JPH04230506A - レーザ・デバイス用熱電デバイス温度制御装置 - Google Patents

レーザ・デバイス用熱電デバイス温度制御装置

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JPH04230506A
JPH04230506A JP3265517A JP26551791A JPH04230506A JP H04230506 A JPH04230506 A JP H04230506A JP 3265517 A JP3265517 A JP 3265517A JP 26551791 A JP26551791 A JP 26551791A JP H04230506 A JPH04230506 A JP H04230506A
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JP
Japan
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current
circuit
voltage
control circuit
temperature
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Application number
JP3265517A
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English (en)
Inventor
James Mcardle
ジェームス　マッカードル
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04230506A publication Critical patent/JPH04230506A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/021—Control thereof
    • F25B2321/0212—Control thereof of electric power, current or voltage

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Lasers (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は制御回路、特に、レーザ
・デバイスの温度を制御する温度制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】電話およびその他の通信回路におけるフ
ァイバ光学部品の使用が増加するにともない、光通信チ
ャネルでの増幅反復装置におけるレーザ・デバイスの使
用が広まっている。レーザ・デバイスによって、広いバ
ンド幅範囲をカバーする複数の信号チャネルの伝送が可
能となるため、レーザ・デバイスは、従来の音声チャネ
ルやさまざまな高速および高周波信号チャネルがすべて
単一の光ファイバ伝送線上を伝送するのに適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】広バンド幅で歪みなし
に複数のチャネルを処理するため、レーザ・デバイスは
、非常に狭い動作温度範囲によって定義された線形温度
範囲内で動作されなければならない。レーザ・デバイス
の動作温度がこの狭い範囲外に出た場合、レーザ・デバ
イスはもはや、デバイスの通常のバンド幅の全範囲にわ
たって通信チャネルを線形に伝送しない。従って、広範
囲の周囲温度を有する実際の動作環境では、温度制御装
置によって、レーザ増幅デバイスの動作温度を指定され
た動作温度範囲内に維持する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】熱電デバイスおよび付随
するレーザ温度制御回路が、レーザ・デバイスを理想温
度範囲内に維持するように動作する。熱電デバイスには
、スイッチング型温度制御回路を通して駆動電流が供給
される。この駆動電流はスイッチング回路によって調整
され、熱電デバイスに加えられて、その加熱および冷却
作用を制御する。加えられる電流の極性は、熱電装置が
熱吸収モードで動作するか、それとも熱発生モードで動
作するかを決定する。
【０００５】温度制御回路に含まれるシーケンス制御回
路は、レーザ・デバイスの線形動作温度範囲を維持する
ために、熱電温度制御回路の動作範囲を定義する。シー
ケンス制御回路に含まれ、これを通して動作するフィー
ドバック回路は、出力電流の大きさおよび電流極性を制
御して、レーザ・デバイスが線形に動作する正確に定義
された温度の小範囲内にレーザの動作温度範囲を制限す
ることによって、温度の精密制御を可能にする。
【０００６】実施例では、レーザ・デバイスおよびそれ
に含まれる温度制御が、家庭加入者に直接光ファイバ伝
送を延長した電話システムの一部としての伝送要素とし
て利用される。
【０００７】
【実施例】電話通信伝送システムの一部が図１に示され
ている。このようなシステムは、音声メッセージ、デー
タ信号および画像信号の伝送に使用されることが可能で
ある。電話ネットワーク１０１から供給される多数の独
立のチャネルに分離された信号は、多数の加入者に近接
して位置する遠隔端末１０３へファイバ・リンク１０２
を通して伝送される。遠隔端末は、チャネルを多重化解
除し、チャネルのサブセットを複数の伝送リンクへ分配
するための回路１０３ａを含む。各リンクは、伝送され
た信号を搬送するレーザ・デバイス１０３ｃを含む。こ
れらの信号は続いてクラスタ端末１０４に結合され、さ
らに、各加入者１０５への独立な光リンクに結合される
。
【０００８】各レーザ・デバイスは、広い範囲すなわち
バンド幅の周波数にわたって多くのチャネルを処理する
ことが可能である。全周波数バンド幅にわたるその線形
動作は、狭い温度範囲内にその温度を維持することに決
定的に依存する。この狭い温度範囲内では、レーザ・デ
バイスは、広い周波数範囲にわたって大きな歪みなく信
号を搬送することが可能である。動作温度がこの狭い温
度範囲外に出た場合、定義されたバンド幅のかなりの部
分にわたる信号伝送の線形性が大きく劣化する。
【０００９】レーザ・デバイスの温度は本実施例のシス
テムでは温度制御回路によって制御される熱電デバイス
を使用することにより維持される。この温度制御装置は
図２にブロック図の形で示されている。レーザ・デバイ
ス２０１は、レーザ・デバイスの温度を表す信号を発生
する温度感知デバイス２０２に結合されている。熱電冷
却デバイス２０５は、一点鎖線２０４によって模式的に
示されているように、レーザ・デバイスに物理的に隣接
して位置する。
【００１０】熱電冷却器２０５の動作は、温度感知デバ
イス２０２からの温度感知信号を受信するように結合さ
れたスイッチング型温度制御回路２１０によって制御さ
れる。スイッチング制御回路２１０は、パワー・トラン
ス２１５、スイッチ２２１および２２２によって熱電冷
却器２０５に接続される。スイッチング制御回路２１０
は、出力電流の大きさを制御し、また、スイッチ２２１
および２２２の選択的閉路（記号的な制御リード線２３
１、２３２で図示）を制御して、熱電冷却器２０５に加
えられる電流の方向を決定する。熱電冷却器の冷却およ
び加熱作用は電流の方向によって決定され、加熱または
冷却作用の程度は電流の大きさによって決定される。熱
電冷却器自体の個々の動作特性は周知であり、詳細に説
明する必要はないと考えられる。
【００１１】出力電流の大きさのレベルと、その方向を
制御するスイッチ２２１および２２２の閉路は、スイッ
チング制御回路２１０と、それに付随する調整回路によ
って制御される。この調整回路の回路図は図３に詳細に
示されている。図３に詳細に示された制御回路は、パワ
ー・スイッチ３１５、パワー・トランス３２５、および
、熱電冷却／加熱デバイス３０５の冷却／加熱作用を制
御する電流方向スイッチ３２１および３２２を含む。 パワー・スイッチ３１５（本実施例ではＦＥＴで図示）
のスイッチングは、スイッチ駆動制御回路３１７によっ
て制御される。
【００１２】ＤＣ入力パワーが入力端子３０１および３
０２に加えられ、スイッチ駆動制御回路３１７によって
周期的に駆動されるパワー・スイッチ３１５が、トラン
ス３２５の一次巻線３２４を通して電流を制御する。ト
ランス３２５は２個の二次巻線３２６および３２７を含
み、これらは、ダイオード３２８および３２９を介して
、熱電デバイス３０５の一方の端子３０３に結合される
。デバイスを通る電流の大きさは、パワー・スイッチ３
１５のデューティ周期によって制御され、電流の方向は
スイッチ３２１および３２２の選択的閉路によって制御
される。これらのスイッチはいずれも熱電デバイス３０
５の他方の端子３０４に接続される。
【００１３】制御回路は、温度センサ３５０の出力を使
用可能な電圧レベルに変換するための変換回路３５１を
含む。この電圧は、温度電圧を参照電圧と関連づけるこ
とによってエラー信号を発生するエラー増幅器３５２に
加えられる。この発生されたエラー電圧は４個の比較回
路３６１〜３６４に並列に加えられる。これらの比較回
路は、ともにシーケンス制御回路３６５の一部として示
されている。
【００１４】固定電圧が、５個の直列接続抵抗３６６〜
３７０によって４個の相異なる参照電圧に分割された電
圧分割器に加えられる。各抵抗の大きさは、電圧降下が
各コンパレータ３６１〜３６４に対する相異なる参照電
圧を定義するように決定される。これらのコンパレータ
３６１〜３６４の出力は後続の駆動回路３７１〜３７４
に接続される。２個の駆動回路３７１および３７４の出
力は共通のノードおよびリード線３５９に接続され、こ
のリード線はトランジスタ３８１に接続される。このト
ランジスタは、パワー・スイッチ３１５のデューティ周
期を制御するスイッチ駆動制御回路３１７へのフィード
バック信号を供給する。駆動回路３７２および３７３の
出力は、熱電デバイス３０５に加えられる電流の方向を
制御するために、それぞれスイッチ３２１および３２２
に接続される。
【００１５】ただちに明らかなように、エラー増幅器３
５２のエラー出力信号は、コンパレータ３６２および３
６３の参照しきい値の間のある中間値を有する。エラー
信号がこの中間値から狭い範囲で変動する場合、２個の
コンパレータ３６２または３５３のうちの１つを活動化
する。活動化されたコンパレータ３６２または３６３は
、熱電デバイス３０５に加えられる電流の方向を決定す
る。エラー電圧信号がこの中間電圧からさらに大きくは
ずれると、コンパレータ３６１または３６４のうちの１
つがさらに活動化され、電流の大きさを制御するパワー
・スイッチ３１５のデューティ周期を制御して、所望さ
れる方向に正しい量だけレーザ・デバイスの温度を能動
的に変化させる。
【００１６】リード線３５９上の信号は、フィードバッ
ク信号をスイッチ駆動制御回路３１７のフィードバック
入力３８０に伝送する制御トランジスタ３８１に結合さ
れる。パワー・スイッチの電流出力は現行検知抵抗３８
２によって検知され、その両端の電圧はリード線３８４
を介してスイッチ駆動制御回路３１７に結合される。動
作時には、リード線３８０に加えられるフィードバック
信号は、リード線３８４上の信号とともに、熱電デバイ
ス３０５を制御する出力電流の大きさを制御し、保護電
流限界を与える。
【００１７】スイッチ駆動制御回路３１７の内部機能は
、図５に機能的に示されるような単一チップＩＣで実現
されるのが望ましい。フィードバック・リード線３８０
は、入力５０２に加えられる参照電圧を有するエラー増
幅器５０１に結合される。リード線５０３上のエラー電
圧は増幅器５０４に加えられ、リード線３８４上の現行
検知電圧と比較される。増幅器５０４の出力は駆動回路
５０６に加えられ、この駆動回路の出力は、熱電デバイ
スに加えられる出力電流の大きさを制御するためにＦＥ
Ｔ駆動リード線３１４に加えられる。
【００１８】リード線３８４上の現行検知電圧はまた増
幅器５０７にも加えられ、この増幅器のリード線５０８
上の出力は、抵抗３８２で過電流が検出された場合に、
参照電圧に対する電流レベルを再設定することにより、
駆動回路５０６を停止するために使用される。リード線
３９５に加えられる停止信号入力は停止回路５１０に加
えられ、停止回路の出力は駆動回路５０６に加えられて
その動作を停止させる。回路の電源電圧はリード線５１
１および５１２を介して加えられる。詳細に説明しない
が、これらの機能が市販の制御チップにおいてただちに
使用可能であることは当業者にはただちに認識されるで
あろう。
【００１９】温度感知回路３０２の出力はアラーム回路
３９２に接続される。伝送論理回路中の電圧は回路３９
７によって検知される。この検知回路の出力は、電圧が
降下した場合に伝送回路および温度制御回路を停止する
停止駆動回路３９３に接続される。アラーム回路３９２
の機能は、熱電デバイスが修正不可能な温度状態を指示
することであり、伝送論理回路電圧が降下した場合には
レーザ・デバイスを停止するように停止回路が動作する
。
【００２０】この回路は図４に詳細に示されている。集
積回路型温度センサ・デバイス４０１またはサーミスタ
感知形式のようなその他の手段によって発生されたレー
ザ温度電圧は、調整のためのエラー増幅器４５２と、２
個のコンパレータ４６１および４７１に加えられる。参
照電圧４０４を分流する電圧分割器から生成された参照
電圧は、２個のコンパレータ４６１および４７１に加え
られる。
【００２１】これらの参照電圧は、レーザ・デバイス４
０１に対する温度制御の動作範囲を設定するように選択
される。動作温度がこの範囲外に出た場合、２個の増幅
器のうちの１つが、アラーム回路４６７を活動化してこ
の状態を指示する光放出ダイオード４６５を通る電流を
放出する。この装置はまた、周囲温度が動作範囲に修正
できない場合に、温度制御回路およびレーザ・デバイス
を停止するようにも動作する。停止デバイス４７４は、
伝送制御回路の電源電圧の降下を検知し、光放出ダイオ
ード４７５を活動化して、この温度制御器に対する停止
駆動回路４７６を起動する。この装置は、温度制御器の
動作が要求されない場合には低い静止電流を有し、電圧
レールの一方または両方が故障した場合の不正確な動作
も回避する。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、熱
電デバイスおよびレーザ温度制御回路によって、レーザ
・デバイスが理想温度範囲内に維持される。また、この
制御回路によって制御できない温度になった場合や、電
源電圧が降下した場合には、アラーム回路によってその
状態が知らされ、停止回路によって装置が停止されて、
不正確な動作が回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ回路の電話通信システムへの適用を
示すブロック図である。
【図２】本発明の原理を実現する温度制御回路のブロッ
ク図である。
【図３】温度制御回路の図である。
【図４】温度制御回路に含まれる制御回路の図である。
【図５】温度制御回路に含まれる制御回路の図である。
【符号の説明】
１０１　　電話ネットワーク １０２　　ファイバ・リンク １０３　　遠隔端末 １０４　　クラスタ端末 １０５　　加入者 ２０１　　レーザ・デバイス ２０２　　温度感知デバイス ２０５　　熱電冷却デバイス ２１０　　スイッチング型温度制御回路２１５　　パワ
ー・トランス ３０１　　入力端子 ３０２　　入力端子 ３１５　　パワー・スイッチ ３１７　　スイッチ駆動制御回路 ３２１　　電流方向スイッチ ３２２　　電流方向スイッチ ３２５　　パワー・トランス ３５０　　温度センサ ３５１　　変換回路 ３５２　　エラー増幅器 ３６１〜３６４　　コンパレータ ３６５　　シーケンス制御回路 ３７１〜３７４　　駆動回路 ３９２　　アラーム回路 ３９３　　停止駆動回路 ４０１　　温度センサ・デバイスおよびレーザ・デバイ
ス４５２　　エラー増幅器 ４６１　　コンパレータ ４６５　　光放出ダイオード ４６７　　アラーム回路 ４７１　　コンパレータ ４７４　　停止デバイス ４７５　　光放出ダイオード ４７６　　停止駆動回路 ５０１　　エラー増幅器 ５０６　　駆動回路 ５１０　　停止回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　レーザ・デバイスに物理的に接続され
    た熱電デバイスと、前記熱電デバイスに電流を加えるた
    めに接続された、制御されたデューティ周期をもつパワ
    ー・スイッチを有する周期的スイッチング回路と、前記
    電流の方向および大きさを制御する手段と、前記レーザ
    ・デバイスの温度に応じて電圧を発生する手段と、前記
    電圧に応じて、前記レーザ・デバイスに加えられる前記
    パワー・スイッチの電流の大きさを制御する前記デュー
    ティ周期を制御する手段と、少なくとも第１方向および
    第１方向とは逆の第２方向のうちの１つにおいて、前記
    パワー・スイッチの電流出力を前記熱電デバイスに結合
    するためのスイッチング回路と、前記レーザ・デバイス
    を所望される温度に維持するために、前記電圧に応じて
    、前記第１および第２方向のうちの１つを選択するよう
    に前記スイッチング回路を制御する手段とからなること
    を特徴とするレーザ・デバイス用熱電デバイス温度制御
    装置。
  2. 【請求項２】　　前記電圧に対応する回路を更に有し、
    この回路が、降順の大きさを有する第１、第２、第３お
    よび第４バイアス電圧によってそれぞれバイアスされた
    第１、第２、第３および第４増幅器を含み、前記第２お
    よび第３増幅器が、前記電圧のレベルがある中間電圧よ
    りも大きいか小さいかによって二者択一的に動作するよ
    うにバイアスされ、前記スイッチング回路に接続されて
    前記熱電デバイスに加えられる電流の方向を制御し、前
    記第２増幅器が前記電流の方向を制御しているときに、
    前記第１増幅器は、前記パワー・スイッチの電流の大き
    さを制御する信号を発生するようにバイアスされ、前記
    第３増幅器が前記電流の方向を制御しているときに、前
    記第４増幅器は、前記パワー・スイッチの電流の大きさ
    を制御する信号を発生するようにバイアスされることを
    特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】　　一次巻線と、第１および第２の二次巻
    線を含むパワー・トランスと、前記一次巻線に周期的に
    電圧を加えるように接続されたパワー・スイッチと、前
    記第１の二次巻線を前記熱電デバイスに結合する第１ス
    イッチと、前記第２の二次巻線を前記熱電デバイスに結
    合する第２スイッチとを含むスイッチング回路とを有す
    ることを特徴とする請求項２の装置。
  4. 【請求項４】　　前記制御回路が電圧降下を検知した場
    合に前記周期的スイッチング回路を停止する停止回路を
    有することを特徴とする請求項３の装置。
  5. 【請求項５】　　前記レーザ・デバイスの適切な動作温
    度を維持するために、前記制御回路の不能を指示するア
    ラーム回路を有することを特徴とする請求項４の装置。
JP3265517A 1990-09-26 1991-09-18 レーザ・デバイス用熱電デバイス温度制御装置 Pending JPH04230506A (ja)

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US07/588,643 US5118964A (en) 1990-09-26 1990-09-26 Thermo-electric temperature control arrangement for laser apparatus
US588643 1990-09-26

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JPH04230506A true JPH04230506A (ja) 1992-08-19

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EP (1) EP0478204B1 (ja)
JP (1) JPH04230506A (ja)
CA (1) CA2050047C (ja)
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