JP2001201404A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗
値の変化をする場合においても、広範囲な温度を高精度
に検出することができる温度検出装置を得る。 【解決手段】 温度変化に対して非線形に抵抗変化する
サーミスタ２を使用して広範囲な温度の検出を行う場
合、制御回路８で、定電流発生回路３に対して、検出す
る温度帯域に応じてサーミスタ２に供給する電流値を切
り替えさせると共に、各セレクタ６ａ〜６ｃに対して、
該切り替えさせた電流値に応じて温度検出を行うための
比較器に印加する基準電圧を変えさせるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化による抵
抗値の変化が非線形である温度検出素子、例えばサーミ
スタ等を用いた温度検出装置に関し、特に二次電池の充
電装置における二次電池の温度を検出する温度検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度変化に対する抵抗値の変化が
非線形であるサーミスタを使用する場合、図５で示すよ
うに、サーミスタと直列に固定抵抗を接続し、該直列回
路に定電圧源から定電圧を印加するようにしていた。こ
のようにして、サーミスタと抵抗との接続部の電圧を検
出することにより、ある温度間においては、該検出した
電圧は温度変化に対して線形に変化させることができ
る。このように、サーミスタに抵抗を直列に接続する方
法は、特開平８−６５９１０号公報における二次電池の
充電装置で開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法で
は、サーミスタと抵抗との接続部の電圧を温度変化に対
して線形に変化させることができる温度帯域は限られて
おり、該温度帯域外の温度では、温度変化に対するサー
ミスタと抵抗との接続部の電圧は、非線形に変化すると
いう問題があった。このため、上記温度帯域外での温度
を検出するためには、非常に高精度かつ広検出範囲のコ
ンパレータが必要であり、場合によっては、このような
コンパレータを使用しても、温度を正確に検出すること
ができなかった。

【０００４】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、検出する温度帯域に応じてサ
ーミスタに流す電流を変えることにより、該サーミスタ
が温度変化に対して非線形な抵抗値の変化をする場合に
おいても、広範囲な温度を高精度に検出することができ
る温度検出装置を得ることを目的とする。

【０００５】なお、本発明とは異なるが、特開平１０−
６２２６５号公報で、サーミスタを使用した温度検出及
び該サーミスタの断線検出を、簡単、小型な回路構成で
実現することができる温度検出装置が開示され、特開平
１０−７０８４６号公報では、充電中に端子間の接触抵
抗によって発生する電圧誤差を補正する、二次電池及び
サーミスタを内蔵した電池パックを充電する充電装置が
開示されている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る温度検出
装置は、温度変化に対して非線形に抵抗変化する温度検
出素子を用いて温度検出を行う温度検出装置において、
温度検出素子に複数の電流値の定電流を切り替えて供給
する定電流発生部と、温度検出素子で検出する複数の温
度帯域に応じて、該定電流発生部に対して温度検出素子
に供給する電流値の切り替え制御を行う制御部とを備え
るものである。

【０００７】また、この発明に係る温度検出装置は、更
に、複数の基準電圧を生成して出力する基準電圧発生部
と、該基準電圧発生部で生成された各基準電圧から１つ
の基準電圧を選択して出力する少なくとも１つの基準電
圧選択部と、該基準電圧選択部で選択された基準電圧と
温度検出素子で検出した温度を示す電圧とを比較し該比
較結果を出力する、基準電圧選択部に対応して設けられ
た比較器からなる比較部とを備え、制御部は、定電流発
生部から温度検出素子に供給する電流値に応じて、基準
電圧選択部による基準電圧の選択制御を行うものであ
る。

【０００８】また、上記制御部は、温度帯域ごとに比較
部からの比較結果を記憶し保存するようにしてもよく、
比較部から出力される比較結果が連続して複数回同じで
ある場合、該比較結果を用いて所定の処理を行うように
してもよい。

【０００９】具体的には、上記制御部は、定電流発生部
に対する電流値の切り替えを時分割で行うようにしても
よく、所定の周期で定電流発生部に対する電流値の切り
替えを行うようにしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の実
施の形態における温度検出装置の例を示した回路図であ
る。なお、図１では、二次電池の充電を行う充電装置に
使用した場合を例にして説明する。

【００１１】図１において、温度検出装置１は、温度変
化に対する抵抗値の変化が非線形なサーミスタ２と、該
サーミスタ２へ電流を供給する定電流発生回路３と、所
定の各基準電圧を生成して出力する基準電圧発生回路４
と、該基準電圧発生回路４に定電圧を印加する定電圧発
生回路５とを備えている。更に、温度検出装置１は、基
準電圧発生回路４で生成される各基準電圧から１つを選
択して出力するセレクタ６ａ〜６ｃと、該セレクタ６ａ
〜６ｃに対応して設けられた比較器をなす演算増幅器７
ａ〜７ｃと、定電流発生回路３及びセレクタ６ａ〜６ｃ
の動作制御を行うと共に、演算増幅器７ａ〜７ｃから出
力される各比較結果から所定の処理を行う制御回路８と
を備えている。

【００１２】サーミスタ２は、接続端子９と接地との間
に接続されており、更に接続端子９は抵抗１０を介して
演算増幅器７ａ〜７ｃの各反転入力端にそれぞれ接続さ
れている。また、サーミスタ２は、接続端子９を介して
定電流発生回路３から定電流が供給され、定電流発生回
路３は、サーミスタ２に印加する電流を一定にしながら
制御回路８からの制御信号に応じて供給する電流値を変
える。

【００１３】一方、定電圧発生回路５は、演算増幅器１
１、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＰＭＯＳ
トランジスタと呼ぶ）１２、直流電源１３、抵抗１４及
び１５で構成されており、抵抗１５は、トリミング抵抗
である。なお、図１で示した定電圧発生回路５は、公知
の回路例でありその詳細な説明は省略する。基準電圧発
生回路４は、生成する基準電圧の種類に応じた抵抗が直
列に接続されて形成されており、定電圧発生回路５から
印加される所定の定電圧を該直列に接続した抵抗で分圧
することにより所定の基準電圧を生成して出力する。例
えば、図１では、基準電圧発生回路４は、−３５℃から
５℃おきに６５℃までの各温度を示す２１種類の所定の
基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０を生成して各セレクタ６ａ〜
６ｃにそれぞれ出力する。

【００１４】各セレクタ６ａ〜６ｃは、制御回路８から
の制御信号に応じて基準電圧発生回路４から入力された
基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０の１つを排他的にそれぞれ選
択し、該選択した基準電圧を、対応する演算増幅器７ａ
〜７ｃの非反転入力端にそれぞれ出力する。演算増幅器
７ａ〜７ｃは、入力された基準電圧と、抵抗１０を介し
て入力されるサーミスタ２によって検出された温度を示
す電圧とを比較し、該比較結果を各出力端から制御回路
８にそれぞれ出力する。

【００１５】ここで、定電流発生回路３について詳細に
説明する。定電流発生回路３は、演算増幅器２１，２
２、トランスミッションゲート２３〜２５、Ｎチャネル
型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタと
呼ぶ）２６、ＰＭＯＳトランジスタ２７〜３０、Ｚダイ
オード３１及び抵抗３２〜３４で構成され、抵抗３２及
び３３はトリミング抵抗である。演算増幅器２１とＰＭ
ＯＳトランジスタ３０、演算増幅器２２とＮＭＯＳトラ
ンジスタ２６は、それぞれボルテージホロワを形成して
おり、ＰＭＯＳトランジスタ２７〜２９は、カレントミ
ラー回路を形成している。

【００１６】ＰＭＯＳトランジスタ２７〜２９におい
て、各ソースは直流電源が供給される電源端子ＶDDにそ
れぞれ接続され、各ゲートは互いに接続され、該接続部
はＰＭＯＳトランジスタ２７のドレインに接続されてい
る。更に、ＰＭＯＳトランジスタ２７のドレインは、演
算増幅器２１の非反転入力端及びＮＭＯＳトランジスタ
２６のドレインに接続され、ＮＭＯＳトランジスタ２６
のソースは、トランスミッションゲート２４及び抵抗３
２を介して、並びにトランスミッションゲート２５及び
抵抗３３を介してそれぞれ接地されている。演算増幅器
２２において、非反転入力端は基準電圧発生回路４に接
続され、反転入力端はＮＭＯＳトランジスタ２６のソー
スに接続され、出力端はＮＭＯＳトランジスタ２６のゲ
ートに接続されている。

【００１７】演算増幅器２２及びＮＭＯＳトランジスタ
２６からなるボルテージホロワは、演算増幅器２２の反
転入力端とＮＭＯＳトランジスタ２６のソースとの接続
部Ａの電圧が、演算増幅器２２の非反転入力端に入力さ
れる電圧になるように動作する。一方、ＰＭＯＳトラン
ジスタ２８のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３０の
ソースに接続され、該接続部はトランスミッションゲー
ト２３を介してＰＭＯＳトランジスタ２９のドレインに
接続されると共に演算増幅器２１の反転入力端に接続さ
れている。

【００１８】演算増幅器２１の出力端は、ＰＭＯＳトラ
ンジスタ３０のゲートに接続され、ＰＭＯＳトランジス
タ３０のドレインは、Ｚダイオード３１を介して接地さ
れると共に抵抗３４を介して接続端子９に接続されてい
る。演算増幅器２１及びＰＭＯＳトランジスタ３０から
なるボルテージホロワは、演算増幅器２２の反転入力端
とＰＭＯＳトランジスタ３０のソースとの接続部Ｂの電
圧が、演算増幅器２１の非反転入力端に入力される電圧
になるように動作する。また、トランスミッションゲー
ト２３〜２５の各制御信号入力端は制御回路８に接続さ
れ、各トランスミッションゲート２３〜２５は、制御回
路８からの制御信号に応じてゲートの開閉を行う。

【００１９】このような構成において、図２は、図１に
おける制御回路８の動作例を示したタイミングチャート
であり、図２を参照しながら制御回路８の動作について
説明する。なお、図２では、セレクタ６ｂ及び演算増幅
器７ｂを例にして示しており、セレクタ６ａ及び演算増
幅器７ａ、並びにセレクタ６ｃ及び演算増幅器７ｃの場
合は同様であることから省略している。

【００２０】制御回路８は、所定の周期で信号レベルが
反転する温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬを、トランス
ミッションゲート２３〜２５の各制御信号入力端にそれ
ぞれ出力する。温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬがＬｏ
ｗレベルである温度帯域ＴＡのとき、トランスミッショ
ンゲート２３及び２５のゲートが閉じると共にトランス
ミッションゲート２４のゲートが開く。このことから、
接続部Ａと接地との間には抵抗３２が接続されると共
に、サーミスタ２にはＰＭＯＳトランジスタ２８から定
電流ＩＡが供給される。

【００２１】同時に、制御回路８は、セレクタ６ａに対
して所定の基準電圧セレクト信号ＳＡ０〜ＳＡ２０、セ
レクタ６ｂに対して所定の基準電圧セレクト信号ＳＢ０
〜ＳＢ２０、セレクタ６ｃに対して所定の基準電圧セレ
クト信号ＳＣ０〜ＳＣ２０をそれぞれ出力し、各セレク
タ６ａ〜６ｃは、入力された基準電圧セレクト信号に応
じて対応する基準電圧発生回路４からの基準電圧を演算
増幅器７ａ〜７ｃの非反転入力端にそれぞれ出力する。

【００２２】ここで、各セレクタ６ａ〜６ｃは、基準電
圧発生回路４から入力される各基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２
０にそれぞれ対応したトランスミッションゲート等の各
スイッチング素子を備えており、該各スイッチング素子
は、制御回路８から入力される基準電圧セレクト信号に
応じていずれか１つが排他的にＯＮし、該ＯＮしたスイ
ッチング素子に入力されている基準電圧が対応する演算
増幅器の非反転入力端に出力される。なお、このような
各セレクタ６ａ〜６ｃの構成は一例であり、各セレクタ
６ａ〜６ｃは、制御回路８から入力される基準電圧セレ
クト信号に応じて、基準電圧発生回路４から入力される
各基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０の内、いずれか１つを選択
して対応する演算増幅器７ａ〜７ｃの各非反転入力端に
出力する構成であればよい。

【００２３】次に、温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬが
Ｈｉｇｈレベルである温度帯域ＴＢのとき、トランスミ
ッションゲート２３及び２５のゲートが開くと共にトラ
ンスミッションゲート２４のゲートが閉じる。このこと
から、接続部Ａと接地との間には抵抗３３が接続される
と共に、サーミスタ２にはＰＭＯＳトランジスタ２８及
び２９から定電流ＩＢ（ＩＢ＞ＩＡ）が供給される。

【００２４】同時に、制御回路８は、セレクタ６ａ〜６
ｃに対して対応する所定の基準電圧セレクト信号ＳＡ０
〜ＳＡ２０，ＳＢ０〜ＳＢ２０，ＳＣ０〜ＳＣ２０をそ
れぞれ出力し、各セレクタ６ａ〜６ｃは、入力された基
準電圧セレクト信号に応じて対応する基準電圧発生回路
４からの基準電圧を演算増幅器７ａ〜７ｃの非反転入力
端にそれぞれ出力する。なお、抵抗３２は定電流ＩＡが
所定値になるように、抵抗３３は定電流ＩＢが所定値に
なるように、それぞれ製造時にポリシリコン等の導体の
レーザカットによってトリミングしてあらかじめ調整さ
れている。

【００２５】このようにすることにより、制御回路８
は、例えば、セレクタ６ｂ及び演算増幅器７ｂにおい
て、温度帯域ＴＡのときにはＳＴＢＡのタイミングで比
較結果を示すデータＤＡを取り込んでθ℃の検出を行
い、温度帯域ＴＢのときにはＳＴＢＢのタイミングで比
較結果を示すデータＤＢを取り込んでγ（γ＞θ）℃の
検出を行うようにする。また、サーミスタ２に供給する
電流を所定の周期で切り替えることにより、セレクタ及
び該セレクタに接続された演算増幅器を使用しない温度
帯域においても、比較器をなす演算増幅器の出力をチェ
ックすることによって故障検出を行うことができる。

【００２６】図３は、サーミスタ２の温度特性例を示し
た図であり、図４は、図３で示したサーミスタ２に供給
する電流を変えた場合におけるサーミスタ端子電圧の変
化を示した図であり、図４では、図１のサーミスタ２に
図３の特性のサーミスタを使用した場合を例にして示し
ている。

【００２７】例えば、携帯電話器等の充電装置では、二
次電池が４０℃以上であるか否か、及び５℃以下である
か否かを検出する必要があり、このような場合、図３か
ら分かるように、サーミスタ２は、例えば４０〜６０℃
では抵抗値の変化が２.７ｋΩと小さく、二次電池が４
０℃以上であるか否かの検出精度が低下する。そこで、
図４で示すように、５℃以下であるか否かを検出する
等、温度帯域ＴＡでサーミスタ２を使用するときは、サ
ーミスタ２に供給する電流値を１０μＡにし、４０℃以
上であるか否かを検出する等、温度帯域ＴＢでサーミス
タ２を使用するときは、サーミスタ２に供給する電流値
を１００μＡにする。

【００２８】このようにすることによって、サーミスタ
２に１０μＡの電流を流したときの４０〜６０℃におけ
るサーミスタ２の両端電圧の変化が２７ｍＶであるのに
対して、サーミスタ２に１００μＡの電流を流したとき
の４０〜６０℃におけるサーミスタ２の両端電圧の変化
は２７０ｍＶになる。このことから、サーミスタ２で検
出する温度帯域に応じて、サーミスタ２に供給する電流
値を変えることにより、すべての温度帯域で精度よく温
度検出することができる。

【００２９】一方、制御回路８は、演算増幅器７ａ〜７
ｃから出力される比較結果を、メモリ等の記憶回路又は
記憶素子（図示せず）を用いて温度帯域ごとに記憶させ
保存させるようにすることにより、異なる複数の温度帯
域における温度検出を１つのサーミスタで同時に行うこ
とができる。また、制御回路８は、各演算増幅器７ａ〜
７ｃから出力される比較結果が連続して複数回同じ結果
であると、該比較結果を用いて所定の処理を行うように
してもよい。

【００３０】なお、図１では、３つのセレクタ６ａ〜６
ｃを使用した場合を例にして示しており、例えば、上記
携帯電話器等の充電装置に使用する場合、２つのセレク
タを使用して４０℃以上であるか否か及び５℃以下であ
るか否かの検出を行うと共に、残りの１つのセレクタを
使用して−３５℃以下であるか否かの検出を行う。これ
は、サーミスタ２で−３５℃の温度を検出するためでは
なく、サーミスタ２が二次電池側に設けられていること
から、二次電池が取り外された場合、図１の接続端子９
でサーミスタ２が切り離された状態を検出するためであ
る。

【００３１】また、図１では、抵抗３２及び３３は、定
電流発生回路３から出力される電流値を調整するための
抵抗であり、定電流発生回路３から出力される電流値の
切り替えは、ＰＭＯＳトランジスタ２９をカレントミラ
ー回路に接続するか否かによって行っていたが、ＰＭＯ
Ｓトランジスタ２９及びトランスミッションゲート２３
をなくし、抵抗３２及び３３を切り替えることによっ
て、定電流発生回路３から出力される電流値の切り替え
を行うようにしてもよい。この場合、抵抗３２及び３３
は、ＰＭＯＳトランジスタ２８から供給される電流が、
それぞれ所定値になるようにあらかじめトリミングを行
って調整する。なお、抵抗３２及び３３に可変抵抗を使
用してもよい。

【００３２】このように、本実施の形態における温度検
出装置は、温度変化に対して非線形に抵抗が変化するサ
ーミスタ２を使用して広範囲な温度の検出を行う場合、
検出する温度帯域に応じてサーミスタ２に供給する電流
値を切り替えると共に、該切り替えた電流値に応じて、
温度検出を行うための比較器に印加する基準電圧を変え
るようにした。このことから、サーミスタが温度変化に
対して非線形な抵抗変化をする場合においても、１つの
サーミスタで広範囲な温度を高精度に検出することがで
きる。

【００３３】なお、上記実施の形態では、２種類の温度
帯域に応じてサーミスタ２に２種類の電流を供給するよ
うにしたが、これは一例であり、本発明はこれに限定す
るものではなく、複数の種類の温度帯域に応じてサーミ
スタに複数の電流値を供給するようにすればよい。この
場合、サーミスタに供給する電流値の種類に応じた数の
ＰＭＯＳトランジスタを、該各ＰＭＯＳトランジスタに
接続したトランスミッションゲートを制御することによ
ってＰＭＯＳトランジスタ２８に並列に接続するように
すればよく、同時に、接続部Ａと接地との間に、サーミ
スタに供給する電流値の種類に応じた数の抵抗を対応す
るトランスミッションゲートを介してそれぞれ並列に接
続するようにすればよい。

【００３４】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
の温度制御装置によれば、温度変化に対して非線形に抵
抗が変化する温度検出素子を使用して広範囲な温度の検
出を行う場合、検出する温度帯域に応じて温度検出素子
に供給する電流値を切り替えるようにした。このことか
ら、サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗変化を
する場合においても、１つのサーミスタで広範囲な温度
を高精度に検出することができる。

【００３５】更に、検出する温度帯域に応じて温度検出
素子に供給する電流値を切り替えると共に、該切り替え
た電流値に応じて、温度検出を行うための比較器に印加
する基準電圧を変えるようにした。このことから、サー
ミスタが温度変化に対して非線形な抵抗変化をする場合
においても、１つのサーミスタで広範囲な温度を高精度
に検出することができると共に、部品の削減を行うこと
ができコストの低減を図ることができる。

【００３６】また、制御部で温度帯域ごとの比較結果を
記憶し保存するようにしたことから、異なる電圧範囲の
温度を１つのサーミスタで常時かつ高精度に検出するこ
とができる。

【００３７】また、比較部から出力される比較結果が連
続して複数回同じである場合、該比較結果が正しいもの
であるとして所定の処理を行うようにしたことから、比
較器のチャタリングによる温度の誤検出を防止すること
ができ、信頼性の高い温度検出結果を得ることができ
る。

【００３８】一方、定電流発生部に対する電流値の切り
替えを時分割で行うようにしたことから、異なる電圧範
囲の温度を１つのサーミスタで検出することができる。

【００３９】具体的には、所定の周期で定電流発生部に
対する電流値の切り替えを行うようにしたことから、比
較器の出力をチェックすることによって故障検出を行う
ことができ、信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における温度検出装置の
例を示した回路図である。

【図２】 図１における制御回路８の動作例を示したタ
イミングチャートである。

【図３】 図１のサーミスタ２の温度特性例を示した図
である。

【図４】 図３で示したサーミスタ２に供給する電流を
変えた場合におけるサーミスタ端子電圧の変化例を示し
た図である。

【図５】 従来の温度検出回路例を示した図である。

【符号の説明】 １ 温度検出装置 ２ サーミスタ ３ 定電流発生回路 ４ 基準電圧発生回路 ５ 定電圧発生回路 ６ａ〜６ｃ セレクタ ７ａ〜７ｃ 演算増幅器 ８ 制御回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度変化に対して非線形に抵抗変化する
   温度検出素子を用いて温度検出を行う温度検出装置にお
   いて、 上記温度検出素子に複数の電流値の定電流を切り替えて
   供給する定電流発生部と、 温度検出素子で検出する複数の温度帯域に応じて、該定
   電流発生部に対して上記温度検出素子に供給する電流値
   の切り替え制御を行う制御部と、を備えることを特徴と
   する温度検出装置。
2. 【請求項２】 複数の基準電圧を生成して出力する基準
   電圧発生部と、該基準電圧発生部で生成された各基準電
   圧から１つの基準電圧を選択して出力する少なくとも１
   つの基準電圧選択部と、該基準電圧選択部で選択された
   基準電圧と上記温度検出素子で検出した温度を示す電圧
   とを比較し該比較結果を出力する、基準電圧選択部に対
   応して設けられた比較器からなる比較部とを備え、上記
   制御部は、定電流発生部から温度検出素子に供給する電
   流値に応じて、上記基準電圧選択部による基準電圧の選
   択制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の温度検
   出装置。
3. 【請求項３】 上記制御部は、上記温度帯域ごとに比較
   部からの比較結果を記憶し保存することを特徴とする請
   求項２に記載の温度検出装置。
4. 【請求項４】 上記制御部は、比較部から出力される比
   較結果が連続して複数回同じである場合、該比較結果を
   用いて所定の処理を行うことを特徴とする請求項２又は
   請求項３のいずれかに記載の温度検出装置。
5. 【請求項５】 上記制御部は、定電流発生部に対する電
   流値の切り替えを時分割で行うことを特徴とする請求項
   １から請求項４のいずれかに記載の温度検出装置。
6. 【請求項６】 上記制御部は、所定の周期で定電流発生
   部に対する電流値の切り替えを行うことを特徴とする請
   求項５に記載の温度検出装置。