JP5136901B2 - 温度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は高電圧で動作する装置の温度検出に用いて好適な温度検出装置に関する。

大きな電力を消費する電力増幅器や電子管等では、その装置温度を監視し、装置温度が所定の温度まで上昇した場合は、ファン等を用いて冷却したり、該電力増幅器や電子管等の動作を停止してこれらの電子装置の損傷を防止する必要がある。

電子装置の温度を検出する方法としては、従来からサーモスタットやサーミスタが用いられている。上述した電力増幅器や電子管では、発熱体である増幅用のトランジスタや電子管の電極等にサーモスタットやサーミスタを取り付けることで、これらを熱結合させている。

しかしながら、増幅用のトランジスタや電子管等は、高電圧で動作していることが多いため、サーモスタットやサーミスタをこれらの部品に直接取り付けると、該取り付け部位に導電体が含まれている場合、該サーモスタットやサーミスタにも高電圧が印加されてしまう。

一般に、サーモスタットやサーミスタを用いて温度検出信号やアラーム信号等を出力する検出用回路は、論理回路等へその出力信号を供給するために比較的低い電圧で動作する。

したがって、高電圧で動作する発熱体の温度を測定するには、該発熱体とサーモスタットやサーミスタとを絶縁する、または高電圧が印加されたサーモスタットやサーミスタと、該サーモスタットやサーミスタを用いて温度検出信号やアラーム信号等を出力する検出用回路とを絶縁する必要がある。

背景技術の温度検出装置では、例えば図４に示すように発熱体２００に絶縁体２０１を介してサーモスタット２０２を取り付けることで、発熱体２００とサーモスタット２０２間を絶縁する手法が採用されている。図４では温度検出にサーモスタット２０２を用いる例を示しているが、サーミスタを用いる場合も同様である。

なお、特許文献１には、検出用回路（特許文献１では「温度検知回路」と表記）に発熱体と同一の高電圧を供給して動作させることで、サーモスタットと検出用回路間の絶縁を不要にした構成が記載されている。
特開平７−４９７２０号公報

上述した背景技術のうち、図４に示した発熱体とサーモスタット間に絶縁体を挿入する構成では、絶縁体の熱抵抗を介してサーモスタットにより発熱体の温度を検出するため、発熱体の温度を正確に測定することが困難であり、また温度の検知に遅れ（タイムラグ）が発生する問題がある。

一方、特許文献１に記載された構成では、検出用回路に発熱体と同一の高電圧を供給して動作させるため、検出用回路の出力信号をそのまま論理回路等の比較的低電圧で動作する回路（以下、低電圧動作回路と称す）へ供給することができない。したがって、検出用回路とその出力信号を受け取る低電圧動作回路とを絶縁するか、サーモスタットで検出した信号を用いた所要の処理（ファンの制御や発熱体を備える回路の動作停止等の制御）も含めて検出用回路で実行する必要があるため、検出用回路の構成が複雑になってしまう問題がある。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、サーモスタットやサーミスタを発熱体に直接取り付けることが可能であり、発熱体の温度を簡易な構成で検出できる温度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の温度検出装置は、高電圧が印加されている発熱体の温度を検出するための温度検出装置であって、
トランスと、
前記発熱体の導電部位に直接取り付けられた、前記発熱体の温度が所定の温度以上になったか否かに応じて接点間が短絡または開放する、前記接点が前記トランスの二次巻線に接続されたサーモスタットと、
前記トランスの一次巻線に所要の交流電力を供給するための直流電圧源及びトランジスタと、
前記トランスの一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器と、
前記電流検出抵抗器に電流が流れることで該電流検出抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、前記トランスの一次巻線に流れる電流が予め設定されたしきい値電流を越えたときにアラーム信号を出力する比較回路と、
を有する。

または、高電圧が印加されている発熱体の温度を検出するための温度検出装置であって、
トランスと、
前記発熱体の導電部位に直接取り付けられた、前記発熱体の温度に応じて抵抗値が変化する、前記トランスの二次巻線間に接続されたサーミスタと、
前記トランスの一次巻線に所要の交流電力を供給するための直流電圧源及びトランジスタと、
前記トランスの一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器と、
前記電流検出抵抗器に電流が流れることで該電流検出抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、該電圧と比例する電圧を出力する電流検出回路と、
を有する。

本発明によれば、サーモスタットやサーミスタを発熱体に直接取り付けることが可能であり、発熱体の温度を簡易な構成で検出できる。

次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態の温度検出装置の一構成例を示す回路図である。

図１に示すように、第１の実施の形態の温度検出装置は、トランス１００と、
発熱体１０１の温度が所定の温度以上になったか否かに応じて接点間が短絡または開放する、接点がトランス１００の二次巻線に接続されたサーモスタット１０２と、トランス１００の一次巻線に所要の交流電圧を印加するための直流電圧源１０３及びトランジスタ１０４と、トランス１００の一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器１０５と、トランス１００の一次巻線に流れる電流が予め設定されたしきい値電流を越えたときにアラーム信号を出力する比較回路１０６とを備えた構成である。

トランジスタ１０４には、不図示の発振源で生成された周波数が一定のパルス信号が供給される。トランジスタ１０４は、該パルス信号にしたがってオン／オフすることで、トランス１００の一次巻線に交流電力を供給する。

サーモスタット１０２は、発熱体１０１の導電部位に直接取り付けられ、例えば、発熱体１０１が所定の温度よりも低いときに接点間が開放であり、発熱体１０１が所定の温度以上になると接点間が短絡する。

電流検出抵抗器１０５は、トランジスタ１０４のエミッタと接地電位間に挿入され、その２つの端子間にトランス１００の一次巻線に流れる電流（Ｉｍｏｎ）と比例する電圧を発生する。

比較回路１０６は、例えば、整流用ダイオードＤ１、キャパシタＣ１、基準電圧源Ｅｒ及びコンパレータＣＭＰを備え、整流用ダイオードＤ１及びキャパシタＣ１により電流検出抵抗器１０５の端子間に発生した交流電圧を整流し、整流後の直流電圧と基準電圧源Ｅｒから出力された基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果（ＴＥＭＰ ＭＯＮ）をコンパレータＣＭＰから出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、上記アラーム信号を出力するためのしきい値電流に対応する電圧であり、サーモスタット１０２の接点間が短絡したときに電流検出抵抗器１０５で検出される、トランス１００の一次巻線に流れる電流に対応する検出電圧よりも低い電圧に設定される。

なお、図１では、トランス１００の二次巻線とサーモスタット１０２間に抵抗器Ｒを備えた構成を示しているが、該抵抗器Ｒはサーモスタット１０２の接点間が短絡したときにトランス１００の二次巻線に流れる電流を制限するためのものであり、サーモスタット１０２の接点間が短絡したときにトランス１００の二次巻線に流れる電流によって該サーモスタット１０２の接点やトランス１００の二次巻線の劣化や損傷が発生しなければ無くてもよい。

このような構成では、発熱体１０１の温度が十分に低いときは、上述したようにサーモスタット１０２の接点間が開放されているため、トランス１００の二次巻線には電流が流れない。この場合、トランス１００の一次巻線にも電流がほとんど流れないため、電流検出抵抗器１０５の両端子間には交流電圧が発生しない。そのため、比較回路１０６からは発熱体１０１の温度が低温であることを示す信号が出力される。

一方、発熱体１０１の温度が上昇してサーモスタット１０２の検知温度に到達すると、サーモスタット１０２の接点間が短絡し、トランス１００の二次巻線に、抵抗器Ｒ、サーモスタット１０２の接点及びトランス１００のインピーダンスで決まる電流が流れる。この場合、トランス１００の一次巻線にもトランス１００の二次側で消費される電力に相当する電流が流れ、電流検出抵抗器１０５の両端子間に発生する交流電圧が増大する。

したがって、比較回路１０６が備える整流用ダイオードＤ１及びキャパシタＣ１で整流された電圧が基準電圧源Ｅｒから出力される基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなるため、コンパレータＣＭＰからは発熱体１０１の温度が高温であることを示すアラーム信号が出力される。

なお、図１に示す温度検出装置では、発熱体１０１が所定の温度よりも低いときに接点間が開放であり、発熱体１０１が所定の温度以上になると接点間が短絡するサーモスタット１０２を用いる例を示しているが、サーモスタット１０２には発熱体１０１が所定の温度よりも低いときに接点間が短絡し、発熱体１０１が所定の温度以上になると接点間が開放する構成を用いてもよい。その場合、発熱体１０１が所定の温度よりも低い通常動作時にトランス１００の二次巻線に大きな電流が流れるため、図１に示したように、トランス１００の二次巻線とサーモスタット１０２間には抵抗器Ｒを備えていることが望ましい。また、発熱体１０１が所定の温度よりも低いときに接点間が短絡するサーモスタット１０２を用いると、通常動作時にトランス１００の二次巻線に電流が流れることで、本発明の温度検出装置を含む機器の消費電力が増大してしまう。そのため、サーモスタット１０２には、発熱体１０１が所定の温度よりも低いときには接点間が開放であり、発熱体１０１が所定の温度以上になると接点間が短絡する構成を用いることが望ましい。

第１の実施の形態の温度検出装置によれば、トランス１００によって二次巻線に接続されたサーモスタット１０２と一次巻線に接続されたトランジスタ１０４や比較回路１０６とが絶縁されるため、サーモスタット１０２を高電圧が印加されている発熱体１０１に直接取り付けることが可能になる。そのため、発熱体１０１の温度検出のタイムラグが低減し、発熱体１０１とサーモスタット１０２間に絶縁体を挿入することによる、余分な熱抵抗による温度検出誤差も低減する。

また、第１の実施の形態の温度検出装置は、汎用の部品で構成できるため、安価で小型化が可能であり、特殊な部品が不要であるために該部品の入手が困難になる等の問題も発生することがない。したがって、サーモスタットを発熱体１０１に直接取り付けることが可能になると共に、発熱体１０１の温度を簡易な構成で検出することができる。
（第２の実施の形態）
図２は第２の実施の形態の温度検出装置の一構成例を示す回路図である。

図２に示すように、第２の実施の形態の温度検出装置は、トランス１１０と、トランス１１０の二次巻線に接続された、発熱体１１１の温度を検出するためのサーミスタ１１２と、トランス１１０の一次巻線に所要の交流電圧を印加するための直流電圧源１１３及びトランジスタ１１４と、トランス１１０の一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器１１５と、電流検出抵抗器１１５に電流が流れることで該電流検出抵抗器１１５の両端に発生する電圧を検出し、該電圧と比例する電圧を出力する電流検出回路１１６とを備えた構成である。

トランジスタ１１４には、不図示の発振源で生成された周波数が一定のパルス信号が供給される。トランジスタ１１４は、該パルス信号にしたがってオン／オフすることで、トランス１１０の一次巻線に交流電力を供給する。

サーミスタ１１２は、発熱体１１１の導電部位に直接取り付けられ、該発熱体１１１の温度に応じて抵抗値が増大または減少する。

電流検出抵抗器１１５は、トランジスタ１１４のエミッタと接地電位間に挿入され、その２つの端子間にトランス１１０の一次巻線に流れる電流（Ｉｍｏｎ）と比例する電圧を発生する。

電流検出回路１１６は、整流用ダイオードＤ１１、キャパシタＣ１１及び増幅回路ＡＭＰを備え、整流用ダイオードＤ１１及びキャパシタＣ１１により電流検出抵抗器１１５の端子間に発生した交流電圧を整流し、整流後の直流電圧を増幅回路ＡＭＰにより必要に応じて増幅して出力（ＴＥＭＰ ＭＯＮ）する。

このような構成では、トランス１１０の二次巻線にサーミスタ１１２及びトランス１１０の二次巻線のインピーダンスで決まる電流が流れている。このトランス１１０の二次巻線に流れる電流は、発熱体１１１の温度に応じてサーミスタ１１２の抵抗値が変わるため、該サーミスタ１１２の抵抗値に応じて変化する。この場合、トランス１１０の一次巻線にもサーミスタ１１２の抵抗値の変化に応じた電流が流れるため、電流検出抵抗器１１５の端子間に発生する交流電圧がサーミスタ１１２の抵抗値の変化に応じて変動する。

したがって、電流検出回路１１６が備える整流用ダイオードＤ１１及びキャパシタＣ１１で整流された電圧を増幅回路ＡＭＰにより必要に応じて増幅することで、電流検出回路１１６からは発熱体１１１の温度に対応する直流電圧が出力される。よって、電流検出回路１１６の出力電圧の値を測定することで発熱体１１１の温度を検出できる。

第２の実施の形態の温度検出装置によれば、第１の実施の形態の温度検出装置と同様にサーミスタを発熱体１１１に直接取り付けることが可能になると共に、発熱体１１１の温度を簡易な構成で検出することができる。さらに、第２の実施の形態の温度検出装置では、発熱体１１１の温度を測定できる。
（第３の実施の形態）
図３は本発明の高周波回路システムの一構成例を示すブロック図である。

図３に示す高周波回路システムは、進行波管１と、該進行波管１が備える各電極に所要の電源電圧を供給する電源装置６０とを有する構成である。

進行波管１は、例えば図３に示すように、電子ビーム５０を放出する電子銃１０と、電子銃１０から放出された電子ビーム５０と高周波信号（マイクロ波）とを相互作用させる高周波回路であるヘリックス電極２０と、ヘリックス電極２０から出力された電子ビーム５０を捕捉するコレクタ電極３０と、電子銃１０から電子を引き出すと共に電子銃１０から放出された電子ビーム５０をスパイラル状のヘリックス電極２０内に導くアノード電極４０とを備えている。

電子銃１０は、熱電子を放出するカソード電極１１と、カソード電極１１に熱電子を放出させるための熱エネルギーを与えるヒータ１２とを備えている。

電子銃１０から放出された電子ビーム５０は、カソード電極１１とヘリックス電極２０との電位差により加速されてヘリックス電極２０内に導入され、ヘリックス電極２０の一端から入力された高周波信号と相互作用しながらヘリックス電極２０の内部を進行する。ヘリックス電極２０の内部を通過した電子ビーム５０はコレクタ電極３０で捕捉される。このとき、ヘリックス電極２０の他端からは電子ビーム５０との相互作用により増幅された高周波信号が出力される。

電源装置６０は、カソード電極１１にヘリックス電極２０の電位（HELIX）を基準に負の直流電圧であるヘリックス電圧（H/K）を供給し、コレクタ電極３０にカソード電極１１の電位（H/K）を基準に正の直流電圧であるコレクタ電圧（COL）を供給する。また、電源装置６０は、ヒータ１２にカソード電極１１の電位（H/K）を基準に負の直流電圧であるヒータ電圧（H）を供給する。ヘリックス電極２０は、通常、進行波管１のケースに接続されて接地される。

図３は１つのコレクタ電極３０を備えた進行波管１の構成例を示しているが、進行波管１には複数のコレクタ電極３０を備えた構成もある。

また、図３に示す高周波回路システムでは、電源装置６０内でアノード電極４０とヘリックス電極２０を接続してアノード電極４０に接地電位を供給する構成を示しているが、アノード電極４０にはヘリックス電極２０の電位と異なる電圧が個別に供給される場合もある。その場合、アノード電極４０にはカソード電極１１の電位（H/K）を基準に正の直流電圧であるアノード電圧（ANODE）が供給される。

ヘリックス電圧（H/K）、コレクタ電圧（COL）及びヒータ電圧（H）は、例えば、トランスと、外部から供給される直流電圧を交流電圧に変換する、トランスの一次巻線に接続されたインバータと、トランスの二次巻線から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路とを用いて生成される。

本実施形態では、図１に示した第１の実施の形態の温度検出装置または図２に示した第２の実施の形態の温度検出装置を、図３に示す進行波管１の、例えばコレクタ電極３０の温度を測定するために用いる。温度測定対象は、コレクタ電極に限らず、その他の電極であってもよい。

ここで、図１または図２に示した温度検出装置は、進行波管１に全て内蔵されていてもよく、図１に示したサーモスタットまたは図２に示したサーミスタのみが進行波管１に内蔵され、その他のトランス、トランジスタ、電流検出抵抗器、比較回路（図１）及び電流検出回路（図２）が電源装置６０に内蔵される構成であってもよい。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態または第２の実施の形態で示した温度検出装置を用いることで、進行波管１の任意の電極の温度異常または温度を簡易な構成で検出できる。

第１の実施の形態の温度検出装置の一構成例を示す回路図である。 第２の実施の形態の温度検出装置の一構成例を示す回路図である。 本発明の高周波回路システムの一構成例を示すブロック図である。 背景技術の温度検出装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 進行波管
１０ 電子銃
１１ カソード電極
１２ ヒータ
２０ ヘリックス電極
３０ コレクタ電極
４０ アノード電極
５０ 電子ビーム
６０ 電源装置
１００、１１０ トランス
１０１、１１１ 発熱体
１０２ サーモスタット
１０３、１１３ 直流電圧源
１０４、１１４ トランジスタ
１０５、１１５ 電流検出抵抗器
１０６ 比較回路
１１２ サーミスタ
１１６ 電流検出回路
ＡＭＰ 増幅回路
Ｃ１、Ｃ１１ キャパシタ
ＣＭＰ コンパレータ
Ｄ１、Ｄ１１ 整流用ダイオード
Ｅｒ 基準電圧源

Claims (7)

1. 高電圧が印加されている発熱体の温度を検出するための温度検出装置であって、
   トランスと、
   前記発熱体の導電部位に直接取り付けられた、前記発熱体の温度が所定の温度以上になったか否かに応じて接点間が短絡または開放する、前記接点が前記トランスの二次巻線に接続されたサーモスタットと、
   前記トランスの一次巻線に所要の交流電力を供給するための直流電圧源及びトランジスタと、
   前記トランスの一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器と、
   前記電流検出抵抗器に電流が流れることで該電流検出抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、前記トランスの一次巻線に流れる電流が予め設定されたしきい値電流を越えたときにアラーム信号を出力する比較回路と、
   を有する温度検出装置。
2. 前記サーモスタットは、
   前記発熱体が所定の温度よりも低いときに接点間が開放であり、前記発熱体が所定の温度以上になると前記接点間が短絡する請求項１記載の温度検出装置。
3. 高電圧が印加されている発熱体の温度を検出するための温度検出装置であって、
   トランスと、
   前記発熱体の導電部位に直接取り付けられた、前記発熱体の温度に応じて抵抗値が変化する、前記トランスの二次巻線間に接続されたサーミスタと、
   前記トランスの一次巻線に所要の交流電力を供給するための直流電圧源及びトランジスタと、
   前記トランスの一次巻線に流れる電流を検出するための電流検出抵抗器と、
   前記電流検出抵抗器に電流が流れることで該電流検出抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、該電圧と比例する電圧を出力する電流検出回路と、
   を有する温度検出装置。
4. 請求項１記載の温度検出装置を備え、
   前記サーモスタットが所定の電極に取り付けられた進行波管。
5. 請求項３記載の温度検出装置を備え、
   前記サーミスタが所定の電極に取り付けられた進行波管。
6. 請求項４記載の進行波管と、
   前記進行波管が備える各電極に所要の電圧を供給する電源装置と、
   を有する高周波回路システム。
7. 請求項５記載の進行波管と、
   前記進行波管が備える各電極に所要の電圧を供給する電源装置と、
   を有する高周波回路システム。

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