JP2546148B2 - 温度制御回路 - Google Patents

温度制御回路

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JP2546148B2
JP2546148B2 JP5161335A JP16133593A JP2546148B2 JP 2546148 B2 JP2546148 B2 JP 2546148B2 JP 5161335 A JP5161335 A JP 5161335A JP 16133593 A JP16133593 A JP 16133593A JP 2546148 B2 JP2546148 B2 JP 2546148B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば光伝送装置に使用
されるレーザダイオード等の素子の温度を制御するため
の温度制御回路に係わり、特にペルチェ素子を用いて温
度の制御を行うようにした温度制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にレーザダイオードは周囲温度によ
ってその特性が変化する。そこで、光伝送装置に使用さ
れるレーザダイオードの出力を安定化させるための工夫
が従来から行われている。例えば特開昭62−2196
80号公報では、レーザダイオードを収容したケース内
にサーミスタを配置しておき、このケースにペルチェ素
子を密着させておく。そして、サーミスタの抵抗値の変
化によってレーザダイオードの周囲温度を検出し、この
検出温度に応じてペルチェ素子に流す電流を変化させて
レーザダイオードの周囲温度を一定に保つようになって
いる。
【0003】また、特開平2−44788号公報では、
このペルチェ素子からなるレーザダイオードの冷却回路
と電源回路の間に電流制限用のFET(電界効果トラン
ジスタ)を挿入して、この冷却回路に流れる電流を所定
値以下に制限するようにしている。これは、レーザダイ
オードの周囲温度が極めて高温または低温になったとき
にペルチェ素子に流す電流が過負荷になることを防止す
るためである。
【0004】ところで、ペルチェ素子に流す電流の制御
には、先の特開平2−44788号公報を一例とするよ
うに、トランジスタを用いるのが一つの手法として行わ
れている。この手法では、トランジスタを抵抗素子とし
て使用し、ペルチェ素子に流れる電流の制御を行ってい
る。この他の手法として、ペルチェ素子に流れる電流の
制御にスイッチングレギュレータを使用する場合も存在
する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのような手法
の温度制御回路のうち、トランジスタを抵抗素子として
使用したものでは、トランジスタが電力を消費すること
になるので、損失が大きく、電気エネルギの使用効率が
悪いという問題があった。スイッチングレギュレータを
使用してペルチェ素子に流す電流を制御する手法の温度
制御回路では、このような問題がなくなる。しかしなが
ら、スイッチングレギュレータは回路規模が大きいの
で、これをプリント基板上に実装するとそのための占有
面積が大きくなるという問題があった。
【0006】以上、ペルチェ素子によって温度制御を行
う対象としてレーザダイオードを挙げたが、ペルチェ素
子を用いて他の素子の温度制御を行う場合にも、同様の
問題が発生した。
【0007】そこで本発明の目的は、ペルチェ素子の通
電制御を行ってレーザダイオードを冷却あるいは加熱す
際の電気エネルギの損失を少なくし、しかも回路を簡
素化することのできる温度制御回路を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、ペルチェ素子と、このペルチェ素子およびこれに流
れる電流の向きによって加熱あるいは冷却され予め設定
された温度に制御されるレーザダイオードとの双方と熱
的に結合された温度検出素子と、この温度検出素子の出
力電圧とレーザダイオードについて設定された温度に対
応する基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅器と、この
誤差増幅器の出力する誤差の正負に応じてペルチェ素子
に流すパルス電流の向きを設定する電流方向設定手段
と、誤差増幅器の出力する誤差のレベルに応じてパルス
電流の時間幅を設定する時間幅設定手段とを温度制御回
路に具備させる。
【0009】すなわち請求項1記載の発明では、レーザ
ダイオード近傍に流れる電流の向きによってこれを加
熱あるいは冷却するペルチェ素子を配置すると共に、サ
ーミスタ等の温度検出素子をこのペルチェ素子と熱的に
結合させておき、温度検出素子の出力電圧とレーザダイ
オードについて予め設定された温度に対応する基準電圧
との誤差を誤差増幅器で増幅し誤差の正負に応じてペル
チェ素子に流すパルス電流の向きを設定すると共に、誤
差増幅器の出力する誤差のレベルに応じてパルス電流の
時間幅を設定することにして、簡単な回路で電気エネル
ギの損失の少ない温度制御回路を実現する。
【0010】請求項2記載の発明で電流方向設定手段
は、複数のトランジスタのオン・オフ制御によってペル
チェ素子に流れる電流の向きを変化させ、これによって
過熱や冷却を行うようにしている。
【0011】請求項3記載の発明で時間幅設定手段は、
レーザダイオードの温度が予め設定された温度と差が大
きい程、パルス電流の時間幅を大きく設定し急速な温度
制御を可能にしている。
【0012】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の一実施例における温度制御
回路の構成を表わしたものである。ペルチェ素子11と
サーミスタ12は、熱伝導性の良いコンパウンド等を介
して熱的に結合されており、これらを収容したケース1
3内には、図示しない温度制御対象としてのレーザダイ
オードが配設されている。このレーザダイオードもペル
チェ素子11ならびにサーミスタ12と熱的に密に結合
している。温度の変化に応じて抵抗値が変化するサーミ
スタ12は、その一端が接地されており、他端がプルア
ップ抵抗15を介して電源+Vに接続されている。した
がって、サーミスタ12とプルアップ抵抗15の接続点
16の電位は、サーミスタ12の検出温度に応じて変化
することになる。
【0014】この接続点16は誤差増幅器17の一方の
入力端子に接続されている。誤差増幅器17の他方の入
力端子には基準電圧VR が印加されている。誤差増幅器
17は基準電圧VR に対する接続点16の電圧の誤差を
増幅し、これを制御回路18に入力するようになってい
る。制御回路18には、基準電圧VR も入力されるよう
になっている。
【0015】制御回路18の出力側には第1〜第4のト
ランジスタ21〜24が配置されている。このうち、第
1および第2のトランジスタ21、22のエミッタには
電源+Vが接続されている。第1のトランジスタ21の
ベースは制御回路18の第1の出力端子O1 に接続され
ており、第2のトランジスタ22のベースは制御回路1
8の第2の出力端子O2 に接続されている。第1のトラ
ンジスタ21のコレクタは、接続点25を介して第3の
トランジスタ23のコレクタに接続されている。第2の
トランジスタ22のコレクタは、接続点26を介して第
4のトランジスタ24のコレクタに接続されている。第
3のトランジスタ23のベースは、制御回路18の第3
の出力端子O3 に接続され、第4のトランジスタ24の
ベースは第4の出力端子O4 に接続されている。これら
第3および第4のトランジスタ23、24のエミッタは
接地されている。
【0016】前記した一方の接続点25には、ペルチェ
素子11の一端が接続されており、他方の接続点26に
はこのペルチェ素子11の他端が接続されている。すな
わち、レーザダイオードの温度制御を行うペルチェ素子
11には、第1および第4のトランジスタ21、24が
オンとなったときに接続点A側からB側に電流が流れ、
第2および第3のトランジスタ22、23がオンとなっ
たときには、これと逆方向に電流が流れることになる。
【0017】このような構成の温度制御回路で、今、レ
ーザダイオードの設定温度よりも高い温度が検出されて
いることを誤差増幅器17の出力が示しているものとす
る。この場合、制御回路18は第1および第4のトラン
ジスタ21、24をオンにするようなパルスを対応する
出力端子O1 、O4 に出力し、第2および第3のトラン
ジスタ22、23をオフにするような電圧を他の出力端
子O2 、O3 に出力する。
【0018】図2は、レーザダイオードの設定温度より
も高い温度が検出されている場合に制御回路の各出力端
子から出力される信号波形を表わしたものである。すな
わち、出力端子O1 、O4 には論理が互いに反転した信
号がわれ、第1の出力端子O1 がLレベルで第4の出
力端子O4 がHレベルの区間においてペルチェ素子11
の通電がパルス状に行われる。これらのパルスの幅は、
誤差増幅器17の出力と基準電圧VR の差に応じて制御
回路18が設定する。すなわち、検出温度が設定温度
りも高いほどペルチェ素子11はレーザダイオードを強
く冷却(吸熱)することになる。
【0019】反対に、レーザダイオードの設定温度より
も低い温度が検出されていることを誤差増幅器17の出
力が示している場合には、第2および第3のトランジス
タ22、23がオンとなるパルスが制御回路18の対応
する出力端子O2 、O3 に出力され、第1および第4の
トランジスタ21、24が共にオフとなるような電圧が
対応する出力端子O1 、O4 から出力される。
【0020】図3は、レーザダイオードの設定温度より
も低い温度が検出されている場合に制御回路の各出力端
子から出力される信号波形を表わしたものである。この
場合には、出力端子O2 、O3 に論理が互いに反転した
信号がわれ、第2の出力端子O2 がLレベルで第3の
出力端子O3 がHレベルの区間においてペルチェ素子1
1の通電がパルス状に行われる。この場合のパルスの幅
も、誤差増幅器17の出力と基準電圧VR の差に応じて
制御回路18が設定することになる。この結果、検出温
度が設定温度よりも低いほどペルチェ素子11はレーザ
ダイオードを強く加熱(発熱)することになる。なお、
図2および図3における各パルスの発生周期は、熱の伝
達に要する時間よりも十分短く設定される。
【0021】なお、実施例ではレーザダイオードに対す
る温度制御を行ったが、その他の半導体素子等の温度に
対して動作の安定が要求されるものに対しても本発明を
同様に適用することができることは当然である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、レーザダイオードの近傍にペルチェ素子を配
置すると共に、温度検出素子をこのペルチェ素子と熱的
に結合させ、温度検出素子の出力電圧とレーザダイオー
について予め設定された温度に対応する基準電圧との
誤差を誤差増幅器で増幅し誤差の正負に応じてペルチェ
素子に流す電流の向きを設定してレーザダイオードの加
熱あるいは冷却を行うと共に、誤差増幅器の出力する誤
差のレベルに応じてパルス電流の時間幅を設定すること
にしたので、レーザダイオードの温度制御に関して簡単
な回路で電気エネルギの損失の少ない温度制御回路を実
現することができる。
【0023】また、請求項3記載の発明によれば、レー
ザダイオードの温度が予め設定された温度と差が大きい
程、パルス電流の時間幅を大きく設定することにしたの
で、温度が大きく相違したときにも急速に温度の補正を
行うことができる他、目標とする温度に近づいたときに
は高精度に温度の補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における温度制御回路の回路
構成を示した回路図である。
【図2】本実施例でレーザダイオードの設定温度よりも
高い温度が検出されている場合に制御回路の各出力端子
から出力される信号波形を表わした波形図である。
【図3】本実施例でレーザダイオードの設定温度よりも
低い温度が検出されている場合に制御回路の各出力端子
から出力される信号波形を表わした波形図である。
【符号の説明】
11 ペルチェ素子 12 サーミスタ 15 プルアップ抵抗 17 差動増幅器 18 制御回路 21 第1のトランジスタ 22 第2のトランジスタ 23 第3のトランジスタ 24 第4のトランジスタ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペルチェ素子と、 このペルチェ素子およびこれに流れる電流の向きによっ
    て加熱あるいは冷却され予め設定された温度に制御され
    るレーザダイオードとの双方と熱的に結合された温度検
    出素子と、 この温度検出素子の出力電圧と前記レーザダイオード
    ついて前記設定された温度に対応する基準電圧との誤差
    を増幅する誤差増幅器と、 この誤差増幅器の出力する誤差の正負に応じて前記ペル
    チェ素子に流すパルス電流の向きを設定する電流方向設
    定手段と、 前記誤差増幅器の出力する誤差のレベルに応じて前記パ
    ルス電流の時間幅を設定する時間幅設定手段とを具備す
    ることを特徴とする温度制御回路。
  2. 【請求項2】 前記電流方向設定手段は、複数のトラン
    ジスタのオン・オフ制御によって前記ペルチェ素子に流
    れる電流の向きを変更することを特徴とする請求項1記
    載の温度制御回路。
  3. 【請求項3】 前記時間幅設定手段は、前記レーザダイ
    オードの温度が予め設定された温度との差が大きい程、
    パルス電流の時間幅を大きく設定することを特徴とする
    請求項1記載の温度制御回路。
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