CN104422540A - 使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置 - Google Patents

使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置 Download PDF

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CN104422540A CN201410444124.9A CN201410444124A CN104422540A CN 104422540 A CN104422540 A CN 104422540A CN 201410444124 A CN201410444124 A CN 201410444124A CN 104422540 A CN104422540 A CN 104422540A
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梁千锡
李载昊
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Abstract

本公开提供一种使用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置。温度传感器包括NTC热敏电阻器以及可变电阻器部。所述可变电阻器部的电阻值在用于测量温度的默认电阻值及用于判定断开的临时电阻值之间变化。异常操作判定单元基于所述可变电阻器部具有临时电阻值时所述温度传感器的输出电压，判定所述NTC热敏电阻器是否断开。

Description

使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119和35U.S.C.356要求于2013年9月2日提交的申请号为10-2013-0104932的韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种使用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置。
背景技术
NTC热敏电阻器具有负温度系数并且电阻可变，其由于这些特征而作为温度传感器来使用。特别地，在汽车及电动汽车于大约-45℃到大约120℃的范围内稳定地运行的情况下，使用NTC热敏电阻器的温度传感器来测量温度。而且，通过根据所测量的温度控制电池的充电来保护汽车及电动汽车的部件。
不过，由于使用NTC的温度传感器的特性，在温度传感器的测量范围的下限值附近或上限值附近存在根据温度的电压波动范围。因此，无法正确地检查使用NTC的温度传感器是否正常工作以及是否发生NTC热敏电阻器的短路或断开。因此，需要提供一种温度测量装置，其能够在使用NTC的温度传感器的测量范围的下限值附近或上限值附近正确地判定断开和短路。
发明内容
实施例提供了一种温度测量装置，其能够正确地判定在使用NTC的温度传感器的测量范围的下限值附近或上限值附近是否发生诸如断开和短路的失常。
在一个实施例中，使用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置包括：温度传感器，其包括NTC热敏电阻器和可变电阻器部，其中所述可变电阻器部的电阻值在用于测量温度的默认电阻值和用于判定断开的临时电阻值之间变化；以及异常操作判定单元，其基于当所述可变电阻器部具有所述临时电阻值时所述温度传感器的输出电压，判定所述NTC热敏电阻器是否断开。
正确地检查在使用NTC的温度传感器的温度测量范围的下限值和上限值附近是否发生诸如断开和短路的失常是可能的。因此，在使用NTC热敏电阻器的温度传感器的汽车和电动汽车中，可以在根据温度控制诸如充电的操作的同时提升控制操作的稳定性。而且，能清楚地检查使用NTC热敏电阻器的温度传感器是否损坏，从而允许在故障之初就替换部件。
一个以上实施例的细节在下面的附图及描述中被阐明。通过描述和附图以及通过权利要求书，其它的特征将是显而易见的。
附图说明
图1是示出了根据实施例的温度测量装置的框图；
图2是示出了图1的温度测量装置的电路图；
图3是示出了根据实施例的温度测量装置的操作的流程图；
图4示出了根据固定电阻值的温度传感器的温度-电压曲线的变化，固定电阻值被包括于使用负温度系数(NTC)的温度传感器中；
图5是示出了根据另一实施例的温度测量装置的框图；
图6是示出了图5的温度测量装置的电路图；以及
图7是示出了图5的温度测量装置的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图，将对多个实施例进行详细描述，以允许本领域的技术人员容易地实施。实施例可以被提供为多种不同的形式，但不被限制于这些实施例。而且，为了正确地描述这些实施例，不相关的部分将会被省略。在整个说明书中，类似的附图标记表示类似的元件。
而且，还将理解的是，这里所用的术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定了所述特征或部件的存在，但不排除一个以上其他特征或部件的存在或增加。
在下文中，参照图1至图3，将描述根据实施例的温度测量装置100。
图1是示出了温度测量装置100的框图。
参照图1，温度测量装置100包括直流(DC)电压发生单元110、温度传感器120、缓冲器130、电压温度匹配单元140、电压温度表存储单元150、异常操作判定单元160、充电控制单元170以及电池180。
DC电压发生单元110产生DC电压。
电压温度表存储单元150存储电压温度表。该电压温度表包括分别与温度传感器120的多个输出电压对应的多个温度值。
充电控制单元170根据由异常操作判定单元160输出的断开感测信号和短路感测信号控制与电动汽车的电池180相关的充电操作。
将参照图2详细说明温度测量装置100的其它部件。
图2是示出了温度测量装置100的电路图。
温度传感器120包括负温度系数(NTC)热敏电阻器Rn1和固定电阻器R1。NTC热敏电阻器Rn1的一端被施加由DC电压发生单元110所产生的DC电压。固定电阻器R1的一端连接至NTC热敏电阻器Rn1的另一端并且固定电阻器R1的另一端接地。
施加至固定电阻器R1的电压允许作为温度传感器120的输出电压。温度传感器120的输出电压是通过使输入电压乘以固定电阻器R1的大小/(NTC热敏电阻器Rn1的电阻值+固定电阻器R1的大小)而获得的值。NTC热敏电阻器Rn1的电阻值随着温度升高而变小。因此，输出电压随着温度升高而变大。相反地，NTC热敏电阻器R1的电阻值随着温度降低而变大。因此，输出电压随着温度降低而变小。
缓冲器130包括运算放大器Op和固定电阻器R2。运算放大器Op的输入端连接至固定电阻器R1的一端和NTC热敏电阻器Rn1的另一端，运算放大器Op的输入端被施加温度传感器120的输出。固定电阻器R2的一端连接至运算放大器Op的输出端，并且另一端接地。由于缓冲器130包括为有源元件的运算放大器Op，所以在无负载效应的情况下温度传感器120的输出电压可以被缓冲，并且所缓冲的电压可以被输出。
电压温度匹配单元140的输入端被连接至运算放大器Op的输出端和固定电阻器R2的一端。
图3是示出了温度测量装置100的操作的流程图。
温度传感器120通过使用NTC热敏电阻器Rn1的电阻值而输出与当前温度对应的电压值，该电压值随温度而变化(S101)。
缓冲器130缓冲温度传感器120的输出电压并输出所缓冲的电压(S103)。当温度传感器120和电压温度匹配单元140在无缓冲器130的情况下相互直接连接时，由于可能发生负载效应并且电压可能下降，因此不能传送准确的电压值。因此，温度传感器120的输出电压可以通过缓冲器130而被准确地传送至电压温度匹配单元140。
电压温度匹配单元140将所缓冲的电压与存储在电压温度表存储单元150中的电压温度表上的电压进行匹配，并输出与所缓冲的电压值对应的当前温度(S105)。电压温度表随着温度传感器120的特性而变化。另一方面，可以省略缓冲器130。在此情况下，电压温度匹配单元140会输出与温度传感器120的输出电压对应的当前温度。
异常操作判定单元160判定当前温度是否在预设的正常操作温度范围之外(S107)。正常操作温度范围通过在可由温度传感器120测量的温度范围中设定与不是断开或短路的输出电压对应的温度范围而形成。在当前温度在正常操作温度范围之外时，可能发生断开或短路。
在当前温度在正常操作温度范围之外时，异常操作判定单元160判定当前温度是否保持正常操作温度范围之外的值达多于预设的异常操作参考时间(S109)。当其不多于异常操作参考时间时，异常操作判定单元160将其判定为正常操作状态。
在当前温度保持正常操作温度范围之外的值达多于异常操作参考时间时，异常操作判定单元160判定当前温度是否低于正常操作温度范围的下限值(S111)。
在当前温度不低于正常操作温度范围的下限时，异常操作判定单元160输出指示NTC热敏电阻器Rn1短路的短路感测信号(S113)。在当前温度高于正常操作温度范围的上限值且NTC热敏电阻器Rn1短路时，由DC电压发生单元110提供的电压被全部施加于固定电阻器R2，并且电压温度匹配单元140输出非常高的当前温度。
在当前温度低于正常操作温度范围的下限时，异常操作判定单元160输出指示NTC热敏电阻器断开的断开感测信号(S115)。当NTC热敏电阻器Rn1断开时，由DC电压发生单元110提供的电压完全不被施加至固定电阻器R1，并且电压温度匹配单元140输出非常低的当前温度。
在下文中，参照图4至图7，将描述根据另一实施例的温度测量装置。
图4示出了根据电阻值的温度传感器120的温度-电压曲线的变化，该电阻值包括于使用NTC的温度传感器120中。
温度传感器120的输出电压为固定电阻器R1的大小/(NTC热敏电阻器Rn1的电阻值+固定电阻器R1的大小)。因此，在高温下，其中NTC热敏电阻器Rn1的电阻值相对较小，随着固定电阻器R1的大小增加，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值变化的影响以图4的曲线朝向A曲线移动的方式而变得不明显。相反地，在低温下，其中NTC热敏电阻器Rn1的电阻值相对较大，随着固定电阻器R1的大小减小，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值变化的影响以图4的曲线朝向B曲线移动的方式而变得不明显。由于温度传感器120的这种特性，使在低温或高温下根据包括于温度传感器120中的固定电阻器R1的大小来测量温度变得不准确。
因此，当异常操作判定单元160根据当前温度是否保持在正常操作温度范围之外达异常操作参考时间或以上而判定断开或短路时，既不是断开也不是短路的状态可能被判定为断开或短路。
因此，在实施例中，为了增加在温度测量范围的中间温度或以上温度处的温度-电压特性的线性度，包括于温度传感器120中的固定电阻器R1的值被调整以允许在温度测量范围的中间温度或以上温度处的倾斜度大于在温度测量范围的中间温度或以下温度处的温度-电压曲线的倾斜度。在图4中，曲线被迫朝向曲线B移动。据此，允许精确地测量温度测量范围的中间温度或以上温度的温度。
判定NTC热敏电阻器是否短路是根据电压温度匹配单元140的输出温度是否保持高于正常操作温度范围的上限值达超过异常操作参考时间而判定的。由于在温度测量范围的中间温度或以下温度，温度测量的精确程度相对地降低，因此通过增加另外的开关和另外的固定电阻器来判定是否断开。将参照图5至图7详细描述判定是否断开的操作。
图5是示出了根据另一实施例的温度测量装置200的框图。
参照图5，温度测量装置200可以包括DC电压发生单元210、温度传感器220、缓冲器230、电压温度匹配单元240、电压温度表存储单元250、异常操作判定单元260、充电控制单元270和电池280。
DC电压发生单元210生成直流电压。
温度传感器220包括NTC热敏电阻器223和可变电阻器部221。可变电阻器部221在异常操作判定单元260的控制下具有多个电阻值之一。在此情况下，多个电阻值包括用于测量温度的默认电阻值以及用于判定是否断开的临时电阻值。
电压温度表存储器250存储电压温度表。该电压温度表包括分别与温度传感器220的多个输出电压对应的多个温度值。
充电控制单元270根据由异常操作判定单元260输出的断开感测信号和短路感测信号而控制与电动汽车的电池280相关的充电操作。
图6是温度测量装置200的电路图。
温度传感器220的可变电阻器部221包括固定电阻器R3、固定电阻器R4和开关SW。NTC热敏电阻器Rn2的一端被施加由DC电压发生单元210产生的DC电压。电阻器R3的一端连接至NTC热敏电阻器Rn2的另一端，并且电阻器R3的另一端接地。
固定电阻器R4与开关SW串联地连接于NTC热敏电阻器Rn2与地之间。在本实施例中，固定电阻器R4的一端连接至NTC热敏电阻器Rn2，并且开关SW的一端连接至电阻器R4的另一端，而开关SW的另一端接地。在另一个实例中，开关SW的一端连接至NTC热敏电阻器Rn2，并且电阻器R4的一端连接至开关SW的另一端，而电阻器R4的另一端接地。
在如图6的实施例中，当开关SW接通时，固定电阻器R3与固定电阻器R4的组合电阻值可以为用于测量温度的默认电阻值。当开关SW切断时，固定电阻器R3与固定电阻器R4的组合电阻值可以为用于判定断开的临时电阻值。
在图4的曲线图中，为了允许温度传感器220的温度-电压特性对应于曲线B而不是曲线A，可变电阻器部221的默认电阻值可以小于在温度测量范围的中间温度处的NTC热敏电阻器Rn2的电阻值。为了增加在温度测量范围的上限温度和中间温度之间的温度传感器220的温度-电压特性的线性度，可变电阻器部221的默认电阻值可以小于在温度测量范围的中间温度处的NTC热敏电阻器Rn2的电阻值的1/5。
另一方面，为了允许判定是否断开在温度测量范围的低温范围内更加容易地执行，可变电阻器部221的临时电阻值可以大于可变电阻器部221的默认电阻值。当具有临时电阻值和具有默认电阻值的温度传感器220的输出电压之间存在所示的明显差异时，将清楚地判定是否断开。
为了允许判定是否断开在温度测量范围的低温范围内更加容易地执行，可变电阻器部221的临时电阻值可以大于可变电阻器部221的默认电阻值的十倍。对于此，固定电阻器R3的电阻值可以大于固定电阻器R4的电阻值的十倍。
开关SW可以被异常操作判定单元260接通或切断。特别地，开关SW可以是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的晶体管。
缓冲器230包括运算放大器Op和固定电阻器R5。将被施加了温度传感器220的输出的运算放大器Op的输入端与固定电阻器R3的一端及NTC热敏电阻器Rn2的另一端连接。固定电阻器R5的一端与运算放大器Op的输出端连接，并且固定电阻器R5的另一端接地。由于缓冲器230包括为有源元件的运算放大器Op，所以温度传感器220的输出电压在无负载效应的情况下可被缓冲，并且所缓冲的电压可以被输出。
电压温度匹配单元240的输入端与运算放大器Op的输出端及固定电阻器R5的一端连接。
将参照图7详细描述温度测量装置220的其它部件。
图7是示出了检测温度传感器220的失常的方法的操作的流程图。
温度传感器220通过使用NTC热敏电阻器Rn2的电阻值及可变电阻器部221的默认电阻值而输出与当前温度对应的电压值，该电压值随温度而变化(S201)。
缓冲器230缓冲温度传感器220的输出电压并输出所缓冲的电压(S203)。当温度传感器220和电压温度匹配单元240在无缓冲器230的情况下相互直接连接时，由于可能发生负载效应并且电压可能会下降，因此不能传送准确的电压值。因此，温度传感器220的输出电压可以通过缓冲器230而被准确地传送至电压温度匹配单元240。
电压温度匹配单元240将所缓冲的电压与存储于电压温度表存储单元250中的电压温度表上的电压进行匹配，并输出与所缓冲的电压值对应的当前温度(S205)。电压温度表随温度传感器220的特性而变化。另一方面，可以省略缓冲器230。在此情况下，电压温度匹配单元240可以输出与温度传感器220的输出电压对应的当前温度。
异常操作判定单元260判定当前温度是否在预设的正常操作温度范围之外(S207)。当其不多于异常操作参考时间时，异常操作判定单元260将其判定为正常操作状态。
在当前温度在正常操作温度范围之外时，异常操作判定单元260判定当前温度是否保持正常操作温度范围之外的值达多于预设的异常操作参考时间(S209)。当其不多于异常操作参考时间时，异常操作判定单元260将其判定为正常操作状态。
在当前温度保持正常操作温度范围之外的值达多于异常操作参考时间时，异常操作判定单元260判定当前温度是否低于正常操作温度范围的下限值(S211)。
在当前温度不低于正常操作温度范围的下限时，异常操作判定单元260输出指示NTC热敏电阻器短路的短路感测信号(S213)。
在当前温度低于正常操作温度范围的下限时，异常操作判定单元260控制温度传感器220中的可变电阻器部221，以使其具有临时电阻值(S215)。特别地，在图6的实施例中，异常操作判定单元260切断在温度传感器220中的开关SW。当开关SW被切断时，温度传感器220的固定电阻器R3与固定电阻器R4的组合电阻的大小发生改变。因此，当热敏电阻器Rn2没有断开时，温度传感器220的输出电压变得与切断开关之前不同。
在此情况下，由于开关被切断，因此无法使电压温度匹配单元240将温度传感器220的输出电压与电压温度表进行匹配并输出当前温度。因此，在开关被短路前或断开信号被输出前，发生温度测量的间隔。在该间隔期间，异常操作判定单元260输出接通开关前的温度，并将温度输入至充电控制单元270。因此，当以高速操作开关时，温度测量的间隔会进一步减小。当以高速进行操作的MOSFET(其一般的开启短路操作时间为少于20ms(毫秒))作为开关使用时，能够减小温度测量的间隔。
异常操作判定单元260判定温度传感器220根据可变电阻单元221的临时电阻值而输出的电压是否大于断开判定参考电压(S217)。特别地，在图6的实施例中，异常操作判定单元260判定在切断开关之后温度传感器220的输出电压是否大于断开判定参考电压。在实施例中，固定电阻器R3的断开判定参考电压的大小可以被设置为DC电压发生单元210的电压的大小的一半或2/3。
当温度传感器220的输出电压不小于断开判定参考电压时，异常操作判定单元260判定温度传感器220为正处于正常操作状态并接通温度传感器220中的开关SW(S219)。
当输出电压小于断开判定参考电压时，异常操作判定单元260输出NTC热敏电阻器断开感测信号(S221)。当NTC热敏电阻器Rn2断开时，由于电压没有从DC电压发生单元210提供至可变电阻器部221，因此输出小于断开判定参考电压的电压。
上述实施例中描述的特征、结构、效果等被包含于至少一个实施例中，但并不限于一个实施例。另外，在各自实施例中描述的特征、结构、效果等在相对于其它实施例结合或修改时，可以被本领域的一般技术人员所实施。因此，将被理解的是，涉及到结合与修改的内容将被包括于实施例的范围中。
应当理解的是，于本文中所描述的示例性实施例应当仅仅被认为是描述性的而不用于限制的目的。本领域的一般技术人员将理解的是，在不脱离实施例的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节上的改变。举例而言，在实施例中详细示出的各部件可以在修改的同时而实施。而且，将理解的是，涉及到修改及应用的差异被包括于如下面权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置，包括：
温度传感器，其包括所述负温度系数热敏电阻器和可变电阻器部，其中所述可变电阻器部的电阻值在用于测量温度的默认电阻值与用于判定断开的临时电阻值间变化；以及
异常操作判定单元，其基于所述可变电阻器部具有所述临时电阻值时所述温度传感器的输出电压，判定所述负温度系数热敏电阻器是否断开。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述默认电阻值小于在温度测量范围的中间温度处的所述负温度系数热敏电阻器的电阻值。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部包括第一固定电阻器、第二固定电阻器和开关。
4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，在所述可变电阻器部具有临时电阻值时，当所述温度传感器的输出电压的大小小于断开判定参考电压时，所述异常操作判定单元判定所述负温度系数热敏电阻器被断开。
5.根据权利要求1所述的温度测量装置，进一步包括：
电压温度表存储单元，其存储电压温度表，所述电压温度表包括分别与所述温度传感器的多个输出电压对应的多个温度值；以及
电压温度匹配单元，其将输出电压与所存储的电压温度表进行匹配并且输出当前温度。
6.根据权利要求5所述的温度测量装置，其中，在当前温度保持低于预设的正常操作温度范围的下限温度的值达异常操作参考时间或以上时，所述异常操作判定单元允许所述可变电阻器部具有临时电阻值。
7.根据权利要求5所述的温度测量装置，其中，在当前温度保持高于正常操作温度范围的上限温度的值达异常操作参考时间或以上时，所述异常操作判定单元判定所述负温度系数热敏电阻器短路。
8.一种使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置，包括：
所述负温度系数热敏电阻器，其包括被施加直流电压的一端；
可变电阻器部，其一端连接到所述负温度系数热敏电阻器的另一端，其另一端接地，并且所述可变电阻器部具有用于判定温度的默认电阻值和用于判定断开的临时电阻值；以及
异常操作判定单元，其基于所述可变电阻器部具有所述临时电阻值时所述可变电阻器部的所述一端的电压，判定所述负温度系数热敏电阻器是否断开。
9.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部包括：
第一固定电阻器，其一端连接到所述负温度系数热敏电阻器的另一端，其另一端接地；
第二固定电阻器，其一端连接到所述负温度系数热敏电阻器的另一端；以及
开关，其一端连接到所述第二固定电阻器的另一端，其另一端接地。
10.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部包括：
第一固定电阻器，其一端连接到所述负温度系数热敏电阻器的另一端，其另一端接地；
开关，其一端连接到所述负温度系数热敏电阻器的另一端；以及
第二固定电阻器，其一端连接到所述开关的另一端，其另一端接地。
11.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，允许所述温度测量装置测量温度的所述默认电阻值，小于在温度测量范围的中间温度处的所述负温度系数热敏电阻器的电阻值。
12.一种操作使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置的方法，所述方法包括：
通过使用温度传感器的可变电阻器部的默认电阻值来判定当前温度是否在预设的正常操作温度范围之外；
在当前温度在预设的正常操作温度范围之外时，控制所述温度传感器以允许所述可变电阻器部具有临时电阻值；以及
当所述可变电阻器部具有所述临时电阻值时，基于所述温度传感器的输出电压来判定所述负温度系数热敏电阻器是否断开。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述默认电阻值小于在温度测量范围的中间温度处的所述负温度系数热敏电阻器的电阻值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可变电阻器部包括第一固定电阻器、第二固定电阻器和开关。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述负温度系数热敏电阻器是否断开的判定包括：在所述可变电阻器部具有所述临时电阻值时，当所述温度传感器的输出电压的大小小于断开判定参考电压时，判定所述负温度系数热敏电阻器断开。
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