JPH03118434A - サーミスタ温度検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ワイヤドツトプリンタの印字ヘッド等のサー
ミスタ温度検出回路に関するものである。

（従来の技術） 従来、ワイヤドツトプリンタの印字ヘッド等の発熱体が
加熱するのを防止するため、サーミスタ素子を利用し、
た温度検出回路が設けられている。

この種の回路はサーミスタ素子（以下、「サーミスタ」
と言う。）の抵抗が温度により変化することを利用し、
印字ヘッド等の発熱体にサーミスタを内蔵し、その抵抗
値の変化を監視して発熱体の上限温度以上の温度範囲で
温度アラーム信号を出力する。装置の制御部では、上記
温度アラーム信号を監視して発熱体の温度が一定値以下
に抑えられるように制御が行われる。

第２図は上記従来のサーミスタ温度検出回路を示す図で
ある。

図において、１はオープンコレクタ出力の比較器、２は
サーミスタ、３〜６は抵抗、０１〜Ｃ２は図示しない外
部の発熱体に組み込まれたサーミスタ２と接続するため
のコネクタのコンタクトである。

上記比較器ｌの非反転入力端子（＋）には、電源νｃｃ
と０９間に直列接続された抵抗３と抵抗４の接続点より
電源Ｖｃｃを分圧した第一基準電圧Ｖｒｅｆ（１）が、
反転入力端子（−）には、電源Ｖｃｃと０９間にコンタ
クト０１〜Ｃ２を介して直列接続されたサーミスタ２と
抵抗５の接続点より電源Ｖ　ｃ　ｃを分圧したサーミス
タ検出電圧Ｖｓが加えられる。

また、温度アラーム状態でロウレベルとなる温度アラー
ム信号（ＴＨＥＲＭＡＬ　ＡＬＡＲＭ−Ｎ　）を出力す
るための比較器１の出力端子は、オーブン状態の時にハ
イレベルとなるように抵抗６で電源Ｖｃｃにプルアップ
されている。

上記サーミスタ温度検出回路において、比較器ｌの二つ
の入力端子電圧が比較される。その際、同相入力電圧マ
ージンを考慮し、電源電圧Ｖｃｃの１／２の基準電圧レ
ベルで比較が行われるよう第１基準電圧Ｖｒｅｆ　（１
１を決定する抵抗３．４が同じ値に選ばれる。

また、温度アラーム検出時において、サーミスタ検出電
圧Ｖｓが上記第一の基準電圧Ｖｒｅｆ　ｕ、と等しくな
るように、抵抗５は温度アラーム検出時のサーミスタ抵
抗Ｒｓ　（Ｔａａｘｌと同じ値に選択される。

ここで、比較器ｌの非反転入力端子（＋）に加えられる
第一基準電圧Ｖｒｅｆ　１１１及び反転入力端子（−）
に加えられるサーミスタ検出電圧Ｖｓは次式％式％ ）） ただし、Ｒ１，Ｒ２，Ｉ１３は抵抗３〜５の抵抗値、■
゛と■−は、比較器１の非反転入力端子と反転入力端子
電圧を示し、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒｓ　（Ｔａａｘｌと
する。

０式において、サーミスタ２の抵抗Ｒｓは負の温度係数
を持つことから、サーミスタ２の抵抗Ｒｓがアラーム温
度以下の場合、 Ｒｓ＞Ｒｓ□□。＝Ｒ３・・・・・・■の関係があり、
■式よりｖ”　＞ｖ−の関係が成立するので、比較器１
の出力端子がハイレベルとなり温度アラーム信号は、オ
フとなる。

また、反対に、サーミスタ抵抗Ｒｓがアラーム温度以上
の場合、 １７３＜Ｒｓ　（Ｔａａｓｘｒ となり、上式よりｖ”　＜ｖ−の関係が成立するので、
比較器１の出力端子がロウレベルとなり温度アラーム信
号はオンとなって、温度アラームの状態を示す。

しかし、上記サーミスタ温度検出回路では、サーミスタ
２のリード線が断線した場合にサーミスタ抵抗Ｒ３の間
がオープン状態となり、比較器１の反転入力端子（−）
は抵抗Ｒ３で０Ｖにプルダウンされ、温度アラーム信号
がハイレベルのオフ状態に固定されてしまう、その結果
、温度アラーム信号が無効となり、発熱体に対する温度
保護動作が機能しないまま発熱体が焼損を起こす可能性
がある。

第３図は、上記サーミスタ温度検出回路の欠点を改善し
た、従来の他の温度検出回路である。

第２図の回路にサーミスタの断線回路１１を付加して、
サーミスタの断線時に比較器ｌの出力端子を０Ｖにシン
クさせて温度アラーム信号をオンとして、サーミスタが
断線しても回路動作が温度保護に対して安全側に働くよ
うにしである。

上記サーミスタ断線検出回路１１は、比較器１２、抵抗
１３．１４からなり比較器１２の非反転入力端子（＋）
にはサーミスタ検出電圧νＳが、比較器１２の反転入力
端子（−）には電源Ｖｃｃと０９間に直列接続された抵
抗１３と抵抗１４の接続点より分圧された第二基準電圧
Ｖｒｅｆ　ｔｚ、が加えられ、比較器１２の出力端子は
比較器１の出力端子に接続されている。

ここで、サーミスタ検出電圧Ｖｓの第二基準電圧Ｖｒｅ
ｆ　ｎｒ　は次式で表される。

Ｖ”　−Ｖｓ＝Ｖｃｃ　Ｘ　（Ｒ３／　（Ｒｓ　十Ｒ３
）　　）　・”・・■Ｖ−＝νｒｅｆ（ｔｌ＝Ｖｃｃ　
Ｘ　（Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）　）＝Ｖｃｃ　Ｘ　（Ｒ３
／　（Ｒｓ”　十Ｒ３）　　）　　−−■ただし、Ｉ？
５．　Ｒ６は抵抗１３．１４の抵抗値を示す。

■式において、サーミスタ抵抗Ｒｓの値をサーミスタ２
が断線したと見なせる抵抗の最小値Ｒｓ”すなわちサー
ミスタ温度の下限値Ｔ　（＊ｉｅ＋　における抵抗Ｒ３
（Ｔｍ＋。よりも十分大きい値にした場合に、０式の第
二基準電圧Ｖｒｅｆ　（ｚｌ　がサーミスタ検出電圧Ｖ
ｓに等しくなるように抵抗Ｒ５及びＲ６の値を決めてお
く、サーミスタ２が断線していない通常の場合はサーミ
スタ温度範囲Ｔ　（＊ｉｎｌ　〜Ｔ　ｆａｍ、１　にお
いて、 Ｒｓ”　＞Ｒｓ の関係があり、比較器１２の入力電圧の関係はｖ’　　
＞ｖ− となり、比較器１２の出力がオープン状態となると比較
器ｌはロウレベルとなって温度アラーム信号が、いつも
有効となり、第２図で説明した回路動作に従いサーミス
タの温度アラームの監視を行う。

一方、サーミスタ２が断線した場合、比較器１２の非反
転入力電圧ｖ３は、抵抗Ｒ３により０Ｖにプルダウンさ
れ、■゛と■−の関係は、 ｖ”　＜ｖ− となり、それに伴い比較器１２の出力端子がシンク状態
となり、比較器１の出力端子の電圧を０νに引っ張って
強制的に温度アラーム信号ＴＨＥＲＭＡＬ　ＡＬＡＲＭ
−Ｎをオン状態とする。これにより、サーミスタ２の断
線時でも温度アラーム信号をオンとすることにより安全
側での動作を保証することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成のサーミスタ温度検出回路にお
いては、電源Ｖｃｃに＋５ｖの低電圧が使用された場合
、比較器１２の反転入力端子（−）に加えられる第一基
準電圧Ｖｒｅｆ（１）の値が３０−ｖ程度の極めて小さ
い値となり、サーミスタ２の断線検出が比較器ｌの同相
入力範囲の下限付近で行われるため、回路的に同相入力
電圧マージンやノイズマージンに乏しい。

例えば、５νの電源電圧Ｖｃｃを使用し、サーミスタの
動作温度範囲Ｔ。ｉｎ１〜Ｔ　（ａｍ□＝−５°Ｃ〜＋
■３０°Ｃに対応するサーミスタ抵抗Ｒｓの動作温度範
囲をＲｓ　ｎｗｒａ＋ｕ　〜Ｒｓ　ＴＴｓ＋ｉｘ）　＝
４ＯＫΩ〜３００Ωとすると、０〜０式より抵抗Ｉ’ｌ
ｌ、　＋１２．　Ｒ５，ｌ？６の定数は、Ｒ１＝Ｒ２＝
１０　ＫΩ（Ｒ１とＲ２は、値が同一の条件より１０に
Ωとする。）　、Ｒ３＝　３００Ω、Ｒｓ”　＝５０　
ＫΩ（Ｒｓ”はＴ　（＠ｉｌｌ＋　が−５°Ｃである時
におけるサーミスタ抵抗値の４０　ＫΩよりＩＯＫΩ大
きめの値とする。

）　Ｒ５＝５０　ＫΩ、Ｒ６＝　３００Ωとなり、この
ときの比較器１２の第二基準電圧Ｖｒｅｆ　＜。の値は
３０Ｉｌｖとなる。

したがって、比較器１２は同相入力電圧範囲の下限付近
、すなわち０Ｖ〜３０ｍＶという狭い電圧範囲で動作す
るため、回路動作マージンが乏しくノイズに対しても誤
動作しやすい。

本発明は、上記従来のサーミスタ温度検出回路の問題点
を解決して、サーミスタ検出電圧回路の比較動作におい
て、第二基準電圧Ｖｒｅｆ　（りが極めて小さい値とな
って回路動作マージン及びノイズマージンを十分にとれ
なくなるのを防止して、安定かつ、確実に動作する優れ
たサーミスタ温度検出回路を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明のサーミスタ温度検出回路において
は、電源と０ν間に２個の抵抗を直列接続し、両抵抗の
接続点より分圧された基準電圧を発生する基準電圧回路
と、電源と０９間にサーミスタと抵抗を直列接続し、両
者の接続点より分圧されたサーミスタ検出電圧を発生す
るサーミスタ検出電圧回路と、上記基準電圧とサーミス
タ検出電圧をそれぞれ非反転入力端子と反転入力端子に
加えられる比較器と、該比較器の出力端子と電源間に接
続した抵抗と、電源とサーミスタ検出電圧回路間に接続
され、サーミスタの断線を検出した場合にオフとなり上
記比較器の出力をプルダウンするトランジスタを有して
いる。

（作用） 本発明によれば、上記のように電源と０９間に２個の抵
抗を直列接続し、両抵抗の接続点より分圧された基準電
圧を発生する基準電圧回路と、電源と０９間にサーミス
タと抵抗を直列接続し、両者の接続点より分圧されたサ
ーミスタ検出電圧を発生するサーミスタ検出電圧回路と
、上記基準電圧とサーミスタ検出電圧をそれぞれ非反転
入力端子と反転入力端子に加えられる比較器と、該比較
器の出力端子と電源の間に接続した抵抗と、電源とサー
ミスタ検出電圧回路間に接続され、サーミスタの断線を
検出した場合にオフとなり上記比較器の出力をプルダウ
ンするトランジスタを有している。

また、通常時においては、サーミスタが温度に応じてそ
の抵抗を変え、設定温度以上になると比較器からアラー
ム信号が出力される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すサーミスタ温度検出回路
を示す図である。

図において、２１はＰＮＰ　）ランジスタ、■はオープ
ンコレクタ出力の比較器、２はサーミスタ、３〜５，２
２〜２４は抵抗、０１〜Ｃ２は外部のサーミスタ抵抗Ｒ
ｓと回路接続するためのコネクタのコンタクトを示す。

ＰＮＰ　トランジスタ２１のエミッタは電源νｃｃに接
続され、エミッタ・ベース間には抵抗Ｒ６、ベースとＯ
Ｖ間には、直列接続されたさ抵抗３．４からなる基準電
圧回路及びコンタクトのＣｌ−Ｃ２を介して直列接続さ
れたサーミスタ２と抵抗５からなるサーミスタ検出電圧
回路が接続される。

比較器１の非反転入力端子（＋）には抵抗３゜４の接続
点より分圧された第一基準電圧Ｖｒｅｆ　ｕ）が、反転
入力端子（−）には、サーミスタ２と抵抗５の接続点よ
り分圧されたサーミスタ温度検出電圧Ｖｓがそれぞれ加
えられる。ＰＮＰ　）ランジスタ２Ｉのコレクタは抵抗
２２．２３の一方の端子に、抵抗２２の他方の端子は温
度アラーム信号を出力する比較器ｌの出力端子に、抵抗
２３の他方の端子はＯＶに接続される。

上記回路では、基準電圧回路及びサーミスタ検出電圧回
路に流す全バイアス電流は、ＰＮＰ　）ランジスタ２１
のベース電流１１　とエミッタ・ベース間抵抗２４を介
して分流するシャント電流工、から供給される。この基
準電圧回路に供給されるバイアス電流ＩＢ（１）と、サ
ーミスタ検出電圧回路に供給されるバイアス電流ＩＢ　
＋２１　　は、ＰＮＰ　）ランジスタ２１のベース・Ｏ
Ｖ間のベース電圧をｖｌｌ　とすると次式で表される。

＋Ｂ＋ｎ　　＝　ＶＢ　／（Ｒ１＋Ｒ２）　　　　　−
−■＋Ｂ（２１＝　Ｖｍ　／（Ｒｓ　＋Ｒ３）　　　　
　・＝−■また、全バイアス電流Ｉは、 １＝ｒＢＨ）＋ＩＢ＋。＝　　ｉｌ　　＋　　ｉｌ　・
・・・・・■したがって、サーミスタ断線時には、１Ｂ
　＋ｍ＋　が０となりベース電流ｉ、とシャント電流ｉ
１の配分に変化が起こる。このとき、ＰＮＰ　）ランジ
スタ２１のベース電流ｉ称がオンからオフ、すなわちＰ
ＮＰトランジスタ２１がオンからオフするように抵抗３
〜５、抵抗２４の定数を下記の条件を満たすように決め
ておく。ＰＮＰ　）ランジスタ２１は通常時オン状態と
なり、コレクタは電源電圧Ｖｃｃを出力し、サーミスタ
断線時にはＰＮＰ　トランジスタ２１はオフ状態となり
、コレクタはオープン状態となる。

ここで、 ＴＲがオンする条件（ｉｓ＞０） Ｖｃｃ　ＸＲ９／　（（Ｒ１＋Ｒ２）　　　（Ｒｓ”　
十Ｒ３）　　）　＞　Ｖａｔ＝１．２Ｖ　　　・・・・
・・■ ＴＲがオフする条件（ｉｍ＝０）： Ｖｃｃ　ＸＲ９／（Ｒ１＋Ｒ２）　＜　Ｖｍｔ＝０．３
Ｖ　　＋＋−−４ただし、Ｒ９は抵抗２４の抵抗値であ
り、Ｖｓｉ（＝１．２Ｖ）とＶｓｔ（＝０．３Ｖ）はＰ
ＮＰトランジスタ２１がオン／オフするためのベース・
エミッタ電圧の保証値、Ｒｓ”はトランジスタＴｌ？が
オンするためのサーミスタ抵抗Ｒｓの最悪値、すなわち
アラーム温度時の抵抗Ｒｓ　（Ｔａａｘｌより大きめの
値、（Ｒ１＋Ｒ２）　　ｌ　（Ｒｓ”　＋Ｒ３）は抵抗
３．４の直列合成抵抗とサーミスタ２と抵抗５の直列合
成抵抗の並列合成抵抗を示す。

また、比較器ｌの非反転入力端子（＋）に加えられてい
る第一基準電圧Ｖｒｅｆ（１）と反転入力端子（−）に
加えられているサーミスタ検出電圧νＳは、それぞれバ
イアス電流１Ｂ（１）、　ＩＢ＋ｎ　による抵抗４．５
の電圧降下となり次式で表される。

Ｖ”　＝Ｖｒｅｆ　＋＋＋　＝ｌＢ＋＋＋　　ＸＲ２”
　ＩＢ　、ｚ、＋？ａａｘｌ　　Ｘ　Ｒ３・・・・・・
■Ｖ−＝シ５＝ＩＢ＋ｚ）　　ＸＲ３・＝・・・＠ここ
で、ＩＢ　＜ｚ璽Ｔ□０　は、温度アラーム検出時のサ
ーミスタ検出電圧回路のバイアス電流、すなわち、０式
においてサーミスタ抵抗Ｒｓの値をアラーム温度時の値
Ｒｓ　（ｔ＋＊ｍｘｌとしたときのバイアス電流値を示
す。

以上のような回路定数を決めると、通常時はＰＮＰトラ
ンジスタのコレクタに電源電圧Ｖｃｃが出力され、これ
で比較器１の出力端子を抵抗２２を介してプルアップし
、比較器１の出力信号を有効とする。

そして、サーミスタ温度がアラーム温度よりも低い場合
は、 １Ｂ　＋り　”　＞　［８１０ となり、■、■式より比較器１の入力電圧はｖ”　　＞
ｖ− の関係となるので、温度アラーム信号はオフ（すなわち
、電源電圧Ｖｃｃ　＝ハイレベル）になる。

また、サーミスタ温度がアラーム温度よりも高い場合は
、 １８４１）　”　＜　ＩＢ　（２１ となり、比較器ｌの入力電圧は ｖ”　＜ｖ となるので、温度アラーム信号はオン（０Ｖ＝ロウレベ
ル）となり温度アラームを示す。

サーミスタ２が遮断した場合には、ＰＮＰ　）ランジス
タ２１のコレクタ出力は断線を検出してオーブン状態と
なるので、比較器１の出力端子は０Ｖに接続された抵抗
２３から抵抗２２を介して０Ｖにプルダウンされ、温度
アラーム信号は強制的にオン状態となり、温度保護に対
して安全側の温度アラーム状態を保持する。

以下に、０〜０式により求められる回路定数の計算値の
一例を示す。

Ｒ１＝Ｒ２＝７５．５　ＫΩ Ｒ３＝　３００Ω Ｒ７＝Ｒ８＝Ｉ　ＫΩ １？９＝９．０５　ＫΩ ただし、第一基準電圧Ｖｒｅｆ（１）＝０．５Ｖｉ　、
温度アラーム時のサーミスタ抵抗Ｒｓ　（？□。＝３０
０Ω、トランジスタ２１がオンするためのサーミスタ抵
抗の最悪値Ｒｓ”　＝５０　ＫΩ、電源電圧Ｖｃｃ　＝
５Ｖとし、抵抗２２．２３はサーミスタ２が断線したと
き、制御側の温度アラーム信号入力端子から流れ出る０
、４■Ａの入力電流を０Ｖにシンクした場合の比較器１
のロウレベル出力電圧がＴＴＬＯロウレベル電圧の保証
値の０．８ｖ以下となるように設定した。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

例えば、この回路はサーミスタに限らず温度センサとし
て負の温度係数を持つ素子であれば同様の回路動作とな
るので、他の温度センサも適用することが可能である。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、電源と０
Ｖ間に２個の抵抗を直列接続し、両抵抗の接続点より分
圧された基準電圧を発生する基準電圧回路と、電源と０
Ｖ間にサーミスタと抵抗を直列接続し、両者の接続点よ
り分圧されたサーミスタ検出電圧を発生するサーミスタ
検出電圧回路と、上記基準電圧とサーミスタ検出電圧を
それぞれ非反転入力端子と反転入力端子に加えられる比
較器と、該比較器の出力端子と電源の間に接続した抵抗
と、電源とサーミスタ検出電圧回路間に接続され、サー
ミスタの断線を検出した場合オフとなり上記比較器の出
力をプルダウンするトランジスタを有しているので、比
較器の同相入力電圧範囲の限界付近で動作させてサーミ
スタの断線検出を行わなくても済むようになり、外部ノ
イズや回路の内部ノイズに対しても安定かつ確実な断線
検出を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すサーミスタ温度検出回路
を示す図、第２図は従来のサーミスタ温度検出回路を示
す図、第３図は、従来の他のサーミスタ温度検出回路図
である。 １．１２・・・比較器、２・・・サーミスタ、３．４，
５゜６、１３．１４．２２．２３．２４・・・抵抗、１
１・・・断線検出回路、２１・・・ＰＮＰ　ｌ−ランジ
スタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）電源と０Ｖ間に２個の抵抗を直列接続し、両抵抗
   の接続点より分圧された基準電圧を発生する基準電圧回
   路と、 （ｂ）電源と０Ｖ間にサーミスタと抵抗を直列接続し、
   両者の接続点より分圧されたサーミスタ検出電圧を発生
   するサーミスタ検出電圧回路と、 （ｃ）上記基準電圧とサーミスタ検出電圧がそれぞれ非
   反転入力端子と反転入力端子に加えられる比較器と、 （ｄ）該比較器の出力端子と電源間に接続した抵抗と、 （ｅ）電源とサーミスタ検出電圧回路間に接続され、サ
   ーミスタの断線を検出した場合にオフとなり、上記比較
   器の出力をプルダウンするトランジスタを有することを
   特徴とするサーミスタ温度検出回路。