JP4360619B2

JP4360619B2 - 温度制御装置、温度制御方法、及びプログラム

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Publication number: JP4360619B2
Application number: JP2004010318A
Authority: JP
Inventors: 靖青柳; 栄介大谷
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JP2005202832A

Description

本発明は、加熱装置または冷却装置のいずれか一方のみを備える温度制御装置及び温度制御方法に関する。特に、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を用いた光増幅器の温度制御に適した温度制御装置、温度制御方法、及びプログラムに関する。

温度を一定の範囲に維持する温度制御において、外気温が設定温度よりも低い場合には発熱体（ヒータ）のみを用いて温度制御することが可能である。例えば、ＥＤＦを用いた光増幅器では温度の変化が増幅対象となる光の波長特性に大きな影響を与えるため、光増幅器を一定の温度に保つことが必要であり、正確な温度制御が要求される。このようなヒータによる温度制御には、ＯＮ／ＯＦＦ制御が一般的に採用されている。また、ヒータ及び冷却装置の双方を備える温度制御装置ではＰＷＭ（パルス幅変調）制御を用いてヒータ及び冷却装置を制御する従来技術も存在する（特許文献１参照）。
特開平０９−１２８０６２号公報

しかし、ＯＮ／ＯＦＦ制御により温度制御を行う場合には、ＯＮ状態が継続するために大電流が流れて発熱体を破損するおそれがある他、大電流を流すことのできる大型のトランジスタが必要となるという問題がある。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御では瞬間的に大電流が流れ、電源系統に急激な負荷の増減を誘発し、増幅回路全体に影響を及ぼしてしまう。さらに、ＥＤＦ増幅器の制御回路の周波数帯域に温度制御に伴うＯＮ／ＯＦＦのスペクトル成分が現れて、あたかも入力波長数に増減があったかのように誤認識してしまい、光増幅の制御を誤る要因となってしまう。

一方、市販のＰＷＭ変調ＩＣを用いて発熱体をＰＷＭ制御により通電する場合には、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比＝（ＯＮ時間）÷（（ＯＮ時間）＋（ＯＦＦ時間））がＰＷＭ変調ＩＣの特性等により安定する範囲が存在する。すなわちデューティ比が０％を越え、かつ低い値の状態が持続した場合又は、所定の値を越え、かつ１００％に達しない状態が持続した場合（例えば、デューティ比が０％超かつ５％以下のとき、あるいは、９５％以上かつ１００％未満のときが持続した場合）にＰＷＭ変調ＩＣが発振し、ＰＷＭ制御動作が不安定になるという問題がある。

この発振を誘発する持続現象の原因は、例えば加熱方向の動作の場合、０％で開始したとしても、制御目標値に達した時に、ＰＷＭ変調ＩＣが通電量を低下させようとしてデューティ比が０％付近を指示値としてしまうことにより、ＯＮ時間の短いパルスが持続的に連なることによる。この状態が持続するとＰＷＭ変調ＩＣは発振してしまう。この発振現象は制御回路の周波数帯域に混入し、制御を誤る要因となる。同様に、ＯＦＦ時間の短いパルスが持続した場合も、発振が生じる可能性がある。制御の論理が負論理、すなわちＯＦＦ時間に通電する極性の制御の場合も、同様に発振する現象は確認できる。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ＰＷＭ変調ＩＣの設計を変更することなく、発振のおそれのない安定したＰＷＭ制御が可能な温度制御装置、温度制御方法、及びプログラムを提供し、安定した光増幅制御を行うことを目的とする。

本発明は、発熱体をＰＷＭ方式により駆動制御するにあたり、加熱時においては、ＰＷＭ制御の制御目標温度（第１の制御目標値）を温度制御範囲の上限（第２の制御閾値）よりも高い温度に設定することにより、ＯＮ時間が極小化した状態が持続することを防止する。すなわち、目標温度を実際の所望設定値と比べて適度に高い温度とすることで、制御を開始した場合に、ＯＮ時間が極小化した状態を持続することを防止し、デューティ比を１００％としてしまうことを可能とする。すなわち、第１の制御目標値を第２の制御閾値と比べて大きくとれば、１００％に早く達し、逆に両者の差が小さければ、ゆっくりと１００％に到達する。このデューティ比の増加速度を光増幅に悪影響を及ぼさない適当な値に設定する。また、所定の制限値を設けることも可能である。この場合、１００％には達せず、デューティ比は一定のところで増加を停止する。しかし、第１の制御目標値には達することはないため、ＯＮ時間が極小化した状態が持続することはない。尚、この制限値はＰＷＭ変調ＩＣにおいてハード的に決定されている場合がある。

デューティ比が１００％もしくは所定のリミット値を持続し、通電を続けると、第２の制御閾値に温度が達する。この時、いきなりＯＦＦとするのでは無く、制御目標値（第２の制御目標値）を第２の制御閾値と比較して適度に小さな値とする。この目標値の切換制御によって、ＰＷＭ変調ＩＣはデューティ比を０％へ到達させる。到達に要する時間は第２の制御目標値によって調節が可能である。すなわち、現状の温度計測値と比べてずっと小さな値であれば早く、逆であればゆっくりと０％へ達する。あまり差分の小さい値を選択すると、発振の可能性がでてくる。０％として制御を停止した状態で自然冷却を続けると、第１の制御閾値に温度が達する。このとき、温度目標値を第１の制御目標値に切換え、再び過熱動作へ転換する。
以上の動作を繰りかえすことによりＰＷＭ変調ＩＣの発振を防止し、安定的なＰＷＭ制御動作を可能にする。

本発明の第１の態様にかかる温度制御装置は、温度感知器からの温度計測データに基づいて、電気的に制御可能な発熱体をパルス幅変調方式により所定の温度制御範囲に制御する温度制御装置であって、前記温度感知器から受信した温度計測データを、前記温度制御範囲の下限値及び上限値に応じてそれぞれ規定する第１の制御閾値及び第２の制御閾値と比較して、比較結果を出力する比較部と、前記比較結果に応じて、前記第２の制御閾値より高い温度に設定された第１の制御目標値又は前記第１の制御閾値より低い温度に設定された第２の制御目標値を出力する切換制御部と、前記切換制御部から出力される前記第１の制御目標値又は前記第２の制御目標値に基づいて前記発熱体への供給電力をパルス幅変調制御するＰＷＭ制御部と、を備え、前記切換制御部は、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときに前記第１の制御目標値を出力し、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときに前記第２の制御目標値を出力し、前記ＰＷＭ制御部は、前記切換制御部から出力される前記第１の制御目標値及び第２の制御目標値に応じて、ＰＷＭ制御の目標温度となる制御目標値の設定を変更し、設定した制御目標値に基づいて前記発熱体をパルス幅変調方式により駆動制御することを特徴とする。

この態様においては、発熱体を駆動するＰＷＭ制御の目標温度の設定を計測温度（温度計測データ）に応じて切り換えることにより、ＰＷＭ制御を開始または停止する。特にＰＷＭ制御の目標温度となる第１の制御目標値を、ＰＷＭ制御を停止する第２の制御閾値の温度よりも比較的高い温度に設定することにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比が所定の値よりも低い値になることを抑制する。

また、この態様では、第１の制御閾値以下の温度になったときに、第２の制御閾値より高い温度を第１の制御目標値として発熱体をＰＷＭ制御により駆動する。例えば、第１の制御閾値は管理する設定温度範囲の最低温度とし、第２の設定温度は設定温度の最高温度とする。第１の制御目標値を、第２の制御閾値よりも十分高い温度に設定し、第２の制御目標値を第１の制御閾値よりも低い温度とすることにより、第１の制御閾値によりＰＷＭ制御を開始し、第２の制御閾値によりＰＷＭ制御を停止することができる。また、第１の制御目標値を第２の制御閾値よりも比較的高い温度に設定することにより、制御パルスのデューティ比の低下により、ＰＷＭ変調ＩＣが発振することを防止している。

本発明の他の態様にかかる温度制御装置は、制御部が、発熱体に通電する場合に、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比をＰＷＭ制御部が発振を生じない所定の値以上、例えば少なくとも５％以上に維持可能な温度を第１の制御目標値として出力することを特徴とする。

本発明の他の態様にかかる温度制御装置は、前記ＰＷＭ制御部は、前記発熱体への駆動電流が制限値をこえた場合、出力制御パルスの最大デューティ比を所定の制限値に制限するリミッタ制御部を備えることを特徴とする。
本発明の他の態様にかかる温度制御方法は、温度感知器からの温度計測データに基づいて、電気的に制御可能な発熱体をパルス幅変調方式により所定の温度制御範囲に制御する温度制御方法であって、（ａ）前記温度感知器から受信した温度計測データを、前記温度制御範囲の下限値及び上限値に応じてそれぞれ規定する第１の制御閾値及び第２の制御閾値と比較して、比較結果を出力する工程と、（ｂ）前記比較結果に応じて、前記第２の制御閾値より高い温度に設定された第１の制御目標値又は前記第１の制御閾値より低い温度に設定された第２の制御目標値を出力する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）から出力される前記第１の制御目標値又は前記第２の制御目標値に基づいて前記発熱体のパルス幅変調制御を行なう工程と、を備え、前記工程（ｂ）では、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときに、前記第１の制御目標値を出力し、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときに、前記第２の制御目標値を出力し、前記工程（ｃ）では、前記工程（ｂ）から出力される前記第１の制御目標値及び第２の制御目標値に応じて、パルス幅変調制御の目標温度となる制御目標値の設定を変更するとともに、設定した制御目標値に基づいて前記発熱体をパルス幅変調方式により駆動制御し、前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときには前記第２の制御閾値より高くなるまで前記第１の制御目標値に基づいて前記発熱体にパルス幅変調制御方式により通電し、前記計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときには、制御目標値を前記第２の制御目標値に設定して、前記発熱体への通電を停止することを特徴とする。

本発明の他の態様にかかる温度制御方法は、前記工程（ｂ）は、前記第１、及び第２の制御目標値を、前記工程（ｃ）におけるパルス幅変調制御が発振しないような温度目標値に外部からの設定信号により設定する工程を有することを特徴とする。

本発明の他の態様にかかる温度制御方法は、ＰＷＭ制御部は、出力制御パルスの最大デューティ比を所定の制限値に制限するリミッタ制御部を備えることを特徴とする。
本発明の他の態様は、上記温度制御方法のいずれかに記載の各工程をコンピュータに実行させるプログラムである。コンピュータは、ＣＰＵ、論理回路、メモリ、及び各種制御プログラム等から成り、本プログラムを読み込むことにより、上記属性データ送信方法の各工程を実行する。

以上説明したように本発明によると、発熱体をパルス幅変調方式により駆動する際に、ＰＷＭ制御の制御目標温度を測定温度に応じて切り換えることにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比を制御する。特に、発熱体をＰＷＭ制御により駆動する際の制御目標温度（第１の制御目標値）を制御温度範囲の上限（第２の制御閾値）よりも所定量だけ高い温度に設定することにより、制御パルスのデューティ比が低くなりすぎＰＷＭ変調ＩＣが発振することを防止することが可能となる。さらにＰＷＭ制御方式を採用することにより制御パルスによるノイズ成分の周波数帯域が光増幅器の増幅制御回路の周波数帯域よりも高い領域となり、ローパスフィルタによって容易に除去可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。例えば、光信号を増幅するエルビームドープファイバ（ＥＤＦ）を用いた光増幅器では、温度が増幅作用に大きな影響を与えるため、正確な温度管理が重要である。このような温度管理は、例えば、理想とする目標温度から上下０．５℃程度もしくはそれ以上の精度での温度管理が求められる。図１は、本発明の一実施形態の概略構成を示す機能ブロック図である。

図中２０は、ＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）光増幅器内の発熱体２２と温度感知器２１とを機能ブロックとして示しており、５０は光増幅器内の温度感知器、ＥＤＦコイル、発熱体の物理的な形態を模式的に示している。５１はコイル状に巻かれたＥＤＦであり、励起状態にあるＥＤＦの中を光信号が通過することにより光信号が増幅される。２１はＥＤＦ５１の温度を測定し温度データとして出力するサーミスタ等の温度感知器である。２２は光増幅器５０内に設けられたヒータ等の発熱体である。ＥＤＦ５１の温度は、発熱体２２に通電することにより上昇し、通電を停止することにより自然冷却により下降する。従って、発熱体２２への通電を所定の閾値温度に従って制御することによりＥＤＦ５１の温度を一定の範囲に保つことができる。

温度感知器２１はＥＤＦ５１の温度を計測するのに適した位置に１又は２以上設けることが可能である。発熱体２２もＥＤＦ５１の温度を均一かつ効率的に上昇させる位置に１または２以上設けられる。発熱体は電気的に制御可能なものであれば、どのようなものを用いてもよいが、制御が容易なヒータが望ましい。

ＥＤＦ５１の温度制御は、温度感知器２１からの温度データに基づいてＰＷＭ制御部３１を制御する制御部１０、及び発熱体２２をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）方式により駆動するＰＷＭ制御部３１とにより行なわれる。制御部１０は比較部１１、切換制御部１２及び各種制御データを記憶している記憶部１３とを備えており、ＰＷＭ制御部３１はＰＷＭ波発生部３２、リミット値記憶部３５、発熱体を駆動するトランジスタ３３及び平滑回路３４とを備えている。制御部１０は、マイクロプロセッサ等のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる記憶部、及び記憶部に記憶される制御用ソフトと各種制御データにより構成することができる。ＰＷＭ波発生部３２及びリミット値記憶部３５は、市販されているＰＷＭ変調ＩＣを使用することができる。

温度感知器２１により測定された温度データは、アナログ／ディジタル変換器２３によりディジタルデータに変換されて制御部１０の比較部１１に入力される（温度感知器２１がディジタル出力する場合には、アナログ／ディジタル変換器２３は不要である）。記憶部１３には、制御データとして、第１、第２の制御閾値及び第１、第２の制御目標値が記憶されている。第１の制御閾値は、発熱体２２の駆動制御を開始する閾値温度であり、第２の制御閾値は、発熱体２２の駆動制御を停止する閾値温度である。第１の制御目標値はＰＷＭ制御部３１が発熱体を駆動制御する際に最終ターゲット温度とする目標温度であり、発熱体２２の制御を停止する第２の制御閾値よりも十分高い温度に設定される。

仮に、管理する温度範囲の中心温度（真の設定温度と称する）を５５℃とし、±０．５℃の範囲で温度管理を行うとした場合には、第１の制御閾値を５４．５℃、第２の制御閾値を５５．５℃となる（実際には温度計測から制御が作用するまでに若干の制御遅延があるので、±０．５℃より大きい変動幅となる可能性があるが、制御遅延は実装するハードの特性に応じて決定されるため、温度の時定数よりも十分早い制御を行っていれば、超過分は無視することができる）。その際、第１の制御目標値は、ＰＷＭ変調ＩＣ及び発熱体の発熱量によって異なるが、第２の制御閾値よりも十分高い温度、例えば６５℃に設定する。第１の制御目標値を第２の制御閾値に近い温度の場合には、温度感知器２１の測定データが第２の制御閾値に近づくと、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比が５％以下となり発振の可能性がでてくる。そのため、第１の制御目標値を第２の制御閾値より高い温度に設定することにより、ＰＷＭ制御開始時点と終了時点におけるＰＷＭ制御パルスのデューティ比の低下による発振を防止している。

制御部１０の動作について説明する。比較部１１は、温度感知器２１からの温度測定データを、第１の制御閾値１４と第２の制御閾値１５と比較し、その比較結果を切換制御部１２に出力する。切換制御部１２は、比較部１１による比較の結果、測定温度が第１の制御閾値より低くなったときに、測定温度が第２の制御閾値より高くなるまで第１の制御目標値を出力する。測定温度（計測データ）が第２の制御閾値より高くなると、第２の制御目標値を出力する。

切換制御部１２から出力される第１の制御目標値及び第２の制御目標値は、ディジタル／アナログ変換器２４によりアナログデータに変換されて、ＰＷＭ制御部３１に出力される。ＰＷＭ制御部３１のＰＷＭ波発生部３２は、第１の制御目標値または第２の制御目標値に基づいてＰＷＭ制御波形を出力する。ＰＷＭ波発生部３２には、リミット値記憶部３５からのリミット値が入力されている。ＰＷＭ波発生部３２は、リミット値（制限値）に従って、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比（又は発熱体への通電電流）が所定値以上にならないように制御を固定するリミット制御部を備えている（図示せず）。リミット値は、少なくともデューティ比が発振域を越える値（例えば９５％）以下となるように設定する。尚、リミット値、第１の制御閾値、第２の制御閾値、第１の制御目標値、第２の制御目標値は、外部からの設定が可能な構成とすることが望ましい。

ＰＷＭ波発生部３２から出力されるＰＷＭ制御パルスは、トランジスタ３３のゲートに入力され、トランジスタ３３を介して電源３６からの電流をＰＷＭ制御パルスに従って平滑回路に供給する。平滑回路３４は、トランジスタ３３からのパルス電流を平滑化し発熱体２２に供給し、発熱量を調整する。

本発明では、ＰＷＭ制御による温度制御により低周波ノイズの発生を除去するとともに、ＰＷＭ制御の制御目標値（目標温度）と、制御を切り換える制御閾値（制御切換閾値温度）を異なる値とすることにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比が発振域になることを防止し、ＰＷＭ制御を安定的に実行することを可能にしている。

計測温度が第１の制御閾値（例えば、真の設定値よりも０．５°Ｃ以下）よりも低い場合にはＰＷＭによる温度制御（ヒータ制御）を開始する。この際、制御の目標温度として、求められる理想の環境温度（真の設定温度）よりも高い第１の制御目標値（例えば真の設定温度＋１０℃）が設定される。一方、ＰＷＭ制御におけるパルス幅のデューティ比が特定比率（例えば５０％）を超えないようにするため所定のリミット値が設定され、リミット値に達するとデューティ比をリミット値に固定するよう制御される。

ＰＷＭ温度制御が開始されるとデューティ比が増加していくが、予め設定されている制限値（リミット値）に達すると、デューティ比がリミット値に固定される。この作用により、発熱体への通電量を抑えることができ、急峻な通電を抑制し、外部へのノイズ付与を抑えることができる。本発明にかかるＰＷＭ制御においては、真の設定温度を超えて所定の第２の制御閾値（例えば真の設定温度＋０．５℃）に達したときに、制御目標設定温度を真の設定温度よりもはるかに低い第２の制御目標値（例えば、真の設定温度−１０℃）に切り換える。これにより、デューティ比は０％になり、通電電流は光増幅に悪影響を及ぼさない程度の早さで停止する。

図２は制御部１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。比較部１１は温度感知器２１からの温度計測データを一定の周期で定期的に読取る（Ｓ１０１）。次に現在加熱中であるかどうかを確認し（Ｓ１０２）、加熱中でない場合には（Ｓ１０２；ＮＯ）、計測温度が第１の制御閾値より低いかどうかを確認する。計測温度が第１の制御閾値より高い場合には（Ｓ１０３；ＮＯ）、そのまま同様の温度モニタ処理（計測及び比較処理動作）を継続する（Ａ）。計測温度が第１の制御閾値より低い状態になると（Ｓ１０３；ＹＥＳ）、第１の制御目標値を出力する（Ｓ１０４）。

加熱中の場合には（Ｓ１０２；ＹＥＳ）、計測温度が第２の制御閾値より高いかどうかを確認する（Ｓ１０５）。計測温度が第２の制御閾値以下の場合には（Ｓ１０５；ＮＯ）、加熱を継続したまま温度モニタ処理を継続する。計測温度が第２の制御閾値より高くなると（Ｓ１０５；ＹＥＳ）、第２の制御目標値は出力する（Ｓ１０６）。これによりＰＷＭ制御部では発熱体への通電制御を光増幅に悪影響を及ぼさない程度の早さで停止する。

図３はＰＷＭ制御部３１の処理手順の一例を示すフローチャートである。ＰＷＭ制御部３１は、制御部１０からの制御目標値が変更されたかどうかを確認する（Ｓ２０１）。制御目標値の変更がない場合には（Ｓ２０１；ＮＯ）、既に設定されている制御目標値に従いＰＷＭ制御を実行する（Ｓ２０３）。制御目標値が変更されると（Ｓ２０１；ＹＥＳ）、制御部１０からの制御目標値に従って、ＰＷＭ制御の目標値の設定を変更し（Ｓ２０２）、新しい制御目標値に従って、ＰＷＭ制御を実行する（Ｓ２０３）。このＰＷＭ制御工程（Ｓ２０３）においては、第１の制御目標値が温度計測データより高いので、ＰＷＭ駆動制御が行われるが、第２の制御目標値は温度計測データより低い温度であるので、ＰＷＭ駆動制御は停止されることになる。

次に、ＰＷＭ制御パルスによる通電電流が所定の制限値（電流の大きさ）を越えていないかどうかを確認する（Ｓ２０４）。所定の制限値を越えていない場合には（Ｓ２０４；ＮＯ）、そのままＰＷＭ制御パルスをそのまま出力し、同様の処理を繰り返す（Ｂ）。所定の制限値を越えている場合には（Ｓ２０４；ＹＥＳ）、電流の大きさが、所定の制限値を越えない最大値に制御パルスのデューティ比を固定する（Ｓ２０５）。

図４と図５を用いて、本発明の一実施例にかかるＰＷＭ制御による計測温度と通電制御の関係について説明する。図４は従来のＯＮ／ＯＦＦ制御の制御パルスとモニタ温度の関係を示すタイミング図であり、図５は本発明のＰＷＭ制御の一実施例にかかるＰＷＭ制御パルスとモニタ温度の関係を示すタイミング図である。

図４ののこぎり状の波形は温度測定データ（モニタ温度）の変化を表す。図４に示すように、ＯＮ／ＯＦＦ制御では、モニタ温度が所定のＯＮ閾値以下の温度になると制御信号がＯＮに設定され、発熱体には急激に大電流が流され温度が急激に上昇する。温度がＯＦＦ閾値以下になると制御信号がＯＦＦになり、自然冷却効果により温度が徐々に下がる。温度がＯＮ閾値以下になると再び制御信号がＯＮとなり、同様の処理が繰り返される。従来技術では、ＯＮ期間中急激に電流を流すためにノイズが発生しやすい。また、ＯＮ閾値からＯＦＦ閾値までの間が連続してＯＮ期間であり、自然冷却期間がＯＦＦ期間となるため、この低周波がスイッチングノイズとして光増幅器のモニタ入力に影響を与え増幅作用に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明の一実施例では、図５に示すように、パルス幅変調（ＰＷＭ）により発熱体への通電を制御する。図５の波形６２は制御目標値の変化を示し、６３は温度測定データ（モニタ温度）の変化を示す。モニタ温度が第１の制御閾値より低くなると発熱体への通電が開始される。第１の制御閾値以下になると、ＰＷＭ制御のための第１の制御目標値が設定され、この制御目標値に従ってＰＷＭ制御が開始される。図からわかるように第１の制御目標値は第２の制御閾値よりも比較的大きな値が設定される。これにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比はすぐに５％を越えて電流制限値に達する。通電電流の変化量は電流制限値の設定により調整することが可能となる。従って、急峻に大電流を流すことなく発熱体を制御することが可能となり、トランジスタが大型化することを抑制することができる。加熱中の場合には（Ｓ１０２；ＹＥＳ）、計測温度が第２の制御閾値より高いかどうかを確認する（Ｓ１０５）。計測温度が第２の制御閾値以下の場合には（Ｓ１０５；ＮＯ）、加熱を継続したまま温度モニタ処理を継続する。計測温度が第２の制御閾値より高い場合には（Ｓ１０５；ＹＥＳ）、第２の制御目標値を出力する（Ｓ１０６）。これによりＰＷＭ制御部では発熱体への通電制御を光増幅に悪影響を及ぼさない程度の早さで停止する。

モニタ温度が第２の制御閾値より高くなると第２の制御目標値が設定される。第２の制御目標値は第１の制御閾値よりも低い温度に設定されて、発熱体への通電が停止される。従って、モニタ温度が第２の制御閾値より高くなると光増幅器は自然冷却され、徐々に温度が下がる。モニタ温度が第１の制御閾値より低くなると、再び第１の制御目標値が設定され発熱体にＰＷＭ制御により通電される。

本発明では、第１の制御閾値と第２の制御閾値の間に環境温度を維持するように発熱体の制御が行なわれる。その際、第１の制御目標値を第２の制御閾値よりも比較的高い温度に設定することにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比が低く（例えば０％超、５％以下）なることによるＰＷＭ変調ＩＣの発振を防止している。また、第２の制御目標値を第１の制御閾値よりも比較的低い温度に設定することにより、ＰＷＭ制御パルスのデューティ比が高くなる（例えば９５％以上１００％未満）ことによるＰＷＭ変調ＩＣの発振を防止している。あるいは、通電電流の制限値を設けることによりＰＷＭ制御パルスのデューティ比が高くなることによるＰＷＭ変調ＩＣの発振を防止している。

尚、図５では、管理目標としての設定温度を５５℃、第１の制御閾値を５４．５℃、第２の制御閾値を５５.５℃とし、第１の制御目標値を６５℃、第２の制御目標値を４５℃とした例を示している。しかし、第１の制御閾値及び第２の制御閾値は、温度管理範囲の上限及び下限値に応じて自由に設定することができる。

本発明は、ＥＤＦ光増幅器のみならず、真空蒸着装置、光ファイバ生成装置等、発熱体のみを用いて温度を一定範囲内に維持する装置に適用することが可能である。また。以上の説明においては、発熱体を用いた温度制御装置のみについて説明したが、自然環境温度よりも低温に温度を維持する場合において、冷却装置のみを用いて冷却する場合の温度制御装置にも適用可能である。

本発明の一実施形態の概略構成を示す機能ブロック図である。制御部の制御手順の一例を示すフローチャートである。ＰＷＭ制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。従来のＯＮ／ＯＦＦ制御の制御パルスとモニタ温度の関係を示すタイミング図である。図５は本発明のＰＷＭ制御の一実施例にかかるＰＷＭ制御パルスとモニタ温度の関係を示すタイミング図である。

符号の説明

１０制御部
１１比較部
１２切換制御部
１３記憶部
１４第１の制御閾値
１５第２の制御閾値
１６第１の制御目標値
１７第２の制御目標値
２１温度感知器
２２発熱体
２３アナログ／ディジタル変換器
２４ディジタル変／アナログ換器
３１ＰＷＭ制御部
３２ＰＷＭ波発生部
３３トランジスタ
３４平滑化回路
３５リミット値設定部
３５電源
５０光増幅器
５１エルビウムドープ光ファイバ

Claims

温度感知器からの温度計測データに基づいて、電気的に制御可能な発熱体をパルス幅変調方式により所定の温度制御範囲に制御する温度制御装置であって、
前記温度感知器から受信した温度計測データを、前記温度制御範囲の下限値及び上限値に応じてそれぞれ規定する第１の制御閾値及び第２の制御閾値と比較して、比較結果を出力する比較部と、
前記比較結果に応じて、前記第２の制御閾値より高い温度に設定された第１の制御目標値又は前記第１の制御閾値より低い温度に設定された第２の制御目標値を出力する切換制御部と、
前記切換制御部から出力される前記第１の制御目標値又は前記第２の制御目標値に基づいて前記発熱体への供給電力をパルス幅変調制御するＰＷＭ制御部と、
を備え、
前記切換制御部は、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときに前記第１の制御目標値を出力し、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときに前記第２の制御目標値を出力し、
前記ＰＷＭ制御部は、前記切換制御部から出力される前記第１の制御目標値及び第２の制御目標値に応じて、ＰＷＭ制御の目標温度となる制御目標値の設定を変更し、設定した制御目標値に基づいて前記発熱体をパルス幅変調方式により駆動制御する
ことを特徴とする温度制御装置。
前記第１、及び第２の制御目標値を、前記ＰＷＭ制御部が発振しないような温度目標値に外部からの設定信号により設定することを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
前記ＰＷＭ制御部は、前記発熱体への駆動電流が制限値をこえた場合、出力制御パルスの最大デューティ比を所定の制限値に制限するリミッタ制御部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度制御装置。
温度感知器からの温度計測データに基づいて、電気的に制御可能な発熱体をパルス幅変調方式により所定の温度制御範囲に制御する温度制御方法であって、
（ａ）前記温度感知器から受信した温度計測データを、前記温度制御範囲の下限値及び上限値に応じてそれぞれ規定する第１の制御閾値及び第２の制御閾値と比較して、比較結果を出力する工程と、
（ｂ）前記比較結果に応じて、前記第２の制御閾値より高い温度に設定された第１の制御目標値又は前記第１の制御閾値より低い温度に設定された第２の制御目標値を出力する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）から出力される前記第１の制御目標値又は前記第２の制御目標値に基づいて前記発熱体のパルス幅変調制御を行なう工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）では、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときに、前記第１の制御目標値を出力し、前記温度感知器による前記温度計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときに、前記第２の制御目標値を出力し、
前記工程（ｃ）では、前記工程（ｂ）から出力される前記第１の制御目標値及び第２の制御目標値に応じて、パルス幅変調制御の目標温度となる制御目標値の設定を変更するとともに、設定した制御目標値に基づいて前記発熱体をパルス幅変調方式により駆動制御し、前記温度計測データが前記第１の制御閾値より低くなったときには前記第２の制御閾値より高くなるまで前記第１の制御目標値に基づいて前記発熱体にパルス幅変調制御方式により通電し、前記計測データが前記第２の制御閾値より高くなったときには、制御目標値を前記第２の制御目標値に設定して、前記発熱体への通電を停止する
ことを特徴とする温度制御方法。
前記工程（ｂ）は、前記第１、及び第２の制御目標値を、前記工程（ｃ）におけるパルス幅変調制御が発振しないような温度目標値に外部からの設定信号により設定する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の温度制御方法。
前記工程（ｃ）は、前記発熱体への駆動電流が制限値をこえた場合、出力制御パルスの最大デューティ比を所定の制限値に制限する工程を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の温度制御方法。
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の温度制御方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラム。