JP2012134910A - Temperature control circuit, thermostatic oven type piezoelectric oscillator, electronic equipment, and temperature control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度制御回路、恒温槽型圧電発振器、電子機器及び温度制御方法に関する。 The present invention relates to a temperature control circuit, a thermostatic chamber type piezoelectric oscillator, an electronic device, and a temperature control method.
通信機器あるいは測定器等の基準の周波数信号源に用いられる水晶発振器は、温度変化に対して高い精度で出力周波数が安定していることが要求される。一般に、水晶発振器の中でも極めて高い周波数安定度が得られるものとして、恒温槽型水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator)が知られている。OCXOは、一定温度に制御された恒温槽内に水晶振動子を収納したものであり、極めて高い周波数安定度を実現するためには、周囲温度の変化に対する恒温槽の温度制御偏差をできる限り小さくすることが重要である。例えば、特許文献1では、クローズドループコントロール(主の温度制御)用のサーミスターをヒーターに近接した位置に設置するとともに、オープンループコントロール(補正制御)用のサーミスターをヒーターから離れた位置に設置し、クローズドループコントロールによって発生する温度制御偏差をオープンループコントロールによって補正することにより、極めて高い精度の温度制御を実現する温度制御回路が提案されている。この温度制御回路を用いることにより、周囲温度の変化に対して極めて高い周波数安定度のOCXOを実現することができる。 A crystal oscillator used for a reference frequency signal source such as a communication device or a measuring instrument is required to have a stable output frequency with high accuracy against a temperature change. In general, an oven controlled crystal oscillator (OCXO) is known as a crystal oscillator that can achieve extremely high frequency stability. OCXO has a crystal unit housed in a constant temperature chamber controlled at a constant temperature. In order to achieve extremely high frequency stability, the temperature control deviation of the constant temperature chamber with respect to changes in ambient temperature is as small as possible. It is important to. For example, in Patent Document 1, a thermistor for closed loop control (main temperature control) is installed at a position close to the heater, and a thermistor for open loop control (correction control) is installed at a position away from the heater. In addition, a temperature control circuit that realizes extremely high-precision temperature control by correcting a temperature control deviation generated by closed loop control by open loop control has been proposed. By using this temperature control circuit, OCXO with extremely high frequency stability can be realized with respect to changes in ambient temperature.
ところで、最近では、例えば、携帯電話の基地局が屋外に設置される場合など、その周波数信号源に用いられるOCXOは、−40℃〜+85℃の広い温度範囲で10−8〜10−9オーダー(ppbオーダー)の極めて高い周波数安定度が要求される場合がある。ppbオーダーの周波数安定度を実現するためには、−40℃〜+85℃の範囲で温度制御偏差の幅が1℃以下になるような極めて高い精度の温度制御を行う必要がある。このような極めて高い精度の温度制御を行うためには、比較的感度の高いサーミスターを用いるのが有利であり、また、適切な感度のサーミスターを選択する必要がある。そのため、感度が高く種類が豊富で入手も容易なNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスターが使用される場合が多い。 By the way, recently, for example, when a base station of a mobile phone is installed outdoors, OCXO used for the frequency signal source is in the order of 10 −8 to 10 −9 in a wide temperature range of −40 ° C. to + 85 ° C. In some cases, extremely high frequency stability (ppb order) is required. In order to realize frequency stability on the order of ppb, it is necessary to perform temperature control with extremely high accuracy such that the temperature control deviation is 1 ° C. or less in the range of −40 ° C. to + 85 ° C. In order to perform temperature control with such extremely high accuracy, it is advantageous to use a thermistor having relatively high sensitivity, and it is necessary to select a thermistor having appropriate sensitivity. For this reason, NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistors are often used because of their high sensitivity and variety.
ところが、NTCサーミスターを用いて特許文献1の温度制御回路を用いた場合、例えば−10℃〜70℃のような動作温度範囲であれば問題となることはないが、−40℃〜85℃のような広い動作温度範囲の場合、−40℃〜−10℃ではNTCサーミスターの抵抗値が急激に変化することから、本来の主の温度制御よりも大きな補正制御が加わることとなり、温度制御異常を示すという問題があった。NTCサーミスターの感度を下げることで低温側での温度制御偏差を小さくすることもできるが、逆に、高温側の温度制御偏差が大きくなってしまい、広い温度範囲にわたって温度制御偏差を小さくすることは困難であった。 However, when the temperature control circuit of Patent Document 1 is used using an NTC thermistor, there is no problem as long as the operating temperature range is, for example, −10 ° C. to 70 ° C., but −40 ° C. to 85 ° C. In such a wide operating temperature range, since the resistance value of the NTC thermistor changes abruptly at −40 ° C. to −10 ° C., correction control larger than the original main temperature control is added, and the temperature control There was a problem of showing abnormalities. Although the temperature control deviation on the low temperature side can be reduced by lowering the sensitivity of the NTC thermistor, conversely, the temperature control deviation on the high temperature side becomes large and the temperature control deviation is reduced over a wide temperature range. Was difficult.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、広い温度範囲にわたって温度制御偏差を小さくすることが容易な温度制御回路、高温槽型圧電発振器、電子機器及び温度制御方法を提供することができる。 The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, a temperature control circuit, a high-temperature bath, and a temperature control circuit that can easily reduce a temperature control deviation over a wide temperature range. Type piezoelectric oscillator, electronic device, and temperature control method can be provided.
(1)本発明は、被加熱物の温度を制御する温度制御回路であって、前記被加熱物を加熱する発熱素子と、前記被加熱物又は前記発熱素子の温度を測定できる位置に近在して設置される第1の感温素子と、前記被加熱物及び前記発熱素子の周囲の温度を測定できる位置に離間して設置される第2の感温素子及び第3の感温素子と、前記第1の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第1の制御、前記第2の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第2の制御及び前記第3の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第3の制御を行う増幅器と、を含み、前記増幅器は、前記第2の感温素子が検出する温度が低いほど前記第2の制御の比率を大きくし、前記第3の感温素子が検出する温度が高いほど前記第3の制御の比率を大きくする、温度制御回路である。 (1) The present invention is a temperature control circuit that controls the temperature of an object to be heated, and is close to a heating element that heats the object to be heated and a position where the temperature of the object to be heated or the heating element can be measured. A first temperature sensing element that is installed, and a second temperature sensing element and a third temperature sensing element that are separately installed at positions where the temperature around the object to be heated and the heating element can be measured; The first control for controlling the heat generation amount of the heat generating element based on the detection value of the first temperature sensing element, and the heat generation amount of the heat generation element based on the detection value of the second temperature sensing element. An amplifier for performing a third control for controlling a heat generation amount of the heat generating element based on a second control and a detection value of the third temperature sensitive element, and the amplifier includes the second temperature sensitive element. The lower the temperature detected by the sensor, the larger the ratio of the second control is, and the third temperature sensing element detects it. That higher temperature to increase the third control ratio, a temperature control circuit.
本発明の温度制御回路では、第1の感温素子を被加熱物又は発熱素子に近在して設置することで、被加熱物の温度に基づく第1の制御を主制御とする温度制御が行われる。また、第2の感温素子及び第3の感温素子を被加熱物及び発熱素子から離間して設置することで、周囲温度に基づく第2の制御及び第3の制御を主制御に対する補正制御とする温度制御が行われる。そして、周囲温度が低いほど第2の制御が支配的になり、周囲温度が高いほど第3の制御が支配的になるので、第2の制御の感度と第3の制御の感度を別個に調整することで、広い温度範囲にわたって温度制御偏差を小さくすることができる。 In the temperature control circuit of the present invention, the first temperature sensing element is installed close to the object to be heated or the heating element, so that the temperature control having the first control based on the temperature of the object to be heated as the main control is performed. Done. In addition, the second temperature control element and the third temperature control element are disposed apart from the object to be heated and the heating element, so that the second control and the third control based on the ambient temperature are corrected for the main control. Is controlled. The second control is dominant as the ambient temperature is low, and the third control is dominant as the ambient temperature is high. Therefore, the sensitivity of the second control and the sensitivity of the third control are adjusted separately. Thus, the temperature control deviation can be reduced over a wide temperature range.
(2)この温度制御回路において、前記増幅器は、前記第2の感温素子の検出値の変化に応じて一方の入力電圧が変化するとともに、前記第3の感温素子の検出値の変化に応じて他方の入力電圧が変化する差動増幅器であるようにしてもよい。 (2) In this temperature control circuit, the amplifier has one input voltage that changes in accordance with a change in the detection value of the second temperature sensing element, and a change in the detection value of the third temperature sensing element. The other input voltage may be changed accordingly.
このようにサーミスターと差動増幅器を用いることで、比較的簡単な構成で第2制御と第3制御を実現することができる。 By using the thermistor and the differential amplifier in this way, the second control and the third control can be realized with a relatively simple configuration.
(3)この温度制御回路は、前記第3の感温素子と並列に接続される抵抗をさらに含み、前記第3の感温素子と前記抵抗の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記他方の入力電圧が変化するようにしてもよい。 (3) The temperature control circuit further includes a resistor connected in parallel with the third temperature sensing element, and the differential control circuit according to a change in a combined resistance value of the third temperature sensing element and the resistance. The other input voltage of the amplifier may be changed.
このように第3の感温素子と抵抗の並列回路の合成抵抗値の温度変化を利用すれば、第3の感温素子の感度を調整することで、第3の制御を実現することができる。 Thus, if the temperature change of the combined resistance value of the parallel circuit of the third temperature sensing element and the resistor is used, the third control can be realized by adjusting the sensitivity of the third temperature sensing element. .
(4)この温度制御回路において、前記第1の感温素子は、前記第2の感温素子と直列に接続され、前記第1の感温素子と前記第2の感温素子の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記一方の入力電圧が変化するようにしてもよい。 (4) In this temperature control circuit, the first temperature sensing element is connected in series with the second temperature sensing element, and a combined resistance value of the first temperature sensing element and the second temperature sensing element. The one input voltage of the differential amplifier may be changed in accordance with the change of.
このように第1の感温素子と第2の感温素子の合成抵抗値の温度変化を利用すれば、第1の感温素子の感度と第2の感温素子の感度を調整することで、第1の制御と第2の制御を効率的に実現することができる。 Thus, by using the temperature change of the combined resistance value of the first temperature sensing element and the second temperature sensing element, the sensitivity of the first temperature sensing element and the sensitivity of the second temperature sensing element can be adjusted. The first control and the second control can be efficiently realized.
(5)この温度制御回路において、前記第1の感温素子は、前記第3の感温素子と前記抵抗の並列回路と直列に接続され、前記並列回路と前記第1の感温素子の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記他方の入力電圧が変化するようにしてもよい。 (5) In this temperature control circuit, the first temperature sensing element is connected in series with a parallel circuit of the third temperature sensing element and the resistor, and the parallel circuit and the first temperature sensing element are combined. The other input voltage of the differential amplifier may be changed in accordance with a change in resistance value.
このように第1の感温素子と、第3の感温素子と抵抗の並列回路との合成抵抗値の温度変化を利用すれば、第1の感温素子の感度と第3の感温素子の感度を調整することで、第1の制御と第3の制御を効率的に実現することができる。 Thus, if the temperature change of the combined resistance value of the first temperature sensing element and the third temperature sensing element and the resistor parallel circuit is utilized, the sensitivity of the first temperature sensing element and the third temperature sensing element are obtained. By adjusting the sensitivity, the first control and the third control can be efficiently realized.
(6)この温度制御回路において、前記第2の感温素子及び前記第3の感温素子は、負の温度係数を有し非線形な抵抗−温度特性を示すサーミスターであるようにしてもよい。 (6) In this temperature control circuit, the second temperature sensing element and the third temperature sensing element may be a thermistor having a negative temperature coefficient and exhibiting a non-linear resistance-temperature characteristic. .
第2の感温素子及び第3の感温素子としてこのようなサーミスターを用いることで、第2の感温素子が検出する温度が低いほど第2の制御の比率を大きくし、第3の感温素子が検出する温度が高いほど第3の制御の比率を大きくする温度制御を比較的容易に実現することができる。 By using such a thermistor as the second temperature sensing element and the third temperature sensing element, the lower the temperature detected by the second temperature sensing element, the larger the second control ratio becomes. Temperature control that increases the third control ratio as the temperature detected by the temperature sensing element increases can be realized relatively easily.
(7)本発明は、上記のいずれかの温度制御回路と、圧電振動子と、を含む、恒温槽型圧電発振器である。 (7) The present invention is a thermostatic chamber type piezoelectric oscillator including any one of the temperature control circuits described above and a piezoelectric vibrator.
本発明によれば、広い温度範囲にわたって温度制御偏差が小さく、周波数安定度が極めて高い恒温槽型圧電発振器を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a thermostatic oven type piezoelectric oscillator having a small temperature control deviation over a wide temperature range and extremely high frequency stability.
(8)本発明は、上記のいずれかの温度制御回路を含む、電子機器である。 (8) The present invention is an electronic device including any one of the temperature control circuits described above.
本発明によれば、広い温度範囲にわたって高い精度の処理を行うことができる電子機器を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electronic device which can perform a highly accurate process over a wide temperature range is realizable.
(9)本発明は、被加熱物の温度を制御する温度制御方法であって、発熱素子を用いて前記被加熱物を加熱する加熱工程と、前記被加熱物又は前記発熱素子の温度を測定できる位置に近在して設置される第1の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第1の制御、前記被加熱物及び前記発熱素子の周囲の温度を測定できる位置に離間して設置される第2の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第2の制御及び前記被加熱物及び前記発熱素子から離れた位置に設置される第3の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第3の制御を行う制御工程と、を含み、前記制御工程において、前記第2の感温素子が検出する温度が低いほど前記第2の制御の比率を大きくし、前記第3の感温素子が検出する温度が高いほど前記第3の制御の比率を大きくする、温度制御方法である。 (9) The present invention is a temperature control method for controlling the temperature of an object to be heated, the heating step of heating the object to be heated using a heating element, and measuring the temperature of the object to be heated or the heating element. A first control for controlling the amount of heat generated by the heating element based on a detection value of a first temperature sensing element installed close to a position where the temperature can be measured, and the temperature around the object to be heated and the heating element is measured 2nd control which controls the emitted-heat amount of the said heat generating element based on the detected value of the 2nd temperature sensitive element installed in the position which can be separated, and it installs in the position away from the said to-be-heated object and the said heat generating element. And a third control step of controlling the amount of heat generated by the heat generating element based on a detection value of the third temperature sensitive element, wherein the second temperature sensitive element detects in the control step. The lower the temperature, the larger the ratio of the second control, and the third The higher the temperature the temperature sensor detects a high increase the third control ratio, a temperature control method.
本発明によれば、第2の制御の感度と第3の制御の感度を別個に調整することで、広い温度範囲にわたって温度制御偏差を小さくすることができる。 According to the present invention, the temperature control deviation can be reduced over a wide temperature range by separately adjusting the sensitivity of the second control and the sensitivity of the third control.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1.温度制御回路
1−1.第1実施形態
[構成]
図1は、第1実施形態の温度制御回路の回路図である。NTCサーミスター11は、第1端子が外部端子2と接続され、第2端子がNTCサーミスター12の第1端子と接続されている。NTCサーミスター12の第2端子は設定温度調整抵抗40の第1端子及び抵抗43の第1端子と接続され、設定温度調整抵抗40の第2端子は、外部端子4と接続されている。抵抗43の第2端子は、差動増幅器20の反転入力端子(−入力端子)、抵抗44の第1端子及びコンデンサー50の第1端子と接続されている。抵抗44の第2端子は、差動増幅器20の出力端子及び抵抗45の第1端子と接続されており、コンデンサー50の第2端子は外部端子4と接続されている。
1. Temperature control circuit 1-1. First Embodiment [Configuration]
FIG. 1 is a circuit diagram of a temperature control circuit according to the first embodiment. The NTC thermistor 11 has a first terminal connected to the external terminal 2 and a second terminal connected to the first terminal of the NTC thermistor 12. The second terminal of the NTC thermistor 12 is connected to the first terminal of the set temperature adjustment resistor 40 and the first terminal of the resistor 43, and the second terminal of the set temperature adjustment resistor 40 is connected to the external terminal 4. The second terminal of the resistor 43 is connected to the inverting input terminal (−input terminal) of the differential amplifier 20, the first terminal of the resistor 44, and the first terminal of the capacitor 50. The second terminal of the resistor 44 is connected to the output terminal of the differential amplifier 20 and the first terminal of the resistor 45, and the second terminal of the capacitor 50 is connected to the external terminal 4.
抵抗41は、第1端子が外部端子2と接続され、第2端子が差動増幅器20の20の非反転入力端子(+入力端子)、抵抗42の第1端子及びNTCサーミスター13の第1端子と接続されている。抵抗42の第2端子とNTCサーミスター13の第2端子は外部端子4と接続されている。 The resistor 41 has a first terminal connected to the external terminal 2, a second terminal connected to the non-inverting input terminal (+ input terminal) 20 of the differential amplifier 20, a first terminal of the resistor 42, and a first terminal of the NTC thermistor 13. Connected to the terminal. The second terminal of the resistor 42 and the second terminal of the NTC thermistor 13 are connected to the external terminal 4.
抵抗45の第2端子は、パワートランジスター30のベース端子とコンデンサー51の第1端子に接続されており、コンデンサー51の第2端子は、外部端子4と接続されている。 The second terminal of the resistor 45 is connected to the base terminal of the power transistor 30 and the first terminal of the capacitor 51, and the second terminal of the capacitor 51 is connected to the external terminal 4.
パワートランジスター30のエミッター端子は外部端子3と接続され、コレクター端子は、抵抗46の第1端子と接続されている。抵抗46の第2端子は外部端子4と接続されている。 The emitter terminal of the power transistor 30 is connected to the external terminal 3, and the collector terminal is connected to the first terminal of the resistor 46. A second terminal of the resistor 46 is connected to the external terminal 4.
外部端子2には外部から基準電位Vrefが供給され、外部端子3には外部から電源電位Vccが供給される。また、外部端子4は接地され、接地電位GNDが供給される。基準電位Vrefと接地電位GNDの間には交流ノイズ除去用のコンデンサー52が接続され、電源電位Vccと接地電位GNDの間には交流ノイズ除去用のコンデンサー53が接続されている。また、差動増幅器20には、外部端子3と外部端子4からそれぞれ電源電位Vccと接地電位GNDが供給される。 The external terminal 2 is supplied with a reference potential Vref from outside, and the external terminal 3 is supplied with a power supply potential Vcc from outside. The external terminal 4 is grounded and supplied with the ground potential GND. A capacitor 52 for removing AC noise is connected between the reference potential Vref and the ground potential GND, and a capacitor 53 for removing AC noise is connected between the power supply potential Vcc and the ground potential GND. The differential amplifier 20 is supplied with the power supply potential Vcc and the ground potential GND from the external terminal 3 and the external terminal 4, respectively.
パワートランジスター30(発熱素子の一例)は、被加熱物(図示しない)に近在して設置され、コレクター端子の放熱を利用して被加熱物を加熱するNPN型のバイポーラートランジスターである。コレクター端子の放熱量(発熱量)は、パワートランジスター30を流れる電流量に応じて変化する。抵抗46は、パワートランジスター30を流れる電流を制限するための抵抗である。 The power transistor 30 (an example of a heating element) is an NPN-type bipolar transistor that is installed in the vicinity of an object to be heated (not shown) and heats the object to be heated using heat radiation from a collector terminal. The heat dissipation amount (heat generation amount) of the collector terminal changes according to the amount of current flowing through the power transistor 30. The resistor 46 is a resistor for limiting the current flowing through the power transistor 30.
NTCサーミスター11(第1の感温素子の一例)は、被加熱物又はパワートランジスター30に近在して設置され、被加熱物の温度に応じて抵抗値を変化させる。NTCサーミスター12(第2の感温素子の一例)及びNTCサーミスター13(第3の感温素子の一例)は、被加熱物及びパワートランジスター30から離れた位置に設置され、被加熱物の周囲温度に応じて抵抗値を変化させる。例えば、NTCサーミスター11を被加熱物又はパワートランジスター30から所定距離以内に設置し(密接させて設置する場合も含む)、NTCサーミスター12及びNTCサーミスター13を被加熱物及びパワートランジスター30から所定距離以上離して設置する。NTCサーミスター11は、被加熱物の温度に応じて抵抗値を変化させることでクローズドループコントロール用の温度センサーとして機能し、NTCサーミスター12及びNTCサーミスター13は、周囲温度に応じて抵抗値を変化させることでオープンループコントロール用の温度センサーとして機能する。 The NTC thermistor 11 (an example of a first temperature sensing element) is installed close to the object to be heated or the power transistor 30 and changes the resistance value according to the temperature of the object to be heated. The NTC thermistor 12 (an example of the second temperature sensing element) and the NTC thermistor 13 (an example of the third temperature sensing element) are installed at positions away from the object to be heated and the power transistor 30, and The resistance value is changed according to the ambient temperature. For example, the NTC thermistor 11 is installed within a predetermined distance from the object to be heated or the power transistor 30 (including the case where the NTC thermistor 11 and the power transistor 30 are installed in close contact), and the NTC thermistor 12 and the NTC thermistor 13 are separated from the object to be heated and the power transistor 30. Install at a predetermined distance or more. The NTC thermistor 11 functions as a temperature sensor for closed loop control by changing the resistance value according to the temperature of the object to be heated. The NTC thermistor 12 and the NTC thermistor 13 have a resistance value according to the ambient temperature. It functions as a temperature sensor for open loop control by changing.
差動増幅器20(増幅器の一例)は、NTCサーミスター11の抵抗値(第1の感温素子の検出値)に基づいてパワートランジスター30の発熱量を制御する第1の制御、NTCサーミスター12の抵抗値(第2の感温素子の検出値)に基づいてパワートランジスター30の発熱量を制御する第2の制御及びNTCサーミスター13の抵抗値(第3の感温素子の検出値)に基づいてパワートランジスター30の発熱量を制御する第3の制御を行う。特に、差動増幅器20は、NTCサーミスター12の抵抗値が高い(第2の感温素子が検出する温度が低い)ほど第2の制御の比率を大きくし、NTCサーミスター13の抵抗値が低い(第3の感温素子が検出する温度が高い)ほど第3の制御の比率を大きくする。すなわち、差動増幅器20は、周囲温度が低いほどNTCサーミスター12の抵抗値に基づくパワートランジスター30の発熱量の変化率を大きくし、周囲温度が高いほどNTCサーミスター13の抵抗値がに基づくパワートランジスター30の発熱量の変化率を大きくする。 The differential amplifier 20 (an example of an amplifier) is a first control that controls the amount of heat generated by the power transistor 30 based on the resistance value of the NTC thermistor 11 (the detected value of the first temperature sensing element). And the resistance value of the NTC thermistor 13 (detection value of the third temperature sensing element) based on the resistance value (detection value of the second temperature sensing element) of the power transistor 30. Based on this, the third control for controlling the heat generation amount of the power transistor 30 is performed. In particular, the differential amplifier 20 increases the ratio of the second control as the resistance value of the NTC thermistor 12 is higher (the temperature detected by the second temperature sensing element is lower), and the resistance value of the NTC thermistor 13 is increased. The ratio of the third control is increased as the temperature is lower (the temperature detected by the third temperature sensing element is higher). That is, the differential amplifier 20 increases the rate of change of the heat generation amount of the power transistor 30 based on the resistance value of the NTC thermistor 12 as the ambient temperature is lower, and is based on the resistance value of the NTC thermistor 13 as the ambient temperature is higher. The rate of change in the amount of heat generated by the power transistor 30 is increased.
この差動増幅器20の出力は、抵抗45とコンデンサー51で構成されるローパスフィルターを介してパワートランジスター30のベースに入力され、コレクター端子を流れる電流量が制御される。NTCサーミスター11、NTCサーミスター12、設定温度調整抵抗40は、基準電位Vrefと接地電位GNDの間に直列に接続されており、抵抗43の第1端子の電位は、NTCサーミスター11、NTCサーミスター12、設定温度調整抵抗40の抵抗比に応じて決まる。また、抵抗41と、抵抗42とNTCサーミスター13の並列回路とが基準電位Vrefと接地電位GNDの間に直列に接続されており、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位は、抵抗41と、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗との抵抗比に応じて決まる。 The output of the differential amplifier 20 is input to the base of the power transistor 30 through a low-pass filter composed of a resistor 45 and a capacitor 51, and the amount of current flowing through the collector terminal is controlled. The NTC thermistor 11, the NTC thermistor 12, and the set temperature adjustment resistor 40 are connected in series between the reference potential Vref and the ground potential GND. The potential of the first terminal of the resistor 43 is the NTC thermistor 11, NTC. It is determined according to the resistance ratio of the thermistor 12 and the set temperature adjustment resistor 40. A resistor 41, a parallel circuit of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 are connected in series between the reference potential Vref and the ground potential GND, and the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 is connected. The potential is determined according to the resistance ratio of the resistor 41 and the combined resistance of the resistor 42 and the NTC thermistor 13.
[温度制御動作]
次に、本実施形態の温度制御回路の動作について説明する。
[Temperature control operation]
Next, the operation of the temperature control circuit of this embodiment will be described.
まず、図2を参照しながら、クローズドループコントロールによる温度制御について説明する。図2は、クローズドループコントロールによる温度制御のフローチャート図である。被加熱物の温度が設定温度よりも低い場合(S10のY)、NTCサーミスター11の抵抗値に応じてパワートランジスター30の発熱量を制御しながら被加熱物を加熱する(S12)。具体的には、被加熱物の温度が設定温度と一致する時にNTCサーミスター11の抵抗値が所定値になり、抵抗43の第1端子の電位と差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位が一致するようになっている。従って、被加熱物の温度が設定温度よりも低い場合は、NTCサーミスター11の抵抗値が所定値よりも高いため、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも低い。そのため、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも高く、パワートランジスター30がオンして発熱する。被加熱物がパワートランジスター30によって加熱され、被加熱物の温度が上昇すると、NTCサーミスター11の抵抗値が下がるので、抵抗43の第1端子の電位が上昇する。これに対して、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位はほとんど変化しない。従って、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)と抵抗43の第1端子の間の電位差が小さくなる。これにより差動増幅器20の出力電位が低下するので、パワートランジスター30のベース電位が低下し、コレクター端子に流れる電流が減少する。その結果、コレクタ端子からの放熱量が減少する。 First, temperature control by closed loop control will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of temperature control by closed loop control. When the temperature of the object to be heated is lower than the set temperature (Y in S10), the object to be heated is heated while controlling the heat generation amount of the power transistor 30 according to the resistance value of the NTC thermistor 11 (S12). Specifically, when the temperature of the object to be heated matches the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 becomes a predetermined value, and the potential of the first terminal of the resistor 43 and the non-inverting input terminal (+ The potentials of the input terminals are matched. Therefore, when the temperature of the object to be heated is lower than the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 is higher than a predetermined value, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 is the non-inverting input terminal ( It is lower than the potential of the + input terminal). Therefore, the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is higher than the threshold value, and the power transistor 30 is turned on to generate heat. When the object to be heated is heated by the power transistor 30 and the temperature of the object to be heated increases, the resistance value of the NTC thermistor 11 decreases, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 increases. On the other hand, the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 hardly changes. Therefore, the potential difference between the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 and the first terminal of the resistor 43 is reduced. As a result, the output potential of the differential amplifier 20 is lowered, so that the base potential of the power transistor 30 is lowered and the current flowing through the collector terminal is reduced. As a result, the amount of heat released from the collector terminal is reduced.
被加熱物の温度が設定温度よりも高くなると(S14のY)、パワートランジスター30がオフして被加熱物の加熱を停止する(S16)。具体的には、被加熱物の温度が設定温度よりも高くなると、NTCサーミスター11の抵抗値が所定値よりも低くなるため、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも高くなる。そのため、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも低くなり、パワートランジスター30がオフして発熱を停止する。そして、被加熱物の温度が設定温度よりも低くなると(S10のY)、パワートランジスター30がオンして再び被加熱物を加熱する(S12)。 When the temperature of the object to be heated becomes higher than the set temperature (Y in S14), the power transistor 30 is turned off and heating of the object to be heated is stopped (S16). Specifically, when the temperature of the object to be heated becomes higher than the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 becomes lower than a predetermined value, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 is non-inverted in the differential amplifier 20. It becomes higher than the potential of the input terminal (+ input terminal). Therefore, the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30, becomes lower than the threshold value, and the power transistor 30 is turned off to stop the heat generation. When the temperature of the object to be heated becomes lower than the set temperature (Y in S10), the power transistor 30 is turned on to heat the object to be heated again (S12).
以上のS10〜S16の処理を被加熱物の温度に応じて繰り返し行い、被加熱物の温度が設定温度で安定すると(S14のN)、クローズドループコントロールによる温度制御を終了する。このように、被加熱物の温度変化に応じたNTCサーミスター11の抵抗値の変化を利用して、被加熱物の温度が設定温度になるようにクローズドループコントロールによる主制御(第1の制御)が行われる。なお、設定温度調整抵抗40の抵抗値を調整することで設定温度を決めることができる。すなわち、設定温度調整抵抗40の抵抗値が大きいほど抵抗43の第1端子の電位が高いので差動増幅器20の出力電位はより低くなる。そのため、パワートランジスター30のベース電位がより低くなり、コレクター端子に流れる電流はより小さい。従って、設定温度調整抵抗40の抵抗値が大きいほどコレクタ端子からの放熱量がより小さくなり、被加熱物の設定温度がより低くなる。 The processes of S10 to S16 are repeated according to the temperature of the object to be heated, and when the temperature of the object to be heated is stabilized at the set temperature (N in S14), the temperature control by the closed loop control is ended. Thus, the main control (first control) by the closed loop control is performed so that the temperature of the heated object becomes the set temperature by using the change in the resistance value of the NTC thermistor 11 according to the temperature change of the heated object. ) Is performed. The set temperature can be determined by adjusting the resistance value of the set temperature adjustment resistor 40. That is, as the resistance value of the set temperature adjustment resistor 40 is larger, the potential of the first terminal of the resistor 43 is higher, so the output potential of the differential amplifier 20 is lower. Therefore, the base potential of the power transistor 30 becomes lower and the current flowing through the collector terminal is smaller. Therefore, the larger the resistance value of the set temperature adjustment resistor 40, the smaller the heat radiation from the collector terminal, and the lower the set temperature of the object to be heated.
しかしながら、クローズドループコントロールによる温度制御は周囲温度を考慮したものではないので、NTCサーミスター11と被加熱物の間に熱勾配が生じ、クローズドループコントロールだけでは周囲温度に対して正の傾きを持つ温度制御偏差が発生してしまう。そこで、オープンループコントロールによる温度制御によりこの温度制御偏差を補正する。 However, since temperature control by closed loop control does not consider ambient temperature, a thermal gradient occurs between the NTC thermistor 11 and the object to be heated, and only closed loop control has a positive slope with respect to ambient temperature. A temperature control deviation will occur. Therefore, this temperature control deviation is corrected by temperature control by open loop control.
次に、図3を参照しながら、オープンループコントロールによる温度制御動作について説明する。図3は、オープンループコントロールによる温度制御のフローチャート図である。クローズドループコントロールによる温度制御が終了した後、周囲温度が上昇すると(S20のY)、NTCサーミスター12,13の抵抗値が下がり(S22)、パワートランジスター30がオフして被加熱物の加熱を停止する(S24)。具体的には、周囲温度が上昇すると、NTCサーミスター12の抵抗値が下がるので、抵抗43の第1端子の電位が上昇する。これに対して、NTCサーミスター13の抵抗値が下がるので、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値が下がり、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位は低下する。これにより、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも高くなり、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも低くなり、パワートランジスター30がオフして発熱を停止する。 Next, the temperature control operation by the open loop control will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart of temperature control by open loop control. After the temperature control by the closed loop control is completed, when the ambient temperature rises (Y in S20), the resistance value of the NTC thermistors 12 and 13 decreases (S22), the power transistor 30 is turned off and the object to be heated is heated. Stop (S24). Specifically, when the ambient temperature increases, the resistance value of the NTC thermistor 12 decreases, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 increases. In contrast, since the resistance value of the NTC thermistor 13 decreases, the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 decreases, and the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 decreases. As a result, the potential of the first terminal of the resistor 43 becomes higher than the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20, and the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is the threshold value. The power transistor 30 is turned off and heat generation is stopped.
一方、周囲温度が低下すると(S26のY)、NTCサーミスター12,13の抵抗値が上がり(S28)、NTCサーミスター12,13の抵抗値に応じてパワートランジスター30の発熱量を制御しながら被加熱物を加熱する(S30)。具体的には、周囲温度が低下すると、NTCサーミスター12の抵抗値が上がるので、抵抗43の第1端子の電位が低下する。これに対して、NTCサーミスター13の抵抗値が上がるので、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値が上がり、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位は上昇する。これにより、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも低くなり、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも高くなり、パワートランジスター30がオンして発熱する。 On the other hand, when the ambient temperature decreases (Y in S26), the resistance values of the NTC thermistors 12 and 13 increase (S28), and the amount of heat generated by the power transistor 30 is controlled according to the resistance values of the NTC thermistors 12 and 13. The article to be heated is heated (S30). Specifically, when the ambient temperature decreases, the resistance value of the NTC thermistor 12 increases, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 decreases. In contrast, since the resistance value of the NTC thermistor 13 increases, the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 increases, and the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 increases. As a result, the potential of the first terminal of the resistor 43 becomes lower than the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20, and the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is the threshold value. The power transistor 30 is turned on to generate heat.
以上のS20〜S30の処理を周囲温度に応じて繰り返し行い、周囲温度が安定すると(S26のN)、オープンループコントロールによる温度制御を終了する。このように、周囲温度の変化に応じたNTCサーミスター12、13の抵抗値の変化を利用して、周囲温度が上昇するとパワートランジスター30の発熱を停止させ、周囲温度が低下するとNTCサーミスター12、13の抵抗値に応じてパワートランジスター30を発熱させるようにオープンループコントロールによる補正制御(第2の制御,第3の制御)が行われる。 The processes of S20 to S30 are repeated according to the ambient temperature, and when the ambient temperature is stabilized (N in S26), the temperature control by the open loop control is terminated. In this way, using the change in the resistance value of the NTC thermistors 12 and 13 according to the change in the ambient temperature, the heat generation of the power transistor 30 is stopped when the ambient temperature rises, and the NTC thermistor 12 when the ambient temperature falls. , Correction control (second control, third control) by open loop control is performed so that the power transistor 30 generates heat according to the resistance value of 13.
実際の設計では、クローズドループコントロールによる主制御とオープンループコントロールによる補正制御のバランスを考慮して、NTCサーミスター11、12、13の各抵抗値やB定数を決定する必要がある。 In actual design, it is necessary to determine the resistance values and B constants of the NTC thermistors 11, 12, and 13 in consideration of the balance between the main control by the closed loop control and the correction control by the open loop control.
例えば、抵抗41と抵抗42を流れる電流を制限するために、抵抗41と抵抗42を数kΩ〜数十kΩに設定する。この場合、NTCサーミスター13によるオープンループコントロールの感度を確保するために、例えば、NTCサーミスター13の抵抗値を常温でMΩオーダーに設定する。また、NTCサーミスター13のB定数を大きくすることで、このオープンループコントロールの感度を高くすることができる。 For example, in order to limit the current flowing through the resistors 41 and 42, the resistors 41 and 42 are set to several kΩ to several tens of kΩ. In this case, in order to ensure the sensitivity of the open loop control by the NTC thermistor 13, for example, the resistance value of the NTC thermistor 13 is set to MΩ order at room temperature. Further, the sensitivity of this open loop control can be increased by increasing the B constant of the NTC thermistor 13.
図4に、NTCサーミスター13の抵抗−温度特性の一例を示す。図4において、横軸は温度、縦軸はNTCサーミスター13の抵抗値である。図4の例では、NTCサーミスター13は、25℃での抵抗値が2MΩ、B定数が4950Kであり、負の温度係数を有するため温度が高いほど抵抗値が小さい。また、低温になるほど温度変化に対する抵抗値変化が大きい非線形の抵抗−温度特性を示している。 FIG. 4 shows an example of resistance-temperature characteristics of the NTC thermistor 13. In FIG. 4, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the resistance value of the NTC thermistor 13. In the example of FIG. 4, the NTC thermistor 13 has a resistance value of 2 MΩ at 25 ° C. and a B constant of 4950 K, and has a negative temperature coefficient. Therefore, the higher the temperature, the smaller the resistance value. In addition, a nonlinear resistance-temperature characteristic is shown in which the resistance value change with respect to the temperature change increases as the temperature decreases.
また、図5は、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位の温度特性を示す図である。図5において、横軸は温度、縦軸は差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位である。G1は、抵抗41を10kΩ、抵抗42を22kΩ、NTCサーミスター13の常温での抵抗値を∞に設定した場合の温度特性を示す。この場合、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値は温度に関係なくほぼ22kΩで一定なので、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位はほぼ一定である。G2、G3、G4は、図4に示した抵抗−温度特性を有するNTCサーミスター13に対して、抵抗41と抵抗42の抵抗値を3通りに変えて設定した場合の温度特性を示す。G2では抵抗41を10kΩ、抵抗42を22kΩに設定し、Gで3は抵抗41を5kΩ、抵抗42を11kΩに設定し、G4では抵抗41を1kΩ、抵抗42を2.2kΩに設定している。G2、G3、G4のいずれの場合でも、25℃よりも低い低温側ではNTCサーミスター13の抵抗値が非常に大きいため抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値はほぼ抵抗42の抵抗値と等しく、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位はほとんど変化しない。つまり、低温側ではNTCサーミスター13によるオープンループコントロールはほとんど機能しない。一方、25℃よりも高い高温側では、高温になるにつれてNTCサーミスター13の抵抗値が抵抗42の抵抗値に近づき、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値が下がる。そのため、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位は高温になるほど下がる。つまり、高温側ではNTCサーミスター13によるオープンループコントロールが有効に機能する。そして、抵抗41や抵抗42の抵抗値が小さいほど、NTCサーミスター13によるオープンループコントロールの感度が相対的に高くなる。 FIG. 5 is a diagram showing the temperature characteristics of the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20. In FIG. 5, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20. G1 shows temperature characteristics when the resistance 41 is set to 10 kΩ, the resistance 42 is set to 22 kΩ, and the resistance value of the NTC thermistor 13 at normal temperature is set to ∞. In this case, since the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 is substantially constant at 22 kΩ regardless of the temperature, the potential at the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 is substantially constant. G2, G3, and G4 indicate temperature characteristics when the resistance values of the resistors 41 and 42 are set in three ways with respect to the NTC thermistor 13 having the resistance-temperature characteristics shown in FIG. In G2, the resistor 41 is set to 10 kΩ and the resistor 42 is set to 22 kΩ. In G, the resistor 41 is set to 5 kΩ and the resistor 42 is set to 11 kΩ. In G4, the resistor 41 is set to 1 kΩ and the resistor 42 is set to 2.2 kΩ. . In any of G2, G3, and G4, the resistance value of the NTC thermistor 13 is very large on the low temperature side lower than 25 ° C., so the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 is almost equal to the resistance value of the resistor 42. Equally, the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 hardly changes. That is, the open loop control by the NTC thermistor 13 hardly functions on the low temperature side. On the other hand, on the high temperature side higher than 25 ° C., the resistance value of the NTC thermistor 13 approaches the resistance value of the resistor 42 as the temperature increases, and the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 decreases. Therefore, the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 decreases as the temperature increases. That is, the open loop control by the NTC thermistor 13 functions effectively on the high temperature side. And the sensitivity of the open loop control by the NTC thermistor 13 becomes relatively higher as the resistance values of the resistors 41 and 42 are smaller.
また、例えば、NTCサーミスター11、NTCサーミスター12、抵抗40を流れる電流を制限するために、NTCサーミスター11の抵抗値を常温(25℃)で10kΩ程度に設定し、NTCサーミスター12の抵抗値を常温で100Ω〜150Ω程度(NTCサーミスター11の抵抗値の1/100程度)に設定する。図示しないが、NTCサーミスター11やNTCサーミスター12は、抵抗値が異なる点を除いて図4と同様の抵抗−温度特性を示す。従って、このように設定すれば、NTCサーミスター12によるオープンループコントロールは、周囲温度が常温よりも高い高温側ではほとんど効かないが、周囲温度が常温よりも低い低温側では有効になる。つまり、NTCサーミスター11によるクローズドループコントロールで発生する低温側の温度制御偏差を、NTCサーミスター12によるオープンループコントロールで補正することができる。 For example, in order to limit the current flowing through the NTC thermistor 11, the NTC thermistor 12, and the resistor 40, the resistance value of the NTC thermistor 11 is set to about 10 kΩ at room temperature (25 ° C.). The resistance value is set to about 100Ω to 150Ω (about 1/100 of the resistance value of the NTC thermistor 11) at room temperature. Although not shown, the NTC thermistor 11 and the NTC thermistor 12 exhibit the same resistance-temperature characteristics as in FIG. 4 except that the resistance values are different. Therefore, if set in this way, the open loop control by the NTC thermistor 12 hardly works on the high temperature side where the ambient temperature is higher than the normal temperature, but becomes effective on the low temperature side where the ambient temperature is lower than the normal temperature. That is, the temperature control deviation on the low temperature side generated by the closed loop control by the NTC thermistor 11 can be corrected by the open loop control by the NTC thermistor 12.
このように、第1実施形態の温度制御回路によれば、クローズドループコントロール(第1の制御)で発生する低温側の温度制御偏差を主にNTCサーミスター12によるオープンループコントロール(第2の制御)で補正し、クローズドループコントロール(第1の制御)で発生する高温側の温度制御偏差を主にNTCサーミスター13によるオープンループコントロール(第3の制御)で補正することができる。つまり、低温側と高温側の補正を2系統のオープンループコントロールで別個に行うことができるので、この2系統のオープンループコントロールの感度を別個に調整することにより、広い温度範囲にわたって温度制御偏差を小さい高い精度の温度制御を実現することができる。 Thus, according to the temperature control circuit of the first embodiment, the temperature control deviation on the low temperature side generated in the closed loop control (first control) is mainly controlled by the open loop control (second control) by the NTC thermistor 12. ), And the temperature control deviation on the high temperature side generated by the closed loop control (first control) can be corrected mainly by the open loop control (third control) by the NTC thermistor 13. In other words, the low-temperature side and high-temperature side corrections can be performed separately with the two systems of open-loop control. By adjusting the sensitivity of the two systems of open-loop control separately, the temperature control deviation can be adjusted over a wide temperature range. A small and highly accurate temperature control can be realized.
1−2.第2実施形態
[構成]
図6は、第2実施形態の温度制御回路の回路図である。図6において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付している。第2実施形態の温度制御回路1では、NTCサーミスター11の接続位置が第1実施形態と異なる。すなわち、第2実施形態では、NTCサーミスター11は、第1端子が抵抗41の第2端子及び差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)と接続され、第2端子が抵抗42の第1端子及びNTCサーミスター13の第1端子と接続されている。また、NTCサーミスター12の第1端子は、外部端子2及び抵抗41の第1端子と接続されている。図6におけるその他の接続関係については、図1と同じであるため、その説明を省略する。
1-2. Second Embodiment [Configuration]
FIG. 6 is a circuit diagram of the temperature control circuit of the second embodiment. In FIG. 6, the same components as those in FIG. In the temperature control circuit 1 of the second embodiment, the connection position of the NTC thermistor 11 is different from that of the first embodiment. That is, in the second embodiment, the NTC thermistor 11 has a first terminal connected to the second terminal of the resistor 41 and the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20, and a second terminal connected to the resistor 42. The first terminal and the first terminal of the NTC thermistor 13 are connected. The first terminal of the NTC thermistor 12 is connected to the external terminal 2 and the first terminal of the resistor 41. The other connection relationships in FIG. 6 are the same as those in FIG.
第2実施形態においても、NTCサーミスター11は、被加熱物又はパワートランジスター30に近在して配置され、クローズドループコントロール用の温度センサーとして機能する。また、NTCサーミスター12及びNTCサーミスター13は、被加熱物及びパワートランジスター30から離れた位置に配置され、オープンループコントロール用の温度センサーとして機能する。NTCサーミスター12と設定温度調整抵抗40は、基準電位Vrefと接地電位GNDの間に直列に接続されており、抵抗43の第1端子の電位は、NTCサーミスター12と設定温度調整抵抗40の抵抗比に応じて決まる。また、抵抗41、NTCサーミスター11、抵抗42とNTCサーミスター13の並列回路が基準電位Vrefと接地電位GNDの間に直列に接続されており、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位は、抵抗41、NTCサーミスター11、抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗の抵抗比に応じて決まる。 Also in the second embodiment, the NTC thermistor 11 is disposed close to the object to be heated or the power transistor 30 and functions as a temperature sensor for closed loop control. Further, the NTC thermistor 12 and the NTC thermistor 13 are arranged at positions away from the object to be heated and the power transistor 30 and function as a temperature sensor for open loop control. The NTC thermistor 12 and the set temperature adjustment resistor 40 are connected in series between the reference potential Vref and the ground potential GND, and the potential of the first terminal of the resistor 43 is the NTC thermistor 12 and the set temperature adjustment resistor 40. It depends on the resistance ratio. Further, a resistor 41, an NTC thermistor 11, a parallel circuit of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 are connected in series between the reference potential Vref and the ground potential GND, and the non-inverting input terminal (+ input) of the differential amplifier 20 The potential of the terminal is determined according to the resistance ratio of the resistor 41, the NTC thermistor 11, the combined resistor of the resistor 42 and the NTC thermistor 13.
[温度制御動作]
次に、第2実施形態の温度制御回路の動作について説明する。
[Temperature control operation]
Next, the operation of the temperature control circuit of the second embodiment will be described.
まず、クローズドループコントロールによる温度制御について説明する。なお、第2実施形態のクローズドループコントロールによる温度制御のフローチャート図は図2と同様であるので図示を省略する。本実施形態においても、被加熱物の温度が設定温度と一致する時にNTCサーミスター11の抵抗値が所定値になり、抵抗43の第1端子の電位と差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位が一致するようになっている。従って、被加熱物の温度が設定温度よりも低い場合は、NTCサーミスター11の抵抗値が所定値よりも高いため、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも低い。そのため、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも高く、パワートランジスター30がオンして発熱する。被加熱物がパワートランジスター30によって加熱され、被加熱物の温度が上昇すると、NTCサーミスター11の抵抗値が下がるので、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位が低下する。これに対して、抵抗43の第1端子の電位はほとんど変化しない。従って、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)と抵抗43の第1端子の間の電位差が小さくなる。これにより差動増幅器20の出力電位が低下するので、パワートランジスター30のベース電位が低下し、コレクター端子に流れる電流が減少する。その結果、コレクタ端子からの放熱量が減少する。 First, temperature control by closed loop control will be described. In addition, since the flowchart of the temperature control by the closed loop control of 2nd Embodiment is the same as that of FIG. 2, illustration is abbreviate | omitted. Also in this embodiment, when the temperature of the object to be heated matches the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 becomes a predetermined value, and the potential of the first terminal of the resistor 43 and the non-inverting input terminal ( The potentials of the + input terminal) are matched. Therefore, when the temperature of the object to be heated is lower than the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 is higher than a predetermined value, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 is the non-inverting input terminal ( It is lower than the potential of the (+ input terminal). Therefore, the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is higher than the threshold value, and the power transistor 30 is turned on to generate heat. When the object to be heated is heated by the power transistor 30 and the temperature of the object to be heated increases, the resistance value of the NTC thermistor 11 decreases, so that the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 decreases. . On the other hand, the potential of the first terminal of the resistor 43 hardly changes. Therefore, the potential difference between the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 and the first terminal of the resistor 43 is reduced. As a result, the output potential of the differential amplifier 20 is lowered, so that the base potential of the power transistor 30 is lowered and the current flowing through the collector terminal is reduced. As a result, the amount of heat released from the collector terminal is reduced.
被加熱物の温度が設定温度よりも高くなると、NTCサーミスター11の抵抗値が所定値よりも低くなるため、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも高くなる。そのため、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも低くなり、パワートランジスター30がオフして発熱を停止する。そして、被加熱物の温度が設定温度よりも低くなると、パワートランジスター30がオンして再び被加熱物を加熱する。 When the temperature of the object to be heated becomes higher than the set temperature, the resistance value of the NTC thermistor 11 becomes lower than a predetermined value, so that the potential of the first terminal of the resistor 43 is the non-inverting input terminal (+ input) of the differential amplifier 20. Terminal) potential. Therefore, the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30, becomes lower than the threshold value, and the power transistor 30 is turned off to stop the heat generation. When the temperature of the object to be heated becomes lower than the set temperature, the power transistor 30 is turned on to heat the object to be heated again.
このように、被加熱物の温度変化に応じたNTCサーミスター11の抵抗値の変化を利用して、被加熱物の温度が設定温度になるようにクローズドループコントロールによる主制御(第1の制御)が行われる。なお、第1実施形態と同様に、設定温度調整抵抗40の抵抗値を調整することで設定温度を決めることができる。 Thus, the main control (first control) by the closed loop control is performed so that the temperature of the heated object becomes the set temperature by using the change in the resistance value of the NTC thermistor 11 according to the temperature change of the heated object. ) Is performed. As in the first embodiment, the set temperature can be determined by adjusting the resistance value of the set temperature adjustment resistor 40.
次に、オープンループコントロールによる温度制御動作について説明する。なお、第2実施形態のオープンループコントロールによる温度制御のフローチャート図は図3と同様であるので図示を省略する。周囲温度が上昇すると、NTCサーミスター13の抵抗値が下がるので抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値が下がり、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位が低下する。これに対して、NTCサーミスター12の抵抗値が下がるので、抵抗43の第1端子の電位は上昇する。これにより、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも高くなり、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも低くなり、パワートランジスター30がオフして発熱を停止する。 Next, a temperature control operation by open loop control will be described. In addition, since the flowchart of the temperature control by the open loop control of 2nd Embodiment is the same as that of FIG. 3, illustration is abbreviate | omitted. When the ambient temperature increases, the resistance value of the NTC thermistor 13 decreases, so that the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 decreases, and the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 decreases. On the other hand, since the resistance value of the NTC thermistor 12 decreases, the potential at the first terminal of the resistor 43 increases. As a result, the potential of the first terminal of the resistor 43 becomes higher than the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20, and the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is the threshold value. The power transistor 30 is turned off and heat generation is stopped.
一方、周囲温度が低下すると、NTCサーミスター13の抵抗値が上がるので抵抗42とNTCサーミスター13の合成抵抗値が上がり、差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位が上昇する。これに対して、NTCサーミスター12の抵抗値が上がるので、抵抗43の第1端子の電位は低下する。これにより、抵抗43の第1端子の電位が差動増幅器20の非反転入力端子(+入力端子)の電位よりも低くなり、差動増幅器20の出力電位、すなわちパワートランジスター30のベース電位が閾値よりも高くなり、パワートランジスター30がオンして発熱する。 On the other hand, when the ambient temperature decreases, the resistance value of the NTC thermistor 13 increases, so the combined resistance value of the resistor 42 and the NTC thermistor 13 increases, and the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20 increases. To do. In contrast, since the resistance value of the NTC thermistor 12 increases, the potential of the first terminal of the resistor 43 decreases. As a result, the potential of the first terminal of the resistor 43 becomes lower than the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the differential amplifier 20, and the output potential of the differential amplifier 20, that is, the base potential of the power transistor 30 is the threshold value. The power transistor 30 is turned on to generate heat.
このように、周囲温度の変化に応じたNTCサーミスター12、13の抵抗値の変化を利用して、周囲温度が上昇するとパワートランジスター30の発熱を停止させ、周囲温度が低下するとNTCサーミスター12、13の抵抗値に応じてパワートランジスター30を発熱させるようにオープンループコントロールによる補正制御(第2の制御,第3の制御)が行われる。 In this way, using the change in the resistance value of the NTC thermistors 12 and 13 according to the change in the ambient temperature, the heat generation of the power transistor 30 is stopped when the ambient temperature rises, and the NTC thermistor 12 when the ambient temperature falls. , Correction control (second control, third control) by open loop control is performed so that the power transistor 30 generates heat according to the resistance value of 13.
なお、第1実施形態で説明したのと同様に、実際の設計では、クローズドループコントロールによる主制御とオープンループコントロールによる補正制御のバランスを考慮して、NTCサーミスター11、12、13の各抵抗値を決定する必要がある。第2実施形態でも、NTCサーミスター11、12、13の各抵抗値や抵抗41、42の各抵抗値を適切に設定することで、NTCサーミスター11によるクローズドループコントロール(第1の制御)で発生する低温側の温度制御偏差を主にNTCサーミスター12によるオープンループコントロール(第2の制御)で補正し、クローズドループコントロール(第1の制御)で発生する高温側の温度制御偏差を主にNTCサーミスター13によるオープンループコントロール(第3の制御)で補正することができる。つまり、低温側と高温側の補正を2系統のオープンループコントロールで別個に行うことができるので、この2系統のオープンループコントロールの感度を別個に調整することにより、広い温度範囲にわたって温度制御偏差が小さい高い精度の温度制御を実現することができる。 As described in the first embodiment, in actual design, each resistance of the NTC thermistors 11, 12, and 13 is considered in consideration of the balance between the main control by the closed loop control and the correction control by the open loop control. The value needs to be determined. Also in the second embodiment, the NTC thermistor 11, 12, and the resistance value of the resistor 41, 42 are appropriately set so that the NTC thermistor 11 performs closed loop control (first control). The temperature control deviation generated on the low temperature side is corrected mainly by the open loop control (second control) by the NTC thermistor 12, and the temperature control deviation generated on the high temperature side by the closed loop control (first control) is mainly corrected. Correction can be made by open loop control (third control) by the NTC thermistor 13. In other words, the low-temperature side and high-temperature side corrections can be performed separately by the two systems of open-loop control. By adjusting the sensitivity of these two systems of open-loop control separately, the temperature control deviation can be increased over a wide temperature range. A small and highly accurate temperature control can be realized.
2.恒温槽型圧電発振器
図7(A)及び図7(B)は、本実施形態の恒温槽型圧電発振器の構造の概略を示す図である。図7(A)は、本実施形態の恒温槽型圧電発振器の構成要素であるプリント基板の上面図である。図7(B)は本実施形態の恒温槽型圧電発振器の側面図である。図7(A)と図7(B)において、同じ要素には同じ番号を付している。なお、本実施形態の恒温槽型圧電発振器は、図7(A)、図7(B)の構成要素(各部)の一部を省略したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
2. Thermostatic Bath Type Piezoelectric Oscillator FIGS. 7A and 7B are diagrams schematically showing the structure of the constant temperature bath piezoelectric oscillator of the present embodiment. FIG. 7A is a top view of a printed circuit board that is a component of the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator of the present embodiment. FIG. 7B is a side view of the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator of the present embodiment. In FIG. 7A and FIG. 7B, the same numbers are assigned to the same elements. Note that the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator of the present embodiment may have a configuration in which some of the components (each part) in FIGS. 7A and 7B are omitted or other components are added.
本実施形態の恒温槽型圧電発振器100は、プリント基板110の上に発振用素子170、感温素子150、温度制御用素子130を配置している。なお、丸い部分は基板や部品の支持材を示している。支持材は部品等を支持するだけでなく、例えば内部に配線を通して電気的な接続を行ってもよい。プリント基板110の下方には、内部に圧電振動子が収納された圧電振動子収納部120、パワートランジスター160、感温素子140が支持材によって固定されている。そして、恒温槽型圧電発振器1は、カバー180で封止される。 In the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator 100 of this embodiment, an oscillation element 170, a temperature sensitive element 150, and a temperature control element 130 are arranged on a printed board 110. In addition, the round part has shown the support material of a board | substrate or components. The support material not only supports the components and the like, but may be electrically connected through wiring, for example. Below the printed circuit board 110, a piezoelectric vibrator housing portion 120 in which a piezoelectric vibrator is housed, a power transistor 160, and a temperature sensitive element 140 are fixed by a support material. The thermostat-type piezoelectric oscillator 1 is sealed with a cover 180.
発振用素子170は、圧電振動子を発振させるための発振回路(コルピッツ型発振回路など)を含む。パワートランジスター160は、恒温槽内を一定の温度に保つためのヒーターとして用いられ、図1や図6のパワートランジスター30に対応する。 The oscillation element 170 includes an oscillation circuit (such as a Colpitts oscillation circuit) for causing the piezoelectric vibrator to oscillate. The power transistor 160 is used as a heater for maintaining the inside of the thermostatic chamber at a constant temperature, and corresponds to the power transistor 30 in FIGS. 1 and 6.
感温素子140は、クローズドループコントロール用のサーミスターであり、図1や図6のNTCサーミスター11に対応する。感温素子140は、圧電振動子収納部120に近在して配置され、圧電振動子収納部120(被加熱物の一例)の温度を検出する。なお、感温素子140をパワートランジスター160に近在して配置し、パワートランジスター160の温度を検出するようにしてもよい。 The temperature sensitive element 140 is a thermistor for closed loop control, and corresponds to the NTC thermistor 11 of FIGS. The temperature sensing element 140 is disposed close to the piezoelectric vibrator housing part 120 and detects the temperature of the piezoelectric vibrator housing part 120 (an example of an object to be heated). Note that the temperature sensitive element 140 may be disposed close to the power transistor 160 to detect the temperature of the power transistor 160.
感温素子150,152は、オープンループコントロール用のサーミスターであり、それぞれ、図1や図6のNTCサーミスター12,13に対応する。感温素子150,152は、パワートランジスター160から離間した位置における温度(周囲温度)を検出する。 The temperature sensitive elements 150 and 152 are thermistors for open loop control, and correspond to the NTC thermistors 12 and 13 in FIGS. 1 and 6, respectively. The temperature sensitive elements 150 and 152 detect the temperature (ambient temperature) at a position away from the power transistor 160.
温度制御用素子130は、感温素子140,150、152の検出結果に基づいて、パワートランジスター160の発熱量を制御する。温度制御用素子130は、図1や図6の温度制御回路の構成要素のうち、NTCサーミスター11,12,13及びパワートランジスター30を除いた構成要素を含む。 The temperature control element 130 controls the amount of heat generated by the power transistor 160 based on the detection results of the temperature sensitive elements 140, 150, and 152. The temperature control element 130 includes components excluding the NTC thermistors 11, 12, and 13 and the power transistor 30 among the components of the temperature control circuit of FIGS. 1 and 6.
なお、圧電振動子収納部120に収納するものとして水晶振動子を用いることで、恒温槽型水晶発振器(OCXO)を構成することができる。 It should be noted that a thermostatic crystal oscillator (OCXO) can be configured by using a crystal resonator as the one stored in the piezoelectric resonator storage portion 120.
図8は、図1の温度制御回路を含む本実施形態のOCXOの温度制御特性の一例を示す図である。比較例として、図1の温度制御回路から感温素子152(NTCサーミスター13)を削除した温度制御回路を含むOCXOの温度制御特性の一例を図9(A)及び図9(B)に示す。図9(A)は、感温素子150(NTCサーミスター12)によるオープンループコントロールの感度が相対的に高い場合の例であり、図9(B)は、感温素子150(NTCサーミスター12)によるオープンループコントロールの感度が相対的に低い場合の例である。図8、図9(A)、図9(B)において、横軸は経過時間、左側の縦軸はOCXOの温度制御偏差、右側の縦軸は周囲温度を表す。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of temperature control characteristics of the OCXO of the present embodiment including the temperature control circuit of FIG. As a comparative example, FIGS. 9A and 9B show an example of temperature control characteristics of an OCXO including a temperature control circuit in which the temperature sensitive element 152 (NTC thermistor 13) is deleted from the temperature control circuit of FIG. . FIG. 9A shows an example in which the sensitivity of the open loop control by the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12) is relatively high, and FIG. 9B shows the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12). ) Is an example in which the sensitivity of the open loop control is relatively low. 8, 9A, and 9B, the horizontal axis represents elapsed time, the left vertical axis represents OCXO temperature control deviation, and the right vertical axis represents ambient temperature.
T1はOCXOの周囲の温度の遷移を示している。すなわち、25℃に設定して基準時刻から約70分経過した後に−40℃に設定して約120分まで保持し、約120分〜180分が経過する間に−40℃から85℃まで徐々に変化させた後約210分まで85℃の設定を保持し、約210分経過後に25℃に設定して240分まで保持している。T2、T3、T4は、T1の温度プロファイルに従って温度を変化させた時のOCXOの温度制御偏差の評価結果の一例を示している。 T1 indicates the transition of the temperature around the OCXO. That is, the temperature is set to 25 ° C., and after about 70 minutes have elapsed from the reference time, the temperature is set to −40 ° C. and held for about 120 minutes, and gradually increases from −40 ° C. to 85 ° C. for about 120 to 180 minutes. The setting of 85 ° C. is maintained until about 210 minutes after the change is made, and after about 210 minutes, the temperature is set to 25 ° C. and maintained for 240 minutes. T2, T3, and T4 show an example of the evaluation result of the OCXO temperature control deviation when the temperature is changed according to the temperature profile of T1.
感温素子152(NTCサーミスター13)が無い場合、感温素子150(NTCサーミスター12)によるオープンループコントロールの感度が高いと、図9(A)のT3に示すように、常温(25℃)よりも高い高温側では適切な温度補正が行われてOCXOの温度制御偏差が小さいが、常温(25℃)よりも低い低温側では感温素子150(NTCサーミスター12)の急激な抵抗値変化に起因して過剰な温度補正がかかりOCXOの温度制御偏差が大きくなる。そのため、−40℃〜85℃で約3℃の幅の温度制御偏差がある。また、感温素子150(NTCサーミスター12)によるオープンループコントロールの感度が低いと、図9(B)のT4に示すように、低温側では適切な温度補正が行われてOCXOの温度制御偏差が小さいが、高温側では感温素子150(NTCサーミスター12)の抵抗値変化が小さすぎるため温度補正量が足りず、周囲温度に引っ張られてOCXOの温度制御偏差が大きくなる。そのため、−40℃〜85℃で約1℃の幅の温度制御偏差がある。これに対して、本実施形態の温度制御回路を用いたOCXOでは、図8のT2に示すように、低温側では主に感温素子150(NTCサーミスター12)によるオープンループコントロールが適切に機能し、高温側では主に感温素子152(NTCサーミスター13)によるオープンループコントロールが適切に機能するため、低温側でも高温側でも適切な温度補正が行われてOCXOの温度制御偏差が小さい。そのため、−40℃〜85℃での温度制御偏差は約0.2℃に収まっている。このように、感温素子150と感温素子152による2系統のオープンループコントロールにより高温側と低温側の補正を別個に行うことで、従来よりも温度特性に優れた高温型圧電発振器を実現することができる。 In the absence of the temperature sensing element 152 (NTC thermistor 13), if the sensitivity of the open loop control by the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12) is high, as shown at T3 in FIG. ), The temperature control deviation of OCXO is small due to appropriate temperature correction on the high temperature side, but on the low temperature side lower than room temperature (25 ° C.), the rapid resistance value of the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12). Due to the change, excessive temperature correction is applied and the temperature control deviation of the OCXO becomes large. Therefore, there is a temperature control deviation of about 3 ° C. from −40 ° C. to 85 ° C. Also, if the sensitivity of the open loop control by the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12) is low, an appropriate temperature correction is performed on the low temperature side as shown by T4 in FIG. However, since the change in resistance value of the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12) is too small on the high temperature side, the temperature correction amount is insufficient, and the temperature control deviation of the OCXO increases due to being pulled to the ambient temperature. Therefore, there is a temperature control deviation of about 1 ° C. at −40 ° C. to 85 ° C. On the other hand, in the OCXO using the temperature control circuit of the present embodiment, as shown at T2 in FIG. 8, the open loop control mainly by the temperature sensing element 150 (NTC thermistor 12) functions appropriately on the low temperature side. On the high temperature side, open-loop control mainly by the temperature sensing element 152 (NTC thermistor 13) functions appropriately. Therefore, appropriate temperature correction is performed on both the low temperature side and the high temperature side, and the temperature control deviation of the OCXO is small. Therefore, the temperature control deviation at −40 ° C. to 85 ° C. is about 0.2 ° C. As described above, the high temperature side and low temperature side corrections are separately performed by two systems of open loop control by the temperature sensing element 150 and the temperature sensing element 152, thereby realizing a high temperature type piezoelectric oscillator having superior temperature characteristics than the conventional one. be able to.
3.電子機器
図10は、本実施形態の電子機器の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の電子機器200は、信号生成部300、処理部400、操作部410、表示部420、ROM(Read Only Memory)430、RAM(Random Access Memory)440、通信部450を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図10の構成要素(各部)の一部を省略したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
3. Electronic Device FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the electronic device of the present embodiment. The electronic device 200 of the present embodiment includes a signal generation unit 300, a processing unit 400, an operation unit 410, a display unit 420, a ROM (Read Only Memory) 430, a RAM (Random Access Memory) 440, and a communication unit 450. ing. Note that the electronic device of this embodiment may have a configuration in which some of the components (each unit) in FIG. 10 are omitted or other components are added.
信号生成部300は、温度制御回路310を含み、温度制御偏差の小さい所与の信号を生成して処理部400に供給する。一例として、信号生成部300を本実施形態の恒温槽型圧電発振器とすれば、温度制御偏差が小さく周波数安定度が高いクロック信号を処理部400に供給することができる。他の一例として、水晶発振器など恒温槽のない単純な圧電発振器をヒーターで加熱して温度制御回路310で一定温度に制御することで、簡易な構成で、単純な圧電発振器よりも周波数安定度が高いクロック信号を発生させる信号生成部300を構成することもできる。 The signal generation unit 300 includes a temperature control circuit 310, generates a given signal with a small temperature control deviation, and supplies the generated signal to the processing unit 400. As an example, if the signal generation unit 300 is the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator of this embodiment, a clock signal with a small temperature control deviation and a high frequency stability can be supplied to the processing unit 400. As another example, a simple piezoelectric oscillator without a thermostatic chamber such as a crystal oscillator is heated by a heater and controlled to a constant temperature by a temperature control circuit 310, so that frequency stability is higher than that of a simple piezoelectric oscillator with a simple configuration. The signal generator 300 that generates a high clock signal can also be configured.
処理部400は、ROM430に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、処理部400は、信号生成部300が生成した信号などに基づいて各種の計算処理をする。また、処理部400は、操作部410からの操作信号に応じた各種の処理、表示部420に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、外部とデータ通信を行うために通信部450を制御する処理等を行う。 The processing unit 400 performs various calculation processes and control processes according to programs stored in the ROM 430. Specifically, the processing unit 400 performs various calculation processes based on the signal generated by the signal generation unit 300 and the like. In addition, the processing unit 400 is a communication unit for performing various types of processing according to an operation signal from the operation unit 410, processing for transmitting a display signal for displaying various types of information on the display unit 420, and data communication with the outside. The process etc. which control 450 are performed.
操作部410は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理部400に出力する。 The operation unit 410 is an input device configured by operation keys, button switches, and the like, and outputs an operation signal corresponding to an operation by the user to the processing unit 400.
表示部420は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、処理部400から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。 The display unit 420 is a display device configured by an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays various types of information based on a display signal input from the processing unit 400.
ROM430は、処理部400が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムや、所定の機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。 The ROM 430 stores programs for the processing unit 400 to perform various calculation processes and control processes, various programs and data for realizing predetermined functions, and the like.
RAM440は、処理部400の作業領域として用いられ、ROM430から読み出されたプログラムやデータ、操作部410から入力されたデータ、処理部400が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。 The RAM 440 is used as a work area of the processing unit 400, and temporarily stores programs and data read from the ROM 430, data input from the operation unit 410, calculation results executed by the processing unit 400 according to various programs, and the like. .
通信部450は、処理部400と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。 The communication unit 450 performs various controls for establishing data communication between the processing unit 400 and the external device.
温度制御回路310として本実施形態の温度制御回路を電子機器200に組み込むことにより、広い温度範囲にわたって高精度な処理を実現することができる。 By incorporating the temperature control circuit of the present embodiment into the electronic device 200 as the temperature control circuit 310, highly accurate processing can be realized over a wide temperature range.
このような電子機器200としては温度制御が必要な種々の電子機器が考えられ、例えば、クロック源としてOCXOを用いる通信機器や測定器等が挙げられる。 As such an electronic device 200, various electronic devices that require temperature control are conceivable, and examples thereof include communication devices and measuring instruments that use OCXO as a clock source.
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。 In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、本実施形態では、発熱素子としてNPN型のパワートランジスターを用いた回路例を挙げて説明したが、発熱素子としてPNP型のバイポーラートランジスターを用い、NTCサーミスター11,12,13をPNP型のバイポーラートランジスターの動作に応じた配置とした回路に応用することができる。また、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を用いた回路や、パワートランジスターに代えて抵抗に電流を流すことで発生するジュール熱を利用する発熱素子を用いた回路などにも応用することができる。 For example, in this embodiment, a circuit example using an NPN type power transistor as a heating element has been described. However, a PNP bipolar transistor is used as a heating element, and NTC thermistors 11, 12, and 13 are connected to a PNP type. The present invention can be applied to a circuit arranged according to the operation of the bipolar transistor. It is also applicable to circuits using MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) and circuits using heating elements that use Joule heat generated by passing current through resistors instead of power transistors. be able to.
また、例えば、本実施形態では、感温素子として負の温度係数を有し非線形な抵抗−温度特性を示すNTCサーミスターを用いた回路例を挙げて説明したが、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスターなどの正の温度係数を有する感温素子や白金抵抗などの線形な抵抗−温度特性を示す感温素子を用いた回路などにも応用することができる。 In the present embodiment, for example, a circuit example using an NTC thermistor having a negative temperature coefficient and exhibiting non-linear resistance-temperature characteristics has been described as a temperature sensing element. However, a PTC (Positive Temperature Coefficient) circuit is described. The present invention can also be applied to a circuit using a temperature sensing element having a positive temperature coefficient such as Mr. or a temperature sensing element showing a linear resistance-temperature characteristic such as a platinum resistance.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1 温度制御回路、2,3,4 外部端子、11,12,13 NTCサーミスター、20 差動増幅器、30 パワートランジスター、40,41,42,43,44,45,46 抵抗、50,51,52,53 コンデンサー、100 恒温槽型圧電発振器、110 プリント基板、120 圧電振動子収納部、130 温度制御用素子、140 感温素子、150,152 感温素子、160 パワートランジスター、170 発振用素子、180 カバー、200 電子機器、300 信号生成部、310 温度制御回路、400 処理部、410 操作部、420 表示部、430 ROM、440 RAM、450 通信部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature control circuit 2, 3, 4 External terminal 11, 12, 13 NTC thermistor, 20 Differential amplifier, 30 Power transistor, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 Resistance, 50, 51, 52, 53 condenser, 100 thermostatic chamber type piezoelectric oscillator, 110 printed circuit board, 120 piezoelectric vibrator housing, 130 temperature control element, 140 temperature sensing element, 150, 152 temperature sensing element, 160 power transistor, 170 oscillation element, 180 cover, 200 electronic device, 300 signal generation unit, 310 temperature control circuit, 400 processing unit, 410 operation unit, 420 display unit, 430 ROM, 440 RAM, 450 communication unit
Claims (9)
前記被加熱物を加熱する発熱素子と、
前記被加熱物又は前記発熱素子の温度を測定できる位置に近在して設置される第1の感温素子と、
前記被加熱物及び前記発熱素子の周囲の温度を測定できる位置に離間して設置される第2の感温素子及び第3の感温素子と、
前記第1の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第1の制御、前記第2の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第2の制御及び前記第3の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第3の制御を行う増幅器と、を含み、
前記増幅器は、
前記第2の感温素子が検出する温度が低いほど前記第2の制御の比率を大きくし、前記第3の感温素子が検出する温度が高いほど前記第3の制御の比率を大きくする、温度制御回路。 A temperature control circuit for controlling the temperature of an object to be heated,
A heating element for heating the object to be heated;
A first thermosensitive element installed close to a position where the temperature of the object to be heated or the heating element can be measured;
A second temperature sensing element and a third temperature sensing element, which are installed apart from each other at a position where the temperature around the object to be heated and the heating element can be measured;
A first control for controlling the amount of heat generated by the heating element based on the detection value of the first temperature sensing element, and a first control for controlling the amount of heat generation of the heating element based on the detection value of the second temperature sensing element. And an amplifier for performing a third control for controlling a heat generation amount of the heating element based on a control of 2 and a detection value of the third temperature sensitive element,
The amplifier is
The lower the temperature detected by the second temperature sensitive element, the larger the ratio of the second control, and the higher the temperature detected by the third temperature sensitive element, the larger the ratio of the third control. Temperature control circuit.
前記増幅器は、
前記第2の感温素子の検出値の変化に応じて一方の入力電圧が変化するとともに、前記第3の感温素子の検出値の変化に応じて他方の入力電圧が変化する差動増幅器である、温度制御回路。 In claim 1,
The amplifier is
A differential amplifier in which one input voltage changes in accordance with a change in the detection value of the second temperature sensing element and the other input voltage changes in accordance with a change in the detection value of the third temperature sensing element. There is a temperature control circuit.
前記第3の感温素子と並列に接続される抵抗をさらに含み、
前記第3の感温素子と前記抵抗の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記他方の入力電圧が変化する、温度制御回路。 In claim 2,
A resistor connected in parallel with the third temperature sensing element;
A temperature control circuit, wherein the other input voltage of the differential amplifier changes according to a change in a combined resistance value of the third temperature sensing element and the resistor.
前記第1の感温素子は、前記第2の感温素子と直列に接続され、
前記第1の感温素子と前記第2の感温素子の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記一方の入力電圧が変化する、温度制御回路。 In claim 3,
The first temperature sensing element is connected in series with the second temperature sensing element,
A temperature control circuit in which the one input voltage of the differential amplifier changes in accordance with a change in a combined resistance value of the first temperature sensing element and the second temperature sensing element.
前記第1の感温素子は、前記第3の感温素子と前記抵抗の並列回路と直列に接続され、
前記並列回路と前記第1の感温素子の合成抵抗値の変化に応じて、前記差動増幅器の前記他方の入力電圧が変化する、温度制御回路。 In claim 3,
The first temperature sensing element is connected in series with a parallel circuit of the third temperature sensing element and the resistor,
A temperature control circuit, wherein the other input voltage of the differential amplifier changes according to a change in a combined resistance value of the parallel circuit and the first temperature sensitive element.
前記第2の感温素子及び前記第3の感温素子は、
負の温度係数を有し非線形な抵抗−温度特性を示すサーミスターである、温度制御回路。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The second temperature sensing element and the third temperature sensing element are:
A temperature control circuit, which is a thermistor having a negative temperature coefficient and exhibiting non-linear resistance-temperature characteristics.
圧電振動子と、を含む、恒温槽型圧電発振器。 The temperature control circuit according to any one of claims 1 to 6,
A thermostatic chamber type piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator.
発熱素子を用いて前記被加熱物を加熱する加熱工程と、
前記被加熱物又は前記発熱素子の温度を測定できる位置に近在して設置される第1の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第1の制御、前記被加熱物及び前記発熱素子の周囲の温度を測定できる位置に離間して設置される第2の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第2の制御及び前記被加熱物及び前記発熱素子から離れた位置に設置される第3の感温素子の検出値に基づいて前記発熱素子の発熱量を制御する第3の制御を行う制御工程と、を含み、
前記制御工程において、
前記第2の感温素子が検出する温度が低いほど前記第2の制御の比率を大きくし、前記第3の感温素子が検出する温度が高いほど前記第3の制御の比率を大きくする、温度制御方法。 A temperature control method for controlling the temperature of an object to be heated,
A heating step of heating the object to be heated using a heating element;
A first control for controlling a heat generation amount of the heating element based on a detection value of a first temperature sensing element installed close to a position where the temperature of the object to be heated or the heating element can be measured; Second control for controlling the amount of heat generated by the heat generating element based on a detection value of a second temperature sensitive element that is disposed at a position where the temperature around the heated object and the heat generating element can be measured, and the object to be heated And a control step of performing a third control for controlling the amount of heat generated by the heat generating element based on a detection value of a third temperature sensing element installed at a position away from the object and the heat generating element,
In the control step,
The lower the temperature detected by the second temperature sensitive element, the larger the ratio of the second control, and the higher the temperature detected by the third temperature sensitive element, the larger the ratio of the third control. Temperature control method.
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