加热器装置以及振荡装置制造方法
【专利摘要】本发明在具备利用来自加热器控制电路的控制电压而控制发热的加热器的加热器装置中，防止控制电压的值异常时加热器的过热。例如在使用加热器(5)使晶体振子(，10)的温度例如稳定在80℃的振荡装置中，由集成电路芯片(3)根据温度检测值而生成加热器(，5)的控制电压。一加热器(5)构成为伴随控制电压的上升而输出减小。对作为加热器(，5)的控制电压的供给线的电压供给路径(61)插入正特性热敏电阻(71)，在正特性热敏电阻(71)与加热器(5)之间、及与直流电源(72)之间设置上拉电阻(73)。当控制电压异常下降时，利用正特性热敏电阻(71)的电阻值的增大，而将控制电压限制为规定的电压，从而实现防止过热。
【专利说明】加热器装置以及振荡装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在具备利用来自加热器控制电路的控制电压而控制发热的加热器的加热器装置中，防止在控制电压的值异常时加热器的过热的技术。
【背景技术】
[0002]作为具备利用来自加热器控制电路的控制电压、而控制发热的加热器的加热器装置的一例，可列举:装入到具恒温槽的晶体振荡器(恒温晶体振荡器(Oven ControlledCrystal Oscillator,0CX0))中的加热器装置。0CX0为了抑制由温度变化引起的晶体振子的振荡频率的变动，在容器内设置晶体振子与加热器而构成，例如成为:在模拟电路中设置加热器与作为温度检测部的热敏电阻(thermistor)的构成(专利文献I)。
[0003]另一方面，本发明人为了进一步提高晶体振子的振荡频率的稳定化，而着眼于与2个晶体振子的振荡频率差相应的差分信号与温度处于线性关系这一点，对如下方式进行了研究，即:对所述差分信号与对应于目标温度的信号的差分进行积分、并作为加热器的控制电压(专利文献2)。此种方式中，由大规模集成电路(Large Scale Integration,LSI)等集成电路芯片来进行差分信号的运算与控制电压的形成，由此实现小型化，就该点而言为上策。
[0004]然而，在例如利用因控制电压增大而加热器的供给电力减小的负的控制特性、来进行加热器控制的情况下，如果因LSI的故障或焊料不良，而使得控制电压异常下降(例如为零)，则:有可能加热器电力成为最大，而对机器造成热破坏。而且，在利用因控制电压增大而加热器的供给电力增大的正的控制特性、来进行加热器控制的情况下，也存在同样的问题。
[0005]对此，虽然也考虑例如设置外部逻辑电路来检测温度并加以保护，但由于高温而难以构成电路，即便假设该逻辑电路正常动作，但电路规模增大，难以放入到作为电子机器的外包装体的容器内，并且价格增高。而且，在使用温度保险丝的方式中，当环境温度例如为70度的高温时，存在使用寿命短的缺点。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利特开2001-251141号(图1，段落0014)
[0009]专利文献2:日本专利特开2012-170050号(图1，段落0014)
【发明内容】
[0010]本发明鉴于所述情况而完成，其目的在于提供如下技术，S卩，在具备利用来自加热器控制电路的控制电压而控制发热的加热器的加热器装置中，能够以简单的构成且低成本，来实现防止控制电压的值异常时的加热器的过热。
[0011]本发明的加热器装置的特征在于包括:温度检测部，对温度控制对象的温度进行检测；加热器控制电路，根据所述温度检测部的温度检测值与温度目标值来输出控制电压；加热器，构成为从所述加热器控制电路被供给控制电压而发热并且随着控制电压减小而发热量增大，且用以将所述温度控制对象的温度加热为目标温度；电压供给路径，用以将所述控制电压供给到所述加热器；防止过热电路，用以在所述加热器控制电路的异常时，防止加热器的过大发热；且所述防止过热电路包括:正特性热敏电阻，以由所述加热器加热的位置插入到所述电压供给路径；以及上拉电阻，一端连接于所述加热器与正特性热敏电阻之间，另一端连接于直流电源；且来自所述加热器控制电路的控制电压异常下降时，施加到所述加热器的控制电压被限制为所述正特性热敏电阻与所述上拉电阻的连接点的电压。
[0012]另一发明的加热器装置的特征在于包括:温度检测部，对温度控制对象的温度进行检测；加热器控制电路，根据所述温度检测部的温度检测值与温度目标值来输出控制电压；加热器，构成为:从所述加热器控制电路被供给控制电压而发热并且随着控制电压增大而发热量增大，且用以将所述温度控制对象的温度加热为目标温度；电压供给路径，用以将所述控制电压供给到所述加热器；以及防止过热电路，用以在所述加热器控制电路的异常时防止加热器的过大发热；所述防止过热电路包括:正特性热敏电阻，以由所述加热器加热的位置插入到所述电压供给路径；以及下拉电阻，一端连接于所述加热器与正特性热敏电阻之间，另一端接地；且来自所述加热器控制电路的控制电压过大时施加到所述加热器的控制电压被限制为正特性热敏电阻与下拉电阻的连接点的电压。
[0013]发明的效果
[0014]本发明在具备利用来自加热器控制电路的控制电压而控制发热的加热器的加热器装置中，在随着控制电压减小而加热器的发热量增大的(减小的)构成中，将正特性热敏电阻与上拉电阻(下拉电阻)进行组合。当控制电压异常下降(上升)时，正特性热敏电阻的电阻值增大，控制电压被限制为正特性热敏电阻与上拉电阻(下拉电阻)的连接点的电压。因此，能够以简单的构成且低成本来实现防止控制电压的值异常时的加热器的过热。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示将本发明的加热器装置应用于振荡装置的第一实施方式的整体的方块图。
[0016]图2是表示所述实施方式的主要部分的电路构成的详情的电路图。
[0017]图3是表示所述实施方式中的零件的配置构造例的剖面图。
[0018]图4是表示加热器的输出与控制电压的关系的特性图。
[0019]图5是表示作为频率差检测部的输出的数字值与温度的关系的特性图。
[0020]图6是表示正特性热敏电阻的温度-电阻变化比的关系的特性图。
[0021]图7是用以说明所述实施方式的防止过热电路的动作的说明图。
[0022]图8是表示本发明的第二实施方式的主要部分的电路图。
[0023]符号的说明
[0024]1:第一振荡电路
[0025]2:第二振荡电路
[0026]3:1C 芯片
[0027]5:加热器
[0028]6:加热器控制电路[0029]7:防止过热电路
[0030]10:第一晶体振子
[0031]11、12、21、22:电极
[0032]20:第二晶体振子
[0033]30、62:加法部
[0034]31:频率差检测部
[0035]32:修正值运算部
[0036]33 =PLL 电路部
[0037]41:低通滤波器
[0038]42:电压控制振荡器
[0039]51:第一晶体管
[0040]52:第二晶体管
[0041]53:电阻
[0042]54:电源部
[0043]61:电压供给路径
[0044]63:环路滤波器
[0045]64:PWM 内插部
[0046]65:低通滤波器
[0047]71:正特性热敏电阻
[0048]72:直流电源
[0049]73:上拉电阻
[0050]75:下拉电阻
[0051]100:容器
[0052]101:印刷基板
[0053]fl、f2:振荡输出
[0054]A、P:点
[0055]Vc:电压
[0056]Xb:晶体片
【具体实施方式】
[0057]以下参照本发明实施例的附图来更充分地描述本发明。然而，本发明可以许多不同形式来体现，不应理解为限于本文陈述的实施例。
[0058][第一实施方式]
[0059]图1表示将本发明的加热器装置应用于振荡装置的第一实施方式。该振荡装置是作为频率合成器而构成，输出所设定的频率的频率信号。对振荡装置的整体构成进行简单叙述，振荡装置具备:第一晶体振子10及第二晶体振子20，这些第一晶体振子10及第二晶体振子20使用共用的晶体片Xb而构成。也就是，例如将带状的晶体片Xb的区域在长度方向上分割为2个，在各分割区域(振动区域)的表面背面的两面设置激振用的电极。因此，由其中一分割区域与一对电极11、电极12来构成第一晶体振子10，且由另一分割区域与一对电极21、电极22来构成第二晶体振子20。
[0060]第一晶体振子10及第二晶体振子20上，分别连接着第一振荡电路I及第二振荡电路2。
[0061]符号3是作为集成电路芯片(integrated circuit chip, IC芯片)的LSI,在IC芯片3内，如图2所示，设置着:频率差检测部31、修正值运算部32、及锁相回路(phase-locked loop，PLL)电路部33。在PLL电路部33的输出侧，连接着低通滤波器(low-pass filter,LPF)41 及电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VC0)42。电压控制振荡器(VC0)42的输出为振荡装置的振荡输出，该振荡输出反馈给PLL电路部33。
[0062]PLL电路部33将来自第一振荡电路I的振荡输出作为时钟(clock)信号，并将如下信号模拟化，即:该信号相当于根据作为数字值的频率设定信号而生成的脉冲信号与来自电压控制振荡器(VCO) 42的反馈脉冲的相位差，且PLL电路部33对该模拟信号进行积分而输出至低通滤波器41。频率设定信号是:由加法部30将频率设定值与来自修正值运算部32的修正值相加所得的值。该修正值是在第一晶体振子10的温度从目标温度开始变动时用以补偿该变动量，即所述时钟信号的温度变动量的值。
[0063]与来自第一振荡电路I的振荡输出fl和来自第二振荡电路2的振荡输出f2的频率差f l_f2相对应的值，是对应于晶体振子10、晶体振子20所放置的环境的温度，可称作温度检测值。另外，为了方便说明，fl、f2也分别表示为第一振荡电路I的振荡频率及第二振荡电路2的振荡频率。在该例中，频率差检测部31取出{(f2-fl)/fl}-{(f2r-flr)/flr}的值，该值是相当于相对于温度成为比例关系的温度检测值。fir及f2r分别是:基准温度例如25°C下的、第一振荡电路I的振荡频率及第二振荡电路2的振荡频率。
[0064]修正值运算部32根据温度检测值、及预先形成的温度检测值和频率修正值的关系，而算出频率修正值。此外，温度检测值如后述那样用于控制加热器5的发热，所述加热器5用以将晶体振子10、晶体振子20维持为目标温度。因此，该实施方式的振荡装置可以说是:所谓的具恒温槽的振荡装置(0CX0)与温度控制振荡装置(温度补偿晶体振荡器(Temperature Compensated Crystal Oscillator, TCXO))的合并装置。
[0065]加热器5设置于收容晶体振子10、晶体振子20的容器中，具有将作为温度控制对象的容器内的环境(晶体振子10、晶体振子20)加热到目标温度的作用。图3是表示该形态的一例的剖面图，在配置于容器100内的印刷基板101的上表面侧，设置着晶体振子10、晶体振子20、振荡电路1、振荡电路2及IC芯片3，在印刷基板101的下表面侧设置着加热器5。
[0066]回到图1中，加热器5包括:进行达林顿(Darlington)连接的作为PNP型晶体管的第一晶体管51及作为NPN型晶体管的第二晶体管52，以及经由电阻53而对后段侧的第二晶体管52的集电极供给直流电压的电源部54，且所述加热器5构成为对前段侧的第一晶体管51的基极供给控制电压。
[0067]图4表示加热器5的输出(发热量)与控制电压的关系，如果供给到第一晶体管51的基极的电压(控制电压)减小，则从电源部54流向第一晶体管51及第二晶体管52的电流增大，从而加热器5的发热量增大。相反地，如果所述控制电压增大，则从电源部54流向第一晶体管51及第二晶体管52的电流减小，从而加热器5的发热量减小。
[0068]控制电压从IC芯片3内的加热器控制电路、经由电压供给路径61而被供给到第一晶体管51的基极。从频率差检测部31输出相当于{(f2-fl)/fl}-{(f2r-flr)/flr}的数字值，该数字值与温度的关系例如如图5所示而表示。所述数字值相当于温度检测值，由加法部62而加上与温度目标值相对应的数字值。在加法部62的后段设置着环路滤波器63、脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)内插部64及低通滤波器65。来自加法部62的数字值是由环路滤波器63积分，并且与该积分值相应的PWM脉冲是在一定期间内从PWM内插部64输出，且该脉冲由低通滤波器65而平均化。因此，从低通滤波器65获得与来自环路滤波器63的数字值相应的模拟电压。
[0069]与温度目标值相对应的数字值设定为正值，由加法部62从该温度目标值中减去为负值的温度检测值，由此从低通滤波器65输出的模拟电压伴随温度上升而增加。因此，加热器5中输入伴随温度上升而增加的控制电压。该例中，加法部62、环路滤波器63、PWM内插部64及低通滤波器65相当于加热器控制电路6。
[0070]在作为加热器5的控制电压的供给线的电压供给路径61上、插入正特性热敏电阻71。在正特性热敏电阻71与加热器5之间、及与直流电源72之间，设置着上拉电阻(pull-up resistor) 73ο该例中，由加热器5加热的容器100 (参照图3)内的温度目标值例如为80°C，且正特性热敏电阻71的温度-电阻变化比特性是如图6所示而表示。所谓电阻变化比，是此时的温度下的电阻值相对于25°C时的电阻值的比。该例中，正特性热敏电阻71、直流电源72及上拉电阻73是构成:防止过热电路，用以防止控制电压异常下降时加热器5的过热。
[0071]对所述实施方式的作用进行说明。首先，如果对整体的动作进行叙述，则以第一振荡电路I的振荡输出作为时钟而PLL电路部33进行动作，并从电压控制振荡器42获得振荡装置的输出信号。该输出信号的频率因受到第一晶体振子10的频率温度特性的影响，所以欲利用加热器5将第一晶体振子10所放置的环境维持为例如80°C。对此，与第一晶体振子10及第二晶体振子20的振荡频率差相对应的信号和温度的关系，例如成为图5所示的关系，从而将频率差检测部31的输出作为温度检测值进行处理。另外，该例中，如所述般，还同时根据温度检测值来修正频率设定值。
[0072]从频率差检测部31获得的数字值与温度目标值分别以负的符号及正的符号相力口，与该相加值的积分值相对应的模拟电压是作为加热器5的控制电压，而被供给到加热器5的第一晶体管51的基极。另一方面，从频率差检测部31获得的数字值因晶体振子10、晶体振子20所放置的环境温度的上升而减少(在负的区域中，负值增大)。因此，如果着眼于例如振荡装置的电源刚接通后的某时间点，则因最初来自加法部62的运算值小，所以环路滤波器63的输出值小，加热器5的输出值大。因加热器5的发热而所述环境温度上升，由此加法部62的运算值骤增，环路滤波器63的输出增大。
[0073]然而，加热器5的特性如图4所示般可以说是负的控制特性，因而虽然刚开始时加热器5的输出大，但发热量会因控制电压的上升而减少。因此，环境温度的上升程度变缓而控制电压的上升程度也减小，不久，在由相当于温度目标值的数字值而决定的温度下，环境温度变得稳定。
[0074]此处，在因IC芯片3中产生断线等异常或焊料不良等，而控制电压异常下降的情况下，例如控制电压为零，则如图7所示，相当于电压供给路径61中的加热器控制电路6侧为接地的状态(点划线部分)。此时，P点的电压成为利用上拉电阻(电阻值R73)与正特性热敏电阻71(电阻值R71)将直流电源72的电压Vc进行分压所得的电压(VcXR71/(R73+R71)) ο
[0075]正特性热敏电阻71的电阻值如图6所示，在80°C时是小的，因而控制电压比正常时还小。如图4所示，加热器5的输出变大而发热量增大，环境温度上升。而且，当环境温度大致超过120°C左右开始，正特性热敏电阻71的电阻值急遽上升，因此，控制电压增大而加热器的输出减小。因此，振荡装置维持为比导致烧坏的温度低的温度，从而可防止因过热而导致的机器的故障。
[0076]根据所述实施方式，将正特性热敏电阻71与上拉电阻73进行组合而构成防止过热电路7，当控制电压的值异常时，将控制电压限制为:伴随加热器5的发热的增大而电阻值变大的正特性热敏电阻71与上拉电阻73的连接点的电压。因此，具有能够以简单构成且低成本实现防止加热器5的过热的效果。
[0077][第二实施方式]
[0078]本发明不限于伴随控制电压的增加而其输出减小的加热器，对于伴随控制电压的增加而其输出变大的所谓的正的控制特性的加热器，也可构成相同的防止过热电路。图8表示使用此种加热器5的振荡装置的主要部分，采用由晶体管51、晶体管52进行达林顿连接的构成。该情况下，因晶体管51的基极电压的上升，晶体管51、晶体管52中流动的电流增大而发热量变大。
[0079]而且，输入到加热器控制电路6的作为温度目标值的数字值，是例如设定为相当于图5所示的频率差检测部31的输出特性中的80°C的数字值。此外，加法部62构成为从频率差检测部31的输出值中减去温度目标值(图2中加法部62的正、负符号成为相反)。
[0080]而且，防止过热电路7包括:插入到电压供给路径61的正特性热敏电阻71，以及设置在正特性热敏电阻71与加热器5之间、及与接地之间的下拉电阻75。
[0081]在此种构成的振荡装置中，例如所述环境温度达到例如80°C之前，伴随温度上升而环路滤波器63的输入值减小。因此，例如振荡装置的电源刚接通后频率差检测部31的输出值大，从而环路滤波器63的输出值骤增。因加热器5的特性为正的控制特性，所以因控制电压的急剧上升而发热量上升，伴随于此，频率差检测部31的输出值减小。因此，控制电压的上升的程度变缓，环境温度的上升的程度变缓，而环境温度稳定为温度目标值。
[0082]此处，当因IC芯片3的故障等而控制电压异常变高时，加热器5的输出变大而环境温度上升，但从环境温度大致超过120°C左右开始，正特性热敏电阻71的电阻值急遽上升。图8的A点的电压成为:由正特性热敏电阻71与下拉电阻75的电阻比而决定的电压，且伴随正特性热敏电阻71的电阻值的上升，而限制为低电压。因此，第二实施方式中，也具有能够以简单构成且低成本实现防止加热器5的过热的效果。
[0083]频率差检测部31是相当于温度检测部，但本发明中，作为温度检测部，也可将测定时的振荡频率相对于I个晶体振子的基准温度例如25°C下的振荡频率的比率作为温度检测值，还可根据热敏电阻生成温度检测值。
[0084]而且，本发明的加热器装置不限于振荡装置，还可应用于例如半导体制造领域中的基板的烘烤处理装置等中。
[0085]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种加热器装置，其特征在于包括: 温度检测部，对温度控制对象的温度进行检测； 加热器控制电路，根据所述温度检测部的温度检测值与温度目标值来输出控制电压；加热器，构成为:从所述加热器控制电路被供给所述控制电压而发热、并且随着所述控制电压减小而输出增大，且用以将所述温度控制对象的温度加热为所述目标温度； 电压供给路径，用以将所述控制电压供给到所述加热器；以及 防止过热电路，用以在所述加热器控制电路的异常时，防止所述加热器的过大发热，且 所述防止过热电路包括: 正特性热敏电阻，以由所述加热器加热的位置插入到所述电压供给路径；以及上拉电阻，一端连接于所述加热器与所述正特性热敏电阻之间，另一端连接于直流电源，且 在来自所述加热器控制电路的所述控制电压异常下降时，施加至所述加热器的所述控制电压被限制为所述正特性热敏电阻与所述上拉电阻的连接点的电压。
2.一种加热器装置，其特征在于包括: 温度检测部，对温度控制对象的温度进行检测； 加热器控制电路，根据所述温度检测部的温度检测值与温度目标值来输出控制电压；加热器，构成为:从所述加热器控制电路被供给所述控制电压而发热、并且随着所述控制电压增大而输出增大，且用以将所述温度控制对象的温度加热为所述目标温度； 电压供给路径，用以将所述控制电压供给到所述加热器；以及` 防止过热电路，用以在所述加热器控制电路的异常时，防止所述加热器的过大发热，且 所述防止过热电路包括: 正特性热敏电阻，以由所述加热器加热的位置插入到所述电压供给路径；以及 下拉电阻，一端连接于所述加热器与所述正特性热敏电阻之间，另一端接地， 来自所述加热器控制电路的所述控制电压过大时，施加到所述加热器的所述控制电压被限制为所述正特性热敏电阻与所述下拉电阻的连接点的电压。
3.根据权利要求1或2所述的加热器装置，其特征在于: 所述温度控制对象为:使用配置于容器内的压电振子的振荡器的所述容器内的环境， 所述温度检测部将一信号作为所述温度检测值而输出， 所述信号与配置于所述容器内的第一压电振子和第二压电振子的频率差相对应。
4.根据权利要求2所述的加热器装置，其特征在于: 所述温度控制对象为:使用配置于容器内的第一压电振子与的二压电振子的振荡器的所述容器内的环境， 所述温度检测部将一信号作为所述温度检测值而输出， 所述信号与配置于所述容器内的所述第一压电振子和所述第二压电振子的频率差相对应。
5.一种振荡装置，其特征在于包括: 权利要求1所述的加热器装置； 压电振子；以及 容器，容纳所述压电振子；其中，所述加热器装置对所述容器的温度进行控制。
6.一种振荡装置，其特征在于包括:权利要求2所述的加热器装置；压电振子；以及容器，容纳所述压电振子；其中，所述加热器装置对所述容器的温度进行控制。
7.一种振荡装置，其特征在于包括:权利要求3所述的加热器装置；所述容器容纳所述第一压电振子与所述的二压电振子；其中，所述加热器装置对所述容器的温度进行控制。
8.一种振荡装置，其特征在于包括: 权利要求4所述的加热器装置；所述容器容纳所述第一压电振子与所述的二压电振子；其中，所述加热器装置对所述容器的温度进行控制。
【文档编号】H03B5/04GK103825553SQ201310567131
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】依田友也 申请人:日本电波工业株式会社