(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作量（ＣＳ）に応じて制御対象（１４，１４ａ，２４，２４ａ）に与える供給電圧（ＶＡ）を制御する電圧制御装置（１９，２９）であって、
前記操作量が所定値（Ｃ２）よりも大きい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧を可変させるとともに、前記操作量が前記所定値よりも小さい場合に前記供給電圧を一定に保持する電圧可変手段（１１，２１）と、
前記操作量が前記所定値（Ｃ２）よりも小さい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧のデューティ比を可変させるデューティ比可変手段（１３，２２）とを備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧制御装置において、
前記操作量に応じて、前記供給電圧の極性を反転させる極性反転手段（１２，２２）をさらに備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電圧制御装置において、
前記デューティ比に応じて、前記供給電圧を前記制御対象に供給するオン状態と、供給しないオフ状態との切り換えを行うオンオフ手段（１３）、
をさらに備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電圧制御装置において、
前記オンオフ手段（１３）は、前記オフ状態において前記制御対象（１４，１４ａ）を短絡させることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電圧制御装置において、
前記極性反転手段（２２）は、前記デューティ比に応じて前記供給電圧の極性を反転させることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の電圧制御装置において、
前記制御対象は、前記供給電圧と前記供給電圧が供給される時間とのそれぞれに比例した動作を行うことを特徴とする電圧制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電圧制御装置（１９，２９）と、
前記制御対象たるペルチェ素子（１４ａ，２４ａ）と
を備える温度制御装置（１，２）。
【請求項８】
操作量（ＣＳ）に応じて制御対象（１４，１４ａ，２４，２４ａ）に与える供給電圧（ＶＡ）を制御する電圧制御方法であって、
(a)前記操作量と所定値（Ｃ２）とを比較する工程と、
(b)前記操作量が前記所定値よりも大きい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧を可変させる工程と、
(c)前記操作量が前記所定値よりも小さい場合に、前記供給電圧を一定に保持するとともに、前記操作量に応じて前記供給電圧のデューティ比を可変させる工程と
を有することを特徴とする電圧制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電圧制御方法において、
(d)前記操作量に応じて前記供給電圧の極性を反転させる工程
をさらに有することを特徴とする電圧制御方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の電圧制御方法において、
前記(c)工程は、
(c-1)前記デューティ比に応じて、前記供給電圧を前記制御対象に供給するオン状態と、供給しないオフ状態との切り換えを行う工程
を含むことを特徴とする電圧制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電圧制御方法において、
前記(c-1)工程は、前記オフ状態において前記制御対象（１４，１４ａ）を短絡させる工程を含むことを特徴とする電圧制御方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の電圧制御方法において、
前記工程(d)は、前記デューティ比に応じて前記供給電圧の極性を反転させることを特徴とする電圧制御方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか一つに記載の電圧制御方法において、
前記制御対象は、前記供給電圧と前記供給電圧が供給される時間とのそれぞれに比例した動作を行うことを特徴とする電圧制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電圧制御方法によって、前記制御対象たるペルチェ素子（１４ａ，２４ａ）を制御して温度制御を行うことを特徴とする温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操作量に応じて制御対象に与える供給電圧を制御する電圧制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ペルチェ素子の出力制御を行う場合、電源からペルチェ素子に与えられる供給電圧を制御することによりペルチェ素子の出力制御が行われる。この電圧制御を行う場合の制御方法として、一般に、時間比例制御と可変電圧制御とが知られている。
【０００３】
図７は時間比例制御を行うための温度制御装置１００の構成を示す図である。電圧制御装置１００はＡＣ−ＤＣ電源１０１とオンオフ回路１０２と温度調節部１０５とを備えて構成される電圧制御装置１１０と、ペルチェ冷却機１０３と、温度センサ１０４とを備えている。ＡＣ−ＤＣ電源１０１はＡＣをＤＣに変換する機能を備え、ＡＣを入力して一定電圧の供給電圧を出力する電圧源である。オンオフ回路１０２はＡＣ−ＤＣ電源１０１からの供給電圧をオンオフする回路であり、温度調節部１０５から与えられる操作量に応じて供給電圧をオンオフする。オン状態のときには供給電圧がペルチェ冷却機１０３に供給される一方、オフ状態のときには供給電圧がペルチェ冷却機１０３に供給されることはない。ペルチェ冷却機１０３は、供給電圧と、その供給電圧が供給される時間とに応じた発熱又は吸熱動作を行う。
【０００４】
ペルチェ冷却機１０３の温度は温度センサ１０４によって検知され、検知された温度信号は温度調節部１０５に与えられる。温度調節部１０５は温度信号に基づいて温度調整を行うための操作量を決定し、その操作量をオンオフ回路１０２に与えることでペルチェ冷却機１０３に一定の供給電圧を与える時間を制御するように構成される。
【０００５】
つまり、この温度制御装置１００では、一定レベルである供給電圧がペルチェ冷却機１０３に与えられる時間に比例して、ペルチェ冷却機１０３において発熱又は吸熱動作が行われるように構成されている。
【０００６】
次に、図８は可変電圧制御を行うための温度制御装置２００の構成を示す図である。電圧制御装置２００は、ＡＣ−ＤＣ電源２０１と温度調節部２０４とを備えて構成される電圧制御装置２１０と、ペルチェ冷却機２０２と、温度センサ２０３とを備えている。ＡＣ−ＤＣ電源２０１はＡＣをＤＣに変換する機能を備え、ＡＣを入力して、温度調節部１０５から与えられる操作量に応じた電圧レベルの供給電圧を出力する可変電圧源である。この構成においてペルチェ冷却機２０２は供給電圧の電圧レベルに応じた発熱又は吸熱動作を行う。
【０００７】
ペルチェ冷却機２０２の温度は温度センサ２０３によって検知され、検知された温度信号は温度調節部２０４に与えられる。温度調節部２０４は温度信号に基づいて温度調整を行うための操作量を決定し、その操作量を可変電圧源となるＡＣ−ＤＣ電源２０１に与えるように構成される。
【０００８】
つまり、この温度制御装置２００では、温度調節部２０４からの操作量に応じてＡＣ−ＤＣ電源２０１が供給電圧を可変させることにより、ペルチェ冷却機２０２がその供給電圧に比例した発熱又は吸熱を行うように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の時間比例制御では、一定の供給電圧をオンオフすることでペルチェ冷却機１０３を制御するように構成されるため、ペルチェ冷却機１０３における冷却又は加熱の効率が悪いという問題がある。また、時間比例制御においては一定の供給電圧が比較的高い電圧レベルで維持されており、電圧レベルの高い供給電圧のオン・オフ動作が操作量に応じて繰り返し行われるため、ペルチェ素子の寿命が低下するという問題もある。
【００１０】
一方、上記の可変電圧制御では効率の低下や寿命の低下等といった問題は小さいが、吸排熱量を十分に小さくする必要がある場合には、供給電圧を小さくすることとなり、制御性が低下したり、或いは制御が不可能になるという問題がある。これは、ＡＣ−ＤＣ電源２０１から供給される供給電圧のオフセット成分（オフセット電圧）が無視できなくなったり、非線形特性が主たる原因となって発生するものである。また、オフセット電圧や非線形特性の影響を無視できる場合であっても、ペルチェ素子自身に発生する熱起電力も無視できなくなる場合もある。このような原因により、操作量の低下に応じて供給電圧を低下させようとしても、適切に低下させることができず、制御不能状態に陥ることが問題となる。特に、冷却と加熱とを連続的（シームレス）に制御しようとした場合には制御困難な状態となり、制御精度が悪化する。
【００１１】
この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、冷却効率等の動作効率を低下させることなく、かつ操作量が低下した場合であっても良好な制御状態を維持することのできる電圧制御技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、操作量（ＣＳ）に応じて制御対象（１４，１４ａ，２４，２４ａ）に与える供給電圧（ＶＡ）を制御する電圧制御装置（１９，２９）であって、前記操作量が所定値（Ｃ２）よりも大きい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧を可変させるとともに、前記操作量が前記所定値よりも小さい場合に前記供給電圧を一定に保持する電圧可変手段（１１，２１）と、前記操作量が前記所定値（Ｃ２）よりも小さい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧のデューティ比を可変させるデューティ比可変手段（１３，２２）とを備えている。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電圧制御装置において、前記操作量に応じて、前記供給電圧の極性を反転させる極性反転手段（１２，２２）をさらに備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電圧制御装置において、前記デューティ比に応じて、前記供給電圧を前記制御対象に供給するオン状態と、供給しないオフ状態との切り換えを行うオンオフ手段（１３）、をさらに備えている。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電圧制御装置において、前記オンオフ手段（１３）が、前記オフ状態において前記制御対象（１４，１４ａ）を短絡させることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電圧制御装置において、前記極性反転手段（２２）が、前記デューティ比に応じて前記供給電圧の極性を反転させることを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の電圧制御装置において、前記制御対象が、前記供給電圧と前記供給電圧が供給される時間とのそれぞれに比例した動作を行うことを特徴としている。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、温度制御装置（１，２）であって、請求項６に記載の電圧制御装置（１９，２９）と、前記制御対象たるペルチェ素子（１４ａ，２４ａ）とを備えている。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、操作量（ＣＳ）に応じて制御対象（１４，１４ａ，２４，２４ａ）に与える供給電圧（ＶＡ）を制御する電圧制御方法であって、(a)前記操作量と所定値（Ｃ２）とを比較する工程と、(b)前記操作量が前記所定値よりも大きい場合に、前記操作量に応じて前記供給電圧を可変させる工程と、(c)前記操作量が前記所定値よりも小さい場合に、前記供給電圧を一定に保持するとともに、前記操作量に応じて前記供給電圧のデューティ比を可変させる工程とを有している。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の電圧制御方法において、(d)前記操作量に応じて前記供給電圧の極性を反転させる工程をさらに有している。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の電圧制御方法において、前記(c)工程が、(c-1)前記デューティ比に応じて、前記供給電圧を前記制御対象に供給するオン状態と、供給しないオフ状態との切り換えを行う工程を含むことを特徴としている。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の電圧制御方法において、前記(c-1)工程が、前記オフ状態において前記制御対象（１４，１４ａ）を短絡させる工程を含むことを特徴としている。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の電圧制御方法において、前記工程(d)が、前記デューティ比に応じて前記供給電圧の極性を反転させることを特徴としている。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、請求項８乃至１２のいずれか一つに記載の電圧制御方法において、前記制御対象が、前記供給電圧と前記供給電圧が供給される時間とのそれぞれに比例した動作を行うことを特徴としている。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、温度制御方法であって、請求項１３に記載の電圧制御方法によって、前記制御対象たるペルチェ素子（１４ａ，２４ａ）を制御して温度制御を行うことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
＜１．第１の実施の形態＞
まず、この発明の第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態における温度制御装置１を示す構成図である。図１に示すように、この温度制御装置１は、ＡＣ−ＤＣ電源１１と極性反転回路１２とオンオフ回路１３と制御回路１８とを備えて構成される電圧制御装置１９と、ペルチェ冷却機１４と、温度センサ１５とを備えている。制御回路１８はＡＣ−ＤＣ電源１１と極性反転回路１２とオンオフ回路１３とを制御する制御手段として機能するものであり、温度調節部１６と信号生成回路１７とを備えている。
【００２８】
ＡＣ−ＤＣ電源１１はＡＣ（Alternating Current）をＤＣ（Direct Current）に変換する機能を備え、ＡＣ電源１０からのＡＣを入力して、信号生成回路１７から与えられる電圧制御信号ＶＳに応じた電圧レベルの供給電圧を出力する可変電圧源である。
【００２９】
極性反転回路１２は内部にスイッチ１２１，１２２を備え、信号生成回路１７から与えられる反転信号ＲＳに応答して、スイッチ１２１，１２２を同時に駆動して各スイッチ１２１，１２２の接点位置（閉状態とされる接点の位置）の切り換え動作を行う。スイッチ１２１，１２２はそれぞれ異なる電位の接点に接続されるように構成され、上記の切り換え動作により、ＡＣ−ＤＣ電源１１からの供給電圧の極性を反転させる。この極性反転回路１２により、ペルチェ冷却機１４に与える供給電圧を正から負又は負から正に切り換えて出力することができる。したがって、極性反転回路１２により、ペルチェ冷却機１４における加熱動作乃至冷却動作の切り換えが可能になる。
【００３０】
オンオフ回路１３は内部にスイッチ１３１を備え、信号生成回路１７から得られるオンオフ信号ＳＳに基づいて、スイッチ１３１の接点位置を切り換える。スイッチ１３１の切り換え側２接点１３１ａ，１３１ｂのうちの接点１３１ａはスイッチ１２１の共通端に接続され、接点１３１ｂはペルチェ冷却機１４への一方接続端に接続される。またスイッチ１３１の支点側接点１３１ｃはペルチェ冷却機１４への他方接続端に接続される。したがって、スイッチ１３１の接点位置が接点１３１ａであるときには、極性反転回路１２からの供給電圧がオン状態とされてペルチェ冷却機１４に与えられる一方、スイッチ１３１の接点位置が接点１３１ｂであるときには、極性反転回路１２からの供給電圧がペルチェ冷却機１４に与えられない。つまり、オンオフ回路１３は、ペルチェ冷却機１４に供給電圧を供給するオン状態と供給しないオフ状態とで切り換えるオンオフ手段である。なお、オンオフ回路１３がオフ状態にあるときには、ペルチェ冷却機１４の入力側２端子を短絡するように構成されている。これにより、ペルチェ冷却機１４に含まれるペルチェ素子１４ａの熱起電力の影響を解消し、ペルチェ素子１４の入力端の電位差を十分に小さなレベル（０Ｖ）に設定することができる。
【００３１】
ペルチェ冷却機１４の内部にはペルチェ効果によって発熱或いは吸熱を行うペルチェ素子１４ａがペルチェ冷却機１４の制御対象として設けられている。ペルチェ冷却機１４はペルチェ素子１４ａに対して供給電圧に応じた電流を流すことで、供給電圧とその供給される時間にそれぞれ比例した発熱動作或いは吸熱動作を行う。例えば、供給電圧の極性を反転させることにより、ペルチェ素子１４ａに流れる電流の向きを反転させることができ、それによってペルチェ素子１４ａにおける発熱動作と吸熱動作との切り換えが行われる。ペルチェ素子１４ａは、ペルチェ冷却機１４に印加される供給電圧の電圧レベルと、供給電圧が印加される時間とに比例した発熱動作又は吸熱動作を行うものであり、この電圧制御装置１９における制御対象であるといえる。
【００３２】
ペルチェ冷却機１４には温度センサ１５が取り付けられ、ペルチェ冷却機１４の温度を検知して温度信号ＴＳを発生させる。この温度信号ＴＳは温度調節部１６に与えられる。
【００３３】
温度調節部１６は温度信号ＴＳに基づいてペルチェ冷却機１４の温度制御を行う際の操作量ＣＳを決定する。操作量ＣＳはペルチェ冷却機１４に供給される供給電圧を制御するための制御信号であり、正負いずれの値もとり得る。例えば、ペルチェ素子１４ａに発熱作用を生じさせる場合、操作量ＣＳが正となり、その値が大きくなればそれに応じてペルチェ素子１４ａにおける発熱量を大きくする。逆に、ペルチェ素子１４ａに吸熱作用を生じさせる場合、操作量ＣＳが負となり、その値（絶対値）が大きくなればそれに応じてペルチェ素子１４ａの吸熱量を大きくする。この操作量ＣＳは信号生成回路１７に与えられる。
【００３４】
信号生成回路１７は操作量ＣＳに基づいて、ＡＣ−ＤＣ電源１１、極性反転回路１２及びオンオフ回路１３のそれぞれに与える制御信号、すなわち電圧制御信号ＶＳ、反転信号ＲＳ及びオンオフ信号ＳＳを生成する。
【００３５】
そしてＡＣ−ＤＣ電源１１、極性反転回路１２及びオンオフ回路１３が、信号生成回路１７から与えられる電圧制御信号ＶＳ、反転信号ＲＳ及びオンオフ信号ＳＳに基づいた動作を行うことにより、ペルチェ冷却機１４に供給される供給電圧の制御が行われるように構成される。
【００３６】
図２はペルチェ冷却機１４に供給される供給電圧を示す図である。ただし、図２における供給電圧は極性反転回路１２から出力される供給電圧ＶＡを示している。
【００３７】
図２の実線で示すように操作量ＣＳが正の場合であって、所定値Ｃ２（＞０）よりも大きい場合には、ＡＣ−ＤＣ電源１１から操作量ＣＳに比例した供給電圧ＶＡ＝ｋ・ＣＳ（ただし、ｋは任意の正数）が供給される。これに対して、操作量ＣＳが所定値Ｃ２よりも小さい場合には、操作量ＣＳの変化にかかわらず、ＡＣ−ＤＣ電源１１からの供給電圧ＶＡが一定の電圧ＶＨ２（＞０）に維持される。ただし、ＶＨ２＝ｋ・Ｃ２である。
【００３８】
また、操作量ＣＳが負の場合であって、その絶対値が所定値Ｃ１（＜０）の絶対値よりも大きい場合にも、ＡＣ−ＤＣ電源１１と極性反転回路１２との作用により、操作量ＣＳに比例した供給電圧ＶＡ＝ｋ・ＣＳが供給される。これに対して、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値よりも小さい場合には、操作量ＣＳの変化にかかわらず、ＡＣ−ＤＣ電源１１及び極性反転回路１２から与えられる供給電圧ＶＡが一定の電圧−ＶＨ１（＜０）に維持される。ただし、−ＶＨ１＝ｋ・Ｃ１である。例えばＣ１＝−Ｃ２の関係にある。
【００３９】
上記のように、操作量ＣＳがＣ１＜ＣＳ＜０又は０＜ＣＳ＜Ｃ２の条件を満たすときには、供給電圧ＶＡはそれぞれ一定レベル（−ＶＨ１，ＶＨ２）に維持される。これは操作量ＣＳの減少に応じて供給電圧を低下させようとしても、オフセット電圧等の影響で供給電圧ＶＡが図２の一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で示すように変化し、操作量ＣＳに比例した供給電圧ＶＡをペルチェ冷却機１４に与えることができないことを考慮したものである。制御が困難になる範囲は供給電圧ＶＡを可変させず、安定に制御可能な一定レベルの電圧を維持するように構成したものである。なお、オフセット電圧が例えば１Ｖ程度であれば、一定レベルの電圧ＶＨ１，ＶＨ２は１．８Ｖ程度に維持される。
【００４０】
信号生成回路１７は操作量ＣＳに応じて電圧制御信号ＶＳを生成する。電圧制御信号ＶＳは、操作量ＣＳが所定値Ｃ２以上の場合に、ＡＣ−ＤＣ電源１１に対して操作量ＣＳに比例した可変の電圧ｋ・ＣＳを出力させる制御を行う。一方、操作量ＣＳが０以上所定値ＣＳ未満の場合には、ＡＣ−ＤＣ電源１１に対して操作量ＣＳにかかわらず一定の電圧ＶＨ２を出力させる制御を行う。
【００４１】
一方、操作量ＣＳが負の場合、電圧制御信号ＶＳは、操作量ＣＳが所定値Ｃ１以下（換言すれば、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値以上）の範囲では、ＡＣ−ＤＣ電源１１に対して操作量ＣＳに比例した可変の電圧ｋ・ＣＳを出力させる制御を行う。一方、操作量ＣＳが所定値Ｃ１以上（換言すれば、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値以下）の範囲では一定の電圧ＶＨ１に維持するための信号となる。ＡＣ−ＤＣ電源１１が所定の極性の電位差のみを発生させるように構成されているため、操作量ＣＳに応じて発生させる供給電圧は操作量ＣＳが正の場合と同様の極性（つまり、正極性）を示すことになる。そこで極性反転回路１２によって極性が反転されて図２に示すような特性の供給電圧ＶＡを生成する。
【００４２】
信号生成回路１７は操作量ＣＳの正負を判定し、操作量ＣＳが正の場合には極性反転回路１２における極性反転作用を停止し、操作量ＣＳが負の場合には極性反転回路１２における極性反転作用を有効に動作させるような反転信号ＲＳを生成して、極性反転回路１２に与えるように構成される。したがって、極性反転回路１２は、操作量ＣＳが正の場合にはＡＣ−ＤＣ電源１１からの供給電圧の極性を維持した状態でオンオフ回路１３に導く一方、操作量ＣＳが負の場合にはＡＣ−ＤＣ電源１１からの供給電圧の極性を反転させた状態でオンオフ回路１３に導く。
【００４３】
この結果、極性反転回路１２から出力される、操作量ＣＳに応じた供給電圧は、図２に示すような状態となる。そして操作量ＣＳがＣＳ≦Ｃ１及びＣ２≦ＣＳの範囲にある場合には操作量ＣＳの変化に比例して供給電圧が可変される。また、操作量ＣＳがＣ１＜ＣＳ＜０の範囲及び０＜ＣＳ＜Ｃ２の範囲にある場合には操作量ＣＳに関わらず、供給電圧ＶＡはそれぞれ一定値−ＶＨ１，ＶＨ２に維持される。
【００４４】
さらに、信号生成回路１７は操作量ＣＳに応じてオンオフ回路１３に与えるオンオフ信号ＳＳを生成する。操作量ＣＳがＣＳ≦Ｃ１及びＣ２≦ＣＳの範囲にある場合、信号生成回路１７は、図２に示すような操作量ＣＳと比例関係にある供給電圧をペルチェ冷却機１４に常時与えるために、オンオフ回路１３をオン状態にするためのオンオフ信号ＳＳを生成してオンオフ回路１３を制御する。
【００４５】
また、操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ≦Ｃ２の範囲にある場合、信号生成回路１７は操作量ＣＳに応じて一定レベルにある供給電圧をオン状態にする時間を調整して、供給電圧のデューティ比を可変させるようなオンオフ信号ＳＳを生成する。つまり、供給電圧の絶対値が比較的小さくなる場合には、供給電圧を一定レベルに保持するとともに、デューティ比を小さくすることでペルチェ冷却機１４を制御する。
【００４６】
図３は供給電圧のデューティ比を制御する形態を示す図である。なお、図３では操作量ＣＳが正の場合、すなわち０＜ＣＳ≦Ｃ２の場合を示しており、ＡＣ−ＤＣ電源１１が一定レベルＶＨ２で維持された状態を示している。
【００４７】
信号生成回路１７はオンオフ回路１３を制御して、図３に示すように制御周期ＴＣに占めるオン状態の時間（以下、オン時間という。）ＴＨを可変させることにより、デューティ比を変化させる。例えば、繰り返し周期である制御周期ＴＣが１秒であるとすると、その１秒間に占めるオン時間ＴＨを制御する。
【００４８】
操作量ＣＳに応じたパラメータｒを用いると、オン時間ＴＨをＴＨ＝ｒ・ＴＣとして表すことができる。ただし、パラメータｒは０≦ｒ≦１を満たす変数であり、例えば、Ｃ１，Ｃ２の絶対値の大きい方をＣｍとしてｒ＝ＣＳ／Ｃｍに設定される。また、制御周期ＴＣに占めるオフ状態の時間（以下、オフ時間という。）ＴＬをパラメータｒを用いて表すと、ＴＬ＝（１−ｒ）・ＴＣとなる。
【００４９】
信号生成回路１７は操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ≦Ｃ２の範囲にある場合には、操作量ＣＳに基づいてデューティ比を定めるパラメータｒを決定し、オン時間ＴＨを求める。そしてオン時間ＴＨに対応するオン状態を実現するためのオンオフ信号ＳＳを生成し、オンオフ回路１３に与える。
【００５０】
この結果、オンオフ回路１３はオンオフ信号ＳＳに基づいてスイッチ１３１のスイッチング動作を繰り返し行い、図３に示すような波形の供給電圧をペルチェ冷却機１４に与える。
【００５１】
なお、図３では操作量ＣＳが正の場合を示したが、操作量ＣＳが負の場合は極性が反転された状態で図３と同様のオンオフ動作が行われる。図４は供給電圧のデューティ比を制御する形態を示す図であり、操作量ＣＳが負の場合、すなわちＣ１≦ＣＳ＜０の場合を示しており、ＡＣ−ＤＣ電源１１が一定レベルＶＨ１で維持され、極性反転回路１２において極性反転が行われた状態を示している。
【００５２】
以上のように、この実施の形態では、操作量ＣＳに応じてペルチェ冷却機１４に与える供給電圧を制御するために、ＡＣ−ＤＣ電源１１が、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも大きい場合にその操作量ＣＳに応じて供給電圧を可変させ、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも小さい場合に供給電圧を一定に保持するように構成される。そして、信号生成回路１７とオンオフ回路１３とにより、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも小さい場合に、その操作量ＣＳに応じて供給電圧のデューティ比を可変させるように構成される。つまり、操作量ＣＳに基づいて可変電圧制御を適切に行うことのできる場合には可変電圧制御が適用され、可変電圧制御が困難な場合には時間比例制御が適用されるように構成される。
【００５３】
したがって、供給電圧が比較的高いレベルにあるときには、デューティ比を変更するためのオンオフ動作が行われることがないので、冷却又は加熱効率の低下やペルチェ素子１４ａの寿命が低下する可能性を低減することができる。また、供給電圧が比較的低くなって可変電圧制御では制御が困難なる場合には、時間比例制御が行われるため、オフセット電圧や非線形特性の影響を受けることなく適切にペルチェ冷却機１４を制御することができる。さらに、この実施の形態の時間比例制御は供給電圧が比較的低い場合に行われるため、オンオフ動作を繰り返したとしてもペルチェ素子１４ａの寿命を低下させる可能性は低くなる。
【００５４】
また、温度制御装置１におけるオンオフ回路１３は、オフ状態にあるときに制御対象であるペルチェ冷却機１４を短絡させるように構成されているため、ペルチェ素子１４ａ自身の熱起電力の影響を解消し、正確な電圧制御を行うことが可能である。
【００５５】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。図５は第２の実施の形態における温度制御装置２を示す構成図である。図５に示すように、この温度制御装置２は、ＡＣ−ＤＣ電源２１と極性反転回路２２と制御回路２８とを備えて構成される電圧制御装置２９と、ペルチェ冷却機２４と、温度センサ２５とを備えている。制御回路２８は、ＡＣ−ＤＣ電源２１と極性反転回路２２とを制御する制御手段として機能するものであり、温度調節部２６と信号生成回路２７とを備えている。
【００５６】
温度制御装置２において、ＡＣ−ＤＣ電源２１、ペルチェ冷却機２４、温度センサ２５及び温度調節部２６のそれぞれは第１の実施の形態におけるＡＣ−ＤＣ電源１１、ペルチェ冷却機１４、温度センサ１５及び温度調節部１６と同様である。
【００５７】
この実施の形態における極性反転回路２２は、極性反転作用によって供給電圧ＶＡのデューティ比を可変させるように構成されるため、第１の実施の形態とは異なる構成となっている。
【００５８】
極性反転回路２２は内部にスイッチ２２１，２２２，２２３，２２４を備え、信号生成回路２７から与えられる反転信号ＲＳに応答して、各スイッチ２２１〜２２４を同時に駆動して開閉状態の切り換え動作を行う。スイッチ２２１，２２４が開状態であるとき、スイッチ２２３，２２４は閉状態であり、逆にスイッチ２２１，２２４が閉状態であるとき、スイッチ２２３，２２４は閉状態であるように構成される。そして上記の切り換え動作により、ＡＣ−ＤＣ電源２１からの供給電圧の極性を反転させる。この極性反転回路２２により、ペルチェ冷却機２４に与える供給電圧を正から負又は負から正に切り換えて出力することができる。したがって、極性反転回路２２により、ペルチェ冷却機２４における加熱動作乃至冷却動作の切り換えが可能になる。
【００５９】
また、この実施の形態では極性反転回路２２における極性反転のスイッチング動作を利用することにより、ペルチェ冷却機１４に与える供給電圧のデューティ比を可変させるように構成される。
【００６０】
ペルチェ冷却機２４は極性反転回路２２から与えられる供給電圧に応じて内部のペルチェ素子２４ａに電流を流し、供給電圧に応じた発熱動作又は吸熱動作を行う。ペルチェ冷却機２４には温度センサ２５が取り付けられ、ペルチェ冷却機２４の温度を検知した温度信号ＴＳが温度調節部２６に与えられる。
【００６１】
温度調節部２６は温度信号ＴＳに基づいてペルチェ冷却機２４の温度制御を行う際の操作量ＣＳを決定し、その操作量ＣＳを信号生成回路１７に与える。なお、この操作量ＣＳも第１の実施の形態で説明したものと同様である。
【００６２】
信号生成回路２７は操作量ＣＳに基づいて、ＡＣ−ＤＣ電源２１及び極性反転回路２２のそれぞれに与える制御信号、すなわち電圧制御信号ＶＳ及び反転信号ＲＳを生成する。
【００６３】
そしてＡＣ−ＤＣ電源２１及び極性反転回路２２が、信号生成回路２７から与えられる電圧制御信号ＶＳ及び反転信号ＲＳに基づいた動作を行うことにより、ペルチェ冷却機２４に供給される供給電圧の制御が行われるように構成される。
【００６４】
この実施の形態においてもペルチェ冷却機２４に供給される供給電圧のレベルは、図２に示す特性と同様である。
【００６５】
操作量ＣＳが正の場合であって、所定値Ｃ２よりも大きい場合には、ＡＣ−ＤＣ電源２１から操作量ＣＳに比例した供給電圧（正極性）が供給される。このとき、極性反転回路２２においてスイッチ２２１，２２４は閉状態となり、スイッチ２２２，２２３が開状態となる。これに対して、操作量ＣＳが所定値Ｃ２以下である場合には、操作量ＣＳの変化にかかわらず、ＡＣ−ＤＣ電源２１からの供給電圧が一定の電圧ＶＨ２に維持される。
【００６６】
すなわち、信号生成回路２７は操作量ＣＳが正の場合に所定値Ｃ２以上の範囲では操作量ＣＳに応じて供給電圧を可変させるための電圧制御信号ＶＳを生成し、ＡＣ−ＤＣ電源２１に与える。ＡＣ−ＤＣ電源２１は信号生成回路２７からの電圧制御信号ＶＳに基づいた供給電圧を発生させる。一方、操作量ＣＳが所定値Ｃ２以下の範囲では、信号生成回路２７は供給電圧を所定電圧ＶＨ２に維持するための電圧制御信号ＶＳを生成してＡＣ−ＤＣ電源２１に与える。
【００６７】
そして、この実施の形態では操作量ＣＳが所定値Ｃ２よりも小さい場合、極性反転回路２２のスイッチング作用により、一定の電圧ＶＨ２で維持される供給電圧のデューティ比を操作量ＣＳに応じて変化させるように構成される。
【００６８】
また、操作量ＣＳが負の場合であって、その絶対値が所定値Ｃ１の絶対値以上の場合には、ＡＣ−ＤＣ電源２１と極性反転回路２２との作用により、操作量ＣＳに比例した供給電圧（負極性）がペルチェ冷却機２４に供給される。このとき、極性反転回路２２においてスイッチ２２１，２２４が開状態となり、スイッチ２２２，２２３が閉状態となる。また、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値よりも小さい場合には、操作量ＣＳの変化にかかわらず、ＡＣ−ＤＣ電源２１からの供給電圧が一定の電圧ＶＨ１に維持され、極性反転回路２２でその極性反転が行われる。
【００６９】
操作量ＣＳが負の場合、信号生成回路２７は操作量ＣＳが所定値Ｃ１以下（換言すれば、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値以上）の範囲では操作量ＣＳに応じて供給電圧を可変させるための電圧制御信号ＶＳを生成し、ＡＣ−ＤＣ電源２１に与える。ＡＣ−ＤＣ電源２１は信号生成回路２７からの電圧制御信号ＶＳに基づいて供給電圧を可変させる。ただし、ＡＣ−ＤＣ電源２１は所定の極性の電位差のみを発生させるため、操作量ＣＳに応じて発生させる供給電圧は操作量ＣＳが正の場合と同様の極性（つまり、正極性）である。また、操作量ＣＳが所定値Ｃ１以上（換言すれば、操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値以下）の範囲では、信号生成回路２７は供給電圧をＶＨ１に維持するための電圧制御信号ＶＳを生成してＡＣ−ＤＣ電源２１に与える。
【００７０】
そして、この実施の形態では操作量ＣＳの絶対値が所定値Ｃ１の絶対値よりも小さい場合、さらに極性反転回路２２の作用により、一定の電圧−ＶＨ１で維持される供給電圧ＶＡのデューティ比を操作量ＣＳに応じて変化させるように構成される。
【００７１】
信号生成回路２７は操作量ＣＳを評価し、操作量ＣＳがＣ２＜ＣＳであれば、極性反転回路２２における極性反転作用を停止して極性反転されない供給電圧をペルチェ冷却機２４に与えるための反転信号ＲＳを生成する一方、操作量ＣＳがＣＳ＜Ｃ１であれば、極性反転回路２２における極性反転作用を継続的に動作させて極性の反転した供給電圧を継続的にペルチェ冷却機２４に与えるための反転信号ＲＳを生成する。したがって、極性反転回路２２は、操作量ＣＳがＣ２＜ＣＳ及びＣＳ＜Ｃ１の場合には操作量ＣＳに応じた供給電圧ＶＡをペルチェ冷却機１４に導くことになる。
【００７２】
また、信号生成回路２７は、操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ≦Ｃ２であれば、操作量ＣＳに応じて一定レベルにある供給電圧の極性を繰り返し反転させ、供給電圧のデューティ比を可変させるような反転信号ＲＳを生成する。
【００７３】
図６は第２の実施の形態において供給電圧のデューティ比を制御する形態を示す図である。
【００７４】
信号生成回路２７は極性反転回路２２を制御して、図６に示すように制御周期ＴＣに占めるオン時間ＴＨ及びオフ時間ＴＬを可変させることにより、デューティ比を変化させる。ここで操作量ＣＳが０＜ＣＳ≦Ｃ２の範囲にある場合、オン時間ＴＨとオフ時間ＴＬとの関係がＴＨ＞ＴＬとなり、操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ＜０の範囲にある場合、オン時間ＴＨとオフ時間ＴＬとの関係がＴＨ＜ＴＬとなる。
【００７５】
操作量ＣＳに応じたパラメータｒを用いると、第１の実施の形態と同様に、オン時間ＴＨをＴＨ＝ｒ・ＴＣとして表すことができ、オフ時間ＴＬをＴＬ＝（１−ｒ）・ＴＣとして表すことができる。ただし、操作量ＣＳが０＜ＣＳ≦Ｃ２の範囲にある場合、パラメータｒはＶＨ１／（ＶＨ１＋ＶＨ２）＜ｒ≦１の範囲の操作量ＣＳに応じた値となり、操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ＜０の範囲にある場合、パラメータｒは０≦ｒ＜ＶＨ１／（ＶＨ１＋ＶＨ２）の範囲の操作量ＣＳに応じた値となる。特に、Ｃ１＝−Ｃ２，ＶＨ１＝ＶＨ２の場合には、ＣＳ＝０でｒ＝０．５となり、オン時間ＴＨとオフ時間ＴＬとが等値になる。
【００７６】
このように信号生成回路２７は操作量ＣＳがＣ１≦ＣＳ≦Ｃ２の範囲にある場合には、操作量ＣＳに基づいてデューティ比を定めるパラメータｒを決定し、オン時間ＴＨ及びオフ時間ＴＬを求める。そしてオン時間ＴＨに対応するオン状態を実現するための反転信号ＲＳを生成し、極性反転回路２２に与える。
【００７７】
この結果、極性反転回路２２は反転信号ＲＳに基づいてスイッチング動作を行い、図６に示すような波形の供給電圧をペルチェ冷却機２４に与える。
【００７８】
以上のように、この実施の形態では、操作量ＣＳに応じてペルチェ冷却機２４に与える供給電圧を制御するために、ＡＣ−ＤＣ電源２１が、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも大きい場合にその操作量ＣＳに応じて供給電圧を可変させ、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも小さい場合に供給電圧を一定に保持するように構成される。そして、信号生成回路２７と極性反転回路２２とにより、操作量ＣＳの絶対値が所定値よりも小さい場合に、その操作量ＣＳに応じて供給電圧のデューティ比を可変させるように構成される。つまり、操作量ＣＳに基づいて可変電圧制御を適切に行うことのできる場合には可変電圧制御が適用され、可変電圧制御が困難な場合には時間比例制御が適用されるように構成される。
【００７９】
したがって、第１の実施の形態で説明した場合と同様に、供給電圧が比較的高いレベルにあるときには、デューティ比を変更するためのオンオフ動作が行われることがないので、冷却又は加熱効率の低下やペルチェ素子２４ａの寿命が低下する可能性を低減することができる。また、供給電圧が比較的低くなって可変電圧制御では制御が困難なる場合には、時間比例制御が行われるため、オフセット電圧や非線形特性の影響を受けることなく適切にペルチェ冷却機２４を制御することができる。さらに、この実施の形態の時間比例制御は供給電圧が比較的低い場合に行われるため、オンオフ動作を繰り返したとしてもペルチェ素子２４ａの寿命を低下させる可能性は低くなる。
【００８０】
そしてこの実施の形態では、上記に加えてさらに、オンオフ回路を設ける必要がないので、装置構成を簡単にすることができるというメリットもある。
【００８１】
＜３．変形例＞
以上、この発明に関するいくつかの実施の形態について説明したが、この発明は上記説明の内容に限定されるものではない。
【００８２】
例えば、上記の各実施の形態では、ペルチェ素子１４ａ，２４ａに発熱作用乃至吸熱作用を生じさせるために、操作量ＣＳが正負の値を採り得るように構成された例について説明したが、発熱又は吸熱の一方の動作のみを行えばよい場合には、操作量ＣＳが正値のみをとるようにしてもよい。この場合、第１の実施の形態に示した温度制御装置１において極性反転回路１２は必要がなく、操作量ＣＳが所定値よりも大きい場合にその操作量ＣＳに応じて供給電圧を可変させ、操作量ＣＳが所定値よりも小さい場合に供給電圧を一定に保持するように、ＡＣ−ＤＣ電源１１を構成し、操作量ＣＳが所定値よりも小さい場合に、信号生成回路１７とオンオフ回路１３とにより、その操作量ＣＳに応じて供給電圧のデューティ比を可変させるように構成すればよい。
【００８３】
また、上記の各実施の形態では制御対象がペルチェ素子１４ａ，２４ａである場合を例示したがこれに限定されるものでもない。つまり、制御対象は、印加される供給電圧の電圧レベルと、供給電圧が印加される時間とに比例した動作を行うものであれば、上記の各実施の形態に説明した温度制御装置１，２を適用して適切な電圧制御を行うことが可能である。
【００８４】
また、上記の各実施の形態ではＡＣ−ＤＣ電源と極性反転回路とが別体として構成される例について説明したが、ＡＣ−ＤＣ電源が極性反転機能を有していてもよいことは勿論である。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び８に記載の発明によれば、電圧制御装置において、操作量が所定値よりも大きい場合に、操作量に応じて供給電圧を可変させるとともに、操作量が所定値よりも小さい場合に供給電圧を一定に保持するように構成され、さらに操作量が所定値よりも小さい場合には、その操作量に応じて供給電圧のデューティ比を可変させるように構成されるため、制御対象の効率を低下させることなく、かつ操作量が低下した場合であっても良好な制御状態を維持することが可能になる。
【００８６】
請求項２及び９に記載の発明によれば、操作量に応じて、供給電圧の極性を反転させる極性反転手段を備えるため、操作量に応じて正負の両極性の供給電圧を制御対象に与えることができる。
【００８７】
請求項３及び１０に記載の発明によれば、デューティ比に応じて、供給電圧を制御対象に供給するオン状態と、供給しないオフ状態との切り換えを行うように構成されるため、制御対象に与える供給電圧の時間比例制御を行うことができる。
【００８８】
請求項４及び１１に記載の発明によれば、オンオフ手段が、オフ状態において制御対象を短絡させるように構成されるため、制御対象自身が発生する起電力の影響を解消することができ、適切な電圧制御を行うことが可能になる。
【００８９】
請求項５及び１２に記載の発明によれば、極性反転手段が、デューティ比に応じて供給電圧の極性を反転させるため、極性反転によってデューティ比を可変することができ、装置構成を簡単にすることができる。
【００９０】
請求項６及び１３に記載の発明によれば、制御対象が供給電圧と供給電圧が供給される時間とのそれぞれに比例した動作を行うので、適切な電圧制御が可能になる。
【００９１】
請求項７及び１４に記載の発明によれば、制御対象がペルチェ素子であるため、冷却効率を低下させることなく、かつ操作量が低下した場合であっても良好な制御状態を維持することができ、ペルチェ素子に対する電圧制御を適正なものとすることが可能になり、その結果、良好な温度制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における温度制御装置を示す構成図である。
【図２】ペルチェ冷却機に供給される供給電圧を示す図である。
【図３】第１の実施の形態において供給電圧（正極性）のデューティ比を制御する形態を示す図である。
【図４】第１の実施の形態において供給電圧（負極性）のデューティ比を制御する形態を示す図である。
【図５】第２の実施の形態における温度制御装置を示す構成図である。
【図６】第２の実施の形態において供給電圧のデューティ比を制御する形態を示す図である。
【図７】従来の時間比例制御を行うための温度制御装置の構成を示す図である。
【図８】従来の可変電圧制御を行うための温度制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２  温度制御装置
１１，２１  ＡＣ−ＤＣ電源（電圧可変手段）
１２，２２  極性反転回路（極性反転手段、デューティ比可変手段）
１３  オンオフ回路（デューティ比可変手段、オンオフ手段）
１４，２４  ペルチェ冷却機
１４ａ，２４ａ  ペルチェ素子（制御対象）
１５，２５  温度センサ
１６，２６  温度調節部
１７，２７  信号生成回路（制御手段）
１８，２８  制御回路（制御手段）
１９，２９  電圧制御装置
【図１】
0003660963.tif 000002
【図２】
0003660963.tif 000003
【図３】
0003660963.tif 000004
【図４】
0003660963.tif 000005
【図５】
0003660963.tif 000006
【図６】
0003660963.tif 000007
【図７】
0003660963.tif 000008
【図８】
0003660963.tif 000009