KR100443583B1 - 온도 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도에 의한 전기 저항의 변화를 간단한 회로 구성으로 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 온도에 의해 전기 저항이 가변되는 써미스터와;

상기 써미스터와 접지단 사이에 접속되어 상기 써미스터를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터와; 출력포트를 통해 상기 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 출력하고, 상기 검출제어신호에 의해 상기 커패시터에 충방전되는 전압레벨을 입력포트로 입력받아 펄스폭 인가시점부터 임계치 전압 검출시점까지의 타임 카운트값을 이용하여 상기 써미스터에 의해 측정된 온도값을 산출하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

온도 검출장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING A TEMPERATURE}

본 발명은 온도 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 온도에 의한 전기 저항의 변화를 간단한 회로 구성으로 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

온열 치료기, 프린터 및 복사기와 같은 화상형성기기, 자동차 등에서는 피제어대상물의 온도를 설정된 온도로 최적 제어하기 위한 온도 검출장치를 구비하고 있다.

일반적인 온도 검출장치는 온도 변화에 따라 전기 저항이 가변되는 써미스터(thermistor)를 구비하고 있으며, 구비된 써미스터에 의해 분압된 전압을디지털 신호로 변환하여 시스템 제어주체인 마이컴으로 출력하여 주는 A/D 컨버터를 구비하고 있는 것이 일반적이다.

상술한 구성을 가지는 온도 검출장치에서 A/D 컨버터는 고가이기 때문에 제품 제조단가의 상승을 초래하는데, 정밀 온도 제어를 위해서는 보다 높은 분해능을 가지는 A/D 컨버터의 사용이 필수적이기 때문에 그에 따라 제품 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 목적은 저렴한 비용의 회로 구성만으로도 피제어대상물의 온도를 검출할 수 있는 온도 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피제어대상물의 온도를 검출하기 위해 사용되는 소자의 허용오차를 보상하여 정밀하게 온도를 검출할 수 있는 온도 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출신호의 타이밍도와 그에 따른 충방전 특성곡선 예시도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도.

도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 온도 검출장치의 구성도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 온도 검출장치는;

온도에 의해 전기 저항이 가변되는 써미스터와;

상기 써미스터와 접지단 사이에 접속되어 상기 써미스터를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터와;

출력포트를 통해 상기 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 출력하고, 상기 검출제어신호에 의해 상기 커패시터에 충방전되는 전압레벨을 입력포트로 입력받아 펄스폭 인가시점부터 임계치 전압 검출시점까지의 타임 카운트값을이용하여 상기 써미스터에 의해 측정된 온도값을 산출하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 커패시터에 충전되는 전압레벨을 기준전압과 비교하고 그 결과를 상기 입력포트로 출력하는 비교기 혹은 상기 커패시터에 충전되는 전압레벨을 입력하여 임계전압 이상의 전압레벨에 대응하는 구형파 펄스를 발생하여 상기 입력포트로 출력하는 슈미트 트리거 회로를 선택적으로 더 포함함을 특징으로 한다.

이러한 선택적 부가 수단에 의해 본 발명은 보다 정확한 써미스터의 전기 저항 변화치를 검출하여 써미스터에 의한 온도값을 검출할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출신호의 타이밍도와 그에 따른 충방전 특성곡선을 예시한 것이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 온도 검출장치는 크게 온도를 검출하기 위한 검출제어신호를 출력하는 출력포트(P1)와 커패시터(C1)의 충전전압 레벨 검출을 위한 입력포트(P2)가 구비된 마이컴(10)과, 써미스터(TH) 및 커패시터(C1)를 포함한다.

써미스터(TH)는 일측이 접지되어 있는 커패시터(C1)의 일측과 접속되어 있으며 온도에 의해 전기 저항이 가변된다. 커패시터(C1)는 상기 써미스터(TH)와 접지단 사이에 접속되어 있으며 상기 써미스터(TH)를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충전 및 방전된다. 이때 커패시터(C1)의 일측은 마이컴(10)의 입력포트 P2와 접속되어 있다.

마이컴(10)은 상기 써미스터(TH)로 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 일정 펄스폭(①)을 가지는 검출제어신호를 출력하고, 상기 신호의 펄스폭(①)에 의해 충전되는 커패시터(C1)의 충전전압을 입력포트 P2로 입력받아 그 전압이 임계전압() 이상일 경우 상기 펄스폭 인가시점(T1)부터 임계전압 검출시점까지의 타임 카운트값(②)을 획득하여 상기 써미스터(TH)에 의해 측정된 온도값을 검출한다. 이를 위해 마이컴(10)은 검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 임계전압 검출시점까지 카운트된 타임값들에 대응하는 전기 저항값들을 맵핑시켜 놓은 제1룩업 테이블과, 상기 전기 저항값들과 온도값을 맵핑시켜 놓은 제2룩업 테이블을 구비한다. 제2룩업 테이블은 해당 써미스터(TH)의 데이터 시트를 참조하여 작성될 수 있으며, 상기 제1룩업 테이블 역시의 수식을 이용하여 작성할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다. 한편 제1룩업 테이블과 제2룩업 테이블은 하나의 룩업 테이블로 통합되어 사용될 수 있음은 자명한 사실이다. 참고적으로 상기 검출제어신호의 펄스폭(①)은 커패시터(C1)의 충전 시상수() 이상의 펄스폭을 가져야 한다. 그리고 다수의 써미스터를 이용하는 경우에는 방전 시상수를 고려하여 검출제어신호의 펄스주기를 설정하여야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 온도 검출장치는 온도에 따라 가변되는 써미스터(TH)의 전기 저항 가변치(R)를 커패시터의 충전속도를 카운트하여 산출하였다는 특징을 갖는다. 즉, 도 1에서 커패시터 C1의 값은 고정되어 있기 때문에 검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 프로그램된 임계전압 이상의 충전전압(예를 들면 논리레벨 하이는 입력전압 3.5V 이상)이 마이컴(10)의 입력포트 P2를 통해 입력되면, 그때까지의 타임 카운트값( tau )을 알 수 있기 때문에에 의해 전기 저항값을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 전기 저항값은 그에 맵핑되어 있는 온도값으로 검출되기 때문에, 결과적으로 마이컴(10)은 써미스터에 의해 측정된 온도값을 얻을 수 있게 되는 것이다.

따라서 도 1에 도시한 온도 검출장치는 일반적인 온도 검출장치에서 요구하는 A/D 컨버터의 구비 없이도 커패시터와 그 커패시터의 충전전압레벨 모니터만으로 써미스터(TH)에 의해 측정되는 온도값을 얻을 수 있다.

한편 마이컴(10)의 입력포트 P2에 인가되는 전압을 입력전압이라 가정하였을 경우, 이러한 입력전압을 조정하기 위해서는 도 3에 도시한 바와 같이 마이컴(10)의 입력포트(P2)와 커패시터(C1)의 일측 사이에 비교기(20)를 구비함으로서 상기 입력전압의 조정이 가능하다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 써미스터(TH)와 커패시터(C1)의 접속점은 비교기(20)의 비반전 입력단자와 접속되어 있으며, 상기 비교기(20)의 반전입력단자에는 바이어스 전압(Vcc)을 전압분할하기 위한 저항 R1과 가변저항 VR의 접속점이 연결되어, 상기 가변저항을 통해 상기 기준전압이 조정된다. 즉, 비교기(20)는 상기 커패시터(C1)에 충전되는 전압을 기준전압과 비교하고 그 결과를 상기 입력포트(P2)로 출력함으로서, 마이컴(10)은 검출제어신호의 펄스폭(①) 인가시점(T1)부터 하이 레벨의 비교기 출력신호가 입력될 때 까지의 타임값을 카운트 완료하면, 그 타임 카운트값에 대응하는 온도값을 내부 메모리에 저장된 룩업테이블로부터 독출함으로서 써미스터(TH)에 의해 측정된 온도값을 검출할 수 있게 되는 것이다. 그리고 가변저항(VR)의 조정을 통해 기준전압을 변경할 수 있으므로, 결과적으로는 마이컴(10)에 입력되는 입력전압을 조정할 수 있어 온도 검출을 위한 분해능을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 써미스터(TH)와 커패시터(C1)의 접속점과 마이컴(10)의 입력포트(P2) 사이에 슈미트 트리거 회로(30)가 접속되어 있다. 상기 슈미트 트리거 회로(30)는 이미 공지된 바와 같이 히스테리시스 특성을 가지고 있는 회로로서 임계 전압 이상의 충전전압이 입력되는 경우 그에 반응하여 활성화되는 구형파 펄스를 발생시킴으로서, 마이컴(10)은 검출제어신호의 펄스폭(①) 인가시점(T1)부터 활성화되는 구형파 펄스 입력시 까지의 타임값을 카운트 완료하면, 그 타임 카운트값에 대응하는 온도값을 내부 메모리에 저장된 룩업테이블로부터 독출함으로서 써미스터(TH)에 의해 측정된 온도값을 검출할 수 있게 되는 것이다. 이러한 슈미트 트리거 회로(30)의 사용으로 충전전압이 임계 전압에 도달하는 시점을 정확하게 검출할 수 있어, 결과적으로는 온도 검출시의 오차율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

마지막으로 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출장치의 구성도를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 마이컴(10)에 구비된 다수의 출력포트 P2, P3,..P6에는 각각 써미스터(TH1,..TH5)의 일측이 접속되어 있으며, 구비된 써미스터들(TH1,..TH5)의 타측은 공통 접속되어 공통 노드를 형성하고 있다. 이러한 공통 노드와 접지단 사이에는 커패시터(C1)가 접속되어 있으며, 공통노드는 마이컴(10)의 입력포트 P7과 접속되어 있다. 그리고 상기 공통노드와 마이컴(10)의 출력포트 P1 사이에는 기준저항(Rr)이 접속되어 있다. 상기 기준저항(Rr)은 커패시터(C1)의 허용오차를 보상하기 위한 것으로서, 일반적으로 커패시터는 10∼20%의 허용오차를 가지고 있으며, 저항은 1% 정도의 허용오차를 가지고 있다. 따라서 마이컴(10)은 우선적으로 커패시터의 허용오차를 보상하기 위한 검출제어신호를 출력포트 P1을 통해 출력함으로서, 도 2 내지 도 4에서 설명한 바와 같이 입력포트인 P7을 통해 임계전압 검출시점까지의 타임 카운트값을 얻을 수 있다. 이때의 타임 카운트값을 N이라 하면, 이후 마이컴(10)은 각 써미스터별(TH1,..TH5)로 순차적으로 검출제어신호를 출력하여 각 써미스터별 타임 카운트값을 획득한 연후에 상기 타임 카운트값을 가감함으로서 커패시터 C1의 허용오차가 보상된 타임 카운트값을 얻을 수 있고, 그에 대응하는 온도값을 최종적으로 내부 메모리에서 획득할 수 있는 것이다. 이러한 온도 검출장치의 구성에서 각 써미스터별 온도를 정확하게 검출하기 위해서는 각 써미스터에 인가되는 검출제어신호가 각 써미스터별로 충전 시상수 이상의 펄스폭을 가지고, 각 써미스터별로 방전 시정수 이상의 간격으로 분리된 펄스열 형태로 순차 출력되어야 함은 자명한 사실일 것이다.

상술한 본 발명의 실시예들에서처럼 본 발명은 일반적인 온도 검출장치에서 요구하는 A/D 컨버터의 구비 없이도 커패시터와 그 커패시터의 충전전압레벨 모니터만으로 간단하게 써미스터(TH)에 의해 측정된 온도값을 얻을 수 있다.

이에 본 발명은 일반적인 온도 검출장치에서 요구하는 A/D 컨버터의 구비를 요하지 않기 때문에 온도 검출장치의 제조 단가를 낮출 수 있음은 물론 회로 구성이 간단해 지는 이점이 있으며, 피제어대상물의 온도를 검출하기 위해 사용되는 소자의 허용오차를 보상함으로서 정밀하게 온도를 검출할 수 있는 이점도 있다. 아울러 본 발명은 온도 검출을 위해 마이컴의 입력포트와 출력포트만을 활용함으로서, 마이컴의 포트 활용성을 증진시킬 수 있는 이점도 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

1. 온도 검출장치에 있어서,

   온도에 의해 전기 저항이 가변되는 써미스터와;

   상기 써미스터와 접지단 사이에 접속되어 상기 써미스터를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터와;

   온도를 검출하기 위한 검출제어신호를 상기 써미스터로 출력하는 출력포트, 상기 커패시터의 충전전압 레벨 검출을 위한 입력포트, 검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 임계전압 검출시점까지 카운트된 타임값들에 대응하는 전기 저항값들이 맵핑된 제1룩업 테이블 및 상기 전기 저항값들에 대응하는 온도값이 맵핑된 제2룩업 테이블을 포함하여, 상기 출력포트를 통해 상기 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 출력하고, 상기 검출제어신호에 의해 상기 커패시터에 충방전되는 전압레벨을 입력포트로 입력받아 상기 제1 및 제2룩업테이블에 맵핑된 값을 근거로 하여 펄스폭 인가시점부터 임계치 전압 검출시점까지의 타임 카운트값을 이용하여 상기 써미스터에 의해 측정된 온도값을 산출하는 제어부와; 그리고,

   상기 제어부의 입력포트와 커패시터의 일측 사이에 설치되어 상기 커패시터에 충전되는 전압을 기준전압과 비교하고 그 결과를 상기 입력포트에 출력하는 비교기;를 포함한 것을 특징으로 하는 온도 검출장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 비교기의 비반전입력단자는 써미스터와 커패시터의 접속점에 접속되며 반전입력단자는 바이어스전압을 전압분할하기 위한 저항과 가변저항의 접속점에 접속되어, 상기 가변저항을 통해 상기 기준전압이 조정됨을 특징으로 하는 온도 검출장치.
4. 온도 검출장치에 있어서,

   온도에 의해 전기 저항이 가변되는 써미스터와;

   상기 써미스터와 접지단 사이에 접속되어 상기 써미스터를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터와;

   온도를 검출하기 위한 검출제어신호를 상기 써미스터로 출력하는 출력포트, 상기 커패시터의 충전전압 레벨 검출을 위한 입력포트, 검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 임계전압 검출시점까지 카운트된 타임값들에 대응하는 전기 저항값들이 맵핑된 제1룩업 테이블 및 상기 전기 저항값들에 대응하는 온도값이 맵핑된 제2룩업 테이블을 포함하여, 상기 출력포트를 통해 상기 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 출력하고, 상기 검출제어신호에 의해 상기 커패시터에 충방전되는 전압레벨을 입력포트로 입력받아 상기 제1 및 제2룩업테이블에 맵핑된 값을 근거로 하여 펄스폭 인가시점부터 임계치 전압 검출시점까지의 타임 카운트값을 이용하여 상기 써미스터에 의해 측정된 온도값을 산출하는 제어부와; 그리고,

   상기 커패시터에 충전되는 전압레벨을 입력하여 상기 입력포트로 출력하는 슈미트 트리거 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 온도 검출장치.
5. 삭제
6. 온도 검출장치에 있어서,

   온도에 의해 전기 저항이 가변되는 다수의 써미스터들과;

   상기 다수의 써미스터의 타측들이 공통 접속되어 있는 공통 노드와 접지단 사이에 접속되어 각각의 써미스터를 통해 인가되는 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터와; 그리고,

   상기 써미스터들의 일측단자가 하나씩 접속되어 온도를 검출하기 위한 검출제어신호를 출력하는 다수의 출력포트, 상기 커패시터의 충전전압 레벨 검출을 위한 입력포트, 검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 임계전압 검출시점까지 카운트된 타임값들에 대응하는 전기 저항값들이 맵핑된 제1룩업 테이블 및 상기 전기 저항값들에 대응하는 온도값이 맵핑된 제2룩업 테이블을 포함하여, 각각의 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 순차 출력하고, 상기 신호의 펄스폭에 의해 충방전되는 전압레벨을 입력포트로 입력받아 상기 제1 및 제2룩업테이블에 맵핑된 값을 근거로 하여 펄스폭 인가시점부터 임계치 전압 검출시점까지의 타임 카운트값을 이용하여 상기 써미스터에 의해 측정된 온도값을 산출하는 제어부와; 그리고,

   상기 제어부의 입력포트와 커패시터의 일측 사이에 설치되어 상기 커패시터에 충전되는 전압을 기준전압과 비교하고 그 결과를 상기 입력포트에 출력하는 비교기;를 포함함을 특징으로 하는 온도 검출장치.
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서, 상기 비교기의 비반전입력단자는 써미스터와 커패시터의 접속점에 접속되며 반전입력단자는 바이어스전압을 전압분할하기 위한 저항과 가변저항의 접속점에 접속되어, 상기 가변저항을 통해 상기 기준전압이 조정됨을 특징으로 하는 온도 검출장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 6에 있어서, 상기 커패시터의 허용오차를 보상하기 위한 기준저항을 상기 제어부의 출력포트와 공통노드 사이에 더 접속함을 특징으로 하는 온도 검출장치.
12. 청구항 6에 있어서, 상기 검출제어신호는 각 써미스터별로 충전 시상수 이상의 펄스폭을 가지고, 각 써미스터별로 방전 시정수 이상의 간격으로 분리된 펄스열 들인 것을 특징으로 하는 온도 검출장치.
13. 온도에 의해 전기 저항이 가변되는 하나 이상의 써미스터를 구비하는 온도 검출장치의 온도 검출방법에 있어서,

    상기 써미스터로 일정 펄스폭을 가지는 검출제어신호를 순차 출력하되, 상기 일정 펄스폭 인가시점부터 내부 타이머값을 카운트하는 단계와;

    상기 써미스터와 접지단 사이에 접속되어 있는 커패시터의 일측으로부터 충전 전압을 리드하는 단계와;

    리드되는 충전 전압과 임계전압을 비교하는 단계와;

    상기 충전 전압이 임계전압 이상일 경우 타임 카운트 종료하고, 종료된 타임 카운트값에 대응하는 온도값을 내부 메모리에서 독출하여 온도 검출하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 온도 검출방법.