比較電圧ｖｒ１゜Ｖ
ｒｚ　ｓ　（Ｖｒ、　）Ｖｒ２）および半導体レーザｘ
ｗから入力する検出電圧ｖＤと比較検出し、かつ出力極
性が互に逆になっている２つの直流増幅器６と、その出
力によって制御され、ベルチェ素子５に流ｆ電流の同き
および大小全制御するＮＰＮ型トランジスタ１〜４と、
トランジスタ２．４のペース側［接続される像幅ｍＩＪ
限用定電圧ダイオード８゜９とから構成されている。

上記温度制御回路において検出電圧ＶＤが比軟電圧Ｖｒ
工（＞Ｖｒ２　）エリ大きい場合、直流増幅器６の出力
は低レベル、直流増幅器７の出力は高レベルになる０こ
のときトランジスタ１，４はＯＮトランジスタ２．３は
ＯＦＦとなり、ベルチェ索子５Ｖｃ流ｎる′亀流工は第
３図（ａ）でボす方向に流れる。もちろんこの電流工の
大小は、トランジスタ１．４のベース電圧、すなわち検
出電圧ｖＤの大きさによって制御される。検出電圧ＶＤ
が比較電圧ｖｒ、（＜Ｖｒ、　）より小さＡ場合、直流
増幅器６゜７の出力レベルは上記の場合と逆となジ、ト
ランジスタ１．４はＯＦＦ’、　）ランジスフ２．３は
ＯＮとなる。したがってベルチェ素子５に流れる電流工
は第３図（ｂ）で示す方向に流れる。検出ｌ圧ｖＤが比
較電圧ｖｒ１とｖｒｌの間のレベルである場合、直流増
幅６，７の出力は共に低レベルとなり、トランジスタ１
〜４はすべてＵＦｉ＝″になる口したがって第３図（ｃ
）にボすごとく回路［は全く電流が流れない。

以上述べた３つの場合について検出電圧Ｖｕの大きさに
対するトランジスタ１〜４の動作をまとめると第４図の
工うになり、検出電圧ＶＤが比較電圧ｖｒ１とＶｒ２　
の間の大きさのときはすべてのトランジスタがＯＦＦと
なるため、ベルチェ索子５１１？−は電流が流れず電源
からの゛を流の供給がなくなる。したがって、むだなエ
ネルギー葡費やさない。

第２図（ｂ）は同図（ａ）ＶＣおける直流増幅器の出力
極性、足電圧ダイオードの向きを逆にし、トランジスタ
１〜４をすべてＰＮＰ型のものに置き換えた回路であり
、検出電圧ｖＤ１Ｃ対するトランジスタ１〜４の動作お
よびペルチェ系子５に流れる電流は第２図（ａ）の回路
と全く同じであることに明らかである。

第２図（Ｃ）に直流増（陥器６．７にそれぞれ極性の異
なる２つの出力端子？有する回路７用い、トランジスタ
１．３ｋＰＮＰ型トランジスタ２．４をＮＰＮ型とした
回路で、検出電圧ＶＤの大きさに対するトランジスタ１
〜４の動作はＭｉＪ述した第２図（ａ）　、　（ｂ）の
場合と全く同じである。

第２図（ｄ）は同図（ｃ）［おけるトランジスタ１，３
をＮＰＮ型、トランジスタ２．４ケＰＮＰ型にしそれぞ
れのトランジスタのベース電圧の極性が逆になるように
した回路で、検出電圧ＶＤＫ対するトランジスタ１〜４
の動作は同図（Ｃ）の場合と全く同じである。

以上説明したように本発明による温度制御（ロ）路は、
レーザ元の温度依存性全十分考慮した大きさの異なる２
つの比較電圧を用いて入力検出電圧のレベルが２つの比
較電圧の間にあるときはベルチェ素子への電流′ｆｔ制
御するトランジスタをすべてＯＦＦに単一の電源から電
流を流さないためエフ経済的な光通信システムが実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来の温度制御回路例葡ボ
す回略図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の温度制御回
路の実施例を示す回路図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は第２
図中のトランジスタ回路の動作を説明するための図、第
４図は同トランジスタの検出電圧に対するスイッチング
動作を説明するための図である。 １．２．３．４・・団・トランジスタ、５・・・・・・
ベルチェｉ子、６．７・・・・・・直流増幅器、７，８
・・国定電圧ダイオード。 （ａン ＜ｂ） 革Ｉ　囚 （ｄ） 第一２１ｉ （Ｃ） θＦ Ｖｒ２旨七ヶ’ＶＱ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端が結合して電源ＶＣ接続され、差動型増幅回路を形
   成する蘂ｌおよび第２のトランジスタと、ｉＪ記第１．
   第２のトランジスタのそれぞれ他端に接続され吸熱・発
   熱作用を行う素子と、一端が結合してアースされ、差動
   型増幅回路を形成する第３、第４のトランジスタとを含
   み＠記第３．第４のトランジスタの他端全前記第１およ
   び第２のトランジスタの他端にそれぞ７′１．接続し、
   前記各トランジスタのエミ、りに制御信号を印加して光
   学素子全所定の温度に制御する温度制御回路において前
   記光学素子の温ｄに対応した検出信号と前記光学素子の
   温度特注を士分考慮して設定したＭｌの比較電圧と全比
   較検出する第１の直流増幅器と、前記検出信号と前記第
   １の比較電圧よりも小さく前記光学素子の温度特性を十
   Ｇ考慮して設定した第２の比較電圧とを比較検出する第
   ２の直流増幅器と全台み、前記２つの直流増幅器の出力
   により、前ｄ己第１、第４のトランジスタが４通し前記
   第２゜第３のトランジスタが非導通にな、６第１の状態
   、すべての＠記トランジスフが非導通ｖｃなる第２の状
   態および前記第１．第４のトランジスタか非導通で前ｄ
   ピ第２．第３のトランジスタが４通になる第３の状態の
   いず九かに制御すること全特徴とする温度制御回路。