JP5856259B2 - 負温度係数サーミスタを利用した温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、負温度係数サーミスタを利用した温度測定装置に関するものである。

負温度係数サーミスタ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ＮＴＣ）とは負の温度係数を有して連続的に電気抵抗が変化するサーミスタであって、そのような特徴を利用して温度センサとして使用されている。特に−４５℃から１２０℃に至る範囲で安定的に動作すべきである自動車、電気自動車の場合、ＮＴＣサーミスタを利用した温度センサを使用して温度を測定する。そして、測定された温度に応じてバッテリ充電などを制御して自動車、電気自動車の付属品などを保護する。

但し、負温度係数を利用した温度センサの特性によって温度センサの測定範囲の下限値付近又は上限値付近では温度による電圧の変動幅が大きくない。よって、ＮＴＣ温度センサの測定範囲の最低値付近又は最高値付近で測定された温度は不正確に測定される可能性が高い。よって、ＮＴＣ温度センサの測定範囲の下限値付近又は上限値付近で温度を精密に測定する方法が要求される。

本発明が解決しようとする技術的課題は、負温度係数サーミスタを利用した温度センサの測定可能範囲の下限値と上限値付近で温度を精密に測定する装置を提供することである。

本発明の一実施例による負温度係数サーミスタを利用した温度測定装置は、前記負温度係数サーミスタと可変抵抗部を含み、前記可変抵抗部の抵抗値は第１出力電圧値のための第１抵抗値と第２出力電圧値のための第２抵抗値との間で変化して現在温度に当たる電圧値を出力する温度センサと、前記第１出力電圧値と前記第２出力電圧値に基づいて現在温度を出力する電圧温度マッチング部と、を含む。

本発明の一実施例による負温度係数サーミスタを利用した温度測定装置は、直流電圧が印加される一端を有する負温度係数サーミスタと、前記負温度係数サーミスタの他端に連結される一端と接地される他端を有し、第１出力電圧値のための第１抵抗値と第２出力電圧値のための第２抵抗値を有する可変抵抗部と、前記第１出力電圧値と前記第２出力電圧値に基づいて現在温度を出力する電圧温度マッチング部と、を含む。

負温度係数サーミスタを利用した温度センサの測定可能範囲の下限値と上限値付近で温度を精密に測定することができる。よって、負温度係数サーミスタを利用した温度センサが使用される自動車、電気自動車などで温度による充電などの動作制御をすることに当たって、制御動作の信頼度を上げることができる。

本発明の一実施例による温度測定装置のブロック図である。 本発明の一実施例による温度測定装置の回路図である。 本発明の一実施例による温度測定装置の動作を示すフローチャートである。 負温度係数を利用した温度センサに含まれた固定抵抗値による温度センサの温度−電圧曲線の変化を示す図である。 本発明の他の実施例による負温度係数を利用した温度センサに含まれた可変抵抗値による温度センサの温度−電圧曲線の変化を示す図である。 本発明の他の実施例による温度測定装置のブロック図である。 本発明の他の実施例による温度測定装置の回路図である。 本発明の他の実施例による温度測定装置の動作を示すフローチャートである。

以下、添付した図面を参照し、本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施し得るように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な相異なる形態に具現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されることはない。そして、本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は図面から省略しており、明細書全体に渡って類似した部分に対しては類似した部面符号を付けている。

また、ある部分がある構成要素を「含む」という際、これは特に反対する記載がない限りある構成要素を除くということではなく、他の構成要素を更に含むということを意味する。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の一実施例による温度センサを利用した温度測定装置を説明する。

図１は、本発明の一実施例による温度測定装置のブロック図である。
図１を参照すると、温度測定装置１００は直流電圧生成部１１０、温度センサ１２０、バッファ１３０、電圧温度マッチング部１４０、電圧温度テーブル記憶部１５０、充電制御部１６０、バッテリ１７０を含む。

直流電圧生成部１１０は直流電圧を生成する。
電圧温度テーブル記憶部１５０は電圧温度テーブルを記憶する。電圧温度テーブルは、温度センサ１２０の複数の出力電圧にそれぞれ対応する複数の温度値を含む。
充電制御部１６０は、現在温度に応じて電気自動車のバッテリ１７０に関する充電動作などを制御する。

温度測定装置１００の他の構成要素に対しては、図２を参照して詳しく説明する。
図２は、本発明の一実施例による温度測定装置の回路図である。

温度センサ１２０はＮＴＣサーミスタＲｎ１と固定抵抗Ｒ１を含む。ＮＴＣサーミスタＲｎ１は直流電圧生成部１１０が生成する直流電圧が印加される一端を有する。固定抵抗Ｒ１の一端はＮＴＣサーミスタＲｎ１の他端に連結され、他端は接地される。

固定抵抗Ｒ１に印加される電圧を温度センサ１２０の出力電圧とする。温度センサ１２０の出力電圧は固定抵抗Ｒ１の大きさ／（ＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値＋固定抵抗Ｒ１の大きさ）である。ＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値は温度が上昇するにつれ小さくなる。よって、温度が上昇することによって出力電圧が大きくなる。逆に、ＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値は温度が下降するにつれ大きくなる。よって、温度が下降することによって出力電圧が小さくなる。

バッファ１３０はＯＰ Ａｍｐ（Ｏｐ）と固定抵抗Ｒ２で構成される。Ｏｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）の入力端は温度センサ１２０の出力が印加される固定抵抗Ｒ１の一端とＮＴＣサーミスタＲｎ１の他端に連結される。固定抵抗Ｒ２の一端はＯｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）の出力端に連結され、他端は接地される。バッファ１３０は能動素子であるＯｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）をその構成として有するため、負荷効果なしに温度センサ１２０の出力電圧をバッファリングしてバッファリングされた電圧を出力する。

電圧温度マッチング部１４０の入力端はＯＰ Ａｍｐ（Ｏｐ）の出力端と固定抵抗Ｒ２の一端に連結される。

図３は、本発明の一実施例による温度測定装置の動作を示すフローチャートである。

温度センサ１２０は温度に応じて変化するＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値を利用し、現在温度に当たる電圧値を出力する（Ｓ１０１）。

バッファ１３０は温度センサ１２０の出力電圧をバッファリングし、バッファリングされた電圧を出力する（Ｓ１０３）。温度センサ１２０と電圧温度マッチング部１４０がバッファ１３０なしに直接連結されると負荷効果が発生して電圧降下が発生し、それによって正確な電圧値が伝達されなくなる。よって、温度センサ１２０の出力電圧はバッファ１３０を介して電圧温度マッチング部１４０に正確に伝達される。

電圧温度マッチング部１４０はバッファリングされた電圧を電圧温度テーブル記憶部１５０に記憶された温度テーブル上の電圧とマッチングし、バッファリングされた電圧値に当たる現在温度を出力する（Ｓ１０５）。電圧温度テーブルは温度センサ１２０の特性によって異なる。一方、バッファ１３０は省略されてもよく、この場合、電圧温度マッチング部１４０は温度センサ１２０の出力電圧に当たる現在温度を出力する。

以下、図４乃至図８を参照して本発明の他の実施例によるＮＴＣ温度センサを利用した温度測定装置を説明する。

図４は、負温度係数を利用した温度センサに含まれた固定抵抗値による温度センサの温度−電圧曲線の変化を示す図である。

温度センサ１２０の出力電圧は固定抵抗Ｒ１の大きさ／（ＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値＋固定抵抗Ｒ１の大きさ）である。よって、固定抵抗Ｒ１の大きさが大きくなるほどＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値が相対的に小さい高温ではＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値変化の影響が小さくなり、図４の曲線はＡ曲線方向に移動する。逆に、固定抵抗Ｒ１の大きさが小さくなるほどＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値が相対的に大きい低温ではＮＴＣサーミスタＲｎ１の抵抗値変化の影響が薄くなり、図４の曲線はＢ曲線方向に移動する。このような温度センサの特性によって、温度センサに含まれている固定抵抗Ｒ１の大きさに応じて低温又は高温での温度測定が不正確になる。

図５は、本発明の他の実施例による負温度係数を利用した温度センサに含まれた可変抵抗値による温度センサの温度−電圧曲線の変化を示す図である。

前記図４の実施例の場合、上述したように温度センサに含まれている固定抵抗Ｒ１の大きさに応じて低温又は高温での温度測定が不正確になる問題点がある。よって、本発明のまた他の実施例ではそれを解決するために温度センサ内に固定抵抗Ｒ１の代わりに可変抵抗を含ませる。可変抵抗が複数の値を有するようにした後、それぞれの可変抵抗値に対して温度センサ１２０が電圧値を出力し、出力された電圧値の平均値に対して温度をマッチングする。

温度測定範囲の中間温度以上での温度−電圧特性の線形性を向上させる。即ち、温度測定範囲の中間温度以上での勾配が温度測定範囲の中間温度以下での温度−抵抗曲線の勾配より大きくなるほど、温度センサ１２０に記憶されている可変抵抗値を調整して第１出力電圧値を出力する。この際、図５の曲線はＢ曲線のような形態を示す。それによって、温度測定範囲の中間温度以上での温度は精密に測定できる。

また、温度測定範囲の中間温度以下での温度−電圧特性の線形性を向上させる。即ち、温度測定範囲の中間温度以上での勾配が温度測定範囲の中間温度以下での温度−抵抗曲線の勾配より小さくなるように可変抵抗を調整して第２出力電圧値を出力する。この際、図５の曲線はＡ曲線のような形態を示す。それによって、温度測定範囲の中間温度以下での温度は精密に測定できる。

このように可変抵抗値を異なるようにして複数の電圧値を出力した後、それらの電圧値の平均電圧値に対して温度をマッチングすると図５のＡＶＲ曲線のような温度−電圧特性を示す。よって、温度測定範囲の全区間に対して線形性を示し、温度測定範囲の全区間で精密な測定が可能となる。それを利用し、本発明の他の実施例では精密な温度測定をする。

図６は、本発明の他の実施例による温度測定装置のブロック図である。
図６を参照すると、温度測定装置２００は直流電圧生成部２１０、温度センサ２２０、バッファ２３０、電圧値記憶部２４０、温度センサ制御信号生成部２５０、電圧値演算部２６０、電圧温度マッチング部２７０、電圧温度テーブル記憶部２８０、充電制御部２９０、バッテリ２９５を含む。
直流電圧生成部２１０は直流電圧を生成する。

温度センサ２２０はＮＴＣサーミスタ２２３と可変抵抗部２２１を含む。可変抵抗部２２１は電圧値演算部２６０の制御によって複数の抵抗値のうち一つを有する。ここで、複数の抵抗値は第１出力電圧値のための第１抵抗値と第２出力電圧値のための第２抵抗値である。

電圧温度テーブル記憶部２８０は電圧温度テーブルを記憶する。電圧温度テーブルは、第１出力電圧値と第２出力電圧値の平均である複数の値にそれぞれ対応する複数の温度値を含む。

充電制御部２９０は、現在温度に応じて電気自動車のバッテリ２９５に関する充電動作などを制御する。

温度測定装置２００の構成要素に対しては、図７を参照して詳しく説明する。
図７は、本発明の他の実施例による温度測定装置の回路図である。

温度センサ２２０はＮＴＣサーミスタＲｎ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４、スイッチＳＷを含む。ＮＴＣサーミスタＲｎ２は直流電圧生成部２１０が生成する直流電圧が印加される一端を有する。抵抗Ｒ３の一端はＮＴＣサーミスタＲｎ２の他端に連結され、他端は接地される。

固定抵抗Ｒ４とスイッチＳＷはＮＴＣサーミスタＲｎ２と接地との間で直列連結される。一実施例において、固定抵抗Ｒ４の一端はＮＴＣサーミスタＲｎ２に連結され、スイッチＳＷの一端は抵抗Ｒ４の他端に連結され、他端は接地される。他の実施例において、スイッチＳＷの一端はＮＴＣサーミスタＲｎ２に連結され、抵抗Ｒ４の一端はスイッチＳＷの他端に連結され、他端は接地される。

図７の実施例において、スイッチＳＷがターンオンされる場合、固定抵抗Ｒ３と固定抵抗Ｒ４の合成抵抗値が第１出力電圧値のための第１抵抗値になり得る。スイッチＳＷがターンオフされる場合、固定抵抗Ｒ３と固定抵抗Ｒ４の合成抵抗値が第２出力電圧値のための第２抵抗値になり得る。

図５のグラフにおいて、温度センサの温度−電圧特性がＡ曲線よりはＢ曲線に当たるために、可変抵抗部２２１の第１抵抗値は温度測定範囲の中間温度でのＮＴＣサーミスタＲｎ２の抵抗値より小さくてもよい。可変抵抗部２２１の第１抵抗値は、温度測定範囲の中間温度でのＮＴＣサーミスタＲｎ２の抵抗値の１／５より小さくてもよい。

図５のグラフにおいて、温度センサの温度−電圧特性がＢ曲線よりはＡ曲線に当たるために、可変抵抗部２２１の第２抵抗値は温度測定範囲の中間温度でのＮＴＣサーミスタＲｎ２の抵抗値より大きくてもよい。温度測定範囲の下限温度と中間温度との間で温度センサの温度−電圧特性の線形性を向上させるために、可変抵抗部２２１の第２抵抗値は温度測定範囲の中間温度でのＮＴＣサーミスタＲｎ２の抵抗値の５倍大きくてもよい。

スイッチＳＷは温度センサ制御信号によってターンオン、ターンオフされる。特に、スイッチＳＷはＭＯＳＦＥＴのようなトランジスタであってもよい。

バッファ２３０はＯＰ Ａｍｐ（Ｏｐ）と固定抵抗Ｒ５で構成される。Ｏｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）の入力端は温度センサ２２０の出力が印加される固定抵抗Ｒ３の一端とＮＴＣサーミスタＲｎ２の他端に連結される。固定抵抗Ｒ５の一端はＯｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）の出力端に連結され、他端は接地される。バッファ２３０は能動素子であるＯｐ Ａｍｐ（Ｏｐ）をその構成として有するため、負荷効果なしに温度センサ２２０の出力電圧をバッファリングしてバッファリングされた電圧を出力する。

図８は、本発明の他の実施例による温度測定装置の動作を示すフローチャートである。
温度センサ１２０は温度に応じて変化するＮＴＣサーミスタの抵抗値と可変抵抗部２１１の第１抵抗値を利用し、現在温度に当たる第１出力電圧値を出力する（Ｓ２０１）。

バッファ２３０は温度センサ２２０の出力電圧をバッファリングし、バッファリングされた電圧を出力する（Ｓ２０３）。温度センサ２２０と電圧値記憶部２４０がバッファ２３０なしに直接連結されると負荷効果が発生して電圧降下が発生し、それによって正確な電圧値が伝達されなくなる。よって、温度センサ２２０の出力電圧はバッファ２３０を介して電圧値記憶部２４０に正確に伝達される。

電圧値記憶部２４０はバッファリングされた電圧値を記憶する（Ｓ２０５）。一方、バッファ２３０は省略されてもよく、この場合、電圧値記憶部２４０は温度センサ２２０の出力電圧値を記憶する。

温度センサ制御信号生成部２５０は、温度センサ２２０の出力電圧値が第２出力電圧値であるのかを判断する（Ｓ２０７）。

温度センサの出力電圧値が第２出力電圧値でなければ、温度センサ制御信号生成部２４０は可変抵抗部２２１が第２抵抗を有するように制御信号を生成する（Ｓ２０９）。特に、図７の実施例において、温度センサ制御信号生成部２５０は制御信号を生成して固定抵抗Ｒ４に連結されたスイッチＳＷをターンオフする。固定抵抗Ｒ３のみがＮＴＣサーミスタＲｎ２に連結され、可変抵抗部２２１は第２出力電圧値のための第２抵抗値を有するようになる。

温度センサ２２０の出力電圧値が第２出力電圧値であれば、温度センサ制御信号生成部２５０は可変抵抗部２２１が第１抵抗値を有するように制御信号を生成する（Ｓ２１１）。特に、図７の実施例において、温度センサ制御信号生成部２５０は制御信号を生成して固定抵抗Ｒ４に連結されたスイッチＳＷをターンオンする。固定抵抗Ｒ３と固定抵抗Ｒ４が全てＮＴＣサーミスタＲｎ２に連結され、可変抵抗部２２１は第1出力電圧値のための第１抵抗値を有するようになる。

電圧値演算部２６０は電圧値記憶部２４０に記憶された第１出力電圧値と第２出力電圧値の平均値を出力する（Ｓ２１３）。

電圧値演算部２６０は演算を行った後、電圧出力回数と電圧値記憶部２４０に記憶された出力電圧値を初期化する（Ｓ２１５）。

電圧温度マッチング部２７０は平均された電圧値を電圧温度テーブル記憶部２８０に記憶された温度テーブル上の電圧とマッチングし、平均された電圧値に当たる現在温度を出力する（Ｓ２１７）。電圧温度テーブルは温度センサ２２０の可変抵抗部２２１の第１抵抗値、可変抵抗部２２１の第２抵抗値及びＮＴＣサーミスタの特性に応じて異なり得る。電圧温度テーブルは、第１出力電圧値と第２出力電圧値に応じた出力電圧値を平均した電圧値に対応する温度を記憶する。

上述した動作によって温度を測定するため、第１出力電圧値と第２出力電圧値が全て出力されてから初めて温度を出力することができる。第１出力電圧値と第２出力電圧値を測定するまで最も長い時間が所要されることのうち一つは、スイッチのターンオフとターンオンである。よって、高速に動作するスイッチを使用するほど温度を迅速に測定することができる長所がある。一般的な開放短絡の動作時間が２０ｍｓ内であるほど高速に動作するＭＯＳＦＥＴをスイッチとして使用すると温度を迅速に測定することができる。

以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるが、必ずしも一つの実施例にのみ限定されることはない。なお、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組換え又は変形されて実施可能である。よって、このような組換えと変形に関する内容は本発明の範囲に含まれるものとして解析されるべきである。

これまで実施例を中心に説明したが、これは単なる例示に過ぎないものであって本発明を限定するものでなく、本発明の属する分野の通常の知識を有する者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で上記に例示されていない多様な変形と応用が可能であることを理解できるはずである。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析されるべきである。

１００，２００ 温度測定装置
１１０，２１０ 直流電圧生成部
１２０，２２０ 温度センサ
１３０，２３０ バッファ
１４０，２７０ 電圧温度マッチング部
１５０，２８０ 電圧温度テーブル記憶部
１６０，２９０ 充電制御
１７０，２９５ バッテリ
２２１ 可変抵抗部
２２３ サーミスタ
２４０ 電圧記憶部
２５０ 温度センサ制御信号生成部
２６０ 電圧値演算部

Claims (4)

1. 負温度係数サーミスタを利用した温度測定装置において、
   前記負温度係数サーミスタと可変抵抗部を含み、前記可変抵抗部の抵抗値は第１出力電圧値のための第１抵抗値と第２出力電圧値のための第２抵抗値との間で変化して現在温度に当たる電圧値を出力する温度センサと、
   ＯＰ Ａｍｐと固定抵抗で構成され、前記温度センサの出力電圧をバッファリングしてバッファリングされた電圧を出力するバッファと、
   前記バッファでバッファリングされた電圧値を記憶する電圧値記憶部と、
   前記電圧値記憶部に記憶された第１出力電圧値と第２出力電圧値との平均値を出力する電圧値演算部と、
   前記第１出力電圧値と第２出力電圧値との平均である複数の値にそれぞれ対応する複数の温度値を含む電圧温度テーブルを記憶する電圧温度テーブル記憶部と、
   前記平均値を前記電圧温度テーブル記憶部に記憶された電圧温度テーブル上の電圧とマッチングし、平均された電圧値に当たる現在温度を出力する電圧温度マッチング部と、を含む温度測定装置。
2. 前記第１抵抗値は温度測定範囲の中間温度での前記負温度係数サーミスタの抵抗値の１／５より小さく、
   前記第２抵抗値は温度測定範囲の中間温度での前記負温度係数サーミスタの抵抗値より５倍大きい、請求項１に記載の温度測定装置。
3. 前記負温度係数サーミスタは直流電圧が印加される一端を含み、
   前記可変抵抗部は、前記負温度係数サーミスタの他端に接続されている一端と接地されている他端を含み、
   前記可変抵抗部は、
   一端が前記負温度係数サーミスタの他端に連結され、他端は接地される第１固定抵抗と、
   一端が前記負温度係数サーミスタの他端に連結される第２固定抵抗と、
   一端が前記第２固定抵抗の他端に連結され、他端は接地されるスイッチと、を含む、請求項１に記載の温度測定装置。
4. 前記負温度係数サーミスタは直流電圧が印加される一端を含み、
   前記可変抵抗部は、前記負温度係数サーミスタの他端に接続されている一端と接地されている他端を含み、
   前記可変抵抗部は、
   一端が負温度係数サーミスタの他端に連結され、他端は接地される第１固定抵抗と、
   一端が前記負温度係数サーミスタの他端に連結されるスイッチと、
   一端が前記スイッチの他端に連結され、他端は接地される第２固定抵抗と、を含む、請求項１に記載の温度測定装置。

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