JP2010249817A - 温度検出のための回路及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度検出のための回路及び方法を提供する。
【解決手段】温度検出回路は、センサー、集積回路（ＩＣ）チップ、および抵抗器を具備している。前記センサーは、温度を検出可能である。前記ＩＣチップは、温度状態を判定するために前記温度を示している検出電圧と温度しきい値を示しているしきい値電圧とを比較可能である。前記ＩＣチップは、ほぼ一定であるパラメータを有している。前記抵抗器は、外部で前記ＩＣチップと接続されている。前記ＩＣチップは、前記センサーを通って流れている第１電流と、前記抵抗器を通って流れている第２電流との比を含む電流比を前記ほぼ一定であるパラメータと等しくなるように維持する。
【選択図】図４

Description

本発明は、温度の過熱を検出する回路及び方法に関する。

本出願は、２００９年４月１４日に出願された“Circuits and Methods for Temperature Protection”と題される米国仮特許出願第61/169,015号の優先権を主張する。この米国仮特許出願は、全体が引用により本明細書に組み込まれる。

バッテリーなどのエネルギー貯蔵素子は、過熱状態下において劣化する。図１は、従来型の過熱検出回路１００の回路図を示している。従来型の過熱検出回路１００は、集積回路（ＩＣ）チップ１１０と、専用のアナログＮＴＣピンを介して前記チップ１１０と外部に接続されている負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ１３０と、を具備している。前記チップ１１０は、コンパレータ１２０と、多数の内部の抵抗器、例えば、抵抗器１１２、抵抗器１１４、抵抗器１１６、および抵抗器１１８と、を具備しうる。例えば、前記内部の抵抗器は、前記ＩＣチップ１１０上に組み込まれている。前記サーミスタ１３０は、例えばバッテリーパックの温度を感知可能であり、前記温度が変化すると、前記サーミスタ１３０の抵抗が変化する。前記抵抗器１１８、抵抗器１１２、および前記サーミスタ１３０により構成されている分圧器は、ノード１２２における温度検出電圧を提供する。前記抵抗器１１８、前記抵抗器１１４、および前記抵抗器１１６により構成されている他の分圧器は、ノード１２４における温度しきい値を示している基準しきい値電圧を提供する。前記コンパレータ１２０は、前記温度検出電圧を前記基準しきい値電圧と比較し、前記温度検出電圧が前記基準しきい値電圧を下回る場合には、過熱検出信号ＯＴＡを生成する。したがって、前記温度が、前記温度しきい値に達する場合には、前記サーミスタ１３０の前記抵抗は、内部の抵抗器、例えば、前記抵抗器１１２，１１４，１１６の前記抵抗によって決まる。

前記内部の抵抗器は、シリコンチップ上のドープ領域により作られうる。したがって、前記内部の抵抗器の抵抗は、異なるチップまたは、同一チップの異なるドープ領域により変化し、前記温度検出回路１００の精度精度に影響を与えうる。加えて、前記抵抗器１１８の抵抗は、電流消費を減少させるために比較的高く設定される。これは、前記チップサイズを増加させるとともに、前記過熱検出回路１００の費用を増加させる。

図２は、他の従来型過熱検出回路２００の回路図を例示している。図１と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。前記過熱検出回路２００は、前記内部の抵抗器の抵抗変化による誤差を調整するための、前記サーミスタ１３０および前記ＩＣチップ１１０に接続されている外部の可変抵抗器２１０を具備している。しかし、チップサイズが問題として残っている。

図３は、他の従来型過熱検出回路３００の回路図を例示している。図１および図２と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。前記過熱検出回路３００は、前記サーミスタ１３０と直列である外部の抵抗器３１２を具備している。したがって、ノード３０２における温度検出電圧は、外部の抵抗器３１２および前記サーミスタ１３０を具備する分圧器によりにより提供され、ノード３０４における基準しきい値電圧は、抵抗器１１６および１１４を具備する分圧器により提供される。しかし、漏れ電流は、前記ＩＣチップ３１０の電源が切れていても、前記抵抗器３１２および前記サーミスタ１３０を通って流れうるため、電力消費を増加させてしまう。

前記従来型の過熱検出回路１００，２００、および３００に組み込まれている抵抗器の抵抗、例えば、前記内部の抵抗器１１８および前記外部の抵抗器３１２の抵抗は、前記電力消費を減少させるために増加されうる。その結果、前記サーミスタ１３０を通って流れる前記電流は減少する。したがって、前記温度が変化した場合には、ノード３０２または１２２における前記温度検出電圧の対応する電圧変化が減少する。例として、前記温度が前記温度しきい値に達するとする。前記温度検出電圧は、その後前記しきい値電圧と等しくなる。前記温度が上昇した場合には、前記温度検出電圧は、前記しきい値電圧よりも減少しうる。状況によっては、前記温度検出電圧の前記電圧変化は、前記コンパレータ１２０のオフセット電圧よりも低くなり、または前記温度検出電圧の比較的小さな電圧変化では、前記コンパレータ１２０の結合雑音により影響を受ける。したがって、前記検出信号ＯＴＡ、例えば高電気レベルは、前記過熱状態を示すために生成されない。したがって、前記過熱検出回路１００，２００および３００の精度精度が低下しうる。

本発明の一構成において、温度検出回路は、センサーと、集積回路（ＩＣ）チップと、抵抗器と、を具備している。前記センサーは、温度の検出が可能である。前記ＩＣチップは、温度状態を判定するために、前記温度を示している前記検出電圧を、温度しきい値を示しているしきい値電圧と比較可能である。前記ＩＣチップは、ほぼ一定であるパラメータを有している。前記抵抗器は、外部前記ＩＣチップと接続されている。前記ＩＣチップは、前記センサーを通って流れている第１電流と、前記抵抗器を通って流れている第２電流との比で構成されている電流比を、前記ほぼ一定であるパラメータと等しくなるように維持する。

本発明における実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明および重要な部分に符号が付されている図面を参照することにより明確となる。

従来の過熱保護回路の回路図である。 従来の過熱保護回路の回路図である。 従来の過熱保護回路の回路図である。 本発明の一実施形態における電子装置のブロック図である。 本発明の一実施形態における温度検出回路の図の例である。 本発明の一実施形態におけるバイアス回路の例である。 本発明の一実施形態におけるバイアス回路の他の例である。 本発明の一実施形態における温度検出回路の図の他の例である。 本発明の一実施形態における温度検出回路の図の他の例である。 本発明の一実施形態における温度検出回路の図の他の例である。 本発明の一実施形態における温度検出回路により実行される工程のフローチャートである。

本発明の実施形態を参照して詳細に説明する。本発明は、これらの実施形態とともに説明されているが、これらの実施形態に限定する趣旨ではないことは理解されよう。それどころか、本発明は、添付された特許請求の範囲に定められている本発明の精神および範囲に含まれている代替物、修正物、および均等をカバーすることを目的としている。

さらに、以下の発明を実施するための形態において、多数の特定の細部が、本発明の深い理解を提供するために説明されている。しかし、本発明は、これらの特定の細部がなくても実行しうることは通常の当業者にとって理解されよう。他の実施例において、既知の方法、手順、構成要素、および回路は、本発明の特徴を不必要に不明確にするため、詳細には記載していない。

本開示に従った実施形態は、温度検出回路を提供する。前記温度検出回路は、外部の抵抗器、例えばサーミスタといったセンサー、および集積回路（ＩＣ）チップを具備している。前記センサーは、例えば電源などの温度を検出する。前記センサーに接続されている前記ＩＣチップは、温度状態を判定するために、前記温度を示している検出電圧と、温度しきい値を示しているしきい値電圧とを比較する。前記外部の抵抗器は、外部で前記ＩＣチップと接続されている。前記ＩＣチップは、ほぼ一定であるパラメータＫを有し、前記センサーを通って流れている電流と、前記外部の抵抗器を通って流れている電流との電流比を含む電流比を前記ほぼ一定であるパラメータＫと等しくなるように維持可能である。

有利には、例えば前記電源の前記温度状態は、前記サーミスタと前記外部の抵抗器との抵抗関係により判定される。例えば、前記温度が、前記温度しきい値に達した場合には、前記サーミスタの抵抗は、前記外部の抵抗器の前記抵抗(R_external)と前記ほぼ一定であるパラメータＫに依存する(例えば、前記温度しきい値において、前記サーミスタの抵抗は、R_external/Kと等しいなど)。動作中、前記温度状態を判定するために、前記サーミスタの抵抗は、R_external/Kと比較される。前記外部の抵抗器は、前記ＩＣチップ上に組み込まれている前記内部の抵抗器よりも、抵抗変動が少ない。したがって、前記外部の抵抗器の前記抵抗と前記ほぼ一定であるパラメータＫの双方は、比較的正確であるため、前記比較結果の精度を改善しうる。したがって、前記温度検出回路の全体としての正確性は、さらに改善される。

図４は、本発明の一実施形態にしたがう電子装置４００のブロック図を示している。一実施形態において、前記電子装置４００は、電源４０４、負荷４０６、および温度検出回路４０２を具備している。前記電源４０４と接続されている前記負荷４０６は、前記電源４０４から電力を受け取ることができる。前記電源４０４と接続されている前記温度検出回路４０２は、前記電源４０４の温度を検出可能であり、前記電源４０４が通常の温度状態であるか異常な温度状態、例えば、過熱(over-temperature)状態または温度不足(under-temperature)状態などであるかを示すＶＯピンにおける温度検出信号ＴＡを生成可能である。前記温度検出信号ＴＡが前記電源４０４の前記温度が前記異常な温度状態になったと示したならば、前記電源４０４は、過熱保護（ＯＴＰ）または温度不足保護（ＵＴＰ）を遂行する。例えば、前記電源４０４は、バッテリーパックである。前記温度検出回路４０２からの前記温度検出信号ＴＡが、前記バッテリーパックの温度が異常だと示す場合には、前記温度検出信号ＴＡは、前記バッテリーの充電または放電を中止するために使用され、前記バッテリーパックは、前記異常温度状態から保護される。前記温度検出回路４０２は、他の電子装置におけるデバイスの温度の検出に使用することもでき、図４の実施例に限定されない。

図４の実施例において、前記温度検出回路４０２は、集積回路（ＩＣ）チップ４１０と、センサー４３０および外部の抵抗器４４０を含む前記ＩＣチップ４１０の周辺要素と、を具備している。前記センサー４３０は、前記チップ４１０とＮＴＣピン（例えば、専用のアナログピンなど）を介して外部に接続されており、温度の検出に使用される。一実施形態において、前記センサー４３０は、本体の温度上昇にさらされると、電気抵抗の減少を示す、接地されている負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ４３２を具備している。一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０は、電流４１１を前記ＮＴＣサーミスタ４３２に提供する。前記ＮＴＣサーミスタ４３２を通って前記電流４１１が流れることで、前記ＮＴＣサーミスタ４３２にかかる電圧４３４が生成される。これとは別に、前記ＩＣチップ４１０が前記ＮＴＣピンにおける基準電圧、例えばバンドギャップ電圧を提供しても良い。前記基準電圧が前記サーミスタ４３２に印加されるため、前記ＮＴＣサーミスタ４３２を通る前記電流４１１が生成される。前記センサー４３０は、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ、熱伝対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、またはＩＣ温度センサーなどの他の構成要素を含んでも良く、図４の実施例に限定されない。

前記外部の抵抗器４４０は、ＲＳＴピン（例えば、専用のアナログピンまたはコンポジットアナログピンなど）を経由して前記ＩＣチップ４１０と外部に接続され、接地されている。一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０は、前記外部の抵抗器４４０を通って流れる電流４１３を提供し、前記ＲＳＴピンにおける電圧４４４が生成される。これとは別に、前記外部の抵抗器４４０を通る前記電流４１３を生成するように、前記ＩＣチップ４１０が前記ＲＳＴピンにおける基準電圧、例えばバンドギャップ電圧を提供してもよい。

一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０は、ほぼ一定であるパラメータＫを有する。前記ＩＣチップ４１０は、前記電流４１１と前記電流４１３の電流比を、前記ほぼ一定であるパラメータＫと等しくなるように維持しうる。ここで使用されるように、前記用語“ほぼ一定である（substantially constant）”とは、前記Ｋの値は変化しうるが、範囲内にとどまり、前記電圧４３４と前記電圧４４４の精度は前記電流４１３および前記電流４１１の変化により影響を受けない、ということを意味している。このことは、図５、図６および図７に関してさらに説明される。より具体的に言うと、前記サーミスタ４３２を通って流れている前記電流４１１は、前記パラメータＫと前記外部の抵抗器４４０を通って流れている前記電流４１３とにより決定される。一実施形態において、前記電流４１１は、前記電流４１３に比例し、前記電流４１１と前記電流４１３の電流比は、前記ほぼ一定であるパラメータＫと等しい。また、前記ＩＣチップ４１０は、前記検出された温度を示している（例えば温度に比例する）検出電圧V_sensingと、例えば過熱しきい値または温度不足しきい値といった温度しきい値を示しているしきい値電圧ＶＴＨと、を比較し、前記比較結果に従って前記温度検出信号ＴＡを出力する。一実施形態において、前記サーミスタ４３２により提供された前記電圧４３４は、前記検出電圧V_sensingとして使用される。この状況において、前記しきい値電圧ＶＴＨは、前記外部の抵抗器４４０にかかる前記電圧４４４または基準電圧源により生成される基準電圧V_refでありうる。これとは別に、前記しきい値電圧ＶＴＨは、前記基準電圧V_refであってもよく、これは前記サーミスタ４３２にかかる前記電圧４３４でもある。この状況において、前記電圧４４４は、前記検出された温度を示している前記検出電圧V_sensingとして使用される。前記検出電圧V_sensingおよび前記しきい値電圧ＶＴＨの働き(operation)は図５−１０に関連してさらに説明される。

有利には、前記電流４１３に比例する前記電流４１１を提供することにより、前記温度検出信号ＴＡは、前記外部の抵抗器４４０およびほぼ一定の値（例えば、前記ほぼ一定の値は、ＫまたはＭ＊Ｋであってよい）により決定される。ほぼ一定の値については図５−１０に関連してさらに説明される。前記温度検出回路４０２における前記温度検出に関連する前記抵抗器（例えば、前記外部の抵抗器４４０)は、前記ＩＣチップ４１０の外部に備えられており、前記外部の抵抗器の抵抗変動は、前記内部の抵抗器（例えば、図１における前記抵抗器１１２)のそれよりも小さい。したがって、前記温度検出信号ＴＡの精度は、より信頼できる温度保護を提供するために改善されうる。

図５は、本発明の一実施形態に従う前記温度検出回路４０２の図の例を示している。図４と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。図５は、図４と組みあわせて説明される。図５の例において、前記外部の抵抗器４４０にかかる前記電圧４４４は、前記温度しきい値を示す前記しきい値電圧ＶＴＨとしても働き、前記サーミスタ４３２にかかる前記電圧４３４は、前記検出された温度を示す前記検出電圧V_sensingとしても働く。したがって、図５−７に関する以下の説明において、前記検出電圧V_sensingは、前記検出電圧４３４であり、前記しきい値電圧ＶＴＨは、前記しきい値電圧４４４である。

一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０は、コンパレータ５２０と、バイアス回路５５０と、を具備する。前記ＮＴＣピンと前記ＲＳＴピンに接続されている前記バイアス回路５５０は、前記ＮＴＣサーミスタ４３２を通って流れている前記電流４１１を生成可能であり、前記ＮＴＣピンにおける前記検出電圧４３４を生成する。一実施形態において、前記バイアス回路５５０は、前記外部の抵抗器４４０を通る前記電流４１３も生成し、それに応じて前記ＲＳＴピンにおける前記しきい値電圧４４４を生成する。これとは別に、前記バイアス回路５５０は、前記ＲＳＴピンにおける前記しきい値電圧４４４を直接生成してもよい。前記しきい値電圧４４４が提供されることで、前記外部の抵抗器４４０は、前記電流４１３を提供しうる。

一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０により提供される前記電流４１１は、前記電流４１３に比例している。前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、前記ほぼ一定の値、例えば前記ＩＣチップ４１０の前記パラメータＫであってよい。上述したように、“ほぼ一定である”とは、値は変化しうるが、範囲内にとどまっており、前記検出電圧４３４と前記しきい値電圧４４４の精度は、前記電流４１１および前記電流４１３の変化によって影響されないということを意味している。

一実施形態において、前記コンパレータ５２０は、前記ＮＴＣピンと接続されている１つの端子と、前記ＲＳＴピンと接続されている他の端子を備えている。前記コンパレータ５２０は、前記温度検出信号ＴＡを出力するために、前記検出電圧４３４を前記しきい値電圧４４４と比較可能である。一実施形態において、前記コンパレータ５２０は、ヒステリシスコンパレータである。より具体的には、一実施形態において、前記検出電圧４３４が、所定の過熱しきい値を示している前記しきい値電圧４４４よりも小さい場合、例えば前記温度が所定の過熱しきい値以上に上昇した場合などには、前記温度検出信号ＴＡ（例えばハイレベル電気信号)が過熱状態を示すために生成される。同様に、前記検出電圧４３４が、所定の温度不足しきい値を示している前記しきい値電圧４４４よりも大きい場合、例えば前記温度前記所定の温度不足しきい値よりも下がった場合には、前記温度検出信号ＴＡ（例えば、ローレベル電気信号)が温度不足状態を示すために生成される。

前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、前記パラメータＫであり、前記検出電圧４３４のレベルは以下の式で与えられる。

V_sensing = K * I_external * R_thermistor (1)

ここで、V_sensingは、前記検出電圧４３４のレベル、I_externalは、前記電流４１３のレベル、そしてR_thermistorは、前記ＮＴＣサーミスタ４３２の抵抗をそれぞれ表している。有利には、前記電流４１１は、前記電流４１３のＫ倍である。したがって、前記温度が変化した場合には、前記検出電圧４３４の電圧変化は、比較的高く調整しうる。例えばユーザは前記ほぼ一定であるパラメータＫにセット可能である。したがって、前記オフセット電圧の前記コンパレータ５２０の前記動作と結合雑音による影響は減少し、この場合に前記温度検出回路４０２の精度が改善される。

一実施形態において、前記温度が前記温度しきい値に達する場合には、前記検出電圧４３４は、前記しきい値電圧４４４と等しくなり、前記温度しきい値は、以下の式にしたがって示される。

V_threshold = I_external * R_external = K * I_external * R_thermistor_T (2)

ここで、R_thermistor_Tは、前記温度しきい値における前記ＮＴＣサーミスタ４３２の抵抗を、そしてR_externalは、前記外部の抵抗器４４０の抵抗を表している。したがって、前記温度しきい値（例えば、過熱しきい値または温度不足しきい値）における前記ＮＴＣサーミスタ４３２の抵抗は、以下の式で与えられる。

R_thermistor_T = R_external / K (3)

したがって、前記温度状態は、式（３）にしたがって前記ＮＴＣサーミスタ４３２と前記外部の抵抗器４４０の間の抵抗関係により示される。それは、前記温度検出信号ＴＡが、前記サーミスタ４３２の抵抗と前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗および前記パラメータＫの関数との比較により、決定されるということである。例えば、一実施形態において、R_thermistorがR_external/Kよりも小さい場合、例えば、前記温度が前記過熱しきい値より上昇した場合には、過熱状態を示すために前記温度検出信号ＴＡ(例えば、ハイレベル電気信号)が生成される。同様に、R_thermistorがR_external/Kよりも大きい場合、例えば、前記温度が前記温度不足しきい値よりも低下した場合には、温度不足状態を示すために、前記温度検出信号ＴＡ(例えば、ローレベル電気信号)が生成される。

有利には、前記温度検出信号ＴＡは、前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗と前記パラメータＫに依存している。前記外部の抵抗器４４０は、前記ＩＣチップ上に組み込まれている前記内部の抵抗器よりも抵抗変動が少なく、そして前記ＩＣチップ４１０の前記パラメータＫはほぼ一定であるため、R_externalおよびＫの双方は、比較的精確である。したがって、前記比較結果の精度は改善され、前記温度検出回路４０２の全体の精度はさらに改善される。さらに、式（３）に基づき、前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗は、いろいろな温度しきい値における前記温度検出のために、例えばユーザにより調整されうる。したがって、前記温度検出回路４０２の柔軟性も改善される。

図６は、本発明の一実施形態に従う、図５の前記バイアス回路５５０の例を示している。図６は、図４および図５と組み合わせて説明される。図６の例において、前記バイアス回路５５０は、前記電流４１１と前記電流４１３をそれぞれ生成するための電流源６１１および電流源６１２を具備している。前記電流４１１は、前記電流４１３に比例している。前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、図５に関連して説明したように、前記ほぼ一定であるパラメータＫである。

一実施形態において、前記バイアス回路５５０は、スイッチング回路６２０と、スイッチコントローラ６１６と、を更に具備する。前記スイッチング回路６２０は、前記電流源６１１と前記電流源６１２にそれぞれ接続されている、スイッチ６２２およびスイッチ６２４を具備している。前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４は、前記電流４１１および前記電流４１３の電流路を使用可能または使用不能に動作可能である。

前記スイッチコントローラ６１６は、前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４の状態を制御するための制御信号６３０、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成可能である。一実施形態において、前記スイッチコントローラ６１６は、発振（ＯＳＣ）回路６２８と、ロジック回路６２６と、を具備しうる。前記発信回路６２８は、振動信号、例えば周期的なパルス信号を生成する。前記ロジック回路６２６は、前記振動信号を受信可能であるとともに、前記制御信号６３０、例えばＰＷＭ信号を生成可能である。これとは別に、前記スイッチコントローラ６１６は、他の構成要素を含んでも良く、図６の例に限定されない。

結果として、前記スイッチング回路６２０は、前記電流４１１および４１３のための前記電流路を交互に使用可能と使用不能にする。より具体的には、一実施形態において、前記ＰＷＭ信号がハイの場合には、前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４は、前記電流４１１および前記電流４１３を使用可能にするためにそれぞれスイッチが入る。前記ＮＴＣサーミスタ４３２は、前記電流４１１を受けるとともに、前記電流４１１に基づいて前記検出電圧４３４を提供する。前記外部の抵抗器４４０は、前記電流４１３を受けるとともに、前記電流４１３に基づいて前記しきい値電圧４４４を提供する。図４および図５に関し説明したように、前記コンパレータ５２０は、前記検出電圧４３４を前記しきい値電圧４４４と比較し、そして前記比較結果に基づき、前記温度検出信号ＴＡを出力する。

図６の実施例において、前記電流源６１１および６１２により生成される前記電流４１１および４１３は、前記ＩＣチップ４１０の温度が変化した場合には、変化しうる。有利には、前記電流４１１と前記電流４１３との比は、前記ほぼ一定であるパラメータＫに維持されている。例として、前記電流４１３が増加した場合には、前記しきい値電圧４４４および前記検出電圧４３４は、それに応じて両方とも増加する。それは、前記温度しきい値における前記検出電圧４３４および前記しきい値電圧４４４の両方とも、式（２）にしたがう同量で自動的に調整され、式（３）が、いつでも満たされている。したがって、前記検出電圧４３４および前記しきい値電圧４４４に基づいて生成された前記検出信号ＴＡの精度が上がる。言い換えれば、前記温度検出回路４０２上の前記電流４１３の変動を原因とする前記検出誤差の影響は、減少／除去され、前記温度検出回路４０２の全体としての精度を改善しうる。

前記ＰＷＭ信号がローの場合には、前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４は、スイッチが切られ、前記電流４１１および前記電流４１３は停止させられる。有利には、前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４が切られている場合には、前記ＮＴＣサーミスタ４３２および前記外部の抵抗器４４０は、エネルギーを消費しない。したがって、前記温度は、要求に応じて検出でき、前記温度検出回路４０２の前記電力消費を減少可能となる。

図７は、本発明の一実施形態に従う、図５の前記バイアス回路５５０の他の例を示している。図７は、図４、図５および図６と組み合わせて説明される。図４および図６と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。

図７の前記例において、前記バイアス回路５５０は、電流ミラー７１０、基準電圧源７１２、スイッチコントローラ６１６、およびスイッチ６２２およびスイッチ６２４を備えているスイッチング回路６２０を具備している。前記基準電圧源７１２は、前記しきい値電圧４４４を生成するために使用されており、バンドギャップ回路７１４および電圧フォロワ７１６を具備している。前記バンドギャップ回路７１４は、前記温度が変動した場合にもほぼ一定に維持されるバンドギャップ基準電圧を生成する。前記電圧フォロワ７１６は、演算増幅器(オペアンプ)を具備するとともに、前記バンドギャップ基準電圧を受けることができる。前記電圧フォロワ７１６は、前記バンドギャップ基準電圧をフォローし、前記バンドギャップ基準電圧にほぼ等しい前記しきい値電圧４４４を出力する。これとは別に、前記基準電圧源７１２は、他の要素を具備しても良く、図７の前記例に限定されない。

前記スイッチング回路６２０は、前記電流４１１および前記電流４１３の電流路を交互に使用可能と使用不能にする。一実施形態において、前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４が入れられた場合には、前記外部の抵抗器４４０は、前記基準電圧源７１２から前記しきい値電圧４４４を受け、前記しきい値電圧４４４に基づいて前記電流４１３を提供する。前記しきい値電圧４４４が前記温度により大きく変動しないバンドギャップ電圧であるため、前記外部の抵抗器４４０を通って流れている前記電流４１３もまた、前記温度には依存しない。したがって、前記電流４１３の変動を原因とする誤差は、除去または無視しうる。

一実施形態において、前記電流ミラー７１０は、前記電流４１３を受けるとともに、前記電流４１３をミラーすることにより前記電流４１３のＫ倍である前記電流４１１を生成可能である。前記ＮＴＣサーミスタ４３２は、前記電流４１１を受けるとともに、前記電流４１１に基づいて、前記検出電圧４３４を生成可能である。したがって、前記コンパレータ５２０は、前記検出電圧４３４を前記基準電圧４４４と比較し、前記比較結果に基づいて、前記温度検出信号ＴＡを生成する。

前記スイッチ６２２および前記スイッチ６２４が切られている場合には、前記ＮＴＣサーミスタ４３２および前記外部の抵抗器４４０は、電気エネルギーを消費しない。有利には、前記温度が要求に応じて検出できるため、前記温度検出回路４０２の前記電力消費が、減少可能である。前記バイアス回路５５０は、他の構成要素で構成しても良く、図６および図７の前記例に限定されない。

有利には、前記内部の抵抗器（例えば、図１の前記抵抗器１１２、前記抵抗器１１４、前記抵抗器１１６、および前記抵抗器１１８)は、図６または図７の前記バイアス回路５５０および前記外部の抵抗器４４０と、置き換えてもよく、前記チップサイズおよび前記温度検出回路４０２の費用を削減しうる。

図８は、本発明の一実施形態に従う、温度検出回路４０２の図の他の例を示している。図８は、図４、図５、および図７と組み合わせて説明される。図４−図７と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。

一実施形態において、前記ＩＣチップ４１０は、前記コンパレータ５２０と、前記バイアス回路５５０と、を具備している。前記バイアス回路５５０は、先に開示した図７における構成を用いている。図８の前記実施例において、前記電流４１３を提供するために前記外部の抵抗器４４０により印加される前記基準電圧源７１２は、前記基準電圧４４４を生成する。同様に、前記基準電圧源７１２は、前記温度しきい値を示している前記しきい値電圧ＶＴＨも生成する。前記基準電圧４４４および前記しきい値電圧ＶＴＨの両方とも、バンドギャップ電圧でありうる。前記電流ミラー７１０は、前記電流４１３をミラーすることにより、前記電流４１３に比例する前記電流４１１を生成する。前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、前記ほぼ一定の値Ｋでありうる。前記ＮＴＣサーミスタ４３２は、前記電流４１１を受けるとともに、前記電流４１１に基づいて、前記検出電圧４３４を生成する。

したがって、前記温度が前記所定の温度しきい値に達する場合には、前記検出電圧４３４は、式（２）にしたがって、前記しきい値電圧ＶＴＨと等しくなる。I_externalは、前記基準電圧４４４（例えば、V_ref）の電圧レベルを前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗で除したものと等しい、例えば、I_external = V_ref / R_external、ので、式（２）は、以下のように書き換えられる。

R_thermistor_T = V_threshold * R_external / (V_ref * K) (4)

式(４)に示されているように、R_thermistor_Tは、前記基準電圧４４４、前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗、前記しきい値電圧ＶＴＨ、および前記ほぼ一定であるパラメータＫの関数と等しい。

V_thresholdとV_refの両方ともバンドギャップ電圧（例えば、前記バンドギャップ電圧は、前記温度が変動しても、ほぼ一定に維持される）であるため、V_refとV_thresholdとの比（例えば、V_ref / V_threshold）は、ほぼ一定の値Ｍに置換しうる。したがって、式(４)により以下の式（５）が得られる。

R_thermistor_T = R_external / (M * K) (5)

式（５）に示されているように、R_thermistor_Tは、前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗および前記ほぼ一定の値M * Kの関数と等しい。

有利には、例えば、前記電源４０４の前記温度状態は、式（５）にしたがって、前記ＮＴＣサーミスタ４３２と前記外部の抵抗器４４０との間の抵抗関係により判定される。例えば、前記温度検出信号ＴＡは、前記サーミスタ４３２の前記抵抗と、R_externalおよびK * Mの前記関数との比較により判定される。R_externalおよびK * Mの両方とも、比較的正確であるので、前記比較結果の精度は改善され、前記温度検出回路４０２の全体としての精度もさらに改善される。

図９は、本発明の一実施形態に従う前記温度検出回路４０２の図の他の例を示している。図９は、図４−図８と組み合わせて説明される。図４および図５と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。図９の前記実施例において、前記温度検出回路４０２は、多数の異なる温度しきい値にしたがって、例えば、前記電源４０４の前記温度状態を判定する。

一実施形態において、前記温度検出回路４０２は、前記ＮＴＣサーミスタ４３２、ＩＣチップ９１０、および前記外部の抵抗器４４０を具備している。前記ＩＣチップ９１０は、前記バイアス回路５５０、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）９３０、および多数のコンパレータ９２０＿１−９２０＿Ｎを具備しても良い。簡潔さと、明確さのために、すべての前記コンパレータ９２０＿１−９２０＿Ｎを図９に示しているわけではない。前記バイアス回路５５０は、上で開示された図７または図８における構成を用いても良く、前記電流４１３に比例する前記電流４１１を生成可能である。前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、前記ほぼ一定の値Ｋであってよい。前記バイアス回路５５０は、前記基準電圧４４４を提供するために、バンドギャップ電圧も生成する。前記ＮＴＣサーミスタ４３２は、前記電流４１１を受けるとともに、前記電流４１１に基づいて、前記検出電圧４３４を生成する。一実施形態において、多数のしきい値電圧ＶＴＨ１＿１−ＶＴＨ＿Ｎは、１つまたは複数の基準電圧源により生成される。例えば、ＶＴＨ１＿１−ＶＴＨ＿Ｎは、前記基準電圧源７１２により生成されるバンドギャップ電圧である。前記多数のしきい値電圧ＶＴＨ１＿１−ＶＴＨ＿Ｎは、多数の所定の温度しきい値を示している。

一実施形態において、それぞれのコンパレータ９２０＿１−９２０＿Ｎは、前記検出電圧４３４と、対応する基準しきい値電圧ＶＴＨ１＿１−ＶＴＨ＿Ｎを受ける。例えば、前記コンパレータ９２０＿１は、前記検出電圧４３４と基準しきい値電圧ＶＴＨ＿１とを受け、前記コンパレータ９２０＿２は、前記検出電圧４３４と基準しきい値電圧ＶＴＨ＿２とを受け、そして前記コンパレータ９２０＿Ｎは、前記検出電圧４３４と、基準しきい値電圧ＶＴＨ＿Ｎとを受ける。有利には、前記コンパレータ９２０＿１−９２０＿Ｎは、異なる温度しきい値に対応する多数の温度検出信号ＴＡ１−ＴＡＮを生成する。結果として、前記温度検出回路４０２は、異なる温度しきい値の同時の温度検出を実現しうる。

一実施形態において、前記ＡＤＣ９３０は、前記検出電圧４３４をデジタル検出信号９５４に変換可能である。前記デジタル検出信号９５４は、他のアプリケーションに使用されうる。例えば、前記デジタル検出信号９５４は、コンピュータの記憶媒体（例えばメモリなど）に格納され、コンピュータ画面上に前記温度レベルを表示するように使用されうる。

図１０は、本発明の一実施形態に従う前記温度検出回路４０２の図の他の例を示している。図１０は、図４−図７と組み合わせて説明される。図４−図７と同じ符号が付されている要素は、同様の機能を有している。

図１０の前記実施例において、前記ＩＣチップ４１０は、バイアス回路１０５０と、前記コンパレータ５２０と、を具備している。前記バイアス回路１０５０は、図７の前記バイアス回路５５０における前記ＲＳＴピンのかわりに、例えばバンドギャップ電圧である前記ＮＴＣピンにおける前記基準電圧V_refを生成可能な前記基準電圧源７１２を具備している。前記基準電圧V_refが、前記サーミスタ４３２に印加されているため、前記基準電圧V_refは、図１０の実施例における前記基準電圧４３４としてみなされる。前記スイッチ６２２および６２４がオンになった場合には、前記基準電圧４３４は、前記電流４１１を生成するために前記サーミスタ４３２に印加される。この実施形態において、前記基準電圧４３４は、以下の式で与えられる前記しきい値電圧ＶＴＨとして働く。

VTH = V_ref (6)

前記バイアス回路１０５０は、前記電流４１３を生成するために前記電流４１１のミラーリングが可能である前記電流ミラー７１０をさらに具備している。前記電流４１１と前記電流４１３の前記電流比は、前記ほぼ一定であるパラメータＫと等しい。前記電流４１３は、前記電圧４４４を提供するために、前記外部の抵抗器４４０に適用される。

前記電圧４３４は、前記基準電圧源７１２により提供される基準電圧であるため、前記電流４１１は、前記サーミスタ４３２の抵抗変動により、前記温度にしたがって変動し、これにより、前記電圧４４４をさらに変動させうる。したがって、図１０の実施例において、前記電圧４４４は、前記検出された温度を示している前記検出電圧V_sensingとして働く。それゆえ、この実施形態において、前記検出電圧V_sensingは、前記検出電圧４４４としてもみなされる。前記温度が前記温度しきい値に達する場合には、前記検出電圧４４４は、以下の式（７）で表わされる。

V_sensing = (V_ref / R_thermistor_T) * K * R_external (7)

前記コンパレータ５２０は、前記検出電圧４４４を前記しきい値電圧４３４と比較し、そして前記比較結果にしたがって前記温度状態を判定する。前記温度が前記温度しきい値に達する場合には、前記検出電圧４４４は、前記しきい値電圧４３４と等しくなる。式（６）および式（７）に基づいて、前記温度しきい値における前記サーミスタ４３２の前記抵抗は、以下の式で与えられる。

R_thermistor_T = K * R_external (8)

図５に関する式（３）においての検討と同様に、前記温度状態は、前記ＮＴＣサーミスタ４３２と前記外部の抵抗器４４０との抵抗関係により式（８）にしたがって示される。言い換えると、前記サーミスタ４３２の前記抵抗は、前記温度状態を判定するために前記ほぼ一定であるパラメータＫおよび前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗の関数と比較される。前記外部の抵抗器４４０の前記抵抗および前記パラメータＫの両方とも、比較的正確であるので、前記温度検出回路４０２の全体としての精度も改善される。

図１１は、本発明の一実施形態に従う、例えば前記温度検出回路４０２である温度検出回路により実行される処理のフローチャート１１００である。図１１は、図４−図１０と組み合わせて説明される。図１１に特定のステップが開示されているが、これらのステップは例示である。本発明は、種々の他のステップまたは図１１に開示されているステップの変形を実行するのに適している。

ブロック１１０２において、例えば、前記サーミスタ４３２であるセンサーを通って流れている第１電流、例えば前記電流４１１と、抵抗器、例えば前記外部の抵抗器４４０を通って流れている第２電流、例えば前記電流４１３との電流比は、ＩＣチップ、例えば前記ＩＣチップ４１０のほぼ一定であるパラメータ、例えば前記パラメータＫと等しくなるように維持されている。前記抵抗器は、前記ＩＣチップと外部に接続されている。

ブロック１１０４において、温度を示している検出電圧は、温度しきい値を示しているしきい値電圧と比較される。

ブロック１１０６において、前記温度状態を示している温度検出信号は、前記比較結果に基づいて生成される。一実施形態において、前記抵抗器にかかる電圧は、前記しきい値電圧として使用され、前記検出電圧は、前記センサーにより提供される。この状況において、前記温度検出信号は、前記センサーの前記抵抗と、前記ほぼ一定であるパラメータおよび前記抵抗器の前記抵抗の関数との比較により判定される。他の実施形態において、基準電圧は、基準電圧源により生成される。前記基準電圧は、前記第２電流を生成するために前記抵抗器に印加される。前記第２電流は、前記ほぼ一定であるパラメータにしたがって前記第１電流を生成するためにミラーされる。前記検出電圧は、前記第１電流に基づいて前記センサーにより提供される。この状況において、前記温度検出信号は、前記センサーの前記抵抗と、前記しきい値電圧、前記基準電圧、前記ほぼ一定であるパラメータ、および前記抵抗器の前記抵抗の関数との比較により判定される。他の実施形態において、前記しきい値電圧は、基準電圧源により生成される。前記しきい値電圧は、前記第１電流を生成するために前記センサーに印加される。前記第１電流は、前記ほぼ一定であるパラメータにしたがって、前記第２電流を生成するためにミラーされる。前記抵抗器にかかる前記電圧は、前記検出電圧として使用される。この状況において、前記温度検出信号は、前記センサーの前記抵抗と、前記ほぼ一定であるパラメータおよび前記抵抗器の前記抵抗との比較により判定される。

ブロック１１０８において、第１電流および第２電流の電流路は、使用可能または使用不能にされる。

ブロック１１１０において、前記検出電圧は、デジタル信号、例えば、前記デジタル信号９５４に変換される。

上述した説明および図面は、本発明の実施形態を示しているが、それらに対し、種々の付加、修正、および代替が、添付の特許請求の範囲に定められている本発明の原理の精神および範囲を逸脱することなく作成しうることは、理解されよう。当業者であれば、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および作業者の要求に特に適応される本発明の実行において、本発明が、形状、構造、配置、比率、材質、要素、および構成材やその他に対する多くの改良が使用しうることは理解される。ここで開示された実施形態は、したがって、あらゆる点で、例示であり限定されるものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその法的な均等により示されており、先に説明したものに限定されない。

４００ 電子装置
４０２ 温度検出回路
４０４ 電源
４０６ 負荷
４１０ 集積回路（ＩＣ）チップ
４３０ センサー
４３２ 負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ
４３４ 検出電圧
４４０ 外部の抵抗器
４４４ しきい値電圧
５２０ コンパレータ
５５０ バイアス回路
６１１，６１２ 電流源
６１６ スイッチコントローラ
６２０ スイッチング回路
６２２，６２４ スイッチ
６２６ ロジック回路
６２８ 発振（ＯＳＣ）回路
７１０ 電流ミラー
７１２ 基準電圧源
７１４ バンドギャップ回路
７１６ 電圧フォロワ

Claims (27)

1. 温度検出回路であって、
   温度検出に使用されるセンサーと、
   前記センサーと接続されるとともに、温度状態を判定するために、前記温度を示している検出電圧と、温度しきい値を示しているしきい値電圧と、を比較することが可能な集積回路（ＩＣ）チップと、
   前記ＩＣチップに外部に接続されている抵抗器と、
   を具備し、
   前記ＩＣチップは、ほぼ一定であるパラメータを備え、
   前記ＩＣチップは、電流比が前記ほぼ一定であるパラメータと等しくなるように維持し、
   前記電流比は、前記センサーを通って流れている第１電流と、前記抵抗器を通って流れている第２電流との比で構成されていることを特徴とする温度検出回路。
2. 前記ＩＣチップは、
   前記センサーに接続されるととともに、前記第１電流を提供可能な第１電流源と、
   前記抵抗器に接続されるとともに、前記第２電流を提供可能な第２電流源と、
   を更に具備し、
   前記センサーは、前記第１電流に基づいて前記検出電圧を提供することを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
3. 前記ＩＣチップは、前記第１電流源および第２電流源と接続されるとともに、前記第１電流および第２電流の電流路を使用可能および使用不能に動作可能なスイッチング回路をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の温度検出回路。
4. 前記ＩＣチップは、
   前記抵抗器に接続されるとともに、前記第２電流を生成するために前記抵抗器に印加する基準電圧を生成可能な基準電圧源と、
   前記センサーおよび前記抵抗器と接続されるとともに、前記ほぼ一定のパラメータにしたがって前記第１電流を生成するために前記第２電流をミラー可能な電流ミラーと、
   をさらに具備し、
   前記センサーは、前記第１電流に基づいて前記検出電圧を提供することを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
5. 前記ＩＣチップは、前記電流ミラーと接続されるとともに、前記第１電流および第２電流の電流路を使用可能および使用不能に動作可能なスイッチング回路をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の温度検出回路。
6. 前記基準電圧源は、複数の温度しきい値を示している複数のしきい値電圧を提供可能であることを特徴とする請求項４に記載の温度検出回路。
7. 前記ＩＣチップは、前記しきい値電圧と前記検出電圧とを比較することが可能な複数のコンパレータをさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の温度検出回路。
8. 前記温度状態は、前記センサーの前記抵抗と、前記基準電圧、前記しきい値電圧、前記ほぼ一定のパラメータ、および前記抵抗器の抵抗の関数と、の比較により判定されることを特徴とする請求項４に記載の温度検出回路。
9. 前記抵抗器にかかる基準電圧は、前記しきい値電圧として使用され、
   前記センサーの電圧は、前記検出電圧として使用されることを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
10. 前記温度状態は、前記センサーの抵抗と、前記ほぼ一定のパラメータおよび前記抵抗器の抵抗の関数と、の比較により判定されることを特徴とする請求項９に記載の温度検出回路。
11. 前記ＩＣチップは、
    前記センサーに接続されるとともに、前記第１電流を生成するために前記センサーに印加される前記しきい値電圧を生成することが可能な基準電圧源と、
    前記センサーおよび前記抵抗器と接続されるとともに、前記ほぼ一定のパラメータにしたがって前記第２電流を生成するために前記第１電流をミラー可能な電流ミラーと、
    をさらに具備し、
    前記抵抗器は、前記第２電流に基づいて前記検出電圧を提供することを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
12. 前記温度状態は、前記センサーの抵抗と、前記ほぼ一定のパラメータおよび前記抵抗器の抵抗の関数と、の比較により判定されることを特徴とする請求項１１に記載の温度検出回路。
13. 前記ＩＣチップは、前記電流ミラーと接続されるとともに、前記第１電流および第２電流の電流路を使用可能および使用不能に動作可能なスイッチング回路をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の温度検出回路。
14. 前記ＩＣチップは、前記検出電圧をデジタル信号へ変換可能なアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
15. 方法であって、
    センサーを通って流れている第１電流と、抵抗器を通って流れている第２電流と、の電流比を集積回路（ＩＣ）チップのほぼ一定であるパラメータと等しくなるように維持するステップと、
    温度を示している検出電圧と、温度しきい値を示しているしきい値電圧と、を比較するステップと、
    前記比較結果に従って、温度状態を示している温度検出信号を生成するステップと、
    を具備し、
    前記抵抗器は、前記ＩＣチップと外部に接続されていることを特徴とする方法。
16. 前記しきい値電圧として前記抵抗器にかかる電圧を使用するステップと、
    前記センサーにより、前記検出電圧を提供するステップと、
    を更に具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記温度検出信号は、前記センサーの抵抗と、前記ほぼ一定のパラメータおよび前記抵抗器の抵抗の関数との比較により判定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 基準電圧源により基準電圧を生成するステップと、
    前記抵抗器により、前記第２電流を生成するために前記基準電圧を印加するステップと、
    前記ほぼ一定のパラメータにしたがって前記第１電流を生成するために前記第２電流をミラーするステップと、
    前記センサーにより前記第１電流に基づいて前記検出電圧を提供するステップと、
    をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
19. 前記温度検出信号は、前記センサーの抵抗と、前記しきい値電圧、前記基準電圧、前記ほぼ一定のパラメータ、および前記抵抗器の抵抗の関数との比較により判定されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１電流および第２電流の電流路を使用可能および使用不可能にするステップをさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
21. 前記検出電圧をデジタル信号に変換するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
22. 基準電圧源により前記しきい値電圧を生成するステップと、
    前記センサーにより前記第１電流を生成するために前記しきい値電圧を印加するステップと、
    前記ほぼ一定のパラメータにしたがって前記第２電流を生成するために前記第１電流をミラーするステップと、
    前記抵抗器にかかる電圧を前記検出電圧として使用するステップと、
    をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
23. 前記温度検出信号は、前記センサーの電圧と、前記ほぼ一定のパラメータおよび前記抵抗器の抵抗の関数との比較により判定されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 電子装置であって、
    電源と、
    前記電源と接続されるとともに、前記電源から電力を受取り可能な負荷と、
    前記電源と接続されるとともに、前記電源の温度を検出可能な温度検出回路と、
    を具備し、
    前記温度検出回路は、
    ＩＣチップと、
    センサーおよび抵抗器を含む前記ＩＣチップの周辺要素と、
    を具備し、
    前記ＩＣチップは、前記センサーを通って流れている電流と、前記抵抗器を通って流れている電流との電流比をほぼ一定であるパラメータと等しくなるように維持し、
    前記電源の前記温度が温度しきい値に達する場合には、前記センサーの抵抗は、前記抵抗器の抵抗および前記ほぼ一定のパラメータにより決定される関数と等しいことを特徴とする電子装置。
25. 前記ＩＣチップは、前記抵抗器にかかる基準電圧および前記温度しきい値を示しているしきい値電圧を生成可能な基準電圧源を具備し、
    前記関数は、前記基準電圧および前記しきい値電圧によりさらに決定されることを特徴とする請求項２４に記載の電子装置。
26. 前記温度検出回路は、通常状態、過熱状態、温度不足状態からなるグループから選択される温度状態を示している温度検出信号を提供可能であることを特徴とする請求項２４に記載の電子装置。
27. 前記センサーは、負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ、熱伝対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、およびＩＣ温度センサーからなるグループから選択される構成要素を具備することを特徴とする請求項２４に記載の電子装置。

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