JPWO2016076029A1 - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

サーミスタと、前記サーミスタに直列に接続された抵抗と、前記サーミスタと前記抵抗との第一接続点に接続された温度検出部と、第一スイッチ、第二スイッチ、第三スイッチおよび第四スイッチを含むスイッチ回路と、を具備し、前記第一スイッチと前記第三スイッチとが直列に接続され、前記第二スイッチと前記第四スイッチとが直列に接続され、前記第一スイッチと前記第二スイッチは、電源側に接続され、前記第三スイッチと前記第四スイッチは、グランド側に接続され、前記第一スイッチと前記第三スイッチとの第二接続点に前記サーミスタが接続され、前記第二スイッチと前記第四スイッチとの第三接続点に前記抵抗が接続されている、温度検出装置。

Description

本発明は、サーミスタを備える温度検出装置に関する。

サーミスタを備える温度検出装置においては、安定化された電力をサーミスタに供給することが望まれる。しかし、通常、サーミスタに電力を供給するレギュレータの出力電圧にはバラツキがあり、そのようなバラツキがサーミスタに与える影響は、温度によって相違する。そのため、温度域によって温度測定の精度が異なることになる。

そこで、特許文献１は、広範囲の温度で温度を精度よく検出するために、サーミスタの両端にそれぞれ抵抗を接続し、パルス信号のＨｉ−Ｌｏに応じて、これらの抵抗を切り替えることを提案している。これにより、高温側と低温側の２種類の分圧電圧をサーミスタから出力させることができる。

特許文献２は、サーミスタとこれに直列接続された分圧抵抗とを備えた温度検出回路において、温度センサと分圧抵抗との接続点に温度検出部を接続するとともに、サーミスタまたは分圧抵抗に対して並列となるように、抵抗とスイッチとの直列回路を接続している。また、特許文献３は、サーミスタと主基準抵抗からなる直列回路と、主基準抵抗にスイッチング素子を介して並列に接続した副基準抵抗とを備える温度測定装置を提案している。

特許文献３の温度測定装置が有するメモリ手段には、低温用と高温用のデータを保有する第１、第２の温度テーブルが設けられており、サーミスタの出力電圧に応じて第１、第２の温度テーブルが切り換えられ、スイッチング素子のオン／オフも切り換えられる。

特開平９−２１０８０８号公報 特開２００９−１２１８２５号公報 特開平５−４５２３１号公報

特許文献１の温度検出回路では、スイッチのオン／オフにより、サーミスタと直列接続される抵抗が変更されるため、測定温度領域において測定精度の連続性がない。すなわち、測定温度領域のある温度において、測定精度（温度測定誤差）が不連続となる。また、サーミスタはグランド側に接続固定されているため、供給電圧のバラツキによる誤差を抑制できるものではない。
特許文献２の温度検出回路、特許文献３の温度測定装置においても、スイッチのオン／オフにより、直列接続される抵抗を切り替えているだけであり、やはり測定温度領域において測定精度に連続性がない。

本発明の一局面は、サーミスタと、前記サーミスタに直列に接続された抵抗と、前記サーミスタと前記抵抗との第一接続点に接続された温度検出部と、第一スイッチ、第二スイッチ、第三スイッチおよび第四スイッチを含むスイッチ回路と、を具備し、前記第一スイッチと前記第三スイッチとが直列に接続され、前記第二スイッチと前記第四スイッチとが直列に接続され、前記第一スイッチと前記第二スイッチは、電源側に接続され、前記第三スイッチと前記第四スイッチは、グランド側に接続され、前記第一スイッチと前記第三スイッチとの第二接続点に前記サーミスタが接続され、前記第二スイッチと前記第四スイッチとの第三接続点に前記抵抗が接続されている、温度検出装置に関する。

本発明の上記局面によれば、広範囲の温度領域で温度を精度よく検出することが可能な温度検出装置を提供することができる。

サーミスタを使用した温度検出装置を示す図である。 図１の装置の変形例を示す図である。 図２の温度検出装置におけるＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）への出力電圧（第一接続点の電位）Ｖｔｈと温度との関係を示す特性図である。 図１の装置の別の変形例を示す図である。 図４の温度検出装置におけるＡＤＣへの出力電圧（第一接続点の電位）Ｖｔｈと温度との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係るスイッチ回路を示す図である。 本発明の一実施形態に係る温度検出装置の構成を示す図である。 図３と図５の特性図を１つの図で表示した特性図である。 閾値温度でスイッチ回路の第一状態と第二状態とを切り替えた場合のＡＤＣへの出力電圧（第一接続点の電位）Ｖｔｈと温度との関係を示す特性図である。

［発明の実施形態の説明］
最初に発明の実施形態の内容を列記して説明する。
また、以下では、第一スイッチをスイッチＳｗ１、第二スイッチをスイッチＳｗ２、第三スイッチをスイッチＳｗ３、第四スイッチをスイッチＳｗ４とも称する。
（１）本実施形態に係る温度検出装置は、サーミスタと、サーミスタに直列に接続された抵抗（所定の抵抗値Ｒａを有する抵抗、以下抵抗Ｒａとも称する）と、サーミスタと抵抗Ｒａとの第一接続点に接続された温度検出部と、スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２、スイッチＳｗ３およびスイッチＳｗ４を含むスイッチ回路とを具備する。スイッチ回路では、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ３とが直列に接続され、かつスイッチＳｗ２とスイッチＳｗ４とが直列に接続されている。スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ２は電源側に接続され、スイッチＳｗ３とスイッチＳｗ４はグランド側に接続されている。スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ３との第二接続点には、サーミスタが接続されている。スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ４との第三接続点には、抵抗Ｒａが接続されている。すなわち、電気的ライン上に、第二接続点、サーミスタ、抵抗Ｒａ、第三接続点、の順に並んでいる。

前記温度検出装置によれば、４つのスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４を制御することより、サーミスタを電源側に接続し、抵抗Ｒａをグランド側に接続するか、サーミスタをグランド側に接続し、抵抗Ｒａを電源側に接続するか、を切り替えることができる。これにより、例えば高性能なレギュレータを用いて高度に安定化された電力を供給しなくても、広範囲の温度領域で温度を精度よく検出することが可能となる。また、スイッチ素子は低価格で入手できるため、低コストで高性能な温度検出装置を提供することができる。

（２）温度検出装置は、更に、スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２、スイッチＳｗ３およびスイッチＳｗ４のオン状態とオフ状態とを、それぞれ独立した制御信号により切り替えるスイッチ制御部を具備することが好ましい。

（３）スイッチ制御部は、サーミスタの温度が所定の閾値温度以上（高温域）である場合には、第一状態となるようにスイッチ回路を制御する。第一状態では、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３とがオン状態であり、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４とがオフ状態である。

一方、スイッチ制御部は、サーミスタの温度が閾値温度未満（低温域）である場合には、第二状態となるようにスイッチ回路を制御する。第二状態では、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４とがオン状態であり、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３とがオフ状態である。

（４）スイッチ回路が第一状態のときには、第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係は、第一特性図として示される。一方、スイッチ回路が第二状態のときには、第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係は、第二特性図として示される。第一特性図と第二特性図を１つの図で表示したとき、第一特性図の第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線と第二特性図の第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線との交点における温度（以下、交点温度）をＴ℃とする。すなわち、交点温度は、スイッチ回路が第一状態のときの第一接続点の電位と、スイッチ回路が第二状態のときの第一接続点の電位が等しくなるときの温度である。
閾値温度は、Ｔ−５℃以上かつＴ＋５℃以下の温度であることが好ましく、Ｔ−１℃以上かつＴ＋１℃以下の温度であることがより好ましく、Ｔ℃であることがさらに好ましい。これにより、広範囲の温度領域で温度を更に精度よく検出することが可能となる。

（５）好ましい一形態において、温度検出部は、サーミスタと抵抗Ｒａとの第一接続点の電位をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部（Analog-to-Digital Converter：ＡＤＣ）と、温度出力部とを具備する。Ａ／Ｄ変換部は、温度出力部へデジタル値を出力する。温度出力部は、デジタル値から第１温度および第２温度を認識し、スイッチ回路の状態に基づいて、第１温度および第２温度のいずれか一方を選択して出力する。なお、サーミスタの温度が交点温度（Ｔ℃）のときは、認識される第１温度と第２温度とが同じになる。この場合は、いずれを出力してもよい。
ここで、第１温度とは、スイッチ回路が第一状態のときの第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線に基づく第一データテーブルにおいて、Ａ／Ｄ変換部が出力するデジタル値に対応する温度である。また、第２温度とは、スイッチ回路が第二状態のときの第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線に基づく第二データテーブルにおいて、Ａ／Ｄ変換部が出力するデジタル値に対応する温度である。
なお、閾値温度が交点温度（Ｔ℃）であり、サーミスタの温度が交点温度（Ｔ℃）以外の温度であり、Ａ／Ｄ変換部が出力するデジタル値がＴ℃における第一接続点の電位未満であるときは、第１温度は閾値温度以上の高温域の温度であり、第２温度は閾値温度未満の低温域の温度である。したがって、この場合は、温度出力部は高温域の第１温度および低温域の第２温度を認識する。

前記温度検出装置において、サーミスタは、温度測定対象の近傍に配置することが望ましい。サーミスタは、温度測定対象の温度を反映した抵抗値Ｒｔｈを示し、抵抗値Ｒｔｈは第一接続点からＡ／Ｄ変換部への出力電圧（第一接続点の電位）Ｖｔｈに反映される。

前記温度検出装置は、温度を監視する様々な監視装置（温度監視装置）に適用することができる。例えば、前記温度検出装置は、電池、電気機器、電子機器などの温度の監視に利用することができる。
また、前記温度検出装置は、例えば蓄電デバイス監視装置に適用される。蓄電デバイス監視装置には、蓄電デバイスの温度をモニタリングする機能が求められる。蓄電デバイスの種類は特に限定されないが、前記温度検出装置は、リチウムイオンキャパシタの監視装置に適用するのに適している。リチウムイオンキャパシタは、例えば０℃以下の低温でも優れた充放電特性を示すため、−４０℃程度の低温から８０℃程度の高温に至る温度域での使用が想定されるためである。前記温度検出装置の測定温度範囲は、特に限定されないが、例えば−４０℃〜＋１００℃であり、好ましくは−４０℃〜＋１２０℃である。

［発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態を以下に具体的に説明する。なお、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態において、ＡとＢとの「接続点」とは、ＡとＢとの電気的接続ライン上の任意の点である。また、スイッチ回路の「電源側」とは、温度検出の際にスイッチ回路の中で最も電位が高くなる電力供給側（Ｖｃｃ側）の点であればよく、「グランド側」とは、温度検出の際にスイッチ回路の中で最も電位が低くなる側の点であればよい。
例えば、「サーミスタは電源側に接続され、抵抗Ｒａはグランド側に接続される」とは、温度検出の際にサーミスタが抵抗Ｒａより電位の高い側に配置されていることを意味する。また、「サーミスタはグランド側に接続され、抵抗Ｒａは電源側に接続される」とは、温度検出の際にサーミスタが抵抗Ｒａより電位の低い側に配置されていることを意味する。さらに、「スイッチは電源側に接続されている」とは、温度検出の際にスイッチがサーミスタおよび抵抗Ｒａよりも電源側に配置されていることを意味し、「スイッチはグランド側に接続されている」とは、温度検出の際にスイッチがサーミスタおよび抵抗Ｒａよりもグランド側に配置されていることを意味する。

本実施形態に係るサーミスタは、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタ（Thermistor）であり、低温から高温になるにつれて抵抗値Ｒｔｈが減少する感温抵抗を具備する。
ＮＴＣサーミスタとしては、例えば、２５℃での抵抗値Ｒｔｈが、１ｋΩ以上１００ｋΩ以下であり、Ｂ定数（２５℃／８５℃）が３０００Ｋ以上５０００Ｋ以下のものを使用することができる。なお、２５℃での抵抗値Ｒｔｈと２５℃での抵抗値Ｒａは、同程度であることが好ましい。本実施形態で用いたＮＴＣサーミスタの２５℃での抵抗値Ｒｔｈは１０ｋΩであり、２５℃での抵抗値Ｒａは１０ｋΩである。
なお、測定温度領域（例えば、−４０℃〜＋１２０℃）において、温度変化に対する抵抗値Ｒａの変化量は、抵抗値Ｒｔｈの変化量に対して十分に小さい。

各スイッチの種類は特に限定されず、電流のオン状態とオフ状態とを切り替えることができる部品や、電流の流れる方向を変化させることができる部品であればよい。例えば、各種トランジスタ、リレースイッチなどをスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４として用いることができる。トランジスタとしては、バイポーラ型トランジスタ、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、フォトトランジスタなどを用いることができる。ここで、オン状態とは、スイッチを介して電源側からグランド側に電流が流れる状態であり、オフ状態とは、スイッチを介した電流が事実上遮断されている状態である。

以下、本実施形態について更に詳細に説明する。
最初に、サーミスタを使用した一般的な温度検出装置の一例を図１に示す。図１の温度検出装置１００では、電池１０を電源とするレギュレータ２０Ａから、３．３Ｖの電圧Ｖｃｃが、電源側に接続された抵抗値Ｒａを有する抵抗３０とグランド側に接続された抵抗値Ｒｔｈを有するサーミスタ４０との直列回路に供給される。温度検出装置１００による温度測定と温度出力は、第一制御部５０Ａにより制御される。第一制御部５０Ａは、抵抗３０とサーミスタ４０との第一接続点３５Ａの電位をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部５１（ＡＤＣ）と、デジタル値を温度に変換して出力する温度出力部５３とを具備する。
ここでは、一例として、電池１０の温度を監視する電池監視装置（Battery Management Unit：ＢＭＵ）に温度検出装置１００を適用した場合を示している。よって、サーミスタ４０は電池１０の近傍に配置されている。図１の温度検出装置１００では、Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ａの電位）は、式（１）で与えられる。

Ｖｔｈ＝Ｒｔｈ×Ｖｃｃ／（Ｒａ＋Ｒｔｈ）・・・（１）

次に、図２に別の温度検出装置の構成を示す。図２の温度検出装置２００では、ＡＦＥ（Analog Front End）２０Ｂを備えており、ＡＦＥ２０Ｂはレギュレータを内蔵している。電池１０が電源である。レギュレータから、３．３Ｖの電圧Ｖｃｃが抵抗３０とサーミスタ４０との直列回路に供給される。サーミスタ４０はグランド側に接続され、抵抗Ｒａは電源側に接続されている。電源（またはＡＦＥ２０Ｂ）と電源側に接続された抵抗Ｒａとの間には、スイッチ素子としてトランジスタ３７が接続されている。温度計測時のみトランジスタ３７をオン状態にすることで、電力消費が削減される。温度検出装置２００による温度測定と温度出力は、第二制御部５０Ｂにより制御される。第二制御部５０Ｂは、抵抗３０とサーミスタ４０との第一接続点３５Ｂの電位をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部５１と、デジタル値を温度に変換して出力する温度出力部５３と、トランジスタ３７のオン／オフを制御するスイッチ制御部５５Ｂを具備する。トランジスタ３７がオン状態であるとき、コレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅとすると、図２の温度検出装置２００におけるＡ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｂの電位）は、式（２）で与えられる。Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｂの電位）と温度との関係を図３に示す。

Ｖｔｈ＝Ｒｔｈ×（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）／（Ｒａ＋Ｒｔｈ）・・・（２）

ＡＦＥ２０Ｂ内蔵のレギュレータの出力電圧にはバラツキがあり、例えばバラツキが±３％である場合には、３．３Ｖに対して±０．１Ｖのバラツキが生じる。図３では、バラツキを考慮して、電圧Ｖｃｃが３．２Ｖ、３．３Ｖおよび３．４Ｖの場合を示している。図３から明らかなように、抵抗３０がサーミスタ４０よりも電源側に接続される場合、電圧Ｖｃｃのバラツキにより低温側でＡ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｂの電位）のバラツキが大きくなる。したがって、低温側では、温度測定の精度が低くなり、測定温度の誤差が大きくなる。例えば、６０℃では誤差は約±１℃であるが、−２０℃では誤差は約±５℃である。
なお、ここではレギュレータの出力電圧Ｖｃｃは３．３Ｖとしたが、Ｖｃｃを、例えば、１Ｖ以上１２Ｖ以下の電圧とすることは可能である。また、レギュレータの出力電圧Ｖｃｃのバラツキは±３％（Ｖｃｃ＝３．３Ｖの場合、バラツキは±０．１Ｖ）としたが、Ｖｃｃのバラツキは、例えば、±２％〜±５％（Ｖｃｃ＝３．３Ｖの場合、バラツキは±０．０６６Ｖ〜±０．１７Ｖ）であってもよい。

図４に、更に別の温度検出装置の構成を示す。図４の温度検出装置３００では、抵抗３０がサーミスタ４０よりもグランド側に接続されている。この点以外、温度検出装置３００は、図２の装置と同様の構成を有する。この場合、Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｃの電位）は、式（３）で与えられる。Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｃの電位）と温度との関係を図５に示す。

Ｖｔｈ＝Ｒａ×（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）／（Ｒａ＋Ｒｔｈ）・・・（３）

図５から明らかなように、図３とは逆の温度特性であり、高温側でＡ／Ｄ変換部５１への出力電圧Ｖｔｈ（第一接続点３５Ｃの電位）のバラツキが大きい。したがって、高温側では、温度測定の精度が低く、測定温度の誤差が大きくなる。例えば、６０℃では誤差は約±５℃であるが、−２０℃では誤差は約±１℃である。

次に、図６に、本発明の一実施形態に係るスイッチ回路の一例を示す。図７には、図６のスイッチ回路４５０を具備する本発明の一実施形態に係る温度検出装置４００の構成を示す。温度検出装置４００は、抵抗値Ｒａを有する抵抗３０と、抵抗３０に直列に接続されたサーミスタ４０と、抵抗３０およびサーミスタ４０への電力供給状態を制御するスイッチ回路４５０と、抵抗３０とサーミスタ４０との第一接続点３５Ｄに接続されたＡ／Ｄ変換部５１と、Ａ／Ｄ変換部５１から出力されるデジタル値を温度に変換して出力する温度出力部５３Ｄとを具備する。Ａ／Ｄ変換部５１と温度出力部５３Ｄは、温度検出部５７を構成している。また、温度検出装置４００は、ＡＦＥ２０Ｂを備える。ＡＦＥ２０Ｂは、サーミスタ４０へ電力を供給するレギュレータを内蔵している。電池１０が電源である。

スイッチ回路４５０は、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ３との直列回路（第一直列回路）と、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ４との直列回路（第二直列回路）とを含み、第一直列回路と第二直列回路とは並列に接続されている。第一直列回路のスイッチＳｗ１および第二直列回路のスイッチＳｗ２は電源側に接続され、第一直列回路のスイッチＳｗ３と第二直列回路のスイッチＳｗ４はグランド側に接続されている。第一直列回路のスイッチＳｗ１とスイッチＳｗ３との第二接続点１３にはサーミスタ４０が接続され、第二直列回路のスイッチＳｗ２とスイッチＳｗ４との第三接続点２４には抵抗３０が接続されている。

温度検出装置４００では、ＡＦＥ２０Ｂに内蔵されているレギュレータから、３．３Ｖの電圧Ｖｃｃが抵抗３０とサーミスタ４０との直列回路に供給される。ただし、スイッチ回路４５０に含まれる４つのスイッチ素子を操作することで、第二接続点１３と第三接続点２４の電位の高低が切り替えられる。すなわち、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３がオン状態であり、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４がオフ状態（第一状態）であれば、第三接続点２４が電源側となり、第二接続点１３がグランド側となる。一方、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３がオフ状態であり、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４がオン状態（第二状態）であれば、第三接続点２４がグランド側となり、第二接続点１３が電源側となる。

スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ２の双方がオフ状態、またはスイッチＳｗ３とスイッチＳｗ４の双方がオフ状態であれば、スイッチ回路４５０に電流は流れない。すなわち、スイッチ回路４００に含まれる複数のスイッチ素子を操作することで、温度計測のタイミングを制御することができる。よって、温度計測時にのみ電力が消費される。

スイッチ回路４５０に含まれる４つのスイッチ素子の動作は、スイッチ制御部５５Ｄにより制御される。スイッチ制御部５５Ｄは、スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２、スイッチＳｗ３およびスイッチＳｗ４のオン状態とオフ状態とを、それぞれ独立した制御信号により切り替えることができるように構成されている。すなわち、スイッチ制御部５５Ｄは、スイッチＳｗ１のオン／オフを制御するＳｗ１制御信号を任意のタイミングで出力することができる。同様に、スイッチ制御部５５Ｄは、スイッチＳｗ２、スイッチＳｗ３およびスイッチＳｗ４のオン／オフを制御するＳｗ２制御信号、Ｓｗ３制御信号およびＳｗ４制御信号を、それぞれ任意のタイミングで出力することができる。

温度検出装置４００による温度測定と温度出力は、第三制御部５０Ｄにより制御される。第三制御部５０Ｄは、スイッチ制御部５５Ｄを具備するとともに、抵抗３０とサーミスタ４０との第一接続点３５Ｄの電位をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部５１と、デジタル値を温度に変換して出力する温度出力部５３Ｄを具備する。温度出力部５３Ｄは、デジタル値を処理する各種演算機能、メモリなどを具備する。なお、第三制御部５０Ｄは、電源１０からＡＦＥ２０Ｂを介して電力供給を受けるように構成することができる。ただし、第三制御部５０Ｄの構成は上記に限定されない。

上記のように、温度検出装置４００では、４つのトランジスタのオン／オフにより、サーミスタ４０をグランド側に接続し、抵抗３０を電源側に接続するか、サーミスタ４０を電源側に接続し、抵抗３０をグランド側に接続するか、を切り替えることができる。スイッチ回路４５０が第一状態であれば、第三接続点２４が電源側となり、第二接続点１３がグランド側となる。このとき、Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧（抵抗３０とサーミスタ４０との第一接続点３５Ｄの電位）Ｖｔｈ１は、式（４）で与えられる。ただし、各トランジスタがオン状態であるときのコレクタ−エミッタ間電圧は、いずれもＶｃｅで表す。このとき、温度とＶｔｈ１との関係は図３とほぼ同様である。すなわち、温度測定対象が低温になるほど、式（４）の分子が大きくなり、Ｖｃｃのバラツキの影響が大きくなる。さらに、温度測定対象の温度が低温側のときは、曲線の傾きが小さく、Ｖｃｃのバラツキの影響が大きい。

Ｖｔｈ１＝Ｒｔｈ×（Ｖｃｃ−２Ｖｃｅ）／（Ｒａ＋Ｒｔｈ）・・・（４）

一方、スイッチ回路４５０が第二状態であれば、第二接続点１３が電源側となり、第三接続点２４がグランド側となる。このとき、Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧（第一接続点３５Ｄの電位）Ｖｔｈ２は、式（５）で与えられ、温度とＶｔｈ２との関係は図５とほぼ同様である。すなわち、温度測定対象が高温になるほど、式（５）の分母が小さくなり、Ｖｃｃのバラツキの影響が大きくなる。さらに、温度測定対象の温度が高温側のときは、曲線の傾きが小さく、Ｖｃｃのバラツキの影響が大きい。

Ｖｔｈ２＝Ｒａ×（Ｖｃｃ−２Ｖｃｅ）／（Ｒａ＋Ｒｔｈ）・・・（５）

式（２）、（３）と式（４）、（５）とを比較すると、式（２）、（３）の（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）の部分が、式（４）、（５）では（Ｖｃｃ−２Ｖｃｅ）となっている。しかし、ＶｃｅはＶｃｃと比較すると非常に小さいので、式（２）のＶｔｈと式（４）のＶｔｈ１の差、および式（３）のＶｔｈと式（５）のＶｔｈ２の差は、無視することができる。つまり、図６のスイッチ回路において、図２または図４の回路よりトランジスタが増加したことによる第一接続点の電位の変化は無視することができるといえる。

図８は、図３と図５の特性図を１つの図で表示した特性図である。図８から明らかなように、広範囲の温度領域で温度測定の精度を向上させるためには、スイッチ回路が第一状態のときの第一接続点の電位と、スイッチ回路が第二状態のときの第一接続点の電位が等しくなるときの温度Ｔ℃（図示例では２５℃）でスイッチ回路４５０の状態を切り替えることが望ましい。
サーミスタ４０の温度が所定の閾値温度以上の高温域である場合には、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３とをオン状態に、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４とをオフ状態にするように、スイッチ制御部５５Ｄがスイッチ回路４５０を制御する。これにより、式（４）で与えられる電位Ｖｔｈ１がＡ／Ｄ変換部５１へ出力される。
一方、サーミスタ４０の温度が閾値温度未満の低温域である場合には、スイッチ制御部５５Ｄは、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４をオン状態に、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３をオフ状態に制御する。これにより、これにより、式（５）で与えられる電位Ｖｔｈ２がＡ／Ｄ変換部５１へ出力される。

例えば、スイッチ制御部５５Ｄは、定期的に、または任意のタイミングで、スイッチ回路４５０の状態に関する信号を、温度出力部５３Ｄに送信する。スイッチ制御部５５Ｄが、スイッチ回路４５０の状態に関する信号を温度出力部５３Ｄに送信する時期は、例えば、特定の時間間隔ごとであっても良いし、スイッチ回路に制御信号を送信するごとであってもよい。また、起動直後には必ずスイッチ制御部５５Ｄがスイッチ回路４５０の状態に関する信号を温度出力部５３Ｄに送信するようにしてもよい。
一方、温度出力部５３Ｄは、定期的に、または任意のタイミングで、スイッチ回路４５０の切り替えに必要な温度情報もしくは信号を、スイッチ制御部５５Ｄに送信する。温度出力部５３Ｄは、スイッチ制御部５５Ｄから送信される信号に基づき、第１温度および第２温度のいずれを出力するべきであるかを判断することができる。温度出力部５３Ｄが、スイッチ回路４５０の切り替えに必要な温度の情報（サーミスタの温度の情報）もしくは信号をスイッチ制御部５５Ｄに送信する時期は、例えば、特定の時間間隔ごとであっても良いし、Ａ／Ｄ変換部５１が出力するデジタル値を受信するごとであってもよい。

図６のスイッチ回路４５０において、交点温度Ｔ℃（図９では２５℃）でＳｗ１〜Ｓｗ４のオン／オフを上記のように切り替えた場合、Ａ／Ｄ変換部５１への出力電圧（第一接続点３５Ｄの電位）Ｖｔｈと温度との関係は図９のようになる。図９によると、サーミスタ４０の温度の誤差は、交点温度Ｔ℃の場合に最大となる。ただし、それでも誤差の最大は±１．５℃程度である。

図８または図９の特性図から明らかなように、交点温度Ｔ℃以外では、同一電圧に対して２つの温度が対応している。すなわち、交点温度Ｔ℃以外では、温度出力部５３Ｄは、ＡＤ変換部５１から出力されるデジタル値から、第１温度と第２温度の２つの温度を認識する。しかし、第三制御部５０Ｄ自身がスイッチ回路４５０の制御を行っているため、スイッチ回路４５０が第一状態と第二状態のいずれにあるか、第三制御部５０Ｄは認識している。したがって、温度出力部５３Ｄが、第１温度と第２温度のうちのどちらの温度を出力するべきであるかを判断することは容易である。

第１温度および第２温度は、Ａ／Ｄ変換部５１が出力するデジタル値に基づいて、例えば温度出力部５３Ｄが具備するメモリに格納された第一特性図および第二特性図に関するデータテーブルから検索される。第一特性図に関するデータテーブル（スイッチ回路が第一状態のときの第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線に基づくデータテーブル）を第一データテーブルとし、第二特性図に関するデータテーブル（スイッチ回路が第二状態のときの第一接続点の電位とサーミスタの温度との関係を示す曲線に基づくデータテーブル）を第二データテーブルとする。温度出力部５３Ｄは、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３とがオン状態であり、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４がオフ状態である場合には（スイッチ回路４５０が第一状態である場合には）、第一データテーブルにおいてＡ／Ｄ変換部５１が出力するデジタル値に対応する第１温度を出力する。一方、スイッチＳｗ１とスイッチＳｗ４とがオン状態であり、スイッチＳｗ２とスイッチＳｗ３がオフ状態である場合には（スイッチ回路４５０が第二状態である場合には）、温度出力部５３Ｄは、第二データテーブルにおいてＡ／Ｄ変換部５１が出力するデジタル値に対応する第２温度を出力する。

すなわち、本実施形態に係る温度検出装置は、
メモリを具備し、
前記メモリは、第一データテーブルと、第二データテーブルと、を格納しており、
前記第一データテーブルは、前記スイッチ回路が前記第一状態のときの前記第一接続点の電位と前記サーミスタの温度との関係を示すデータテーブルであり、
前記第二データテーブルは、前記スイッチ回路が前記第二状態のときの前記第一接続点の電位と前記サーミスタの温度との関係を示すデータテーブルであり、
前記第１温度は、前記第一データテーブルにおいて前記デジタル値に対応する温度であり、
前記第２温度は、前記第二データテーブルにおいて前記デジタル値に対応する温度であり、
前記温度出力部は、前記スイッチ回路が前記第一状態である場合には前記第１温度を選択して出力し、前記スイッチ回路が前記第二状態である場合には前記第２温度を選択して出力する、温度測定装置であることが好ましい。

温度測定装置４００の起動時において、スイッチ回路４５０は、第一状態であってもよく、第二状態であってもよい。スイッチ回路４５０が第一状態であって、温度測定対象の温度が閾値温度未満の場合や、スイッチ回路４５０が第二状態であって、温度測定対象の温度が閾値温度以上の場合、温度出力部５３Ｄから出力される温度は、比較的大きな誤差を含み得る。しかし、スイッチ回路４５０の状態は、以下のように、温度測定対象の温度に応じた正しい状態に修正される。

温度測定装置４００の起動時に、スイッチ制御部５５Ｄがスイッチ回路４５０の状態に関する信号を温度出力部５３Ｄに送信する。スイッチ回路４５０が第一状態であれば、温度出力部５３Ｄは、第一データテーブルでＡ／Ｄ変換部５１が出力するデジタル値に対応する温度を初期温度とする。この初期温度が閾値温度以上であれば、スイッチ回路４５０の状態を切り替える必要はない。一方、初期温度が閾値温度未満であれば、スイッチ回路４５０を第二状態に切り替える必要がある。このとき、温度出力部５３Ｄは、温度情報もしくはスイッチ回路４５０の切り替えを指示する信号をスイッチ制御部５５Ｄに送信し、スイッチ制御部５５Ｄはスイッチ回路４５０を第二状態に切り替える。温度測定装置４００の起動時において、スイッチ回路４５０が第二状態であって、初期温度が閾値温度以上の場合も、同様な動作がなされる。
また、温度測定装置４００の起動後に、スイッチ回路４５０が第一状態であって、温度測定対象の温度が閾値温度未満となった場合や、スイッチ回路４５０が第二状態であって、温度測定対象の温度が閾値温度以上となった場合にも、同様な動作がなされる。
温度出力部５３Ｄは、スイッチ回路４５０が第一状態または第二状態へ切り替わる直前に温度出力部５３Ｄが選択した第１温度または第２温度（スイッチ回路４５０が温度に応じて正しい状態ではなかったときに温度出力部５３Ｄが選択した温度）を、出力しても良いし、出力しなくても良い。また、スイッチ回路４５０が第一状態または第二状態へ切り替わった直後には、必ず温度測定装置４００が温度測定動作をするようにするとよい。

閾値温度は、できるだけ交点温度Ｔ℃に一致するように設定されることが好ましい。閾値温度は、Ｔ−５℃以上かつＴ＋５℃以下の温度であることが好ましく、Ｔ−１℃以上かつＴ＋１℃以下の温度であることがより好ましく、Ｔ℃であることがさらに好ましい。閾値温度を上記のように設定すれば、広範囲の温度領域で温度をさらに精度よく検出することが可能となる。また、閾値温度をＴ℃とすれば、全測定温度領域において、測定精度（温度測定誤差）を連続的にすることができる。閾値温度がＴ℃でない場合には閾値温度において測定精度（温度測定誤差）が非連続となる場合があるが、閾値温度をＴ−５℃以上かつＴ＋５℃以下の温度、またはＴ−１℃以上かつＴ＋１℃以下の温度にすれば、測定精度（温度測定誤差）の非連続性を十分に小さくすることができる。

サーミスタに直列に接続された抵抗の２５℃での抵抗値Ｒａは、サーミスタの２５℃での抵抗値Ｒｔｈの１／１０以上１０倍以下であることが好ましく、１／５以上５倍以下であることがより好ましく、１／２以上２倍以下であることがさらに好ましい。２５℃での抵抗値Ｒａは、２５℃での抵抗値Ｒｔｈと等しいことが最も好ましい。このようにすれば、広範囲の温度領域で温度をさらに精度よく検出することが可能となる。

本実施形態の温度検出装置は、広範囲の温度領域（例えば、−４０℃〜＋８０℃、−４０℃〜＋１００℃、または−４０℃〜＋１２０℃）において、温度測定対象の温度を精度よく検出することができ、例えば、±３℃以内、±２℃以内、または±１．５℃以内の誤差で、温度を検出することができる。

本発明の実施形態によれば、広範囲の温度領域で温度を精度よく検出することが可能な温度検出装置を提供することができる。

１０：電池、１３：第二接続点、２０Ａ：レギュレータ、２０Ｂ：ＡＦＥ、２４：第三接続点、３０：抵抗、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ：第一接続点、３７：トランジスタ、４０：サーミスタ、５０Ａ：第一制御部、５０Ｂ：第二制御部、５０Ｄ：第三制御部、５１：Ａ／Ｄ変換部、５３，５３Ｄ：温度出力部、５５Ｂ，５５Ｄ：スイッチ制御部、５７：温度検出部、１００，２００，４００：温度検出装置、４５０：スイッチ回路

Claims (5)

1. サーミスタと、
   前記サーミスタに直列に接続された抵抗と、
   前記サーミスタと前記抵抗との第一接続点に接続された温度検出部と、
   第一スイッチ、第二スイッチ、第三スイッチおよび第四スイッチを含むスイッチ回路と、を具備し、
   前記第一スイッチと前記第三スイッチとが直列に接続され、
   前記第二スイッチと前記第四スイッチとが直列に接続され、
   前記第一スイッチと前記第二スイッチは、電源側に接続され、
   前記第三スイッチと前記第四スイッチは、グランド側に接続され、
   前記第一スイッチと前記第三スイッチとの第二接続点に前記サーミスタが接続され、
   前記第二スイッチと前記第四スイッチとの第三接続点に前記抵抗が接続されている、温度検出装置。
2. 前記第一スイッチ、前記第二スイッチ、前記第三スイッチおよび前記第四スイッチのオン状態とオフ状態とを、それぞれ独立した制御信号により切り替えるスイッチ制御部、を更に具備する、請求項１に記載の温度検出装置。
3. 前記スイッチ制御部は、
   前記サーミスタの温度が所定の閾値温度以上である場合には、前記第二スイッチと前記第三スイッチとがオン状態であり、前記第一スイッチと前記第四スイッチとがオフ状態である第一状態となるように、前記スイッチ回路を制御し、
   前記サーミスタの温度が前記閾値温度未満である場合には、前記第一スイッチと前記第四スイッチがオン状態であり、前記第二スイッチと前記第三スイッチがオフ状態である第二状態になるように、前記スイッチ回路を制御する、請求項２に記載の温度検出装置。
4. 前記スイッチ回路が前記第一状態のときの前記第一接続点の電位と、前記スイッチ回路が前記第二状態のときの前記第一接続点の電位が等しくなるときの温度をＴ℃とするとき、
   前記閾値温度は、Ｔ−５℃以上かつＴ＋５℃以下の温度である、請求項３に記載の温度検出装置。
5. 前記温度検出部は、前記第一接続点の電位をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、温度出力部と、を具備し、
   前記Ａ／Ｄ変換部は、前記温度出力部へ前記デジタル値を出力し、
   前記温度出力部は、前記デジタル値から第１温度および第２温度を認識し、前記スイッチ回路の状態に基づいて、前記第１温度および前記第２温度のいずれか一方を選択して出力する、請求項３または請求項４に記載の温度検出装置。

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