(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流す駆動電流の方向によって発熱又は吸熱動作するペルチェ素子と、
ＰＷＭ信号に基づく切換信号の印加されるゲート回路を有する複数のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを有し、前記ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタ間に接続された前記ペルチェ素子へ流す前記駆動電流の方向を切換えるＨブリッジ回路と、
前記発熱動作時又は吸熱動作時にあって前記ＰＷＭ信号における一定周期中の第１のオフ区間で前記ペルチェ素子の電位を切換え入力するスイッチ部と、
入力された前記オフ区間の電位から前記ペルチェ素子のゼーベック電圧を検出する検出部と、
を具備するペルチェ素子の動作検出装置。
【請求項２】
前記スイッチ部は、前記発熱動作時又は吸熱動作時にあって前記一定周期中のオン区間で前記ペルチェ素子の電位を切換え入力する機能を有し、前記検出部は、入力された前記オン区間の電位から前記ペルチェ素子の負荷電圧を検出する機能を有する請求項１記載のペルチェ素子の動作検出装置。
【請求項３】
前記スイッチ部は、前記発熱動作時又は吸熱動作時にあって前記一定周期中における前記第１のオフ区間と異なる第２のオフ区間において、前記ペルチェ素子の電位を切換え入力する機能と、前記第２のオフ区間に前記ペルチェ素子に所定の定電流を切換え入力する機能とを有し、前記検出部は、入力された前記第２のオン区間の電位および前記定電流から前記ペルチェ素子の抵抗を検出する機能を有する請求項１又は２記載のペルチェ素子の動作検出装置。
【請求項４】
前記スイッチ部は、前記発熱動作時又は吸熱動作時にあって前記一定周期中における前記第１および第２のオフ区間と異なる第３のオフ区間で、前記Ｈブリッジ回路に印加された電源電圧を切換え入力する機能を有し、前記検出部は、入力された前記電源電圧を検出する機能を有する請求項１〜３のいずれか１項記載のペルチェ素子の動作検出装置。
【請求項５】
Ｈブリッジ回路は、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを組合せてなり、前記ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタの各ゲート回路を流れる信号が前段側へ帰線を介して回帰されるよう当該ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタが接続されてなる請求項１〜４のいずれか１項記載のペルチェ素子の動作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はペルチェ素子の動作検出装置に係り、ペルチェ素子を用いて例えば半導体ウエハー等を加熱吸熱する温度制御装置に使用して好適する動作検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑える観点から、フロンガスの代替的加熱吸熱手段としてペルチェ素子が注目されている。
【０００３】
このペルチェ素子で制御対象を温度制御する温度制御装置としては、例えば図６に示すような構成が提案されている。
【０００４】
すなわち、ペルチェ素子１の近傍に温度測定用のセンサ３を配置して入力部５に接続し、この入力部５ではその測定温度に対応した測定値ＰＶとしての電気信号をコントローラ７へ出力し、このコントローラ７では設定値ＳＶとその測定値とを比較してその偏差を小さくするような制御出力に基づいたＰＷＭ信号をドライブ部９へ出力し、このドライブ部９ではそのＰＷＭ信号に応じた切換信号を形成してＨブリッジ回路１１へ出力する構成を有していた。
【０００５】
このＨブリッジ回路１１は、ＰチャネルおよびＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４、ＰチャネルおよびＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３とＦＥＴ２を１対ずつ直列接続し、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４の接続点とＦＥＴ３とＦＥＴ２の接続点の間にペルチェ素子１を接続し、ドライブ部９からの切換信号によってＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ２を同時にオン／オフ動作させる時には、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３とＦＥＴ４を同時にオフ／オン動作させるようになっている。
【０００６】
このような温度制御装置では、コントローラ７がペルチェ素子１による温度測定値ＰＶと設定値ＳＶを比較し、制御対象に対する温度設定値ＳＶが制御対象温度より高く、かつ例えば温度測定値ＰＶが設定値ＳＶより低ければ、その偏差を小さくするような制御出力に基づくＰＷＭ信号をドライブ部９へ出力し、ドライブ部９がそのＰＷＭ信号に基づき、図７に示すように、Ｈ型ブリッジ回路１１のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ２をオン動作させる一方、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３とＦＥＴ４をオフ動作させ、ペルチェ素子１にＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１側からＦＥＴ２側へ駆動電流を流してこれを発熱動作させることができる。
【０００７】
他方、例えば制御対象に対する温度設定値ＳＶが低く、かつ温度測定値ＰＶが設定値ＳＶを越えて高ければ、コントローラ７がその偏差を小さくするような制御出力に基づくＰＷＭ信号をドライブ部９へ出力し、図７に示すように、ドライブ部９によってＨ型ブリッジ回路１１のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３とＦＥＴ４をオン動作させる一方、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ２をオフ動作させ、ペルチェ素子１にＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３側からＦＥＴ４側へ駆動電流を流してこれを吸熱動作させることができる。
【０００８】
従って、温度測定値ＰＶと設定値ＳＶの偏差が小さくなるような制御出力に基づくＰＷＭ信号を出力可能にコントローラ７を構成すれば、ペルチェ素子１をある一定温度に制御可能となる。
【０００９】
しかも、この温度制御装置では、ペルチェ素子１へ流す駆動電流を切換えるスイッチ素子として、抵抗性のオン導通損失を示すＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４を用いるから、スイッチ素子としてパイポーラトランジスタを用いる構成に比べ、オン導通損失が小さくなる利点がある。
【００１０】
このような温度制御装置は、例えば図８に示すように、ペルチェ素子１の吸熱面（冷却面）に被冷却物としての熱負荷１３を当接し、発熱面側に熱交換機１５を当接させ、タンク１７からポンプ１９、熱交換機１５およびタンク１７をパイプ２１を介して連結して冷却媒体を環流させ、ペルチェ素子１の発熱面側を適当に冷却しながらペルチェ素子１の吸熱面（冷却面）の熱負荷１３を効率良く冷却する構成としていた。
【００１１】
なお、図８においては図６におけるペルチェ素子１以外の図示は省略した。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ペルチェ素子を用いた温度制御装置では、次のような課題を含んでいる。
【００１３】
すなわち、ペルチェ素子１の放熱側の熱伝達特性が劣化した場合に放熱側の温度が上昇するが、ペルチェ素子１には放熱面から冷却面への熱伝導が存在するから、それに伴って冷却側の温度も上昇し易く、上述した図８のような一般的な利用構成では冷却側の温度が設定温度よりも高くなり易い。
【００１４】
このような場合、上述した温度制御装置では、センサ３による測定温度ＰＶを設定温度ＳＶに近づけるために、ペルチェ素子１を冷却するための駆動電流を大きくする方向に制御されるが、放熱側の温度は熱伝達特性の劣化のため上昇し易くなってから冷却側の温度上昇も招くことになり、極端な場合には熱暴走を発生させるおそれがある。
【００１５】
特に、ペルチェ素子１が示すぺルチェ効果は駆動電流に比例するのに対し、ペルチェ素子１が示すペルチェ抵抗によるジュール熱は駆動電流の２乗に比例し、駆動電流を大きくすると放熱側および冷却側の温度上昇の要因となり、熱暴走を促してしまうえ、ペルチェ素子１の熱暴走を増大し易い。
【００１６】
もっもと、ペルチェ素子１は、放熱面から冷却面に生じる温度差に応じたゼーベック電圧が発生するから、このゼーベック電圧を検出できれば、ペルチェ素子１の熱暴走を把握可能であるが、ペルチェ素子１の一般的なドライブ方法である上述した直流ドライブでは、駆動電圧を完全にオフしないと検出できず、一度、印加電源をオフすると温度制御は乱れてしまう難点があった。
【００１７】
また、多湿な環境でペルチェ素子１を吸熱動作させると、周囲の環境が飽和水蒸気量を超えて結露をおこしてペルチェ素子１にそれが付着し、ペルチェ素子１の電極（図示せず）間をショートさせて動作を不確実にさせる可能性があるし、ペルチェ素子１を熱サイクルの厳しい環境下で使用すると、ペルチェ素子１の熱収縮による振動又は熱負荷の機械的な応力に起因してペルチェ素子１と熱負荷１３間に空隙を生じ易くなり、ペルチェ素子１の劣化を早める。
【００１８】
さらに、ペルチェ素子１には、これに流す駆動電流に比例して例えば吸熱流が増大せず、図９に示すように、途中のある電流値Ｉｍにおいて最大吸熱流を示す。
【００１９】
そのため、電流値Ｉｍを越えるとペルチェ素子１の吸熱力が減少するから、ペルチェ素子１の劣化を防止して適切な温度制御を図る観点から、ペルチェ素子１に流す駆動電流値を適宜測定することが好ましい。
【００２０】
例えば、ペルチェ素子１をＰＷＭ信号に基づいてドライブする場合、誤って負荷電源電圧がＩｍに対応する電圧よりも大きく選択されていると、電源投入時等においてＰＷＭ信号のディーティー比が１００％になると、負荷の実効電流がＩｍより大きくなってしまい、温度制御が発散して過電圧となり、効果的な加熱吸熱を確保で難くなるし、ペルチェ素子１の劣化を早め易い。
【００２１】
そのため、従来からペルチェ素子１を用いた温度制御装置において、ペルチェ素子１の動作状態を検出して熱暴走等の障害の検知を容易にするとともに、ペルチェ素子１の劣化も抑えるための動作検出装置の提供が求められていた。
【００２２】
そこで、本発明者は、ペルチェ素子１の動作に加えてペルチェ素子１を用いた温度制御装置について鋭意研究した結果、ＰＷＭ信号に基づく切換信号によってペルチェ素子に駆動電流を流す場合、１周期中にペルチェ素子１に流す駆動電流のオン・オフ区間のある点に着目するとともに、ペルチェ素子１に駆動電流を流さないオフ区間おいて、ゼーベック効果に基づき温度差に比例した起電圧が生じる点に着目して本発明を完成させた。
【００２３】
本発明はそのような状況の下になされたもので、ＰＷＭ信号に基づく切換信号によって制御中のペルチェ素子について、その動作状態の検出が可能な動作検出装置の提供を目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
そのような課題を解決するために本発明の動作検出装置は、流す駆動電流の方向によって制御対象を発熱又は吸熱動作するペルチェ素子と、ＰＷＭ信号に基づく切換信号の印加されるゲート回路を有する複数のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを有し、それらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタ間に接続されたペルチェ素子へ流す駆動電流の方向を切換えるＨブリッジ回路と、発熱動作時又は吸熱動作時にあってそのＰＷＭ信号における一定周期中の第１のオフ区間でペルチェ素子の電位を切換え入力するスイッチ部と、入力されたオフ区間の電位からペルチェ素子のゼーベック電圧を検出する検出部とを具備している。
【００２５】
そして、本発明では、上記発熱動作時又は吸熱動作時にあってその一定周期中のオン区間でペルチェ素子の電位を切換え入力する機能を有するよう上記スイッチ部を形成し、入力されたオン区間の電位からペルチェ素子の負荷電圧を検出する機能を有するよう上記検出部を形成することが可能である。
【００２６】
また、本発明では、それら発熱動作時又は吸熱動作時にあってその一定周期中における第１のオフ区間と異なる第２のオフ区間において、上記ペルチェ素子の電位を切換え入力する機能と、その第２のオフ区間にペルチェ素子に所定の定電流を切換え入力する機能とを有するよう上記スイッチ部を形成し、入力された第２のオン区間の電位および定電流からペルチェ素子の抵抗を検出する機能を有するよう上記検出部を形成することが可能である。
【００２７】
さらに、本発明では、それら発熱動作時又は吸熱動作時にあってその一定周期中におけるそれら第１および第２のオフ区間と異なる第３のオフ区間で、そのＨブリッジ回路に印加された電源電圧を切換え入力する機能を有するよう上記スイッチ部を形成し、入力されたその電源電圧を検出する機能を有するよう上記検出部を形成可能である。
【００２８】
さらにまた、本発明では、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを組合せて上記Ｈブリッジ回路を形成し、それらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタの各ゲート回路を流れる信号が前段側へ帰線を介して回帰されるよう当該ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを接続構成することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。
【００３０】
図１は本発明に係る動作検出装置の実施の形態を示すブロック図である。
図１において、センサ３は例えば熱電対等のような温度測定素子であり、後述する公知のペルチェ素子１又はペルチェ素子１で加熱冷却する制御対象（図示せず。）の近傍に配置され、入力部５に接続されている。
【００３１】
入力部５は、センサ３とともに機能してその温度測定値ＰＶとしての検出温度信号を出力するもので、コントローラ２３に接続されている。
【００３２】
コントローラ２３は、例えばＰＩＤ演算する制御演算部およびＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生器（いずれも図示せず。）を有してなり、入力部５からの温度測定値ＰＶと所定の温度設定値ＳＶから、制御演算部で例えばＰＩＤ演算してその偏差を小さくするように制御出力量を出力し、これをＰＷＭ発生器にて制御出力量をパルス幅信号（デューティー比）に変換したＰＷＭ信号（２値コントロール信号）にして出力する機能を有する。
【００３３】
図２はコントローラ２３から出力されるＰＷＭ信号を示しており、温度測定値ＰＶが設定値ＳＶを越えて高い場合には、同図ＡおよびＢのように出力されるデューティー比（ＯＮ期間）の小さいＰＷＭ信号であり、温度測定値ＰＶが設定値ＳＶを越えて低い場合には、同図ＣおよびＤのように出力されるデューティー比（ＯＮ期間）の大きい２値信号である。
【００３４】
なお、コントローラ２３においては、コントロール負荷率１００％を実質的負荷率９６％としたＰＷＭ信号を出力するようになっており、以下、コントロール負荷率で説明する。コントロール負荷率と実質的負荷率の関係は、例えば図２のようになっている。
【００３５】
コントローラ２３は、制御対象に対する温度設定値ＳＶが制御対象の周囲温度よりも低く、かつ温度測定値ＰＶが設定値ＳＶを越えて高い場合には、ＰＩＤ演算などの制御出力量を０％〜５０％の範囲とし、その範囲においてＰＷＭ信号のデューティー比を１００％〜０％としたＰＷＭ信号をドライブ部９に出力し、ペルチェ素子１を吸熱動作させるような機能を有している。
【００３６】
一方、制御対象に対する温度設定値ＳＶが制御対象の周囲温度よりも高く、かつ温度測定値ＰＶが設定値ＳＶよりも低い場合には、ＰＩＤ演算などの制御出力量を５０％〜１００％の範囲とし、その範囲においてＰＷＭ信号のデューティー比を０％〜１００％としたＰＷＭ信号をドライブ部９に出力し、ペルチェ素子１を発熱動作させるような機能を有している。
【００３７】
コントローラ２３は、図３に示すように、ＰＷＭ信号の１周期毎に、オフ区間を適当に３区間に分割するとともにオン区間を加えた４区間の測定区間▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼に分割し、各測定区間▲１▼〜▲４▼毎にスイッチ指令信号を出力する機能を有している。
【００３８】
このスイッチ指令信号は、ＰＷＭ信号のデューティー比が変化する場合には、各測定区間▲１▼〜▲４▼もそれに伴って伸縮する。なお、このスイッチ指令信号の詳細は後述する。
【００３９】
ドライブ部９は、そのＰＷＭ信号のデューティー比に応じてこれに対応した２値の切換信号を形成する公知の回路構成を有しており、Ｈブリッジ回路１１に接続されている。
【００４０】
すなわち、上述した図７に示したように、ペルチェ素子１を発熱動作させるときには、Ｈブリッジ回路１１の後述するＦＥＴトランジスタＦＥＴ１およびＦＥＴ２をオン動作させるような切換信号をそれらのゲート回路へ出力し、ペルチェ素子１を吸熱動作させるときには、後述するＦＥＴトランジスタＦＥＴ３およびＦＥＴ４をオン動作させるような切換信号をそれらゲート回路へ出力する機能を有している。
【００４１】
Ｈブリッジ回路１１は、図４に示すように、ＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１のドレイン（Ｄ）を電源Ｖｃに接続しソース（Ｓ）をＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ４のドレイン（Ｄ）に接続し、ＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３のドレイン（Ｄ）を電源Ｖｃに接続しソース（Ｓ）をＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２のドレイン（Ｄ）に接続し、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２とＦＥＴ４のソース（Ｓ）どうしを共通接地して形成されており、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４の接続点とＦＥＴ３とＦＥＴ２の接続点間にペルチェ素子１が橋絡するように接続されている。
【００４２】
なお、図４では、ドライブ部９と各ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートＧとの接続状態の図示は省略した。
【００４３】
図１に戻って符号２５は、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ３その他、本発明の動作検出装置を構成する部分や回路へ電源Ｖｃを供給する電源部であり、符号２７はＨブリッジ回路１１に接続されたスイッチ部である。
【００４４】
スイッチ部２７は、図４に示すように、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ３のドレインＤに一端が接続されたスイッチ素子ＳＷ１と、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ４の接続点に一端が接続されたスイッチ素子ＳＷ２と、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３、ＦＥＴ２の接続点に一端が接続されたスイッチ素子ＳＷ３と、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４のソースＳに一端が接続されたスイッチ素子ＳＷ４と、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３、ＦＥＴ２の接続点に一端が接続されたスイッチ素子ＳＷ５とを有して形成されており、コントローラ２３からのスイッチ指令信号によってオンオフ動作するようになっている。
【００４５】
スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４の他端は検出部２９に接続されており、スイッチ素子ＳＷ５の他端は定電流部３１を介して接地されている。
【００４６】
これらスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５は、コントローラ２３からのスイッチ指令信号に基づき、図３に示すように動作し、測定区間▲１▼ではスイッチ素子ＳＷ１とＳＷ４のみがタイミングをずらせてオン動作して他がオフ動作し、測定区間▲２▼〜▲４▼では各々スイッチ素子ＳＷ２とＳＷ３のみがタイミングをずらせてオン動作して他がオフ動作するようになっており、測定区間▲３▼ではスイッチ素子ＳＷ２とＳＷ３とともにスイッチ素子ＳＷ５も一緒にオン動作するようになっている。
【００４７】
検出部２９は、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５のオン動作時に、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のドレインＤ、ソースＳの電圧を入力し、ペルチェ素子１のゼーベック電圧、負荷電圧、ペルチェ電圧および電源電圧を測定するものであり、測定結果を表示部（図示せず。）へ出力表示させるとともに、所定の基準値又は基準範囲と比較して基準値又は基準範囲をはずれるとき、警報信号を警報部３３や表示部へ出力する機能を有している。
【００４８】
すなわち、検出部２９は、スイッチ素子ＳＷ１とＳＷ４がオン動作される測定区間▲１▼では、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４間（ＦＥＴ３とＦＥＴ２間）の電圧Ｖ１とＶ４（図４参照）を測定し、それら測定電圧Ｖ１とＶ４を用いてＶｃをＶｃ＝Ｖ１−Ｖ４で算出する。
【００４９】
スイッチ素子ＳＷ２とＳＷ３がオン動作される測定区間▲２▼では、ペルチェ素子１の両端電圧Ｖ２、Ｖ３を入力測定し、それら測定電圧Ｖ２、Ｖ３（図４参照）を用いてゼーベック電圧ＶｚをＶｚ＝Ｖ２−Ｖ３で算出する。なお、駆動電流の流れる方向によってゼーベック電圧Ｖｚの符号が変る。
【００５０】
スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ５がオン動作される測定区間▲３▼では、定電流部３１からの定電流Ｉｄｃおよび定電流Ｉｄｃによるペルチェ素子１の両端電圧Ｖ２、Ｖ３と測定区▲２▼で測定されたゼーベック電圧Ｖｚとから、次式に基づいてペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを算出する。
Ｒｐ｜｛Ｖｚ−（Ｖ２−Ｖ３）｝／ Ｉｄｃ｜  但し絶対値
【００５１】
検出部２９は、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３がオン動作される測定区間▲４▼では、ペルチェ素子１の両端電圧Ｖ２、Ｖ３を入力測定し、それら測定電圧Ｖ２、Ｖ３を用いて発熱動作領域の負荷電圧ＶｐをＶｐ＝Ｖ２−Ｖ３で算出するとともに、吸熱動作領域の負荷電圧ＶｐをＶｐ＝Ｖ３−Ｖ２で算出する。
【００５２】
次に、上述した本発明に係る動作検出装置の動作を簡単に説明する。
まず、センサ３からの測定信号に基づき入力部５からコントローラ２３へ出力された温度測定値ＰＶが設定値ＳＶより低く、ペルチェ素子１を発熱動作させる場合を説明する。
【００５３】
この場合、コントローラ２３は、温度測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差に基づきＰＩＤ演算し、その偏差を小さくするような制御出力に基づいたＰＷＭ信号（図２Ｃ又はＤ参照）をドライブ部９へ出力する。
【００５４】
ドライブ部９は、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２のゲート回路へ切換信号を加えるからそれらがオン導通動作し、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１からＦＥＴ２へ駆動電流が流れて、ペルチェ素子１が発熱動作する。
【００５５】
この発熱動作状態では、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２について、コントローラ２３が、ＰＷＭ信号の１周期毎に４測定区間▲１▼〜▲４▼毎にスイッチ指令信号を出力してスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフし、検出部２９が、ＰＷＭ信号のオフ区間▲１▼〜▲３▼にてＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４間（ＦＥＴ３とＦＥＴ２間）の電圧Ｖｃ、ペルチェ素子１のゼーベック電圧Ｖｚ、ペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを検出するとともに、ＰＷＭ信号のオン区間▲４▼では発熱動作領域の負荷電圧Ｖｐを検出する。
【００５６】
次に、センサ３からの測定信号に基づき入力部５からコントローラ２３へ出力された温度測定値ＰＶが設定値ＳＶより高くて、ペルチェ素子１を吸熱動作させる場合を説明する。
【００５７】
この場合、コントローラ２３は、温度測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差が小さくなるような制御出力に基づいたＰＷＭ信号（図２Ａ又はＢ参照）をドライブ部９へ出力する。
【００５８】
ドライブ部９は、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲート回路へ切換信号を加えるからそれらがオン導通動作し、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３からＦＥＴ４へ駆動電流が流れ、ペルチェ素子１が吸熱動作する。
【００５９】
この吸熱動作状態においても、ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ３、ＦＥＴ４について、コントローラ２３が、ＰＷＭ信号の１周期毎に４測定区間▲１▼〜▲４▼毎にスイッチ指令信号を出力してスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフし、検出部２９が、ＰＷＭ信号のオフ区間▲１▼〜▲３▼にてＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４間（ＦＥＴ３とＦＥＴ２間）の電圧Ｖｃ、ペルチェ素子１のゼーベック電圧Ｖｚ、ペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを検出するとともに、ＰＷＭ信号のオン区間▲４▼では発熱動作領域の負荷電圧Ｖｐを検出する。
【００６０】
そして、検出部２９は、それら電圧Ｖｃ、ゼーベック電圧Ｖｚ、ペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐおよび負荷電圧Ｖｐが、予め設定された基準値又は基準範囲から外れるとき警報信号を警報部３３へ出力するとともに、図示しない表示部へそれらを表示出力する。
【００６１】
このような本発明に係るペルチェ素子の動作検出装置では、ＰＷＭ信号に基づく切換信号の印加されるゲート回路を有する複数のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４でＨブリッジ回路１１を形成し、これらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４間にペルチェ素子１を接続し、それらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４を切換え通電することによりペルチェ素子１へ流す駆動電流の方向を切換えることによって発熱又は吸熱動作させる一方、それらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ５からなるスイッチ部２７を接続し、それら発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号の１周期中を４区間に分割された測定区間▲１▼〜▲４▼についてそれらスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を切換え制御し、検出部２９が、ＰＷＭ信号のオフ区間▲１▼〜▲３▼で入力したＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の端子電圧Ｖ１〜Ｖ４から、電源電圧Ｖｃ、ペルチェ素子１のゼーベック電圧Ｖｚ、ペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを検出するとともに、ＰＷＭ信号のオン区間▲４▼で発熱動作領域又は吸熱動作領域の負荷電圧Ｖｐを検出するよう構成した。
【００６２】
そのため、本発明では、ペルチェ素子１を加熱又は吸熱動作中にあっても、ＰＷＭ信号に基づく２値の切換信号のオフ区間を用いて、ペルチェ素子１のゼーベック効果に伴うゼーベック電圧を正確に検出できるので、ペルチェ素子１の吸熱面と発熱面の温度差の異常を検知可能となるから、熱暴走を未然に防ぐことが可能となる。
【００６３】
また、ペルチェ素子１を発熱又は吸熱動作中にあっても、ペルチェ素子１の負荷電圧を測定できるので、ペルチェ素子１に印加される過電圧の判別が可能となり、適切なペルチェ素子１の動作状態を確保できる。
【００６４】
さらに、ペルチェ素子１の抵抗Ｒｐを検出できるので、ペルチェ素子１の劣化の検出が可能となり、適切なペルチェ素子１の動作状態を確保してその寿命を延すことができる。
【００６５】
さらにまた、ペルチェ素子１の負荷電圧および抵抗Ｒｐからペルチェ素子１に流れる駆動電流の検出が可能となり、例えば複数のペルチェ素子１を並列接続して構成した場合にも、部分的なペルチェ素子１の動作不良の発見が容易となる利点がある。
【００６６】
そして、電源電圧の検出も可能であるので、電源投入時の電源電圧診断ができるし、電源投入時に電源電圧とペルチェ素子の許容電圧との比較診断ができ、それを要因とする熱暴走を防止できる。
【００６７】
上述した本発明に係るペルチェ素子の動作検出装置では、発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号の１周期中を４測定区間▲１▼〜▲４▼に分割し、ＰＷＭ信号のオフ区間▲１▼〜▲３▼でＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ４間（ＦＥＴ３とＦＥＴ２間）の電源電圧Ｖｃ、ペルチェ素子１のゼーベック電圧Ｖｚおよびペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを検出し、ＰＷＭ信号のオン区間▲４▼で発熱動作領域又は吸熱動作領域の負荷電圧Ｖｐを検出するよう構成したが、本発明ではこれに限定されない。
【００６８】
すなわち、本発明においては、ＰＷＭ信号の１周期に係る測定区間▲２▼を第１のオフ区間とし、この第１のオフ区間において、少なくともＰＷＭ信号のペルチェ素子１のゼーベック電圧Ｖｚを検出できるように構成すれば、製品として実用性が高まる。
【００６９】
さらに、本発明においては、その１周期に係る測定区間▲４▼をオン区間とし、このオン区間においてＰＷＭ信号のオン区間におけるペルチェ素子１の両端における負荷電圧を検出し、その１周期に係る測定区間▲３▼を第２のオフ区間とし、この第２のオフ区間においてペルチェ素子１の抵抗値Ｒｐを検出し、その１周期に係る測定区間▲１▼を第３のオフ区間とし、この第３のオフ区間において電源電圧を検出する機能を付加し、これに合せてコントローラ２３を形成してスイッチ部２７を切換え制御するとともに、検出部２９を形成すれば良い。
【００７０】
さらにまた、本発明では、各１周期において上述した▲１▼〜▲４▼測定区間を分割する構成に限らず、▲１▼測定区間がある周期に割当てられ、▲２▼測定区間が次の周期に割当てられ、▲３▼測定区間が更に次の周期に割当てられる構成も可能であるし、飛び飛びの周期毎に▲１▼〜▲４▼の測定区間が分割又は一緒に割当てられる構成も可能である。要は、一定周期中に割当てられれば本発明の目的達成が可能である。
【００７１】
ところで、上述した実施の形態では、Ｈブリッジ回路１１をＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１およびＦＥＴ３と、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２およびＦＥＴ４を用いて形成したが、本発明におけるＨブリッジ回路はこれに限定されない。
【００７２】
ＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ１およびＦＥＴ３を、例えば図５に示すように、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ５およびＦＥＴ６で置き換え、各ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ５、ＦＥＴ６において、切換信号が抵抗Ｒ１を介して各ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のゲート回路に印加されるるように接続形成するとともに、各ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のソース（Ｓ）が帰線Ｆを介してゲート（Ｇ）側（又は前段側）に回帰接続してＨブリッジ回路３５を構成することも可能である。
【００７３】
なお、図５中の符号Ｒ２は、各ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のゲート回路にバイアスをかけるため、ゲート（Ｇ）と帰線Ｆ間に接続されたバイアス抵抗であり、同図中ではドライブ部９およびスイッチ部２７等の図示は省略した。
【００７４】
このように、Ｈブリッジ回路３５をＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のみで形成すると、これらＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のゲート回路を流れる電流が帰線Ｆを介して前段側へ回帰され、電源＋Ｖｃから当該ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６を流れる駆動電流にそれが影響せず、個々のＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６において任意のゲート電圧の印加が可能となり、高いレベルのゲート電圧を使用する必要がなくなる。
【００７５】
すなわち、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のフローティングドライブが可能となる。
【００７６】
これにより、図４のようにＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを使用せず、負荷としてのペルチェ素子１のハイレベル側およびローレベル側の双方にＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６を配置することが可能となり、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のみでＨブリッジ回路３５を形成できる。
【００７７】
そのため、ＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタよりもオン導通時の損失抵抗が極めて低いＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６のみを使用してＨブリッジ回路３５を形成できるから、オン導通時の損失を極めて低く抑えることができるし、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタＦＥＴ２、ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６自体の発熱も小さくなるうえこれらの配置スペースも狭くしたり小型化することが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る温度制御装置は、ＰＷＭ信号に基づく切換信号の印加されるゲート回路を有する複数のＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタでＨブリッジ回路を形成し、それらＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタ間に接続されたペルチェ素子へ流す駆動電流の方向をそのＨブリッジ回路で切換えて発熱動作又は吸熱動作させ、それら発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号の第１のオフ区間においてスイッチ部でペルチェ素子の電位を切換え入力し、入力された第１のオフ区間の電位からペルチェ素子のゼーベック電圧を検出部で検出する構成としたから、ペルチェ素子の動作中に当該ペルチェ素子のゼーベック電圧の検出が可能となり、ペルチェ素子を動作させながら検出ゼーベック電圧によってペルチェ素子の動作状態、特に、熱暴走の発生を検出したりその予想が可能となる。
そして、発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号のオン区間において、ペルチェ素子の電位を切換え入力する機能を有するよう上記スイッチ部を形成し、入力されたオン区間の電位からペルチェ素子の負荷電圧を検出する機能を上記検出部に設ける構成では、ペルチェ素子の両端の検出負荷電圧から当該ペルチェ素子の動作状態の把握が可能となり、適切な駆動電圧の印加が可能となる。
また、発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号の第１のオフ区間と異なる第２のオフ区間において、ペルチェ素子の電位を切換え入力する機能と、その第２のオフ区間にペルチェ素子に所定の定電流を切換え入力する機能とを有するよう上記スイッチ部を形成し、入力された第２のオン区間の電位および定電流からペルチェ素子の抵抗を検出する機能を上記検出部に設ける構成では、ペルチェ素子の動作動作状態、特に、ペルチェ素子の劣化状態の把握が可能となり、適切な加熱又は冷却制御を確保できる。
さらに、発熱動作時又は吸熱動作時にあってＰＷＭ信号の第１および第２のオフ区間と異なる第３のオフ区間において、その第３のオフ区間にＨブリッジ回路に印加された電源電圧を切換え入力する機能を有するよう上記スイッチ部を形成し、入力された電源電圧を検出する機能を上記検出部に設ける構成では、電源投入時の電源電圧診断が可能なるうえ、ペルチェ素子の動作に許容される駆動電圧との比較が可能となってペルチェ素子の劣化を抑えることが可能となる。
さらにまた、ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを組合せてＨブリッジ回路を形成し、それら各ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタのゲート回路を流れる信号が前段側へ帰線を介して回帰されるよう当該ＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタを接続する構成では、Ｈブリッジ回路におけるオン導通時の損失が少なくできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る動作検出装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１中のコントローラからのＰＷＭ信号を示す波形図である。
【図３】図１に係る動作検出装置の動作を説明する波形図である。
【図４】図１中のＨブリッジ回路およびスイッチ部の構成例を示す回路図である。
【図５】 本発明におけるＨブリッジ回路の他の構成例を示す回路図である。
【図６】従来のペルチェ素子を用いた温度制御装置を示すブロック図である。
【図７】Ｈブリッジ回路によるペルチェ素子の発熱動作および吸熱動作を説明する波形図である。
【図８】ペルチェ素子の温度制御装置を用いた加熱又は冷却システムを示す図である。
【図９】ペルチェ素子が示す駆動電流と吸熱流の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  ペルチェ素子
３  センサ
５  入力部
７、２３  コントローラ
９  ドライブ部
１１、３５  Ｈブリッジ回路
１３  熱負荷
１５  熱交換機
１７  タンク
１９  ポンプ
２１  パイプ
２５  電源部
２７  スイッチ部
２９  検出部
３１  定電流部
３３  警報部
Ｆ  帰線
ＦＥＴ１、ＦＥＴ３  ＰチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタ
ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ５、ＦＥＴ６  ＮチャネルＭＯＳ・ＦＥＴトランジスタ
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５  スイッチ素子
Ｖｃ  電源
【図１】
0003685005.tif 000002
【図２】
0003685005.tif 000003
【図３】
0003685005.tif 000004
【図４】
0003685005.tif 000005
【図５】
0003685005.tif 000006
【図６】
0003685005.tif 000007
【図７】
0003685005.tif 000008
【図８】
0003685005.tif 000009
【図９】
0003685005.tif 000010