JP2014038053A - 温度変化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で、しかも温度変化した箇所を特定すること。
【解決手段】温度によって抵抗値が変化する直列接続された複数の抵抗素子（サーミスタ３１〜３３）と、直列接続された複数の抵抗素子の各節点に接続され、抵抗素子とともに所定の時定数を形成する少なくとも１の時定数素子（コンデンサ４１，４２）と、複数の抵抗素子に対して基準信号を印加する基準信号源（基準信号発生部１１）と、時定数の変化による基準信号の特性変化に基づいて温度変化した抵抗素子を特定する特定手段（制御部１３）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度変化検出装置に関するものである。

例えば、プリント基板や電池における複数箇所の温度を検出する方法としては、特許文献１，２に開示されている方法がある。

特許文献１には、正の温度係数を有する複数のサーミスタを直列接続して電池ケース内に分散配置し、抵抗値の変化から電池ケース内の温度を検出する技術が開示されている。

また、特許文献２には、複数のスイッチング用ＦＥＴに対して、温度センサをそれぞれ配置して温度を検出し、スイッチング用ＦＥＴの加熱による破損等を防止する技術が開示されている。

特開平０５−７４４８１号公報 特開２００４−８０８９０号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、複数のサーミスタのいずれが発熱しているかを検出することはできないため、発熱箇所の特定が困難であるという問題点がある。

また、特許文献２に開示された技術では、発熱箇所の特定は可能であるが、各温度センサにＡ／Ｄ変換部や判定部を設ける必要が生じるため、回路構成が複雑になるとともに、製造コストが高くつくという問題点がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成で、しかも温度変化した箇所を特定可能な温度変化検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、温度によって抵抗値が変化する直列接続された複数の抵抗素子と、前記直列接続された複数の抵抗素子の各節点に接続され、前記抵抗素子とともに所定の時定数を形成する少なくとも１の時定数素子と、前記複数の抵抗素子に対して基準信号を印加する基準信号源と、前記時定数の変化による前記基準信号の特性変化に基づいて温度変化した前記抵抗素子を特定する特定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な回路構成で、しかも温度変化した箇所を特定することが可能となる。

また、本発明の一側面は、前記時定数素子はコンデンサ素子であり、前記特定手段は、前記抵抗素子の温度変化によって前記コンデンサ素子と前記抵抗素子によって形成される前記時定数が変わることにより生じる前記基準信号の特性変化に基づいて温度変化した前記抵抗素子を特定することを特徴とする。
このような構成によれば、基準信号の変化をサイズの小さな時定数素子で確実に検出することが可能になる。

また、本発明の一側面は、前記コンデンサ素子は、プリント基板の２枚の導体パターンが対向配置されることによって形成されることを特徴とする。
このような構成によれば、プリント基板の一部を用いて時定数素子を簡易に構成することができる。

また、本発明の一側面は、前記基準信号源は、矩形波を基準信号として出力し、前記特定手段は、前記矩形波を印加した場合の過渡応答特性が前記時定数に応じて変化することを検出することで、温度変化した前記抵抗素子を特定することを特徴とする。
このような構成によれば、矩形波信号による過渡応答に基づいて、抵抗素子の抵抗値の変化を確実かつ簡易に検出することができる。

また、本発明の一側面は、前記基準信号源は、正弦波を基準信号として出力し、前記特定手段は、前記正弦波の振幅特性または位相特性が時定数に応じて変化することを検出することで、温度変化した前記抵抗素子を特定することを特徴とする。
このような構成によれば、正弦波信号による振幅特性または位相特性の変化に基づいて、抵抗値の変化から温度変化を確実に検出することができる。

また、本発明の一側面は、前記時定数素子は、前記抵抗素子の節点とグランドとの間に接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、同じ素子値の時定数素子を用いて、抵抗値の変化から温度変化を検出することができる。

また、本発明の一側面は、前記時定数素子は、前記抵抗素子と並列に接続されていることを特徴とする。
このような構成によれば、時定数素子をグランドに接続する必要がなくなることから、配線の引き回しを少なくし、回路のレイアウトを簡略化することができる。

また、本発明の一側面は、前記抵抗素子は、発熱体からの熱が伝導するように配置され、前記特定手段は、抵抗値が所定値以上変化した前記抵抗素子を特定することで、加熱している前記発熱体を特定することを特徴とする。
このような構成によれば、発熱体の加熱を簡易に検出することができる。

また、本発明の一側面は、前記特定手段によって加熱が特定された発熱体の動作を制限する制限手段を有することを特徴とする。
このような構成によれば、加熱している発熱体を特定して、その動作を制限することで、発熱体の寿命の短縮化や、破損を防ぐことができる。

また、本発明の一側面は、前記直列接続された複数の抵抗素子と時定数素子とによって構成される検出ユニットを複数有し、これら複数の検出ユニットのいずれかを択一的に選択する選択手段を有し、前記基準信号源は、前記選択手段によって選択された前記検出ユニットに前記基準信号を印加し、前記特定手段は、前記選択手段によって選択された前記検出ユニットを構成する抵抗素子の中から、温度変化した前記抵抗素子を特定する、ことを特徴とする
このような構成によれば、複数の検出ユニットにより、より多くの箇所の温度変化を検出することが可能になる。

本発明によれば、簡単な回路構成で、しかも温度変化した箇所を特定可能な温度変化検出装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る温度変化検出装置の構成例を示す図である。 図１に示すサーミスタの周囲温度と抵抗値との関係の一例を示す図である。 図１に示すコンデンサの構成例を示す図である。 図１に示す実施形態の電気的等価回路を示す図である。 図１に示す実施形態の動作を説明するための図である。 図１に示すマイクロコンピュータにおいて実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。 図４に示す回路において、コンデンサの容量を増加した場合の動作を説明するための図である。 図４に示す回路において、異なる容量のコンデンサを用いた場合の動作を説明するための図である。 コンデンサをラダー型に接続した場合の実施形態を示す図である。 図９に示す実施形態の動作を説明するための図である。 複数のサーミスタが加熱した場合における動作を説明するための図である。 直列接続したサーミスタを複数用いる実施形態を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る温度変化検出装置について説明する図である。この図１に示すように、本発明の実施形態に係る温度変化検出装置１は、マイクロコンピュータ１０、抵抗素子２０、サーミスタ３１〜３３、コンデンサ４１，４２を有し、例えば、プリント基板上に配置されて構成される。また、温度変化検出装置１は、半導体スイッチ５１〜５３の温度変化を検出し、半導体スイッチ５１〜５３が加熱した状態となった場合には、スイッチング制御を制限する。なお、本明細書中において「加熱」とは、想定された温度（例えば、設計値）を超えて熱を発生している状態をいうものとする。

マイクロコンピュータ１０は、基準信号発生部１１、電圧監視部１２、および、制御部１３を有しており、制御部１３によって半導体スイッチ５１〜５３をスイッチング制御するとともに、基準信号発生部１１から基準信号を発生し、電圧監視部１２によって基準信号の特性変化を監視することで、半導体スイッチ５１〜５３の加熱を検出し、加熱を検出した場合には、該当する半導体スイッチのスイッチングを制限する。

ここで、基準信号発生部１１は、例えば、矩形波を発生して出力する。電圧監視部１２は、抵抗素子２０とサーミスタ３１の間の電圧を監視する。制御部１３は、基準信号発生部１１および電圧監視部１２を制御するとともに、半導体スイッチ５１〜５３をスイッチング制御する。また、制御部１３は、電圧監視部１２による監視結果に基づいて、半導体スイッチ５１〜５３の加熱を検出し、加熱が検出された半導体スイッチについては、スイッチングの制限を実施する。

抵抗素子２０は、通常の抵抗素子（温度によらず抵抗値が一定の素子）であり、例えば、チップ抵抗素子等によって構成され、基準信号発生部１１から出力される基準信号を、抵抗素子２０とサーミスタ３１〜３３によって分圧する。

サーミスタ３１は、半導体スイッチ５１と熱結合するように配置されており、半導体スイッチ５１が発生する熱によって温度が上昇し、温度上昇に応じて抵抗値が変化する。図２はサーミスタ３１の周囲温度（℃）と、抵抗値（ｋΩ）との関係の一例を示す図である。この図２に示す例は、ハッチングが施されている領域は、素子のバラツキの範囲を示している。この図２に示す例では、例えば、１３０〜１４０℃では素子値は１０ｋΩ程度であり、１４７〜１５３℃では素子値は１００ｋΩ程度となる。

コンデンサ４１は、サーミスタ３１とサーミスタ３２の節点と、グランドとの間に接続され、サーミスタ３２とともに時定数を形成する。図３はコンデンサ４１の構成例を示す図である。この図３に示すように、コンデンサ４１は、誘電体材料によって構成されるプリント基板１００を挟んで対向配置された２枚の導体パターン４１１，４１２によって構成される。このコンデンサ４１の素子値は、導体パターン４１１，４１２の対向する面積と、これらの距離と、プリント基板１００の誘電率によって決まる。なお、図３の例では、プリント基板１００には、配線１０１〜１０３が形成されるとともに、サーミスタ３１が配置され、サーミスタ３１の接続端子が配置されて電気的に接続されるパッド３１１，３１２が形成されている。なお、図３の例では、導体パターンによってコンデンサを形成するようにしたが、例えば、チップコンデンサ等の素子を用いるようにしてもよい。

半導体スイッチ５１は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）素子等によって構成され、制御部１３によって制御され、電源から供給される電力をオン／オフし、図示しない負荷に対して電力を供給する。

サーミスタ３２は、サーミスタ３１と同様の温度特性を有し、半導体スイッチ５２と熱結合され、この半導体スイッチ５２が発生する熱に応じて素子値が変化する。コンデンサ４２は、例えば、図３と同様の構成とされ、サーミスタ３３とともに時定数を形成する。半導体スイッチ５２は、制御部１３によって制御され、電源から供給される電力をオン／オフし、図示しない負荷に対して電力を供給する。

サーミスタ３３は、サーミスタ３１と同様の温度特性を有し、半導体スイッチ５３と熱結合され、この半導体スイッチ５３が発生する熱に応じて素子値が変化する。半導体スイッチ５３は、制御部１３によって制御され、電源から供給される電力をオン／オフし、図示しない負荷に対して電力を供給する。

図４は図１に示す等価回路を示す図である。この図４に示すように図１に示す回路は、抵抗素子２０およびサーミスタ３１〜３３が直列接続され、抵抗素子２０の一端とグランドに基準信号発生部１１が接続され、また、サーミスタ３１，３２の節点とグランドの間にコンデンサ４１が接続され、サーミスタ３２，３３の節点とグランドの間にコンデンサ４２が接続されている。さらに、抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点は電圧監視部１２に接続される。なお、図４の例では、抵抗素子２０の抵抗値は３０ｋΩとされ、サーミスタ３１〜３３の通常動作時（半導体スイッチ５１〜５３が加熱していない場合）の抵抗値は１０ｋΩとされ、また、コンデンサ４１，４２の容量値は１０ｎＦとされている。もちん、以上に示した素子値は一例であり、これ以外の素子値でもよいことは言うまでもない。

（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。以下では、まず、実施形態の動作の概要について説明した後、図６に示すフローチャートを参照して詳細な動作について説明する。

半導体スイッチ５１〜５３が加熱していない場合には、サーミスタ３１〜３３は、図４の等価回路に示すように、１０ｋΩ程度の抵抗値を有する。抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点には、基準信号が約１／２に分圧された電圧が出力される。ここで、基準信号発生部１１からは、図５に波形Ｗ１で示す矩形波が基準信号として出力される。図５では、約５ｍＳｅｃで立ち上がり、波高値が約５Ｖで、約１０ｍＳｅｃで立ち下がる矩形波が示されている。

このような基準信号が印加されると、半導体スイッチ５１〜５３が加熱していない場合には、抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点には、約２．５Ｖの電圧が出力される。マイクロコンピュータ１０の制御部１３は、基準信号発生部１１から基準信号を出力した際に、電圧監視部１２によって検出される抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点に現れる電圧の波高値が、例えば、３Ｖ未満である場合には正常である（加熱はない）と判定する。また、半導体スイッチ５１〜５３のいずれかで加熱が発生している場合には、加熱が発生している半導体スイッチと熱結合されたサーミスタは抵抗値が１０ｋΩから１００ｋΩ程度に増加するため、抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点の電圧が増加する。このため、マイクロコンピュータ１０の制御部１３は、電圧監視部１２によって検出される電圧の波高値が、例えば、３Ｖ以上の場合には半導体スイッチ５１〜５３のいずれかが加熱していると判定する。

図５に示す例では、波形Ｗ５は発熱していない場合に検出される波形であり、この場合には波高値は３Ｖ未満であるので加熱していないと判定することができる。また、波形Ｗ２〜Ｗ４は半導体スイッチ５１〜５３のいずれかが加熱している場合であり、この場合には波高値は３Ｖ以上になるので、加熱していると判定することができる。

半導体スイッチ５１〜５３のいずれかが加熱していると判定した場合、マイクロコンピュータ１０は、基準信号発生部１１に基準信号を再度発生させる。電圧監視部１２は基準信号を印加した場合における信号の遅延時間を検出する。

ここで、遅延時間について説明する。図４の等価回路において、半導体スイッチ５１が加熱した場合、この半導体スイッチ５１に熱結合されているサーミスタ３１の温度が上昇するので、サーミスタ３１の抵抗値が通常の１０ｋΩから１００ｋΩ程度に増加する。この結果、基準信号の電圧の大半は、サーミスタ３１に分圧され、サーミスタ３２，３３に印加される電圧は僅少となる。サーミスタ３２，３３にはコンデンサ４１，４２がそれぞれ並列接続されているので、コンデンサ４１，４２に電荷がチャージされるまでの間、電圧の立ち上がりに遅延時間が生じる。しかし、サーミスタ３２，３３に印加される電圧は、前述したように僅少であることから、この遅延時間は非常に短いものとなる。すなわち、半導体スイッチ５１が加熱した場合の応答波形は、図５に示す波形Ｗ２のような立ち上がりとなる。そこで、図５の下段に拡大して示すように、電圧監視部１２によって検出される電圧が３．５Ｖになる時点における遅延時間τが、時間ｔ１未満である場合にはサーミスタ３１の抵抗が増加したと判定できるので、その場合には、半導体スイッチ５１の加熱であると判定することができる。

一方、半導体スイッチ５２が加熱した場合にはサーミスタ３２に基準信号の大半の電圧が分圧される。サーミスタ３２にはコンデンサ４１が並列接続されているので、このコンデンサ４１がチャージされるまでの間、電圧の立ち上がりに遅延時間が生じる。すなわち、半導体スイッチ５２が加熱した場合の応答波形は、図５に示す波形Ｗ３のような立ち上がりとなる。そこで、図５の下段に拡大して示すように、電圧監視部１２によって検出される電圧が３．５Ｖになる時点における遅延時間τが、時間ｔ１以上かつｔ２未満である場合にはサーミスタ３２の抵抗が増加したと判定できるので、その場合には、半導体スイッチ５２の加熱であると判定することができる。

半導体スイッチ５３が加熱した場合にはサーミスタ３３に基準信号の大半の電圧が分圧される。サーミスタ３３にはコンデンサ４２が並列接続されており、また、サーミスタ３３にはサーミスタ３２が直列接続され、このサーミスタ３２にはコンデンサ４１が並列接続されている。このため、これらのコンデンサ４１，４２がチャージされるまでの間、電圧の立ち上がりに遅延時間が生じる。すなわち、半導体スイッチ５３が加熱した場合の応答波形は、図５に示す波形Ｗ４のような立ち上がりとなる。そこで、図５の下段に拡大して示すように、電圧監視部１２によって検出される電圧が３．５Ｖになる時点における遅延時間τが、時間ｔ２以上である場合にはサーミスタ３３の抵抗が増加したと判定できるので、その場合には、半導体スイッチ５３の加熱であると判定することができる。

以上の処理によって、半導体スイッチ５１〜５３の加熱の有無を検出するとともに、加熱している半導体スイッチを特定した場合には、マイクロコンピュータ１０の制御部１３は、加熱している半導体スイッチに対する制限を実施する。例えば、加熱している半導体スイッチの動作を一定期間停止したり、スイッチング周波数を低く設定したり、あるいは、スイッチングのデューティを低く設定することで発熱を抑えることができる。このようにして、制限を実行した場合に、加熱が収まったときには、半導体スイッチの動作を制限前と同様に再開させるか、あるいは、負荷を減らした状態で動作を再開させる。

つぎに、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。図６は図１に示すマイクロコンピュータ１０において実行される処理の流れを説明するための図である。図６に示す処理は、半導体スイッチ５１〜５３がスイッチング動作を実行している際に、例えば、定期的に実行される。この図６に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１３は、基準信号発生部１１を制御し、基準信号を出力させる。具体的には、基準信号発生部１１は、図５に波形Ｗ１で示す矩形波を基準信号として出力する。図５では、約５ｍＳｅｃで立ち上がり、約１０ｍＳｅｃで立ち下がる矩形波が示されている。

ステップＳ１１では、制御部１３は、電圧監視部１２によって、ステップＳ１０において基準信号を印加した場合において、抵抗素子２０とサーミスタ３１の節点に現れる波高値Ｖを検出する。例えば、基準信号の立ち上がりから４ｍＳｅｃが経過した際の波高値Ｖが検出される。図５では、５ｍＳｅｃにおいて基準信号が立ち上がってから４ｍＳｅｃが経過した９ｍＳｅｃにおける波高値Ｖが検出される。

ステップＳ１２では、制御部１３は、ステップＳ１１で検出した波高値Ｖが閾値Ｔｈ（例えば、３Ｖ）以上か否かを判定し、波高値Ｖが閾値Ｔｈ以上と判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１３に進み、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）には処理を終了する。例えば、半導体スイッチ５１〜５３のいずれかが加熱している場合には、波高値Ｖが閾値Ｔｈ（例えば、３Ｖ）を超えるので、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、制御部１３は、基準信号発生部１１を制御し、基準信号を再度出力させる。具体的には、ステップＳ１０と同様に、約１５ｍＳｅｃで立ち上がる波形Ｗ１（図５参照）で示す矩形波を基準信号として出力する。

ステップＳ１４では、制御部１３は、電圧監視部１２によって遅延時間τを検出する。具体的には、電圧監視部１２は、例えば、基準信号が立ち上がってから３．５Ｖ以上になるまでの時間を計測し、計測した時間を遅延時間τとする。

ステップＳ１５では、制御部１３は、ステップＳ１４で検出した遅延時間τが時間ｔ１未満であるか否かを検出し、時間ｔ１未満である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）にはステップＳ１７に進む。例えば、半導体スイッチ５１が加熱している場合には、波形Ｗ２が観測されるので、その場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、制御部１３は、半導体スイッチ５１が加熱していると判定し、半導体スイッチ５１のスイッチング動作を制限する。具体的には、半導体スイッチ５１の動作を一定期間停止したり、スイッチング周波数を低く設定したり、あるいは、スイッチングのデューティを低く設定する。

ステップＳ１７では、制御部１３は、ステップＳ１４で検出した遅延時間τが時間ｔ１以上かつｔ２未満であるか否かを検出し、時間ｔ１以上かつ時間ｔ２未満である場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）にはステップＳ１８に進み、それ以外の場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）にはステップＳ１９に進む。例えば、半導体スイッチ５２が加熱している場合には、波形Ｗ３が観測されるので、その場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、制御部１３は、半導体スイッチ５２が加熱していると判定し、半導体スイッチ５２のスイッチング動作を制限する。具体的には、ステップＳ１６と同様の制御を半導体スイッチ５２に対して実行する。

ステップＳ１９では、制御部１３は、ステップＳ１４で検出した遅延時間τが時間ｔ２以上であるか否かを検出し、時間ｔ２以上である場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）には処理を終了する。例えば、半導体スイッチ５３が加熱している場合には、波形Ｗ４が観測されるので、その場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、制御部１３は、半導体スイッチ５３が加熱していると判定し、半導体スイッチ５３のスイッチング動作を制限する。具体的には、ステップＳ１６と同様の制御を半導体スイッチ５３に対して実行する。

以上の処理によれば、半導体スイッチ５１〜５３の加熱を検出し、加熱している半導体スイッチのスイッチング動作を制限することで、半導体スイッチの寿命が短縮したり、加熱による破損を防いだりすることができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、簡単な回路構成で加熱した半導体スイッチを特定することが可能になる。

また、本実施形態によれば、コンデンサ４１，４２によって時定数を形成するようにしたので、小さなサイズの素子でも、発熱による時定数の変化を確実に検出することが可能になる。また、例えば、図３に示すように、プリント基板を挟んで対向配置された２枚の導体パターンによって、コンデンサを簡単に構成することができる。また、サーミスタに近接してコンデンサの配置位置を設定することにより、素子のサイズを小型化することができる。さらに、コンデンサ４１，４２を用いることで、回路の高域におけるインピーダンスを低くすることができるため、回路のノイズ特性を改善することができる。

また、本実施形態では、電圧によって異常の発生を検出した後に、遅延時間によって発熱している半導体スイッチを特定するようにしたので、発熱していない場合には電圧の検出だけを行えばよいことから、マイクロコンピュータ１０の負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、サーミスタ３１〜３３のそれぞれの抵抗値の変化を検出する配線が不要となることから、配線パターンを簡略化することができるため、製造コストを低減するとともに、設計を容易にすることができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、基準信号の立ち上がりからの遅延時間によって加熱している半導体スイッチを特定するようにしたが、例えば、ピーク電圧によって加熱している半導体スイッチを特定するようにすることもできる。具体的には、図４に示す回路において、コンデンサ４１，４２をより容量の大きいもの（例えば、５０ｎＦ）に置換することで、図７に示すように、基準電圧の立ち下がりのタイミングにおいて電圧のピーク（到達電圧）が異なるように設定することができる。そして、このピーク電圧を検出することで、加熱している半導体スイッチを特定することができる。図７の例では、波形Ｗ１は基準信号を示し、波形Ｗ２は半導体スイッチ５１が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ３は半導体スイッチ５２が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ４は半導体スイッチ５３が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ５は半導体スイッチ５１〜５３が加熱していない場合の波形を示している。この図７に示すように、加熱していない場合には波形Ｗ５に示すようにピーク電圧が３Ｖ未満であるので、ピーク電圧が３Ｖ未満であることを検出することで加熱の有無を判定することができる。また、波形Ｗ２〜Ｗ４に示すように、半導体スイッチ５１〜５３の加熱に応じて基準信号の立ち下がり時のピーク電圧が異なるので、このピーク電圧を検出することで、半導体スイッチ５１〜５３のいずれが加熱しているかを特定することができる。

また、以上の実施形態では、コンデンサ４１，４２として同じ容量のコンデンサを用いるようにしたが、異なる容量のコンデンサを用いるようにしてもよい。例えば、コンデンサ４１として１０ｎＦの容量のものを使用し、コンデンサ４２として５０ｎＦの容量のものを使用するようにしてもよい。このように、異なる容量のコンデンサを用いた場合、図８に示すような波形となる。この図８を同じ容量のコンデンサを用いた場合の図５と比較すると、半導体スイッチ５３が加熱した場合の波形Ｗ４の立ち上がりが緩やかになっている。この結果、波形Ｗ３と波形Ｗ４の遅延時間の差が大きくなるので、これらの判別をより容易に行うことが可能になる。なお、前述したコンデンサの容量１０ｎＦと５０ｎＦは一例であって、これ以外の値でもよいことはいうまでもない。

また、以上の実施形態では、コンデンサ４１，４２はそれぞれ接地するようにしたが、例えば、図９に示すように、コンデンサ４１を接地するのではなく、サーミスタ３２と並列接続してはしご形の回路構成としてもよい。なお、図９の例では、コンデンサ４１の容量は１０ｎＦとされ、コンデンサ４２の容量は５０ｎＦとされている。図１０は、図９に示す回路構成において、基準信号を印加した場合の応答波形を示している。この図１０の例では、図８の場合と略同じ波形となっており、図９に示す構成によっても、加熱の有無を判定するとともに、加熱している半導体スイッチを特定することができる。なお、図９に示す構成の場合には、コンデンサ４１を接地する必要がないので、配線の引き回しを単純化することができる。

また、以上の実施形態では、半導体スイッチ５１〜５３のいずれか１つが加熱する場合について説明したが、２つ以上が同時に加熱する場合も検出することが可能である。図１１は、コンデンサ４１の容量を１０ｎＦとし、コンデンサ４２の容量を５０ｎＦとした場合に、２つ以上の半導体スイッチが加熱した場合の応答波形を示す図である。図１１の下段の拡大図において、波形Ｗ１は基準信号を示している。また、波形Ｗ２は半導体スイッチ５１〜５３の全てが加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ３は半導体スイッチ５１，５３が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ４は半導体スイッチ５１，５２が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ５は半導体スイッチ５２，５３が加熱した場合の波形を示し、波形Ｗ６は加熱がない場合の波形を示している。この図１１に示すように、全ての半導体スイッチ５１〜５３が加熱した波形Ｗ２において電圧が最も高くなる。また、波形Ｗ２〜Ｗ４のように、波形の立ち上がりが速い場合は、半導体スイッチ５１の加熱が含まれている。また、波形Ｗ３，Ｗ４において、立ち上がりが速い波形Ｗ３では半導体スイッチ５２の加熱が含まれておらず、半導体スイッチ５１，５３で加熱が発生しており、立ち上がりが遅い波形Ｗ４では、半導体スイッチ５３の加熱が含まれておらず、半導体スイッチ５１，５２で加熱が発生している。そこで、電圧が所定の閾値（最大値を判定する閾値）を超えている場合には半導体スイッチ５１〜５３の全てが加熱している（波形Ｗ２）と判定することができる。つぎに、立ち上がりが速いか遅いかを判定することで、半導体スイッチ５１の加熱が含まれていない波形Ｗ５である判定することができる。また、波形Ｗ３，Ｗ４については、立ち上がり時間が異なるので、立ち上がり時間が短い場合には波形Ｗ３と判定し、立ち上がり時間が長い場合には波形Ｗ４と判定することができる。

また、以上の実施形態では、３つのサーミスタ３１〜３３を直列接続して、３つの半導体スイッチ５１〜５３の加熱を検出するようにしたが、図１２に示すように、３つのサーミスタが直列接続された検出ユニット３０ａ〜３０ｃを、半導体スイッチ６１ａ〜６１ｃによって選択的にオンすることで任意の１つの検出ユニットを選び、図１の場合と同様の動作によって、それぞれのサーミスタ３１ａ〜３３ａ，３１ｂ〜３３ｂ，３１ｃ〜３３ｃに熱結合されている対象物（例えば、図示しない半導体スイッチ）の加熱を検出することができる。具体的には、図１２に示す温度変化検出装置１Ａでは、半導体スイッチ６１ａのみをオンにして図６に示す処理を実行することで、検出ユニット３０ａを構成するサーミスタ３１ａ〜３３ａに熱結合された対象物の加熱を検出し、半導体スイッチ６１ｂのみをオンにして図６に示す処理を実行することで、検出ユニット３０ｂを構成するサーミスタ３１ｂ〜３３ｂに熱結合された対象物の加熱を検出し、半導体スイッチ６１ｃのみをオンにして図６に示す処理を実行することで、検出ユニット３０ｃを構成するサーミスタ３１ｃ〜３３ｃに熱結合された対象物の加熱を検出することができる。なお、図１２の例では、直列接続した３つのサーミスタを、３組用いるようにしたが、直列接続した２つまたは４以上のサーミスタを、２組または４組用いるようにしてもよい。

また、図１および図１２に示す各実施形態では、３つのサーミスタを直列接続するようにしたが、例えば、２つのサーミスタまたは４つ以上のサーミスタを直列接続するようにしてもよい。２つのサーミスタを直列接続する場合には、少なくとも一方のサーミスタにコンデンサを並列接続し、遅延時間もしくはピーク電圧によって加熱を検出するようにできる。また、４つ以上のサーミスタを直列接続する場合には、３つ以上のコンデンサを並列接続し、３つ以上の閾値との比較で判断するようにすることができる。

また、以上の実施形態では、時定数素子としては、コンデンサを用いるようにしたが、例えば、コイルを用いるようにしてもよい。その場合、例えば、図１に示すコンデンサ４１，４２をコイルに置換するとともに、基準信号発生部１１によって発生された基準信号を印加した際に、回路に流れる電流の変化を検出することで、サーミスタ３１〜３３の加熱を検出することができる。

また、以上の実施形態では、温度を検出する対象物としては、半導体スイッチ５１〜５３を例に挙げて説明したが、これ以外の対象物の温度を検出するようにしてもよい。例えば、発熱するデバイスとして、トランジスタ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子（能動素子）のみならず、例えば、抵抗素子等の受動素子の温度を検出するようにしてもよい。また、アナログ回路のみならず、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）等のデジタル回路の温度を検出することも可能である。また、一次電池または二次電池の各セルに対してサーミスタを配置し、このサーミスタの抵抗値の変化から、温度変化が生じたセルを特定するようにしてもよい。すなわち、温度変化を生じる対象であれば、どのような対象に対しても本発明を適用可能である。なお、温度変化としては、温度が上昇する場合のみならず、温度が下降する場合を検出することも可能である。

また、以上の実施形態では、基準信号として矩形波を印加して回路の過渡特性を監視することで、サーミスタの温度を検出するようにしたが、矩形波以外の信号（例えば、正弦波）を印加して、振幅特性または位相特性の変化に基づいて時定数の変化を検出し、サーミスタの温度を検出するようにしてもよい。具体的には、所定の周波数の正弦波を基準信号として印加して、この電圧監視部１２によって応答波形の振幅特性または位相特性を監視することで、時定数の変化を検出するようにすることができる。あるいは、周波数をスイープ（掃引）し、各周波数における振幅特性または位相特性を監視することで、時定数の変化を検出することも可能である。また、矩形波以外の波形として、例えば、ランプ波、三角波、インパルス波等を基準信号として用いることも可能である。

また、以上の実施形態では、図６に示すように、電圧が所定の閾値Ｔｈ以上になった場合に、遅延時間（または、ピーク電圧）を検出するようにしたが、例えば、これらの判定を１回の処理で実行するようにしてもよい。また、図６の処理では、一定の時間毎に処理を実行するようにしたが、これ以外にも、例えば、電圧監視部１２によって検出される電圧が所定の閾値Ｔｈ以上になった場合に割り込みを発生するようにし、割り込みが発生した場合に、遅延時間（または、ピーク電圧）を検出するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、サーミスタ３１〜３３を直列接続し、サーミスタ３１〜３３の接点に時定数素子であるコンデンサ４１，４２を接続するようにしたが、例えば、直列接続したサーミスタと時定数素子（コンデンサまたはコイル）を複数並列接続し、これら並列接続した回路に入力抵抗を付加し、温度による時定数の変化を、例えば、正弦波信号を基準信号として印加した場合の振幅特性または位相特性の変化として検出するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、サーミスタ３１〜３３として、図２に示すＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性を有するサーミスタを用いたが、これ以外にも、例えば、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）特性を有するサーミスタや、あるいは、ＣＴＲ（Critical Temperature Resistor）を用いることも可能である。もちろん、温度によって抵抗値が変化すれものであれば、前述した以外の抵抗素子を用いることも可能である。

また、以上の実施形態では、サーミスタ３１〜３３を図３に示すように、プリント基板１００上に配置するようにしたが、プリント基板１００に内蔵するようにしてもよい。そのような構成によれば、サイズを小型化することが可能になる。

１ 温度変化検出装置
１０ マイクロコンピュータ
１１ 基準信号発生部（基準信号源）
１２ 電圧監視部
１３ 制御部（特定手段、制限手段）
２０ 抵抗素子
３０ａ〜３０ｃ 検出ユニット
３１〜３３ サーミスタ（抵抗素子）
４１，４２ コンデンサ（時定数素子）
５１〜５３ 半導体スイッチ（発熱体）
６１ａ〜６１ｃ 選択手段
１００ プリント基板
４１１，４１２ 導体パターン

Claims (10)

1. 温度によって抵抗値が変化する直列接続された複数の抵抗素子と、
   前記直列接続された複数の抵抗素子の各節点に接続され、前記抵抗素子とともに所定の時定数を形成する少なくとも１の時定数素子と、
   前記複数の抵抗素子に対して基準信号を印加する基準信号源と、
   前記時定数の変化による前記基準信号の特性変化に基づいて温度変化した前記抵抗素子を特定する特定手段と、
   を有することを特徴とする温度変化検出装置。
2. 前記時定数素子はコンデンサ素子であり、
   前記特定手段は、前記抵抗素子の温度変化によって前記コンデンサ素子と前記抵抗素子によって形成される前記時定数が変わることにより生じる前記基準信号の特性変化に基づいて温度変化した前記抵抗素子を特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の温度変化検出装置。
3. 前記コンデンサ素子は、プリント基板の２枚の導体パターンが対向配置されることによって形成される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の温度変化検出装置。
4. 前記基準信号源は、矩形波を基準信号として出力し、
   前記特定手段は、前記矩形波を印加した場合の過渡応答特性が前記時定数に応じて変化することを検出することで、温度変化した前記抵抗素子を特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。
5. 前記基準信号源は、正弦波を基準信号として出力し、
   前記特定手段は、前記正弦波の振幅特性または位相特性が時定数に応じて変化することを検出することで、温度変化した前記抵抗素子を特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。
6. 前記時定数素子は、前記抵抗素子の節点とグランドとの間に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。
7. 前記時定数素子は、前記抵抗素子と並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。
8. 前記抵抗素子は、発熱体からの熱が伝導するように配置され、
   前記特定手段は、抵抗値が所定値以上変化した前記抵抗素子を特定することで、加熱している前記発熱体を特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。
9. 前記特定手段によって加熱が特定された発熱体の動作を制限する制限手段を有することを特徴とする請求項８に記載の温度変化検出装置。
10. 前記直列接続された複数の抵抗素子と時定数素子とによって構成される検出ユニットを複数有し、
    これら複数の検出ユニットのいずれかを択一的に選択する選択手段を有し、
    前記基準信号源は、前記選択手段によって選択された前記検出ユニットに前記基準信号を印加し、
    前記特定手段は、前記選択手段によって選択された前記検出ユニットを構成する抵抗素子の中から、温度変化した前記抵抗素子を特定する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度変化検出装置。

Images