JP2009192507A - 温度検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出温度の設定範囲を広げた場合においても最低動作電圧を低くすることができる温度検出回路を提供する。
【解決手段】 温度センサ回路に出力電圧の電圧レベルを調整する機能を持たせ、所定温度における温度センサ回路の出力電圧と基準電圧回路の参照電圧を低く抑える。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体回路の温度特性を利用した温度検出回路に関する。

図１１は、従来の温度検出回路を示す図である。

この温度検出回路は、正の電源端子００１、負の電源端子００２、基準電圧回路２００、温度センサ回路３００、コンパレータ４００、出力端子７００により構成されている。

基準電圧回路２００は、負極を負の電源端子００２に、正極を出力端子１０１としてコンパレータ４００の反転入力端子に接続されており、所定温度において温度センサ回路３００の出力電圧と等しい参照電圧を出力する。

温度センサ回路３００は、定電流源３１０とダイオード３２０で構成されており、定電流源３１０は一端を正の電源端子００１、他の一端をダイオード３２０のアノードに接続され、ダイオード３２０のカソードは負の電源端子００２に接続され、ダイオード３２０のアノードを出力端子１００として、コンパレータ４００の非反転入力端子に接続されており、温度の上昇に応じて低下する特性を持つ電圧を出力する。

コンパレータ４００は、出力端子を温度検出回路の出力端子７００に接続されており、基準電圧回路２００の参照電圧と温度センサ回路３００の出力電圧を比較し、比較結果に応じて負の電源電位または正の電源電位を出力する。

次に、この温度検出回路の動作について説明する。

図１２のＶ１００は温度センサ回路３００の出力端子１００の電圧であり、Ｖ１０１は基準電圧回路２００の出力端子１０１の電圧である。温度が所定温度よりも低い場合、出力電圧Ｖ１００は参照電圧Ｖ１０１より大きいため、コンパレータ４００は正の電源電位を出力する。温度が所定温度よりも高い場合、温度センサ回路３００の出力電圧Ｖ１００は参照電圧Ｖ１０１より小さいため、コンパレータ４００は負の電源電位を出力する。従って、この温度検出回路は所定温度において出力論理を切り替える動作を行い、所定温度を検出することができる（特許文献１参照）。

ここで、参照電圧V１０１は所定温度において温度センサ回路３００の出力電圧V１００と等しくなるように調整されるが、調整された後であっても図中のΔVのようなばらつきを生じる。
この参照電圧V１０１のばらつきΔVは温度検出回路においては検出温度のばらつきΔTの原因
となる。そこで、従来の温度検出回路では、定電流源３１０に負の温度特性を持たせることや、ダイオード３２０の直列接続される数を増やすことにより、出力電圧Ｖ１００の温度勾配を急峻にさせ、参照電圧V１０１のばらつきΔVが検出温度のばらつきΔTに及ぼす影響を抑えようと
している。
特許第３１３９１９４号

温度検出回路において、検出する温度を変更する場合には、温度センサ回路３００の特性を変更するのではなく、基準電圧回路２００の参照電圧V１０１を変更するのが一般的である。

しかし、上述した温度検出回路では、図１３に示すように２つの所定温度TｘおよびＴｙを考えた場合に、Ｔｘより低温であるＴｙにおける参照電圧Ｖ１０１ｙの方がＶ１０１ｘと比較して高電位になる。即ち、所定温度の設定範囲を低温側へ広げるほど、出力電圧Ｖ１００および参照電圧Ｖ１０１が高くなり、温度検出回路の最低動作電圧を上昇させるという問題がある。逆に、正の温度勾配を持つ温度センサ回路を利用した場合、所定温度の設定範囲を高温側へ広げるほど、出力電圧Ｖ１００および出力電圧Ｖ１０１が高くなり、温度検出回路の最低動作電圧を上昇させるという問題がある。

本発明は、従来のこのような課題に鑑みてなされたものであり、検出温度範囲を広げた場合においても最低動作電圧の上昇を抑えることを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の温度検出回路は以下のような構成とした。

温度に応じた出力電圧を出力する温度センサ回路と、参照電圧を出力する基準電圧回路と、前記温度センサ回路の出力電圧と前記参照電圧とを比較する比較回路と、制御信号と前記比較回路の出力信号とを入力して、所定温度を境に反転する検出信号を出力する論理回路と、を備えた温度検出回路であって、前記温度センサ回路は、前記出力電圧の特性を調整する機能を有し、前記論理回路は、前記制御信号によって前記比較回路の出力信号の有効な範囲において検出信号を反転する機能を有することを特徴とする温度検出回路を提供する。

本発明の温度検出回路によれば、温度センサ回路は出力電圧の特性を調整する機能を有し、論理回路は制御信号によって比較回路の出力信号の有効な範囲において検出信号を反転する機能を有する回路構成としたので、検出温度範囲を広げた場合においても最低動作電圧の上昇を抑えることが出来る。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態の温度検出回路の構成を示す図である。図２は、第１の実施形態の温度検出回路における温度センサ回路３００の一例を示す回路図である。

第１の実施形態の温度検出回路は、正の電源端子００１、負の電源端子００２、基準電圧回路２００、温度センサ回路３００、コンパレータ４００、論理回路５００、入力端子６００、出力端子７００により構成されている。

基準電圧回路２００は、負極を負の電源端子００２に、正極を出力端子１０１としてコンパレータ４００の反転入力端子に接続されている。基準電圧回路２００の参照電圧は、ヒューズトリミングやEEPROMにより抵抗やMOSトランジスタ等の素子サイズを変更することによって調整され、所定温度において温度センサ回路３００の出力電圧と等しい参照電圧を出力する。

温度センサ回路３００は、出力端子１００をコンパレータ４００の非反転入力端子に接続されている。温度センサ回路３００は、例えば図２に示すように、正の電源端子００１、負の電源端子００２、定電流源３１０、ダイオード３２０により構成され、定電流源３２０は一端を正の電源端子００１に、他の一端をダイオード３２０のアノードに接続され、ダイオード３２０のカソードは負の電源端子００２に接続され、ダイオード３２０のアノードを出力端子として負の温度勾配をもつ電圧を出力する温度センサ回路３００ａと、正の電源端子００１、負の電源端子００２、定電流源３１１、ダイオード３２１により構成され、定電流源３２１は一端を負の電源端子００２に、他の一端をダイオード３２１のカソードに接続され、ダイオード３２１のアノードは正の電源端子００１に接続され、ダイオード３２１のカソードを出力端子として正の温度勾配をもつ電圧を出力する温度センサ回路３００ｂと、どちらか一方の温度センサ回路を選択するスイッチ３３０、３３１と、出力端子１００で構成されており、温度センサ回路３００ａまたは温度センサ回路３００ｂの出力電圧を端子１００に出力する。

ここで、温度センサ回路３００ａおよび３００ｂは、正負が異なり、大きさが等しい温度勾配を持つ電圧を出力する温度センサ回路であれば良く、図２のように温度センサ素子は1個のダイオードに限らず、複数個のダイオードを直列接続したものであっても良く、または抵抗などの温度特性を持つ素子の組み合わせによって構成されていても良い。

コンパレータ４００は、出力端子１０２を論理回路５００の一方の入力端子に接続されている。コンパレータ４００は、基準電圧回路２００の参照電圧と温度センサ回路３００の出力電圧を比較し、比較結果に応じて負の電源電位または正の電源電位を出力する。

論理回路５００は、他の入力端子を入力端子６００に接続され、出力端子を温度検出回路の出力端子７００に接続されている。論理回路５００はコンパレータ４００の出力信号と、入力端子６００より入力される制御信号に応じて、負の電源電位または正の電源電位を端子７００に出力する。この場合の論理回路５００は、例えばＯＲ回路で構成することが出来る。

次に、第１の実施形態の温度検出回路の動作について説明する。図３は、第１の実施形態の温度センサ回路の出力特性を示す図である。３ａは温度センサ回路３００ａの出力電圧、３ｂは温度センサ回路３００ｂの出力電圧である。

図４は、第１の実施形態の温度検出回路の動作を示す図である。Ｖ１００は温度センサ回路３００の出力端子１００の電圧、Ｖ１０１は基準電圧回路２００の出力端子１０１の電圧、Ｖ１０２はコンパレータ４００の出力端子１０２の電圧、Ｖ６００は入力端子６００の電圧、Ｖ７００は温度検出回路の出力端子７００の電圧である。

温度センサ回路３００の出力電圧V１００は、温度センサ回路３００ａ、３００ｂの出力電圧が図３に示す３ａ、３ｂのような特性を持っているため、例えばそれぞれの電圧の低い方を選択するようにスイッチ３３０、３３１を制御することで得られる。温度センサ回路３００ａ、３００ｂの出力電圧が交点を持つ温度をＴａとすると、Ｖ１００は温度Ｔａ未満では温度に対して一定の温度勾配で上昇し、温度Ｔａを頂点として温度Ｔａ以上では同様の温度勾配で低下していく。
このような温度特性を持つ温度センサ回路を用いると、所定温度ＴｘをＴａよりも低い温度に設定する場合に、図３に示す３ａのような特性の温度センサ回路を用いる場合と比較して参照電圧Ｖ１０１を低く設定することができる。しかし、図４のＶ１００とＶ１０１は所定温度Ｔｘを含む２温度で交点を持つため、コンパレータ４００はその２温度で出力論理を切り替える動作をする。そこで、Ｖ６００のような制御信号を入力端子６００から入力することで、出力電圧Ｖ７００が検出温度１点でのみ出力論理を切り替える動作を行い、所定温度を検出することができる。

ここで、スイッチ３３０、３３１を制御する信号は、温度センサ回路３００ａまたは３００ｂの出力電圧と図示しない他の基準電圧回路が出力する参照電圧を比較して、生成される論理を反転する信号であっても良く、温度センサ回路３００ａの出力電圧と３００ｂの出力電圧を比較して、生成される論理を反転する信号であっても良い。また、入力端子６００に入力される制御信号は、スイッチ３３０、３３１を制御する信号と同じであっても良く、任意に外部から信号を入力しても良い。

温度センサ回路３００ａおよび３００ｂは、正負が異なり、大きさが等しい温度勾配を持つ電圧を出力するものであり、どちらの領域において所定温度を設定しても、検出温度の精度は変わらない。図４において、所定温度ＴｘをＴａよりも低い温度に設定する場合の動作について記載したが、所定温度ＴｘをＴａよりも高い温度に設定する場合には、制御信号Ｖ６００は反転した信号を入力すればよい。

以上のように構成した第１の実施形態の温度検出回路によると、検出温度精度を維持しつつ検出温度の設定範囲を広げた場合において、温度検出回路の最低動作電圧の上昇を抑えることができる。

（実施形態２）
図５は、第２の実施形態の温度検出回路における温度センサ回路の回路図である。第２の実施形態の温度検出回路の温度センサ回路３００は、定電流源３１０、３１１、ダイオード３２０、スイッチ３３２、３３３で構成されている。

定電流源３１０は一端を正の電源端子００１、他の一端をスイッチ３３２に接続され、定電流源３１１は一端を正の電源端子００１、他の一端をスイッチ３３３に接続され、ダイオード３２０のカソード側電極は負の電源端子００２、アノード側電極はスイッチ３３２の他の一端とスイッチ３３３の他の一端と出力端子１００に接続されている。

次に、この温度検出回路の動作について説明する。図６の３ｃは、図５の温度センサ回路３００において、ダイオード３２０に定電流源３１０が給電されたときの出力端子１００の電圧であり、３ｃ’はダイオード３２０に定電流源３１１が給電されたときの出力端子１００の電圧である。図７のＶ１００は、温度センサ回路３００の出力端子１００の電圧、Ｖ１０１は基準電圧回路２００の出力端子１０１の電圧、Ｖ１０２はコンパレータ４００の出力端子１０２の電圧、Ｖ６００は入力端子６００の電圧、Ｖ７００は温度検出回路の出力端子７００の電圧である。そして、この場合の論理回路５００は、例えば制御信号Ｖ６００を反転して入力するＮＡＮＤ回路で構成することが出来る。

温度に応じてスイッチ３３２、３３３を制御しダイオード３２０に給電する定電流値を調整することで、図７に示すＶ１００のような特性を得ることができる。このような温度特性を持つ温度センサ回路を用いると、所定温度ＴｘをＴａよりも低い温度に設定する場合に、図６に示す３ｃのような特性の温度センサ回路を用いる場合と比較して参照電圧Ｖ１０１を低く設定することができる。しかし、図７のＶ１００とＶ１０１は所定温度Ｔｘを含む２温度で交点を持つため、コンパレータ４００は２温度で出力論理を切り替える動作をする。そこで、Ｖ６００のような制御信号を入力端子６００から入力することで、出力電圧Ｖ７００が検出温度１点でのみ出力論理を切り替える動作を行い、所定温度を検出することができる
ここで、スイッチ３３２、３３３を制御する信号は、温度センサ回路３００の出力電圧と図示しない他の基準電圧回路が出力する参照電圧を比較して、前記出力電圧が前記参照電圧よりも高いか否かによって論理を反転する信号であっても良い。また、入力端子６００に入力される制御信号は、スイッチ３３０、３３１を制御する信号と同じであっても良く、任意に外部から信号を入力しても良い。

低温時において温度センサ回路の出力電圧を下げるために、直列接続されたダイオードの数を減らすことも考えられるが、この場合、温度センサ回路の出力電圧の温度勾配が小さくなってしまい、低温側において検出温度精度が悪化してしまうことになる。そのため、本発明の回路のように、直列接続されるダイオードの数を変えることなく、電流値の調整によって電圧レベルを下げることが望ましい。

上述したような第２の実施形態の温度検出回路によると、検出温度精度を維持しつつ検出温度の設定範囲を広げた場合において、温度検出回路の最低動作電圧の上昇を抑えることができる。

また、第２の実施形態の温度検出回路において、図９に示すような特性のダイオード３２０を用いた場合は、図８に示すような温度センサ回路の回路構成とすることで同様の効果を得ることが出来る。

図１０に、コンパレータ４００の出力端子１０２の電圧Ｖ１０２、入力端子６００の電圧Ｖ６００、温度センサ回路３００の出力端子１００の電圧Ｖ１００、基準電圧回路２００の出力端子１０１の電圧Ｖ１０１の動作波形と、そのときの温度検出回路の出力端子７００の電圧Ｖ７００の出力波形を示す。この場合の論理回路５００は、例えばＮＡＮＤ回路で構成することが出来る。

ここで、スイッチ３３２、３３３を制御する信号は、温度センサ回路３００の出力電圧と図示しない他の基準電圧回路が出力する参照電圧を比較して、前記出力電圧が前記参照電圧よりも高いか否かによって論理を反転する信号であっても良い。また、入力端子６００に入力される制御信号は、スイッチ３３０、３３１を制御する信号と同じであっても良く、任意に外部から信号を入力しても良い。また、入力端子６００に入力される制御信号は、スイッチ３３２、３３３を制御する信号と同じであっても良く、所定温度と参照電圧の設定時に論理を固定させておいても良い。

高温時において温度センサ回路の出力電圧を下げるために、直列接続されたダイオードの数を減らすことも考えられるが、この場合、温度センサ回路の出力電圧の温度勾配が小さくなってしまい、高温側において検出温度精度が悪化してしまうことになる。そのため、本発明の回路のように、直列接続されるダイオードの数を変えることなく、電流値の調整によって電圧レベルを下げることが望ましい。

上述のような温度検出回路によると同様に、検出温度精度を維持しつつ検出温度の設定範囲を広げた場合において、温度検出回路の最低動作電圧の上昇を抑えることができる。

本発明の温度検出回路の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の温度検出回路における温度センサ回路を示す図である。 図２の温度センサ回路の特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態の温度検出回路の動作を示す図である。 本発明の第２の実施形態の温度検出回路における温度センサ回路を示す図である。 図５の温度センサ回路の特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態の温度検出回路の動作を示す図である。 本発明の第２の実施形態の他の例の温度センサ回路を示す図である。 図８の温度センサ回路の特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態の他の例の温度検出回路の動作を示す図である。 従来の温度検出回路の構成を示す図である。 従来の温度検出回路の特性を示す図である。 従来の温度検出回路の特性を示す図である。

符号の説明

００１ ・・・ 正の電源端子
００２ ・・・ 負の電源端子
１００ ・・・ 温度センサ回路の出力端子
１０１ ・・・ 基準電圧回路の出力端子
１０２ ・・・ コンパレータの出力端子
２００ ・・・ 基準電圧回路
３００、３００ａ、３００ｂ ・・・ 温度センサ回路
３１０、３１１ ・・・ 定電流源
３２０、３２１ ・・・ ダイオード
３３０、３３１、３３２ ・・・ スイッチ
４００ ・・・ コンパレータ
５００ ・・・ 論理回路
６００ ・・・ 入力端子
７００ ・・・ 出力端子
Ｖ１００ ・・・ 端子１００の電圧
Ｖ１０１、Ｖ１０１ｘ、Ｖ１０１ｙ ・・・ 端子１０１の電圧
Ｖ１０２ ・・・ 端子１０２の電圧
Ｖ６００ ・・・ 端子６００の電圧
Ｖ７００ ・・・ 端子７００の電圧

Claims (5)

1. 温度に応じた出力電圧を出力する温度センサ回路と、
   参照電圧を出力する基準電圧回路と、
   前記温度センサ回路の出力電圧と前記参照電圧とを比較する比較回路と、
   制御信号と前記比較回路の出力信号とを入力して、所定温度を境に反転する検出信号を出力する論理回路と、を備えた温度検出回路であって、
   前記温度センサ回路は、前記出力電圧の特性を調整する機能を有し、
   前記論理回路は、前記制御信号によって前記比較回路の出力信号の有効な範囲において検出信号を反転する機能を有することを特徴とする温度検出回路。
2. 前記温度センサ回路は、複数の温度センサ素子を備え、温度に応じていずれか一つを選択して出力することを特徴とする請求項１記載の温度検出回路。
3. 前記複数の温度センサ素子は、前記出力電圧の温度特性の傾きが、絶対値が等しく符号が反対の２個の温度センサであることを特徴とする、請求項２記載の温度検出回路
4. 前記温度センサ回路は、
   温度センサ素子と、
   前記温度センサ素子に定電流を流す複数の定電流回路と、
   前記複数の定電流回路を切り替えて前記温度センサ素子と接続するスイッチ回路とを備え、温度に応じていずれか一つを選択して出力することを特徴とする請求項１記載の温度検出回路。
5. 前記温度センサ素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項２から４のいずれか記載の温度検出回路。

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