JPWO2017150013A1 - 温度検出回路 - Google Patents

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Abstract

回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路の故障を診断できる温度検出回路を提供するために、温度検出回路(1)は、温度計測回路(10)と、演算回路(20)と、温度監視回路(30)と、診断信号生成回路(40)とを備える。温度計測回路(10)は、温度に応じた温度計測電圧(V1)を計測ノード(N1)に出力する。演算回路(20)は、温度計測電圧(V1)に基づいて温度を演算する。温度監視回路(30)は、温度計測電圧(V1)が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号(V2)を有効にする。診断信号生成回路(40)は、温度監視回路(30)の故障診断時、計測ノード(N1)に診断信号を供給して、温度計測電圧(V1)を変化させる。

Description

本発明は、計測対象物の温度を検出する温度検出回路に関する。
計測対象物の温度に応じた温度計測電圧を出力する温度計測回路と、温度計測電圧に基づいて温度を演算するMPU(Micro Processor Unit)とを備える温度検出回路が知られている。MPUの回路故障やソフトウェアの誤動作により正しく温度が検出されない場合を考慮して、温度検出回路は、冗長回路である温度監視回路を備えている。温度監視回路は、温度計測電圧に基づいて温度を監視し、温度が異常な場合、MPUおよび安全停止装置などに異常を通知する。これにより、温度検出回路が設けられる機器の品質および信頼性を向上できる。このような温度監視回路の故障を所望のタイミングで診断する必要がある。
特開2015−118068号公報
しかし、温度が異常にならない限り温度監視回路は作動しないため、通常の温度では温度監視回路の故障を診断できない。そこで、故障診断の際、温度監視回路に温度計測電圧が供給されないよう温度監視回路と温度計測回路とをスイッチにより切り離した上で、温度監視回路へ故障診断用の信号を入力する技術が考えられる。しかし、このような技術では回路規模とコストが増大する。
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路の故障を診断できる温度検出回路を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の温度検出回路は、温度に応じた温度計測電圧を計測ノードに出力する温度計測回路と、前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路と、前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路と、前記温度監視回路の故障診断時、前記計測ノードに診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路の故障を検出できる。
本発明の一実施形態に係る温度検出回路の回路図である。 図1の温度検出回路の温度計測電圧と異常検知信号の制御電圧との関係を示す図である。 複数の温度における図1の温度検出回路の温度計測電圧と制御電圧との関係を示す図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る温度検出回路1の回路図である。温度検出回路1は、温度計測回路10と、演算回路20と、温度監視回路30と、診断信号生成回路40とを備える。
温度計測回路10は、計測対象物の温度に応じた温度計測電圧V1を計測ノードN1に出力する。計測対象物は、特に限定されないが、例えば、車両用電源装置、航空用電源装置、船舶用電源装置、または、定置型電源装置などである。計測対象物は、これらの電源装置に含まれる二次電池であってもよい。
演算回路20は、例えばMPUであり、計測ノードN1に接続された入力端子20aと、入力端子20bと、出力端子20cとを有する。演算回路20は、入力端子20aに入力された温度計測電圧V1に基づいて温度を演算する。演算回路20は、AD変換器を含んでおり、AD変換器により温度計測電圧V1をAD変換し、得られたデジタル信号を処理して温度を得る。演算回路20は、得られた温度が異常である場合、外部に異常を通知する。
演算回路20の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、DSP、ROM、RAM、FPGA、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
温度監視回路30は、計測ノードN1に接続され、温度計測電圧V1に基づいて温度を監視する。温度監視回路30は、温度計測電圧V1が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号V2を有効にする。温度監視回路30は、異常検知信号V2を演算回路20の入力端子20bおよび外部の安全停止装置100などに出力する。温度監視回路30は、温度計測電圧V1が異常電圧範囲外にある場合、異常検知信号V2を無効にする。異常電圧範囲は、計測対象物に異常が生じている場合の温度範囲に対応する。演算回路20は、異常検知信号V2が有効になると、外部に異常を通知する。安全停止装置100は、異常検知信号V2が有効になると、計測対象物の動作を停止させる。
このような構成により、演算回路20の回路故障やソフトウェアの誤動作により正しく温度が検出されない場合であっても、計測対象物に温度異常が生じている場合には、温度監視回路30が異常検知信号V2を有効にすることができる。
演算回路20は、所定の診断タイミングで温度監視回路30の故障を診断する。故障診断時、演算回路20は、出力端子20cから診断信号生成回路40に制御電圧V3を出力し、制御電圧V3に応じて異常検知信号V2が正しく有効または無効になるか確認する。これにより、演算回路20は、温度監視回路30が故障しているか否か診断できる。診断タイミングは、例えば、計測対象物の起動時、動作終了時、一時停止中などである。演算回路20は、DA変換器を有しており、このDA変換器により、予めプログラムされたデジタルデータをDA変換して制御電圧V3を生成する。
診断信号生成回路40は、計測ノードN1に接続され、温度監視回路30の故障診断時、制御電圧V3に応じて計測ノードN1に診断信号を供給して、温度計測回路10が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧V1を変化させる。具体的には、診断信号生成回路40は、故障診断時、制御電圧V3に応じて温度計測電圧V1を異常電圧範囲内の値に変化させる。診断信号生成回路40は、故障診断時、制御電圧V3に応じて温度計測電圧V1を異常電圧範囲内の値と異常電圧範囲外の値に変化させてもよい。
診断信号生成回路40は、故障診断時以外では、制御電圧V3に応じて出力を高インピーダンスに設定する。これにより、温度を検出する間、診断信号生成回路40が温度計測電圧V1に影響を与えないようにできる。そのため、正確な温度を検出できる。
以下、温度計測回路10、温度監視回路30および診断信号生成回路40の回路構成の一例について説明するが、これに限らない。
温度計測回路10は、分圧抵抗Rdと、感温素子11とを有する。分圧抵抗Rdは、電源電圧(第1固定電圧)VDDが供給される一端と、計測ノードN1に接続された他端とを有する。
感温素子11は、計測対象物の温度を精度良く検出できるよう、計測対象物に熱結合される。感温素子11は、温度に応じて抵抗値が変化する素子であり、例えば、サーミスタである。感温素子11は、計測ノードN1に接続された一端と、接地電圧(第2固定電圧)が供給される他端とを有する。本実施形態では、感温素子11は、温度が増加するほど抵抗値が減少するが、これとは逆の特性であってもよい。
分圧抵抗Rdと感温素子11は、分圧回路を構成している。この構成により、温度計測回路10は、感温素子11の抵抗値を温度計測電圧V1に変換する
温度監視回路30は、コンパレータ31と、コンパレータ32とを有する。
コンパレータ31は、基準電圧Vref1が供給される非反転入力端子と、計測ノードN1に接続された反転入力端子と、異常検知信号V2を出力する出力端子とを有する。コンパレータ32は、基準電圧Vref2が供給される反転入力端子と、計測ノードN1に接続された非反転入力端子と、コンパレータ31の出力端子に接続された出力端子とを有する。
基準電圧Vref1は、基準電圧Vref2より高い。異常電圧範囲は、基準電圧Vref1以上、基準電圧Vref2以下の範囲である。コンパレータ31,32は、ウィンドウ型のコンパレータとして機能する。
診断信号生成回路40は、第1トランジスタTR1と、第2トランジスタTR2と、第1抵抗R1と、第2抵抗R2と、第3抵抗R3と、第4抵抗R4とを有する。
第1トランジスタTR1は、NPN型バイポーラトランジスタであり、第3抵抗R3を介して制御電圧V3が供給されるベースと、電源電圧VDDが供給されるコレクタと、エミッタとを有する。
第1抵抗R1は、第1トランジスタTR1のエミッタに接続された一端と、接地電圧が供給される他端とを有する。
第2トランジスタTR2は、NPN型バイポーラトランジスタであり、第1トランジスタTR1のエミッタに第4抵抗R4を介して接続されたベースと、計測ノードN1に接続されたコレクタと、エミッタとを有する。
第2抵抗R2は、第2トランジスタTR2のエミッタに接続された一端と、接地電圧が供給される他端とを有する。
第1トランジスタTR1と第1抵抗R1は、エミッタフォロワ回路を構成している。第2トランジスタTR2と第2抵抗R2は、オープンコレクタ回路を構成している。
診断信号生成回路40は、故障診断時、計測ノードN1から電流を引き込んで、分圧抵抗Rdに流れる電流を増加させ、温度計測回路10が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧V1を変化させる。診断信号生成回路40が計測ノードN1から引き込む電流は、前述の故障診断信号に対応する。具体的には、制御電圧V3に応じて第1および第2トランジスタTR1,TR2に流れるベース電流およびコレクタ電流が変化し、これにより分圧抵抗Rdに流れる電流も変化する。結果として、制御電圧V3に応じて第2トランジスタTR2のコレクタ・エミッタ間電圧が変化することにより温度計測電圧V1が変化する。
故障診断時以外では、制御電圧V3は例えば0Vに設定され、診断信号生成回路40は電流の引き込みを停止する。この時、第2トランジスタTR2のコレクタは、高インピーダンスになっている。
図2は、図1の温度検出回路1の温度計測電圧V1と異常検知信号V2の制御電圧V3との関係を示す図である。図2では、感温素子11の温度は25℃であり、温度監視回路30は故障していない。
制御電圧V3が0Vから電圧V3aの間では、第1および第2トランジスタTR1,TR2にコレクタ電流が流れない。そのため、温度計測電圧V1は、25℃を示す値となっている。この時、演算回路20は温度を25℃と演算する。温度計測電圧V1は異常電圧範囲VR1外であるため、異常検知信号V2は、ローレベル、即ち無効である。
制御電圧V3が電圧V3aより高くなると、第2トランジスタTR2にコレクタ電流が流れ、温度計測電圧V1は、25℃を示す値より低下する。
制御電圧V3が電圧V3aより高い電圧V3b付近になると、第2トランジスタTR2により多くのコレクタ電流が流れ、温度計測電圧V1は最小値となる。この最小値は、基準電圧Vref2より低い。そのため、制御電圧V3が電圧V3aから電圧V3bの間で異常検知信号V2が一旦ハイレベル、即ち有効になるが、電圧V3bでは異常検知信号V2は無効である。
制御電圧V3が電圧V3bより高くなるほど、第2トランジスタTR2に流れるコレクタ電流が減少し、温度計測電圧V1は最小値より高くなる。
制御電圧V3が電圧V3bより高い電圧V3cになると、温度計測電圧V1は基準電圧Vref2と等しくなる。制御電圧V3が電圧V3cより高い電圧V3dになると、温度計測電圧V1は基準電圧Vref1と等しくなる。そのため、制御電圧V3が電圧V3cから電圧V3dの間では、温度計測電圧V1は基準電圧Vref1と基準電圧Vref2との間、すなわち異常電圧範囲VR1内にある。この場合、異常検知信号V2は有効である。
制御電圧V3が電圧V3dより高くなるほど、温度計測電圧V1は基準電圧Vref1より高くなる。そのため、この場合には異常検知信号V2は無効である。
以上から、制御電圧V3が電圧V3cから電圧V3dの間に設定された時に異常検知信号V2が無効である場合、温度監視回路30が故障していると診断できる。
また、制御電圧V3が電圧V3bから電圧V3cの間、または、電圧V3dより高く設定され、異常検知信号V2が有効である場合、温度監視回路30が故障していると診断できる。これにより、基準電圧Vref1または基準電圧Vref2が誤っている故障も診断できる。
演算回路20は、制御電圧V3を、電源電圧VDDから電圧V3bまたは0Vまで段階的に低下させてもよく、電圧V3bまたは0Vから電源電圧VDDまで段階的に増加させてもよい。これにより、より高精度に故障を診断できる。
図3は、複数の温度における図1の温度検出回路1の温度計測電圧V1と制御電圧V3との関係を示す図である。図3では、感温素子11の温度が−50℃、−40℃、25℃、65℃、95℃、120℃の場合の温度計測電圧V1を示している。
制御電圧V3が0Vから電圧V3aの間では、温度計測電圧V1は、それぞれの温度に応じて示される値となっている。温度が増加するほど、温度計測電圧V1は低下する。
図示する例では、基準電圧Vref1は70℃の温度計測電圧V1に対応し、基準電圧Vref2は90℃の温度計測電圧V1に対応する。温度を検出する時に温度計測電圧V1が異常電圧範囲VR1内にある場合、温度は70〜90℃であり、計測対象物が異常であり、異常検知信号V2が有効になる。
図2と同様に、各温度において、制御電圧V3が電圧V3bより高くなるほど、温度計測電圧V1は最小値より増加する。制御電圧V3が電圧V3bから電圧V3eの範囲では、温度が−50℃〜120℃において、温度計測電圧V1は、基準電圧Vref2未満から基準電圧Vref1より高く変化する。したがって、制御電圧V3を電圧V3bから電圧V3eまで変化させることで、温度計測回路10が測定する測定対象物の温度によらず、異常検知信号V2を無効から有効に変化させた後、有効から無効に変化させることができる。そのため、故障診断時の温度によらず、温度監視回路30の故障をより高精度に診断できる。
このように、本実施形態によれば、温度監視回路30の故障診断時、診断信号生成回路40が、温度計測回路10が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧V1を変化させるようにしている。これにより、計測ノードN1と温度監視回路30との間にスイッチを設けて温度監視回路30に温度計測電圧V1が供給されないようにすることなく、通常の温度環境において、温度監視回路30が正しく異常検知信号V2を有効にするか否か確認することができる。従って、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路30の故障を診断できる。
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。これら実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
例えば、第1および第2トランジスタTR1,TR2として、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタなどの他のスイッチ素子を用いてもよい。
また、異常電圧範囲を基準電圧Vref1以上、基準電圧Vref2以下の範囲に設定する一例について説明したが、異常電圧範囲をある基準電圧以下またはある基準電圧以上に設定してもよい。
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
[項目1]
温度に応じた温度計測電圧を計測ノード(N1)に出力する温度計測回路(10)と、
前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路(20)と、
前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路(30)と、
前記温度監視回路(30)の故障診断時、前記計測ノード(N1)に診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路(40)と、
を備えることを特徴とする温度検出回路(1)。
これによれば、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路(30)の故障を診断できる。
[項目2]
前記温度計測回路(10)は、
第1固定電圧が供給される一端と、前記計測ノード(N1)に接続された他端とを有する分圧抵抗(Rd)と、
前記計測ノード(N1)に接続された一端と、第2固定電圧が供給される他端とを有し、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子(11)と、を有し、
前記診断信号生成回路(40)は、前記故障診断時、電流を前記計測ノード(N1)から引き込んで、前記温度計測電圧を変化させることを特徴とする項目1に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、簡単な回路で温度に無関係に温度計測電圧を変化させることができる。[項目3]
前記診断信号生成回路(40)は、前記故障診断時以外では、前記電流の引き込みを停止することを特徴とする項目2に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、温度を検出する間、診断信号生成回路(40)が温度計測電圧に影響を与えないようにできる。そのため、正確な温度を検出できる。
[項目4]
前記診断信号生成回路(40)は、
制御電圧が供給されるベースと、前記第1固定電圧が供給されるコレクタと、を有する第1トランジスタ(TR1)と、
前記第1トランジスタ(TR1)のエミッタに接続された一端と、前記第2固定電圧が供給される他端とを有する第1抵抗(R1)と、
前記第1トランジスタ(TR1)のエミッタに接続されたベースと、前記計測ノード(N1)に接続されたコレクタと、を有する第2トランジスタ(TR2)と、
前記第2トランジスタ(TR2)のエミッタに接続された他端と、前記第2固定電圧が供給される他端とを有する第2抵抗(R2)と、
を有することを特徴とする項目2または3に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、簡単な構成で診断信号生成回路(40)を実現できる。
[項目5]
前記診断信号生成回路(40)は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値に変化させることを特徴とする項目1から4のいずれか1項に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、異常検知信号が有効になるか確認することにより、短時間で温度監視回路(30)の故障を診断できる。
[項目6]
前記診断信号生成回路(40)は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値と前記異常電圧範囲外の値に変化させることを特徴とする項目1から4のいずれか1項に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、温度計測電圧が異常電圧範囲内の値の時に異常検知信号が有効になるか確認し、温度計測電圧が異常電圧範囲外の値の時に異常検知信号が無効になるか確認することにより、温度監視回路(30)の故障をより高精度に診断できる。なお、温度計測電圧が異常電圧範囲内の値の時に異常検知信号が有効になることと、温度計測電圧が異常電圧範囲外の値の時に異常検知信号が無効になることのどちらか一方を確認することで温度監視回路(30)の故障を診断してもよい。
[項目7]
前記演算回路(20)は、前記故障診断時、前記制御電圧を前記第1固定電圧から段階的に低下させるか、または、前記制御電圧を前記第2固定電圧から段階的に増加させることを特徴とする項目4に記載の温度検出回路(1)。
これによれば、温度監視回路の故障をより高精度に診断できる。
[項目8]
前記温度計測回路(10)は、二次電池の温度に応じた前記温度計測電圧を出力し、
前記異常電圧範囲は、前記二次電池に異常が生じている場合の温度範囲に対応することを特徴とする項目1から7のいずれか1項に記載の温度検出回路。
これによれば、二次電池の異常を検出できる。
1…温度検出回路、10…温度計測回路、11…感温素子、Rd…分圧抵抗、20…演算回路、30…温度監視回路、40…診断信号生成回路、R1…第1抵抗、TR1…第1トランジスタ、R2…第2抵抗、TR2…第2トランジスタ。

Claims (8)

  1. 温度に応じた温度計測電圧を計測ノードに出力する温度計測回路と、
    前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路と、
    前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路と、
    前記温度監視回路の故障診断時、前記計測ノードに診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路と、
    を備えることを特徴とする温度検出回路。
  2. 前記温度計測回路は、
    第1固定電圧が供給される一端と、前記計測ノードに接続された他端とを有する分圧抵抗と、
    前記計測ノードに接続された一端と、第2固定電圧が供給される他端とを有し、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子と、を有し、
    前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記計測ノードから電流を引き込んで、前記温度計測電圧を変化させることを特徴とする請求項1に記載の温度検出回路。
  3. 前記診断信号生成回路は、前記故障診断時以外では、前記電流の引き込みを停止することを特徴とする請求項2に記載の温度検出回路。
  4. 前記診断信号生成回路は、
    制御電圧が供給されるベースと、前記第1固定電圧が供給されるコレクタと、を有する第1トランジスタと、
    前記第1トランジスタのエミッタに接続された一端と、前記第2固定電圧が供給される他端とを有する第1抵抗と、
    前記第1トランジスタのエミッタに接続されたベースと、前記計測ノードに接続されたコレクタと、を有する第2トランジスタと、
    前記第2トランジスタのエミッタに接続された他端と、前記第2固定電圧が供給される他端とを有する第2抵抗と、
    を有することを特徴とする請求項2または3に記載の温度検出回路。
  5. 前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値に変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の温度検出回路。
  6. 前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値と前記異常電圧範囲外の値に変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の温度検出回路。
  7. 前記演算回路は、前記故障診断時、前記制御電圧を前記第1固定電圧から段階的に低下させるか、または、前記制御電圧を前記第2固定電圧から段階的に増加させることを特徴とする請求項4に記載の温度検出回路。
  8. 前記温度計測回路は、二次電池の温度に応じた前記温度計測電圧を出力し、
    前記異常電圧範囲は、前記二次電池に異常が生じている場合の温度範囲に対応することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の温度検出回路。
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