JP2012107980A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオードの順方向電圧に基づいて判定基準温度付近の温度を正確に検出する。
【解決手段】温度が上昇してダイオード８の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖrefに近づくと、トランジスタ１２からダイオード８にベース電流が流れ始める。この温度領域では、低下していた順方向電圧Ｖｆが上昇に転じ、トランジスタ１８が完全にオフしないため、出力トランジスタ２０のベース電流が減少し十分なオン状態に移行しにくくなる。抵抗２８の温度係数は抵抗２７の温度係数よりも大きく設定されており、定電流出力回路２４は、出力トランジスタ２０に対し負の温度係数を持つ定電流を出力する。これにより、上記温度領域であっても出力トランジスタ２０のコレクタ・エミッタ間電圧が十分に低くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオードの順方向電圧に基づいて温度を検出する温度検出装置に関する。

周知のようにダイオードの順方向電圧は負の温度係数を有しているので、その順方向電圧を用いて温度を検出し、さらに判定基準温度に対応した基準電圧と比較することで過熱状態を検出することができる（特許文献１の図２参照）。図４は、そのような機能を持つ従来の温度検出装置を示している。この温度検出装置１は、温度信号生成部２とコンパレータ３とから構成されている。温度信号生成部２は、電源線４、５間に直列に接続された定電流回路６、抵抗７およびダイオード８から構成されている。

コンパレータ３は、差動増幅回路９と反転増幅回路１０と出力回路１１とから構成されている。差動増幅回路９は、差動対をなすトランジスタ１２、１３、能動負荷をなすトランジスタ１４、１５および定電流回路１６から構成されている。反転増幅回路１０は、定電流回路１７とエミッタ接地のトランジスタ１８から構成されており、出力回路１１は、定電流回路１９とトランジスタ２０から構成されている。トランジスタ２０のコレクタがコンパレータ３の出力ノードである。

温度が低くダイオード８の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖrefよりも高い場合、差動増幅回路９の出力電圧が高くなり、トランジスタ１８がオン、トランジスタ２０がオフとなる。その結果、判定信号ＳｄはＨレベルとなる。逆に温度が高くダイオード８の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖrefよりも低い場合、差動増幅回路９の出力電圧が低くなり、トランジスタ１８がオフ、トランジスタ２０がオンとなる。その結果、判定信号ＳｄはＬレベルとなる。

特開平１０−９４１６３号公報（図２）

判定信号ＳｄがＨレベルにある状態から温度が上昇し、ダイオード８の順方向電圧Ｖｆが低下して基準電圧Ｖrefに近づくと、トランジスタ１２からダイオード８にベース電流が流れ始める。このとき、温度上昇に伴い低下していた順方向電圧Ｖｆが逆に上昇または停滞に転じる温度領域が存在する。この温度領域では、判定信号ＳｄがＬレベルでもＨレベルでもない中間的な電圧に留まるという不具合が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイオードの順方向電圧に基づいて判定基準温度付近の温度も正確に検出できる温度検出装置を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、定電流生成回路は、ダイオードに対し温度特性のない定電流を流す。差動増幅回路の一方の差動対トランジスタにはダイオードの順方向電圧が入力され、他方の差動対トランジスタには判定基準温度に対応した基準電圧が入力される。反転増幅回路は、差動増幅回路の出力電圧を反転して出力トランジスタのベースに与え、出力トランジスタは、定電流出力回路を能動負荷としてコレクタから判定信号を出力する。

ダイオードの温度が低いため順方向電圧が基準電圧よりも高いとき、ダイオードには定電流生成回路からの定電流のみが流れ、温度上昇に伴い順方向電圧が単調に低下する。この状態では上記一方の差動対トランジスタがオフしており、差動増幅回路の出力電圧が高いので、その反転電圧を受けて動作する出力トランジスタはオフとなり、Ｈレベル（高電位側電源線の電位レベル）の判定信号を出力する。

やがて、ダイオードの順方向電圧が基準電圧に近づくと、上記一方の差動対トランジスタからダイオードにベース電流が流れ始めるので、単調に低下していた順方向電圧が逆に上昇または停滞に転じる温度領域が生じる。この温度領域では、温度上昇に伴い下降すべき差動増幅回路の出力電圧が下降せず、反転増幅回路が出力トランジスタに与えるベース電圧ひいてはベース電流が減少し、出力トランジスタが十分なオン状態に移行することを妨げる作用が生じる。

これに対し、定電流出力回路は、ダイオードと熱的に結合し、出力トランジスタに対し、温度が上昇するに従って電流値が減少する負の温度係数を持つ定電流を出力する。このため、ダイオードの順方向電圧が基準電圧に近づく上記温度領域では、能動負荷としての定電流出力回路の出力電流が減少し、出力トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧すなわち判定信号のレベルをＬレベル（低電位側電源線の電位レベル）側に引き戻すように作用する。従って、差動対トランジスタからダイオードへの電流流れ込みがあっても、順方向電圧に基づいて判定基準温度付近の温度も正確に検出できる。

請求項２に記載した手段によれば、定電流出力回路は、定電流が流れる第１トランジスタと、第１トランジスタとベース同士が接続され、出力トランジスタに対し負の温度特性を持つ定電流を出力する第２トランジスタと、第１トランジスタと電源線との間に接続された第１抵抗と、第２トランジスタと当該電源線との間に接続された第２抵抗とを備え、第２抵抗の温度係数が第１抵抗の温度係数よりも大きくなるように構成されている。この構成により、温度が上昇すると、第２抵抗の抵抗値が第１抵抗の抵抗値に対し相対的に増大し、第２トランジスタから出力トランジスタに出力される電流が減少する。

請求項３に記載した手段によれば、定電流出力回路は、電源線の間に介在して定電流が流れる第３トランジスタと、第３トランジスタのベース・エミッタ間に接続された第３抵抗と、第３抵抗に流れる電流を出力トランジスタに対し出力する能動負荷とを備え、第３トランジスタのベース・エミッタ間電圧と第３抵抗の抵抗値とで定まる電流（＝第３トランジスタのベース・エミッタ間電圧／第３抵抗の抵抗値）が負の温度係数を持つように構成されている。この構成により、温度が上昇するのに伴い能動負荷から出力トランジスタに出力される電流が減少する。

請求項４に記載した手段によれば、能動負荷は、第３トランジスタのコレクタ・ベース間にベース・エミッタ間が接続された第４トランジスタと、入力側トランジスタが電源線間において第４トランジスタおよび第３抵抗と直列に接続され、出力側トランジスタが出力トランジスタと直列に接続されたカレントミラー回路とから構成されている。

請求項５に記載した手段によれば、能動負荷は、電源線の間において第３抵抗と出力トランジスタの間に直列に介在する第４トランジスタから構成されている。

本発明の第１の実施形態を示す温度検出装置の構成図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 従来技術を示す図１相当図

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。図１に示す温度検出装置２１は、ダイオード８の順方向電圧Ｖｆに基づいて温度を検出し、その順方向電圧Ｖｆと判定基準温度に対応した基準電圧Ｖrefとを比較することにより過熱状態を検出する。この温度検出装置２１は、図示しない他の回路要素とともにＩＣとして構成されており、電源線４、５間に与えられる電源電圧Ｖccにより動作する。

温度検出装置２１は、温度信号生成部２とコンパレータ２２とから構成されている。温度信号生成部２は、電源線４、５間に直列に接続された定電流回路６（定電流生成回路）、抵抗７およびダイオード８から構成されている。コンパレータ２２は、順方向電圧Ｖｆと基準電圧Ｖrefとを比較する差動増幅回路９、差動増幅回路９の出力電圧を反転して出力する反転増幅回路１０、および反転増幅回路１０の出力電圧を受けて過熱状態か否かを示す判定信号Ｓｄを出力する出力回路２３とから構成されている。

差動増幅回路９は、差動対をなすトランジスタ１２、１３（差動対トランジスタ）、能動負荷をなすトランジスタ１４、１５および定電流回路１６から構成されている。コンパレータ２２の非反転入力側であるトランジスタ１２のベースに順方向電圧Ｖｆが入力され、反転入力側であるトランジスタ１３のベースに基準電圧Ｖrefが入力されている。トランジスタ１３のコレクタが差動増幅回路９の出力ノードである。

反転増幅回路１０は、電源線４、５間に直列に接続された定電流回路１７と、電源線５に対しエミッタ接地されたトランジスタ１８とから構成されている。トランジスタ１８のベースは上記差動増幅回路９の出力ノードに接続されており、トランジスタ１８のコレクタは反転増幅回路１０の出力ノードとされている。

出力回路２３は、電源線５に対しエミッタ接地された出力トランジスタ２０と、その能動負荷として機能する定電流出力回路２４とから構成されている。出力トランジスタ２０のベースは反転増幅回路１０の出力ノードに接続されており、コレクタはコンパレータ２２の出力ノードとされている。この出力ノードから判定信号Ｓｄが出力される。

定電流出力回路２４は、ベース同士が接続されたＰＮＰ形トランジスタ２５、２６（第１、第２トランジスタ）と、電源線４とトランジスタ２５、２６との間にそれぞれ接続された抵抗２７、２８（第１、第２抵抗）およびトランジスタ２５のコレクタと電源線５との間に接続された定電流回路２９から構成されている。トランジスタ２５のベース・コレクタ間は接続され、トランジスタ２６のコレクタは出力ノードを挟んで出力トランジスタ２０のコレクタに接続されている。

定電流出力回路２４において、少なくとも抵抗２７、２８はダイオード８と熱的に結合しており、抵抗２８の温度係数が抵抗２７の温度係数よりも大きくなるように形成されている。すなわち、抵抗２７、２８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２とすれば、温度をＴとしてΔＲ１／ΔＴ＜ΔＲ２／ΔＴの関係が成立する。本実施形態では、抵抗２７にＣｒＳｉ薄膜抵抗を用い、抵抗２８に拡散抵抗を用いている。なお、上述した定電流回路６、１６、１７、２９は、温度によらず一定の電流を出力する。

次に、本実施形態の作用および効果を説明する。
ダイオード８の順方向電圧Ｖｆは負の温度係数を有している。ダイオード８の温度が低く順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖrefよりも高いとき、ダイオード８には定電流回路６の出力電流だけが流れ、温度が上昇するに従って順方向電圧Ｖｆが単調に低下する。この状態ではトランジスタ１２、１４、１５がオフしており、定電流回路１６からトランジスタ１３を介してトランジスタ１８にベース電流が流れる。従って、トランジスタ１８がオン、出力トランジスタ２０がオフとなり、コンパレータ２２はＨレベル（電源線４の電位レベル）の判定信号Ｓｄを出力する。

温度が上昇してダイオード８の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖrefに近づくと、トランジスタ１２からダイオード８にベース電流が流れ始める。ダイオード８は、等価的に直列抵抗を有しているので、電流の増加とともに順方向電圧Ｖｆが増加する順方向特性を示す。このため、ダイオード８にベース電流が流れ込むようになると、温度上昇とともに低下していた順方向電圧Ｖｆが上昇に転じる（上昇に転じなくても停滞し或いは低下が鈍る）温度領域が存在する。

この温度領域では、温度上昇に伴い下降していた差動増幅回路９の出力電圧が上昇または停滞に転じるので、トランジスタ１８にベース電流が流れ続け、トランジスタ１８が完全にオフできない。その結果、定電流回路１７から出力トランジスタ２０に供給されるベース電流が減少し、出力トランジスタ２０が十分なオン状態に移行しにくくなる。

これに対応するため、定電流出力回路２４は、出力トランジスタ２０に対し負の温度係数を持つ定電流を出力する。この定電流出力回路２４では、抵抗２７、トランジスタ２５および定電流回路２９の経路で電流が流れ、これに応じた電流が抵抗２８とトランジスタ２６を介して出力トランジスタ２０に出力される。上述したように抵抗２８の温度係数は抵抗２７の温度係数よりも大きいので、温度上昇による抵抗値の増加割合は抵抗２７よりも抵抗２８の方が大きくなる。

その結果、温度が上昇するほど能動負荷としての定電流出力回路２４の出力電流が減少し、上記温度領域では出力トランジスタ２０のコレクタ・エミッタ間電圧が十分に低くなる程度にまで低減する。これにより、判定信号Ｓｄのレベルを中間レベルではなく正常なＬレベル（電源線５の電位レベル）に引き戻すことができる。なお、トランジスタ２５、２６の温度が変化しても、そのベース・エミッタ間電圧の変化は互いに打ち消される。

このように本実施形態の温度検出装置２１によれば、差動増幅回路９の差動対にバイポーラトランジスタ１２、１３を用いても、判定基準温度付近の温度においてコンパレータ２２の出力電圧（判定信号Ｓｄ）が中間レベルに停滞することを防止できる。このため、ダイオード８の順方向電圧に基づいて、判定基準温度付近の温度も含め温度を正確に検出でき、判定信号Ｓｄに従って過熱状態か否かを正確に判定できる。判定信号Ｓｄは判定基準温度において非常に鋭い変化特性を持つので、この判定信号Ｓｄを種々の制御に適用すれば判定基準温度近傍で制御上の不感帯領域や不安定領域が生じない。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。この温度検出装置３１は、図１に示した温度検出装置２１に対し定電流出力回路の構成が異なる。その他の構成部分については同様の構成であるため説明を省略する。

温度検出装置３１は、温度信号生成部２とコンパレータ３２とから構成されている。コンパレータ３２の出力回路３３は、出力トランジスタ２０と定電流出力回路３４とから構成されている。その定電流出力回路３４は、電源線５に対しエミッタ接地されたトランジスタ３５（第３トランジスタ）と、そのベース・エミッタ間に接続された抵抗３６（第３抵抗）と、抵抗３６に流れる電流を出力トランジスタ２０に出力する能動負荷３７とを備えている。トランジスタ３５のコレクタは抵抗３８を介して電源線４に接続されている。

トランジスタ３５のベース・エミッタ間電圧ＶBEと抵抗３６の抵抗値Ｒとで定まる電流（＝ＶBE／Ｒ）が負の温度係数を持つように、すなわちΔ（ＶBE／Ｒ）／ΔＴ＜０となるように抵抗３６が設定されている。ベース・エミッタ間電圧ＶBEは負の温度係数を有しているので、本実施形態では抵抗３６を温度係数の小さいＣｒＳｉ薄膜抵抗としている。

能動負荷３７は、ベース・エミッタ間がトランジスタ３５のコレクタ・ベース間に接続されたトランジスタ３９（第４トランジスタ）とカレントミラー回路４０を備えている。カレントミラー回路４０を構成するトランジスタ４１は、電源線４、５間においてトランジスタ３９および抵抗３６と直列に接続され、トランジスタ４２は出力ノードを挟んで出力トランジスタ２０と直列に接続されている。定電流出力回路３４において、少なくともトランジスタ３５と抵抗３６はダイオード８と熱的に結合している。

定電流出力回路３４のうちトランジスタ３５、３９と抵抗３６、３８により定電流（＝ＶBE／Ｒ）が生成される。上述したように、この定電流は負の温度係数を持っているので、温度が上昇するに従って能動負荷３７から出力トランジスタ２０に出力される電流が減少する。これにより、ベース電流の影響で温度上昇とともに低下していたダイオード８の順方向電圧Ｖｆが上昇（または停滞）に転じる温度領域においても、出力トランジスタ２０のコレクタ・エミッタ間電圧が十分に低くなり、判定信号Ｓｄのレベルを中間レベルではなく正常なＬレベルに引き戻すことができる。このような作用によれば、本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図３を参照しながら説明する。図３に示す温度検出装置５１は、図２に示した温度検出装置３１と実質的に等価な回路構成を有している。温度検出装置５１は、温度信号生成部２とコンパレータ５２とから構成されており、コンパレータ５２の出力回路５３は、出力トランジスタ２０と定電流出力回路５４とから構成されている。

定電流出力回路５４のＰＮＰ形トランジスタ５５、５７（第３、第４トランジスタ）および抵抗５６（第３抵抗）、５８は、それぞれ図２に示す定電流出力回路３４のＮＰＮ形トランジスタ３５、３９および抵抗３６、３８に相当し、トランジスタ５５は電源線４に対し接地されている。この場合、図２に示すカレントミラー回路４０は不要となり、抵抗５６と出力トランジスタ２０との間に直列に介在するトランジスタ５７が、抵抗５６に流れる電流を出力トランジスタ２０に対し出力する能動負荷として機能する。

本実施形態においても、抵抗５６はＣｒＳｉ薄膜抵抗により構成され、トランジスタ５５のベース・エミッタ間電圧ＶBEと抵抗５６の抵抗値Ｒとで定まる電流（＝ＶBE／Ｒ）が負の温度係数を有している。従って、本実施形態によっても第２の実施形態と同様の作用、効果を奏する。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
第１の実施形態において、ΔＲ１／ΔＴ＜ΔＲ２／ΔＴの関係が成立すれば、ΔＲ１／ΔＴおよびΔＲ２／ΔＴの正負は問わない。例えば、抵抗２７、２８の温度係数がともに正でもよく、抵抗２７、２８の温度係数がともに負でもよい。また、定電流回路２９が温度特性を持つ場合には、その温度係数まで含めて定電流出力回路２４が負の温度係数を持つ電流を出力するように抵抗２７、２８の温度係数を設定すればよい。

第２、第３の実施形態においても、Δ（ＶBE／Ｒ）／ΔＴ＜０の関係が成立すれば、抵抗３６、５６の温度係数は０、正、負の何れであってもよい。
各実施形態では、差動対トランジスタにＰＮＰ形トランジスタ１２、１３を用い、出力トランジスタにＮＰＮ形トランジスタ２０を用いたが、これに替えてＮＰＮ形の差動対トランジスタとＰＮＰ形の出力トランジスタを採用してもよい。

図面中、４、５は電源線、６は定電流回路（定電流生成回路）、８はダイオード、９は差動増幅回路、１０は反転増幅回路、１２、１３はトランジスタ（差動対トランジスタ）、２０は出力トランジスタ、２１、３１、５１は温度検出装置、２４、３４、５４は定電流出力回路、２５、２６はトランジスタ（第１、第２トランジスタ）、２７、２８は抵抗（第１、第２抵抗）、３５、５５はトランジスタ（第３トランジスタ）、３６、５６は抵抗（第３抵抗）、３７は能動負荷、３９はトランジスタ（第４トランジスタ）、４０はカレントミラー回路、４１は入力側トランジスタ、４２は出力側トランジスタ、５７はトランジスタ（第４トランジスタ、能動負荷）である。

Claims (5)

1. 定電流生成回路と直列に接続された順方向のダイオードと、
   差動対トランジスタを有し、一方の差動対トランジスタに前記ダイオードの順方向電圧が入力され、他方の差動対トランジスタに基準電圧が入力される差動増幅回路と、
   前記差動増幅回路の出力電圧を反転して出力する反転増幅回路と、
   前記反転増幅回路の出力電圧がベースに与えられ、コレクタから判定信号を出力する出力トランジスタと、
   前記ダイオードと熱的に結合し、前記出力トランジスタに対し、温度が上昇するに従って電流値が減少する負の温度係数を持つ定電流を出力する定電流出力回路とを備えていることを特徴とする温度検出装置。
2. 前記定電流出力回路は、
   定電流が流れる第１トランジスタと、
   前記第１トランジスタとベース同士が接続され、前記出力トランジスタに対し前記負の温度特性を持つ定電流を出力する第２トランジスタと、
   前記第１トランジスタと電源線との間に接続された第１抵抗と、
   前記第２トランジスタと前記電源線との間に接続された第２抵抗とを備え、
   前記第２抵抗の温度係数が前記第１抵抗の温度係数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
3. 前記定電流出力回路は、
   電源線の間に介在して定電流が流れる第３トランジスタと、
   前記第３トランジスタのベース・エミッタ間に接続された第３抵抗と、
   前記第３抵抗に流れる電流を前記出力トランジスタに対し出力する能動負荷とを備え、
   前記第３トランジスタのベース・エミッタ間電圧と前記第３抵抗の抵抗値とで定まる電流が負の温度係数を持つように構成されていることを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
4. 前記能動負荷は、
   前記第３トランジスタのコレクタ・ベース間にベース・エミッタ間が接続された第４トランジスタと、
   入力側トランジスタが前記電源線間において前記第４トランジスタおよび前記第３抵抗と直列に接続され、出力側トランジスタが前記出力トランジスタと直列に接続されたカレントミラー回路とから構成されていることを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。
5. 前記能動負荷は、
   前記電源線の間において前記第３抵抗と前記出力トランジスタとの間に直列に介在する第４トランジスタから構成されていることを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。

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