JPH07248830A - ペルチェ素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペルチェ素子駆動回路に、トランジスタを用
いず、変換効率の良いチョッパ型スイッチング電源を用
いることにより、消費電力を低減させる。 【構成】 サーミスタ４５が検出した周囲温度が基準温
度に対して温度差が生じると、上記サーミスタ４５の内
部抵抗値はこの温度差に応じて変化する。電圧制御部５
０は電圧制御側電源５１に対して、上記内部抵抗値に対
応する電圧を出力する。電圧制御側電源５１は、三角波
にこの電圧を合成し、この電圧値に対してデューディ比
を変化させてパルス幅変調の電圧を出力する。このパル
ス幅変調の電圧は、ペルチェ素子１０の負端子にかか
る。定電圧源４６は、定電圧側電源５２に対して一定電
圧を出力し、定電圧側電源５２は、この一定電圧に対し
てデューディ比５０％一定のパルス幅変調の電圧を出力
する。このパルス幅変調の電圧は、ペルチェ素子の正端
子にかかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペルチェ素子を駆動さ
せ、コンピュータ内の制御回路等の温度制御に利用され
るペルチェ素子駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のペルチェ素子駆動回路の構成につ
いて説明する。

【０００３】図３は、ペルチェ素子の構成と温度特性の
一例を示す。図３において、ペルチェ素子１０は、流れ
る電流の向きと大きさによって発熱及び冷却する素子で
あり、正負の両端子を持つ。

【０００４】図４は、ペルチェ素子における温度対電流
特性を示す。図４において、温度対電流特性２０は、ペ
ルチェ素子１０にかかる電圧及び電流の向きによって決
定する。なお、ペルチェ素子１０の基準電圧は２０℃で
あり、この温度は感温素子（例えばサーミスタ）によっ
て検出されたものである。

【０００５】図５は、単一電圧で駆動する場合の一般的
なペルチェ素子駆動回路の構成を示す。図４において、
トランジスタ対４２は、ｎｐｎ形トランジスタ及びｐｎ
ｐ形トランジスタから成るスイッチ兼電流制御手段であ
り、ペルチェ素子１０の正極側に接続する。トランジス
タ対４３は、トランジスタ対４２と同様に、ｎｐｎ形ト
ランジスタ及びｐｎｐ形トランジスタから成るスイッチ
兼電流制御手段であり、ペルチェ素子１０の負極側に接
続する。制御回路４４は、トランジスタ対４２、４３に
対する制御手段である。サーミスタ４５は、検知した温
度によって内部抵抗が変化する温度検知手段であり、制
御回路４４に接続する。定電圧電源４６は、トランジス
タ対４２、４３に対する電源手段である。

【０００６】次に従来のペルチェ素子駆動回路の動作に
ついて説明する。図４において、サーミスタ４５によっ
て検知された温度が基準温度（２０℃）からずれた場
合、制御回路４４は、ペルチェ素子１０の温度対電流特
性からペルチェ素子１０内に流すべき電流の大きさと向
きを決定する。次に制御回路４４はこの決定した電流の
大きさと向きからペルチェ素子１０の両端にかかる電圧
の大きさと向きを決定する。制御回路４４は、トランジ
スタ対４２、４３への入力電圧を制御して、ペルチェ素
子１０に上記電圧がかかるようにする。

【０００７】このように、上記従来のペルチェ素子駆動
回路は、ペルチェ素子を用いて温度制御することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のペルチェ素
子駆動回路で使用した場合における消費電力の一例を挙
げる。ここで、ペルチェ素子１０に消費させる電圧及び
電流を１Ｖ・１Ａ（このときペルチェ素子の内部抵抗は
１Ωである）、定電圧源４６を＋５Ｖ単一とする。その
場合、ペルチェ素子１０は、１Ｗ（１Ｖ・１Ａ）の電力
を消費するのに対して、ペルチェ駆動回路は、５Ｗ（５
Ｖ・１Ａ）の電力を消費する。上記従来のペルチェ素子
駆動回路は、効率が２０％と、損失が非常に大きいた
め、回路内の発熱の問題を有していた。

【０００９】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、高効率かつ低損失である優れたペルチェ素子駆動回
路を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、ペルチェ素子駆動回路に、一定電圧値を出
力する定電圧手段と、振幅値が前記電圧値で、かつ一定
幅、一定周期で繰り返すパルスを出力する第１チョッパ
型スイッチング電源手段と、周囲の温度を検出し、この
温度に対して内部抵抗値を変化させる感温素子と、基準
となる抵抗値を予め設定し、この抵抗値を上記抵抗値か
ら差し引いた値に対応して電圧値を変化させる電圧制御
手段と、第１チョッパ型スイッチング電源手段と同じ振
幅及び一定周期、一定幅で繰り返すパルスを出力し、上
記電圧値に対応してこのパルスの幅を変化させる第２チ
ョッパ型スイッチング電源手段と、第１チョッパ型スイ
ッチング電源手段の出力電圧値から第２チョッパ型スイ
ッチング電源手段の出力電圧値を差し引いた値の方向に
よって発熱又は冷却するペルチェ素子とを設けたもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明は上記手段により、ペルチェ素子の両端
子に対して、一方の端子に一定振幅値かつ一定幅、一定
周期で繰り返すパルスを入力し、他方の端子に感温素子
が検出した温度に応じてパルス幅のみを変化させたパル
スを入力し、一方の端子に入力したパルス幅に対し、他
方の端子に入力したパルス幅の変化により、ペルチェ素
子を駆動する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。図１は、本発明の実施例におけるペルチェ
素子駆動回路の構成ブロック図である。図１において、
電圧制御部５０は、感温素子であるサーミスタ４５が検
出した基準温度との温度差に応じて電圧を出力する手段
である。電圧制御側電源５１は、ペルチェ素子１０に対
してパルスを出力するチョッパ型スイッチング電源手段
であり、上記電圧制御部５０が出力する電圧値に応じて
デューティ比を変化させ、ペルチェ素子１０の負端子に
パルスを出力する。定電圧側電源５２は、定電圧源４６
が出力する電圧値に応じたパルスを出力するチョッパ型
スイッチング電源手段であり、このパルスをペルチェ素
子の正端子に出力する。なお、電圧制御側電源５１及び
定電圧側電源５２は、出力するパルス幅変調電圧におい
て、単体では構成上、常に正電圧である。

【００１３】次に、上記実施例の動作について説明す
る。上記実施例において、サーミスタ４５は基準温度に
対する周囲の温度を検出する。この周囲の温度が基準温
度に対して温度差が生じると、上記サーミスタ４５の内
部抵抗値は、この温度差に応じて変化する。電圧制御部
５０は電圧制御側電源５１に対して、上記内部抵抗値に
対応する電圧を出力する。電圧制御側電源５１は、三角
波にこの電圧を合成し、この電圧値に対してデューティ
比を変化させてパルス幅変調の電圧を出力する。このパ
ルス幅変調の電圧は、ペルチェ素子１０の負端子にかか
る。

【００１４】定電圧源４６は、定電圧側電源５２に対し
て一定電圧を出力し、定電圧側電源５２は、この一定電
圧に対してデューティ比５０％一定のパルス幅変調の電
圧を出力する。このパルス幅変調の電圧は、ペルチェ素
子１０の正端子にかかる。

【００１５】図２はペルチェ素子にかかる電圧における
タイミング図である。図２において、図２（ａ）は周囲
温度が０度の場合におけるタイミング図である。ペルチ
ェ素子１０の正端子には、定電圧側電源５２からデュー
ティ比５０％一定のパルス幅変調の電圧がかかる。基準
温度２０度を基準とすると周囲温度は−２０度であり、
この周囲温度に対し、電圧制御側電源５１が出力するパ
ルス幅変調の電圧におけるデューティ比を２５％とすれ
ば、ペルチェ素子１０の負端子には、このデューティ比
２５％のパルス幅変調の電圧がかかる。正端子にかかる
パルス電圧を基準とすると、ペルチェ素子１０は正の方
向にデューティ比２５％のパルス電圧がかかり、発熱す
る。

【００１６】図２（ｂ）は、周囲温度が１０度の場合に
おけるタイミング図である。ペルチェ素子１０の正端子
には、定電圧側電源５２からデューティ比５０％一定の
パルス幅変調の電圧がかかる。基準温度２０度を基準と
すると周囲温度は−１０度であり、この周囲温度に対
し、電圧制御側電源５１が出力するパルス幅変調の電圧
におけるデューティ比を３７．５％とすれば、ペルチェ
素子１０の負端子には、このデューティ比３７．５％の
パルス幅変調の電圧がかかる。正端子にかかるパルス電
圧を基準とすると、ペルチェ素子１０は正の方向にデュ
ーティ比１２．５％のパルス電圧がかかり、わずかに発
熱する。

【００１７】図２（ｃ）は、周囲温度が３０度の場合に
おけるタイミング図である。ペルチェ素子１０の正端子
には、定電圧側電源５２からデューティ比５０％一定の
パルス幅変調の電圧がかかる。基準温度２０度を基準と
すると周囲温度は＋１０度であり、この周囲温度に対
し、電圧制御側電源５１が出力するパルス幅変調の電圧
におけるデューティ比を６２．５％とすれば、ペルチェ
素子１０の負端子には、このデューティ比６２．５％の
パルス幅変調の電圧がかかる。正端子にかかるパルス電
圧を基準とすると、ペルチェ素子１０は負の方向にデュ
ーティ比１２．５％のパルス電圧がかかり、わずかに冷
却する。

【００１８】図２（ｄ）は、周囲温度が４０度の場合に
おけるタイミング図である。ペルチェ素子１０の正端子
には、定電圧側電源５２からデューティ比５０％一定の
パルス幅変調の電圧がかかる。基準温度２０度を基準と
すると周囲温度は＋２０度であり、この周囲温度に対
し、電圧制御側電源５１が出力するパルス幅変調の電圧
におけるデューティ比を７５％とすれば、ペルチェ素子
１０の負端子には、このデューティ比７５％のパルス幅
変調の電圧がかかる。正端子にかかるパルス電圧を基準
とすると、ペルチェ素子１０は負の方向にデューティ比
２５％のパルス電圧がかかり冷却する。

【００１９】このような本実施例の効果を従来例と比較
する。ペルチェ素子１０にかかる電圧及び電流が１Ｖ・
１Ａ（ペルチェ素子１０の内部抵抗を１Ωとする）とす
ると、このペルチェ素子１０は１Ｗを消費する。チョッ
パ型スイッチング電源である電圧制御側電源５１及び定
電圧側電源５２の変換効率を９０％とすると、この電圧
制御側電源５１及び定電圧側電源５２に必要な電力は
１．１Ｗ程度となる。トランジスタを用いた従来のペル
チェ素子駆動回路における消費電力は５Ｗであったこと
から、本実施例によれば、この従来のペルチェ素子駆動
回路に対して７０〜８０％もの低消費電力化ができると
いう効果を有する。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなよう
に、ペルチェ素子駆動回路に、一定電圧値を出力する定
電圧手段と、振幅値が前記電圧値で、かつ一定幅、一定
周期で繰り返すパルスを出力する第１チョッパ型スイッ
チング電源手段と、周囲の温度を検出し、この温度に対
して内部抵抗値を変化させる感温素子と、基準となる抵
抗値を予め設定し、この抵抗値を上記抵抗値から差し引
いた値に対応して電圧値を変化させる電圧制御手段と、
第１チョッパ型スイッチング電源手段と同じ振幅及び一
定周期、一定幅で繰り返すパルスを出力し、上記電圧値
に対応してこのパルスの幅を変化させる第２チョッパ型
スイッチング電源手段と、第１チョッパ型スイッチング
電源手段の出力電圧値から第２チョッパ型スイッチング
電源手段の出力電圧値を差し引いた値の方向によって発
熱又は冷却するペルチェ素子とを設け、ペルチェ素子の
両端子に対して、一方の端子に一定振幅値かつ一定幅、
一定周期で繰り返すパルスを入力し、他方の端子に感温
素子が検出した温度に応じてパルス幅のみを変化させた
パルスを入力し、一方の端子に入力したパルス幅に対
し、他方の端子に入力したパルス幅の変化により、ペル
チェ素子を駆動したものであり、変換効率の悪いトラン
ジスタを用いずに、変換効率の良いチョッパ型スイッチ
ング電源を用いたため、低消費電力化することができる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例におけるペルチェ素子駆動回路の構成
ブロック図

【図２】（ａ）は本実施例における周囲温度が０℃の場
合のペルチェ素子にかかる電圧のタイミング図 （ｂ）は本実施例における周囲温度が１０℃の場合のペ
ルチェ素子にかかる電圧のタイミング図 （ｃ）は本実施例における周囲温度が３０℃の場合のペ
ルチェ素子にかかる電圧のタイミング図 （ｄ）は本実施例における周囲温度が４０℃の場合のペ
ルチェ素子にかかる電圧のタイミング図

【図３】ペルチェ素子の概略構成図

【図４】ペルチェ素子における温度対電流特性図

【図５】従来のペルチェ素子駆動回路の構成図

【符号の説明】

１０ ペルチェ素子 ４５ サーミスタ（感温素子） ４６ 定電圧源 ５０ 電圧制御部（電圧制御手段） ５１ 電圧制御側電源（第２チョッパ型スイッチング電
源手段） ５２ 定電圧側電源（第１チョッパ型スイッチング電源
手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定電圧値を出力する定電圧手段と、振
   幅値が前記電圧値で、かつ一定幅、一定周期で繰り返す
   パルスを出力する第１チョッパ型スイッチング電源手段
   と、周囲の温度を検出し、この温度に対して内部抵抗値
   を変化させる感温素子と、基準となる抵抗値を予め設定
   し、この抵抗値を上記抵抗値から差し引いた値に対応し
   て電圧値を変化させる電圧制御手段と、第１チョッパ型
   スイッチング電源手段と同じ振幅及び一定周期、一定幅
   で繰り返すパルスを出力し、上記電圧値に対応してこの
   パルスの幅を変化させる第２チョッパ型スイッチング電
   源手段と、前記第１チョッパ型スイッチング電源手段の
   出力電圧値から前記第２チョッパ型スイッチング電源手
   段の出力電圧値を差し引いた値の方向によって発熱又は
   冷却するペルチェ素子とを備えたペルチェ素子駆動回
   路。