JP2002296120A

JP2002296120A - 温度検出装置

Info

Publication number: JP2002296120A
Application number: JP2001103256A
Authority: JP
Inventors: Mitsuteru Kimura; 光照木村; Katsuto Koyama; 克人小山; Tadashi Matsudate; 直史松舘
Original assignee: Ishizuka Electronics Corp
Current assignee: Ishizuka Electronics Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池の充電装置の充電制御など被制御装置
の制御を温度検出により行うために、温度センサと制御
回路系とのフィードバック系による部品点数の少ない小
型で安価な温度検出装置を提供する。【解決手段】バイポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型トラン
ジスタ１０１をサーミスタとして取り扱う温度センサ２
０１と、二次電池１０９を含む充電装置３０２などの被
制御装置２０２を制御する制御信号出力回路１０６と
を、トランジスタ１０１をサーミスタの温度センサ２０
１として駆動させる駆動回路２０３、増幅回路１０５、
充電制御回路１０７などの周辺回路と共に同一半導体基
板１１２に集積化し、集積化した温度センサ２０１によ
る被制御装置２０２の温度検出と制御信号出力回路１０
６などの集積化した制御回路系とのフィードバック系を
利用する。また、被制御装置と温度センサとを熱導体を
介して熱的に結合することによりＳ／Ｎの良い微細な制
御を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出装置に関
するもので、特にバイポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型ト
ランジスタをサーミスタとして取り扱う温度センサとし
て用い、この温度センサの増幅回路などの周辺回路と温
度センサの出力を利用して被制御装置を制御するための
制御信号出力回路を集積化することで、小型で一体化し
た温度検出装置を提供するもので、充電時の二次電池、
マイクロプロセッサや各種装置内などの温度検出装置と
して用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願の発明者の一人が発明した特開平
１１−２８７７１３、「温度測定装置、熱型赤外線イメ
ージセンサ及び温度測定方法」には、バイポーラ型また
はＭＯＳＦＥＴ型トランジスタをサーミスタと同様に取
り扱うことができることが記述されており、通常の半導
体集積回路中のトランジスタが温度センサとして利用で
きることが分っている。

【０００３】また、近年、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ
（Personal Digital Assistants：個人向け携帯型情報
通信機器）のようなデジタル通信、携帯端末機器の普及
により、更にこれらの機器を小型化および省エネ化する
ために、アナログ、デジタル回路、マイクロプロセッサ
のワンチップ化が行われている。上記のような機器に
は、バッテリパックが必要なことから、二次電池の充電
回路、機器内の温度を検出し制御するための温度検出回
路が内蔵されているが、これらの回路の小型化は進んで
いないのが現状である。

【０００４】図４に従来の二次電池用充電回路の一例を
示す。従来の回路は、充電電流を制御する電力用半導体
素子、二次電池への充電制御を行う充電制御回路、温度
センサによる周囲温度情報や二次電池装着情報および充
電時の二次電池の温度異常の情報から充電制御するマイ
コン、および温度センサとしてのサーミスタ、サーミス
タの電圧出力信号を取り出すためにサーミスタに直列に
接続した抵抗器で構成されていた。

【０００５】この従来の回路の動作について説明すると
次のようになる。マイコン４０３が二次電池１０９の温
度に異常がないこと、二次電池１０９が接続されている
ことを認識すると、マイコン４０３は、充電制御回路１
０７に対して充電許可の命令を送り、その後マイコン４
０３は通常動作に入る。充電制御回路１０７はマイコン
４０３からの充電許可命令を受けて、二次電池１０９の
電圧が充分でない場合は充電を開始する。このとき充電
制御回路１０７は、二次電池１０９の現在の電圧状況に
応じて、二次電池１０９の電圧が低い場合は定電流によ
る急速充電を行い、比較的高い場合は定電圧充電を行
う。充電制御回路１０７は、二次電池１０９の電圧が、
予め充電制御回路１０７に設定された電圧値に到達する
と充電を停止し、更に充電が完了したことをマイコン４
０３に通知する。充電完了後、二次電池１０９の出力は
安定化電源１１１を通してシステムに供給される。

【０００６】二次電池１０９の温度検出は、サーミスタ
４０４と外付け抵抗器４０５によって行い、サーミスタ
の両端の電圧をマイコン４０３が読み取り、マイコン４
０３でデータ処理し、その処理結果を基に充電制御回路
１０７に対して充電許可または禁止の制御を行う。

【０００７】予め正常な温度範囲のデータと異常な温度
範囲のデータとがマイコン４０３内部のメモリに記憶さ
れているので、マイコン４０３は読み込んだサーミスタ
４０４の両端の電圧値とメモリに記憶されているデータ
を比較する。充電開始時に二次電池１０９の温度が正常
な温度範囲に入っていれば、充電許可信号を充電制御回
路１０７に送り充電を開始させ、異常な温度範囲に入っ
ていれば充電禁止信号を送り充電を禁止する。またマイ
コン４０３は充電中に二次電池１０９が異常な温度範囲
に入ったことを認識すると、充電制御回路１０７に対し
充電禁止信号を送り、充電を禁止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
二次電池用充電回路の構成においては、温度検出用のサ
ーミスタは、その素材がセラミックスでできているため
に、サーミスタとその周辺回路を同一プロセスで同一半
導体基板に集積化できないので、個別の電子部品を組み
合わせた装置となり、部品点数が多くなって小型化でき
ないと共に安価にならないという問題があった。

【０００９】本発明は、二次電池の充電装置の充電制御
などを、その装置の温度センサと集積化した制御回路系
とのフィードバック系により部品点数の少ない小型で安
価な温度検出装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に係わる温度検出装置は、バイ
ポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型トランジスタをサーミス
タとして取り扱う温度センサを利用した温度検出装置に
おいて、前記温度検出装置が、少なくとも前記トランジ
スタからなる温度センサと、前記トランジスタをサーミ
スタの温度センサとして駆動させるための駆動回路と、
前記温度センサの出力を増幅する増幅回路と、前記温度
センサの出力によって被制御装置を制御する制御信号出
力回路とから構成されたことを特徴とする温度検出装置
であり、トランジスタをサーミスタとして取り扱う半導
体温度センサとすることで、温度センサの駆動回路、増
幅回路や被制御装置の制御回路を集積化しやすくして小
型軽量化を実現できるとともに温度センサの特性の微調
整を可能にしたものである。

【００１１】本発明の請求項２に係わる温度検出装置
は、バイポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型トランジスタを
サーミスタとして取り扱う半導体の温度センサを利用し
た温度検出装置において、このトランジスタを形成して
いる半導体基板に、少なくともトランジスタをサーミス
タの温度センサとして駆動させる駆動回路とこの温度セ
ンサの増幅回路と共に、この温度センサの出力を利用し
て、例えば、二次電池を含む充電装置である被制御装置
を制御する制御信号出力回路を集積化することにより、
二次電池に接触させた温度センサの微妙な温度変化に基
づく温度センサからの微弱な信号を同一半導体基板の増
幅回路で増幅し、更に二次電池が過充電にならないよう
に微細に制御する制御信号出力回路も同一半導体基板に
集積化して、それらのフィードバック系が形成できるよ
うにして、Ｓ／Ｎの良い小型で回路部品の少ない温度検
出装置を実現したものである。

【００１２】本発明の請求項３に係わる温度検出装置
は、上記温度センサの出力を利用する二次電池を含む充
電装置などの被制御装置の少なくとも一部を、この温度
センサを構成するトランジスタが形成している半導体基
板に形成したものである。

【００１３】本発明の請求項４に係わる温度検出装置
は、充電装置などの被制御装置の少なくとも一部を電力
用半導体素子としたものである。

【００１４】本発明の請求項５に係わる温度検出装置
は、電力供給を温度センサの出力によって制御するもの
で、前記温度センサの出力が所定の値になったときに、
被制御装置への電力供給の制御を行うようにしたもので
ある。

【００１５】本発明の請求項６に係わる温度検出装置
は、上記の被制御装置への電力供給制御をマイコンによ
り温度、電圧や電流の設定、プログラムの設定、電力供
給の時間変化の設定などの各種設定や各種指令およびデ
ータ処理を行うようにしたものである。

【００１６】本発明の請求項７に係わる温度検出装置
は、被制御装置が二次電池の充電制御回路と二次電池に
よって構成されたものである。

【００１７】本発明の請求項８に係わる温度検出装置
は、少なくとも前記トランジスタからなる温度センサが
形成された半導体基板が、熱導体上に載置固定されたも
のであり、熱導体上に載置固定することで、この熱導体
を被制御装置内の被温度検知体に接触することで正確な
温度検知が可能となるものである。

【００１８】本発明の請求項９に係わる温度検出装置
は、被制御装置の適当な個所と温度センサとを熱的に結
合したものである。

【００１９】本発明の請求項１０に係わる温度検出装置
は、前記熱導体を用いて前記被制御装置と前記温度セン
サとを熱的に結合したものであり、トランジスタを形成
している半導体基板に熱的に接触させた金属板などの熱
導体を用いて被制御装置の適当な個所と温度センサとを
熱的に結合したもので、熱接触を良好にすると共に、各
種回路を集積化した半導体基板の温度センサを充電装置
などから少し遠ざけられるような配置ができるようにし
てＳ／Ｎの良い制御ができるようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の温度検出装置につ
いて図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】

【第１の実施形態】図１および図２は、本発明の一実施
例として携帯機器の充電回路に応用した温度検出装置を
示すものである。

【００２２】本発明の温度検出装置は、温度センサとし
てサーミスタと等価的に扱うことのできるトランジスタ
１０１（以下トランジスタサーミスタと記す）、前記ト
ランジスタサーミスタ１０１を動作させるための駆動回
路２０３、このトランジスタサーミスタ１０１の出力を
必要な電圧に増幅する増幅回路１０５と、温度によって
充電装置３０２である被制御装置２０２の電力供給を制
御する制御信号出力回路１０６から成る温度検出回路系
１、電力用半導体素子１０８を除いた充電制御回路１０
７と、トランジスタサーミスタ１０１と温度被検出対象
である二次電池１０９とを熱的に結合する熱導体１１０
で構成されている。

【００２３】図２は、本発明の温度検出装置の温度検出
回路系１と被制御装置２０２である二次電池１０９との
熱的結合状態を示す概略図であり、実際には、半導体基
板１１２の上部は、保護のためにモールドまたは樹脂で
覆われている。図２では、トランジスタサーミスタ１０
１、駆動回路２０３、増幅回路１０５、制御信号出力回
路１０６、充電制御回路１０７を同一半導体基板１１２
上に集積化し、熱導体１１０の上にこの半導体基板１１
２を実装して温度検出装置の温度検出部を構成してい
る。

【００２４】本発明の温度検出装置における動作につい
て、図１および図２に基づいて説明すると次のようにな
る。トランジスタサーミスタ１０１は、二次電池１０９
と熱導体１１０を介して接触し、二次電池１０９の温度
を検出する。この温度検出装置の熱導体１１０としては
金属板２０７を用い、前記金属板２０７を二次電池１０
９の適当な個所に接触させることによって二次電池１０
９の表面温度を検出することができる。このように熱導
体１１０を介して被制御装置２０２である二次電池１０
９とトランジスタサーミスタ１０１とを接触させること
によって、被制御装置２０２と温度センサ２０１とを距
離的に離すことができるので、電磁雑音から隔離し易
く、Ｓ／Ｎの良い制御ができるようになっている。

【００２５】検出温度に応じた出力は、トランジスタサ
ーミスタ１０１と抵抗１０４によって得られ、この出力
は次段の増幅回路１０５によって増幅され、制御信号出
力回路１０６に入力される。制御信号出力回路１０６
は、予め設定された検出温度に対応する増幅回路１０５
によって増幅されたトランジスタサーミスタ１０１の出
力が入力されると、制御信号を充電制御回路１０７に出
力し、充電制御回路１０７は電力用半導体素子１０８を
制御することにより充電動作を制御する。トランジスタ
サーミスタ１０１、駆動回路２０３、増幅回路１０５、
制御信号出力回路１０６、および充電制御回路１０７の
一部を同一の半導体基板１１２に集積して充電回路を構
成することにより、部品点数が少なくなるので小型で安
価な充電回路を実現できる。

【００２６】上述の実施例では、温度検出装置の電源と
して安定化電源１１１を外部に設けた場合について示し
たが、安定化電源１１１の一部を温度センサ２０１とし
てのトランジスタサーミスタ１０１が形成されている半
導体基板１１２に集積化することも可能である。

【００２７】

【第２の実施形態】図３は、本発明の他の実施例として
マイクロプロセッサの温度制御に応用した温度検出装置
を示すものである。

【００２８】本発明の温度検出装置は、被制御装置２０
２ａとしてのマイコン４０３の構成要素であるマイクロ
プロセッサ内部の処理部（以下、マイクロプロセッサコ
アと記す）３０１の温度を制御する場合であり、マイク
ロプロセッサコア３０１と温度検出回路系１とが熱の良
導体である単結晶シリコンからなる同一の半導体基板１
１２に形成されている場合である。

【００２９】本温度検出装置では、温度検出回路系１
は、温度センサとしてサーミスタと等価的に扱うことの
できるトランジスタサーミスタ１０１、トランジスタサ
ーミスタ１０１の駆動回路２０３、トランジスタサーミ
スタ１０１の出力を必要な値に増幅する増幅回路１０
５、トランジスタサーミスタ１０１の出力を利用して被
制御装置２０２ｂとしての冷却装置３０８を制御する制
御信号出力回路１０６から構成されており、マイクロプ
ロセッサ３０７はマイクロプロセッサコア３０１とクロ
ック周波数を変えることができるクロック発振回路３０
６からなる場合の例を示してある。また、この実施例の
場合、温度センサ２０１であるトランジスタサーミスタ
１０１と被温度検出部となるマイクロプロセッサコア３
０１との熱的接触となる熱導体１１０は半導体基板１１
２である。

【００３０】本実施例の動作について説明すると次のよ
うになる。トランジスタサーミスタ１０１は、熱導体１
１０となる半導体基板１１２を通してマイクロプロセッ
サコア３０１の温度を検出し、検出温度に対応した出力
を電圧値として出力する。この温度に対応した電圧は次
段の増幅回路１０５で増幅され、更に次段の制御信号出
力回路１０６に送られる。制御信号出力回路１０６で
は、例えば、マイコン４０３により予め設定された温度
に対応した電圧が入力されると、制御信号出力回路１０
６から信号をマイクロプロセッサコア３０１に対して出
力し、マイクロプロセッサコア３０１内のメモリに予め
記憶されているプログラムによって、マイクロプロセッ
サ３０７は、マイクロプロセッサコア３０１の温度が設
定温度に達したことを検知し、冷却装置３０８に対して
動作信号を送り、マイクロプロセッサコア３０１を冷却
する。また、設定温度に対応した電圧またはそれ以上の
電圧が制御信号出力回路１０６に入力されると、制御信
号出力回路１０６からマイクロプロセッサコア３０１に
対して信号が出力され、マイクロプロセッサコア３０１
内のプログラムによって、マイクロプロセッサコア３０
１の温度が設定温度以上に達したことを検知し、クロッ
ク発振回路３０６の発振周波数を下げるようにして発熱
を抑えることもできる。

【００３１】トランジスタサーミスタ１０１はマイクロ
プロセッサ３０７と同じプロセスで作製でき、サーミス
タ定数であるＢ定数のバラツキは、トランジスタサーミ
スタ１０１が完成した後でも、トランジスタサーミスタ
１０１のベース−エミッタ間電圧（バイポーラ型）また
はソース−チャンネル間電圧（ＭＯＳＦＥＴ型）を設定
する抵抗をレーザトリミングすることで微調整すること
によって抑えることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、温度センサであるトラン
ジスタサーミスタと駆動回路および増幅回路を含む温度
検出回路系と、被制御装置を制御するための制御信号出
力回路と制御回路の一部を同一プロセスで、かつ同一半
導体基板に集積化することが可能であるために、部品点
数が少なく小型でトータル的に安価な温度検出装置が実
現できる。

【００３３】また、熱導体１１０を介して被制御装置と
温度センサとを熱接触させることにより、被制御装置か
ら温度センサを距離的に離すことができるので、Ｓ／Ｎ
の良い制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による携帯機器の充電回路用温度検出装
置の一実施例を示す。

【図２】本発明による温度検出装置の温度検出回路系１
と被制御装置２０２である二次電池１０９との熱的結合
状態を示す一実施例の概略図を示す。

【図３】本発明をマイクロプロセッサの温度検出制御に
応用した場合の一実施例を示す。

【図４】従来技術を説明するための実施例を示す。

【符号の説明】

１温度検出回路系１０１トランジスタサーミスタ１０２，１０３，１０４，４０５抵抗器１０５増幅回路１０６制御信号出力回路１０７充電制御回路１０８電力用半導体素子１０９二次電池１１０熱導体１１１安定化電源１１２半導体基板２０１温度センサ２０２，２０２ａ，２０２ｂ被制御装置２０３駆動回路２０７金属板３０１マイクロプロセッサコア３０２充電装置３０６クロック発振回路３０７マイクロプロセッサ３０８冷却装置４０３マイコン４０４サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小山克人東京都墨田区錦糸１丁目７番７号石塚電子株式会社内 (72)発明者松舘直史東京都墨田区錦糸１丁目７番７号石塚電子株式会社内Ｆターム(参考） 2F056 JT01 JT08 QF01 QF10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型トラ
ンジスタ（１０１）をサーミスタとして取り扱う温度セ
ンサ（２０１）を利用した温度検出装置において、前記
温度検出装置が、前記トランジスタ（１０１）からなる
温度センサ（２０１）と、前記トランジスタ（１０１）
をサーミスタの温度センサ（２０１）として駆動させる
ための駆動回路（２０３）と、前記温度センサ（２０
１）の出力を増幅する増幅回路（１０５）と、前記温度
センサ（２０１）の出力によって被制御装置（２０２）
を制御する制御信号出力回路（１０６）とを少なくとも
含むことを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】バイポーラ型またはＭＯＳＦＥＴ型トラ
ンジスタ（１０１）をサーミスタとして取り扱う温度セ
ンサ（２０１）を利用した温度検出装置において、前記
トランジスタ（１０１）を形成している半導体基板（１
１２）に、少なくとも前記トランジスタ（１０１）をサ
ーミスタの温度センサ（２０１）として駆動させるため
の駆動回路（２０３）と共に、前記温度センサ（２０
１）の出力を増幅する増幅回路（１０５）と、前記温度
センサ（２０１）の出力によって被制御装置（２０２）
を制御する制御信号出力回路（１０６）とを集積化して
形成したことを特徴とする温度検出装置。
【請求項３】前記被制御装置（２０２）を構成する回
路の少なくとも一部を、前記半導体基板（１１２）上に
形成したことを特徴とする請求項２に記載の温度検出装
置。
【請求項４】前記被制御装置（２０２）の少なくとも
一部が電力用半導体素子（１０８）で構成されたことを
特徴とする請求項１乃至３に記載の温度検出装置。
【請求項５】前記温度センサ（２０１）の出力が所定
の出力になったときに、前記被制御装置（２０２）への
電力供給の制御を行うようにしたことを特徴とする請求
項１乃至４に記載の温度検出装置。
【請求項６】前記被制御装置（２０２）への電力供給
の制御をマイコン（４０３）によって行うことを特徴と
する請求項１乃至５に記載の温度検出装置。
【請求項７】前記被制御装置（２０２）が二次電池の
充電制御回路（１０７）と二次電池（１０９）によって
構成されたことを特徴とする請求項１乃至６に記載の温
度検出装置。
【請求項８】少なくとも前記トランジスタ（１０１）
からなる温度センサ（２０１）が形成された半導体基板
（１１２）が、熱導体（１１０）上に載置固定されたこ
とを特徴とする請求項２、３に記載の温度検出装置。
【請求項９】前記被制御装置（２０２）と前記温度セ
ンサ（２０１）とを熱的に結合したことを特徴とする請
求項１乃至８に記載の温度検出装置。
【請求項１０】熱導体（１１０）を用いて前記被制御
装置（２０２）と前記温度センサ（２０１）とを熱的に
結合したことを特徴とする請求項８、９に記載の温度検
出装置。