KR20210078316A - 온도 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20210078316A
KR20210078316A KR1020190170187A KR20190170187A KR20210078316A KR 20210078316 A KR20210078316 A KR 20210078316A KR 1020190170187 A KR1020190170187 A KR 1020190170187A KR 20190170187 A KR20190170187 A KR 20190170187A KR 20210078316 A KR20210078316 A KR 20210078316A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치는 NTC 서미스터; PTC 서미스터; 및 상기 NTC 서미스터와 상기 PTC 서미스터에서 각각 검출한 전압 값을 입력 받아 온도로 환산하는 온도 산출부를 포함하고, 상기 온도 산출부는, 상기 NTC 서미스터를 통해 검출한 제1 온도와 상기 PTC 서미스터를 통해 검출한 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting temperature}
본 발명은 온도 검출 장치 및 온도 검출 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 서로 다른 종류의 부품을 통해 이중으로 온도를 검출하는 온도 검출 장치 및 방법에 관한 발명이다.
ISO 26262 또는 자동차 기능 안전성 국제 표준은 자동차에 탑재되는 E/E (Electrical and/or Electronic) 시스템의 오류로 인한 사고방지를 위해 ISO에서 제정한 자동차 기능 안전 국제 규격으로서, 이 중 Part 9 ASIL-oriented and safety-oriented analyses에는 발생 가능성이 동시 혹은 연속의 경우에 대한 고장 분석(Analysis of dependent failures)이 요구사항으로 규정되어 있다.
일반적으로 온도 측정을 위해 서미스터를 사용하고, 온도의 정확한 측정을 위해 2개의 서미스터를 이용하게 된다. 2개의 서미스터가 동일한 종류의 부품인 경우 동일 환경에 노출되거나 동일 원인 발생시 2개의 서미스터가 동시에 고장하는 종속 고장의 확률이 높은 문제가 있다.
또한, 동일한 종류의 2개의 서미스터로 온도를 검출하는 장치는 ISO26262의 Part 9을 만족하지 못하여 높은 안전 등급을 받지 못하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 서로 다른 종류의 부품을 통해 이중으로 온도를 검출하는 온도 검출 장치 및 온도 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치는 NTC 서미스터(NTC-thermistor, Negative Temperature Coefficient-thermicresistor); PTC 서미스터(PTC-thermistor, Positve Temperature Coefficient-thermicresistor); 및 상기 NTC 서미스터와 상기 PTC 서미스터에서 각각 검출한 전압 값을 입력 받아 온도로 환산하는 온도 산출부를 포함하고, 상기 온도 산출부는, 상기 NTC 서미스터를 통해 검출한 제1 온도와 상기 PTC 서미스터를 통해 검출한 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제3 온도를 측정하는 온도센서부를 포함하고, 상기 온도 산출부는 상기 제3 온도가 기준온도보다 작은 경우 상기 제1 온도를 비교온도로 설정하고, 상기 제3 온도가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 제2 온도를 상기 비교온도로 설정할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 상기 비교온도로 설정되지 않은 온도와 상기 비교온도의 차이 값이 임계 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나는 경우 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 제1 온도의 온도 변화 기울기가 제1 임계값을 초과하거나, 상기 제2 온도의 온도 변화 기울기가 제2 임계값을 초과하거나, 또는 상기 제3 온도의 온도 변화 기울기가 제3 임계값을 초과하는 경우, 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는 상기 제1 내지 제3 온도를 이용하여 현재온도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하고, 상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 환산된 온도를 이용하여 산출되는 현재온도를 이용하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 검출 방법은 NTC 서미스터와 PTC 서미스터에서 검출한 전압 값을 각각 제1 온도와 제2 온도로 환산하는 단계; 상기 제1 온도와 상기 제2 온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 단계; 및 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 온도센서부에서 제3 온도를 측정하는 단계; 상기 제3 온도가 기준온도보다 작은 경우 상기 제1 온도를 비교온도로 설정하고, 상기 제3 온도가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 제2 온도를 상기 비교온도로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 상기 비교온도로 설정 되지 않은 온도와 상기 비교온도의 차이 값이 임계범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 온도의 온도 변화 기울기가 제1 임계값을 초과하거나, 상기 제2 온도 의 온도 변화 기울기가 제2 임계값을 초과하거나, 또는 상기 제3 온도의 온도 변화 기울기가 제3 임계값을 초과한 경우, 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하고, 상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 서로 다른 종류의 부품을 이용하여 온도 검출이 이루어지므로 동일 원인에 의한 종속 고장 발생률을 낮출 수 있다.
또한, 서로 다른 종류의 부품을 이용하여 온도 검출이 이루어지므로 ISO2626 규격 및 안전 목표를 보증할 수 있고, 높은 안전 등급을 받을 수 있다.
또한, 서로 다른 부품에 의한 온도 측정값을 상호비교하여 온도를 비교적 정확히 측정할 수 있고, 측정 온도의 정확성을 보증할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 NTC 서미스터와 PTC 서미스터의 온도에 따른 저항을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치의 회로도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 검출 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 NTC 서미스터(NTC-thermistor, Negative Temperature Coefficient-thermicresistor)와 PTC 서미스터(PTC-thermistor, Positve Temperature Coefficient-thermicresistor)의 온도에 따른 저항을 나타낸 그래프이다.
서미스터는 여러 가지 금속 산화물을 녹여 만든 반도체로서, 일반적인 금속과는 달리 온도 변화에 대해서 저항값이 민감하게 변하는 저항기를 의미한다. 서미스터는 온도에 의해 저항이 변하는 양상에 따라 크게 NTC 서미스터, PTC 서미스터, CTR 서미스터로 종류가 나뉠 수 있다. 이 중 CTR 서미스터는 특정 온도에서 저항값이 급격히 변화하는 특징이 있으며, NTC 서미스터와 PTC 서미스터는 아래에 자세하게 설명하도록 한다.
NTC 서미스터는 음(-)의 온도 계수를 가진다. 즉, 온도가 증가하면 저항이 감소하는 특징이 있다. NTC 서미스터는 백금, 니켈, 코발트, 철, 산화 실리콘 등을 소결하거나 고분자 구조로 만들거나 하여 제작된다.
PTC 서미스터는 양(+)의 온도 계수를 가진다. 즉, 온도가 증가하면 저항이 증가하는 특징이 있다. PTC 서미스터는 크게 실리콘을 이용한 PTC 서미스터(silistor)와 스위치형 PTC 서미스터로 나뉠 수 있다. 실리콘을 이용한 PTC 서미스터는 주로 실리콘에 다른 물질을 도핑하여 제작되며 온도가 증가하면 저항이 선형적으로 증가하는 특징이 있다. 스위치형 PTC 서미스터는 결정성 고분자 세라믹 등으로 제작되고, 특정 온도 이상이 되면 급격하게 저항이 증가하는 성질이 있다.
도 1을 참조하면 NTC 서미스터는 약 70℃ 이하에서 온도의 증가에 따른 저항의 감소율이 큰 반면, 약 70℃ 이상에서는 온도의 증가에 따라 저항의 감소율이 작다. 즉, NTC 서미스터는 저온 부근에서 온도 변화에 대한 저항의 감도가 높으므로 NTC 서미스터는 저온 부근에서 미세한 온도 변화를 측정할 수 있고, 측정한 온도의 정확성 역시 높다.
반대로, PTC 서미스터는 약 70℃ 이상에서 온도의 증가에 따른 저항의 증가율이 큰 반면, 약 70℃ 이하에서는 온도의 증가에 따른 저항의 증가율이 작다. 즉, PTC 서미스터는 고온 부근에서 온도 변화에 대한 저항의 감도가 높으므로 PTC 서미스터는 고온 부근에서 미세한 온도 변화를 측정할 수 있고, 측정한 온도의 정확성도 높다.
이와 같이 NTC 서미스터와 PTC 서미스터는 서로 다른 특성을 갖고 있으며, NTC 서미스터는 고온에서 고장이 발생할 확률이 높고, PTC 서미스터는 저온에서 고장이 발생할 확률이 높다. 또한, NTC 서미스터와 PTC 서미스터를 함께 이용하여 온도 측정시 상호 보완적인 관계를 통해 비교적 높은 정확도로 온도 검출할 수 있다. 이하, 본 발명의 일실시예에 따른 온도 검출 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치(100)의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 검출 장치(100)의 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 온도 검출 장치(100)는 NTC 서미스터(110), PTC 서미스터(120), 온도 산출부(130)를 포함하고, 온도센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)를 통해 각각 전압 값을 검출한다.
보다 구체적으로, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)는 온도 변화에 따라 저항이 변화하고, 전압 분배 법칙에 의해 각 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에 걸린 전압 역시 변화할 수 있다. 전압은 저항에 비례하므로 서미스터의 저항이 감소하면 검출되는 전압이 감소할 수 있고, 서미스터의 저항이 증가하면 검출되는 전압은 증가할 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이 Vin으로 입력 전압이 입력되면 각 저항에는 전압 분배 법칙에 따라 전압이 걸리고, 온도에 따라 저항이 변하는 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에 걸리는 전압 역시 변화할 수 있다.
온도 산출부(130)는 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에서 각각 검출한 전압 값을 입력 받아 온도로 환산한다.
보다 구체적으로, 온도 산출부(130)는 미리 설정된 전압-온도 관계식에 따라 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에서 각각 검출한 전압 값을 온도로 환산할 수 있다. 이 때, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)는 서로 다른 전압-온도 관계식에 따라 전압을 온도로 환산할 수 있고, 동일한 전압-온도 관계식에 따라 전압을 온도로 환산할 수 있다.
예를 들어, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에서 검출한 전압은 온도에 비례할 수 있고, 일정 범위 온도에서 선형 응답(Linear response) 특성을 가질 수 있다. 그러나, 일정 범위를 벗어난 온도에서는 비선형성 응답(Non-linear response) 특성을 가질 수 있고, 온도에 따른 전압의 변화가 선형 영역에 비해 크게 줄어들 수 있다. 이에 따라, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)를 통한 온도 검출 정밀도 개선을 위해 기존 관계식에 보정값이 필요할 수 있고, 온도 범위 별로 별도의 관계식이 사용될 수 있다.
따라서, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)에서 검출한 전압을 온도로 환산하는 관계식은 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120) 각각 별도로 설정될 수 있고, 서로 다른 온도 범위 내에서 서로 다른 관계식이 사용될 수 있다. 서미스터에 대한 전압-온도 환산식은 서미스터의 스펙에 따라 설정되거나, 시뮬레이션 등을 통해 도출되어 설정될 수도 있다.
온도 산출부(130)는 NTC 서미스터(110)를 통해 검출한 제1 온도와 PTC 서미스터(120)를 통해 검출한 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다. 온도 산출부(130)는 NTC 서미스터(110)를 통해 검출한 제1 온도와 PTC 서미스터(120)를 통해 검출한 제2 온도를 이용하여 현재온도를 산출함에 있어서, NTC 서미스터(110) 및 PTC 서미스터(120)가 정상적으로 동작하는지를 판단할 수 있다.
예를 들어, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)가 정상적으로 작동하고 있는 경우 NTC 서미스터(110)를 통해 검출한 제1 온도와 PTC 서미스터(120)를 통해 검출한 제2 온도의 차이의 절대값은 제1 범위를 만족할 수 있다. 그러나, NTC 서미스터(110) 및 PTC 서미스터(120) 중 어느 하나의 부품에 문제가 발생한 경우 NTC 서미스터(110)를 통해 검출한 제1 온도와 PTC 서미스터(120)를 통해 검출한 제2 온도의 차이 값은 제1 범위를 벗어날 수 있고, 이 경우, NTC 서미스터(110) 및 PTC 서미스터(120) 중 적어도 어느 하나에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 온도 산출부(130)는 고장 신호를 생성할 수 있고, 또는 상기 고장으로 인해 잘못 측정된 온도에 따라 다른 부품의 오작동 등을 방지하기 위하여, 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제1 범위는 NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)의 온도에 따른 허용 한계값(toleranace)을 고려하여 정해질 수 있고, 제1 범위는 -6℃이상이고 6℃이하인 범위를 만족할 수 있다.
온도 산출부(130)는 환산된 온도를 이용하여 산출되는 현재온도를 이용하여 제어신호를 생성할 수 있다.
현재온도는 온도 검출 장치(100)에서 검출한 온도를 의미한 것으로서 실제온도에 가장 근접한 온도를 의미한다. 온도 검출 장치(100)의 정확도가 높을수록 현재온도는 실제온도에 근접할 수 있다. 현재온도는 제1 온도와 제2 온도를 이용하여 산출될 수 있고, 온도 산출부(130)에 미리 설정된 계산식 또는 알고리즘에 의해 산출될 수도 있다.
또는, 앞서 도 1을 이용하여 설명한 바와 같이, 낮은 온도에서는 NTC 서미스터(110)의 정확성이 높고, 높은 온도에서는 PTC 서미스터(120)의 정확성이 높을 수 있는 바, 낮은 온도 부근에서는 NTC 서미스터(110)에서 검출한 제1 온도를 현재온도로 설정할 수 있고, 높은 온도 부근에서는 PTC 서미스터(120)에서 검출한 제2 온도를 현재온도로 설정할 수 있다. 상기 낮은 온도와 고온 온도의 기준점은 각 서미스터의 스펙에 따라 설정되거나, 시뮬레이션 등을 통해 도출될 수 있다.
온도센서부는 제3 온도를 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 온도센서부는 온도 산출부(130)의 내부 또는 외부에서 자체적으로 온도를 측정할 수 있다. 제3 온도는 온도센서부에서 자체적으로 온도 산출부(130)의 외부를 측정하여 획득할 수 있다. 또는 온도 산출부(130)의 내부에서 측정할 수도 있다. 온도센서부는 열전대 온도 센서(Thermocouple), RTD(Resistance Temperature Detector), 서미스터, 적외선 온도 센서, 바이메탈 온도 센서, 액체 팽창 온도 센서, 상태 변화 온도 센서 등이 사용될 수 있으며, 온도를 측정하는 부품 또는 방법은 특별한 제한이 없고, 온도 측정시 높은 정확도를 가질 필요도 없다.
온도 산출부(130)는 제3 온도가 기준온도(To)보다 작은 경우 제1 온도를 비교온도(Tr)로 설정하고, 제3 온도가 기준온도(To)보다 큰 경우 제2 온도를 비교온도(Tr)로 설정할 수 있다. 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 비교온도(Tr)로 설정되지 않은 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값이 임계 범위를 벗어나면 고장신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 온도 산출부(130)는 온도센서부에서 측정한 제3 온도가 기준온도(To)보다 작은 경우 제1 온도를 비교온도(Tr)로 설정하고, 제2 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값의 절대 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 제2온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값의 절대 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다. 온도 산출부(130)는 온도센서부에서 측정한 제3 온도가 기준온도(To)보다 작은 경우 제2 온도를 비교온도(Tr)로 설정하고, 제1 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값의 절대 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나, 제1 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값의 절대값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
이 때, 기준온도(To)는 임의로 설정될 수 있고, NTC 서미스터(110)와 PTC 서미스터(120)가 온도에 따른 저항 감도가 달라지는 특정 온도로 설정될 수 있다. 앞서 도 1을 이용하여 설명한 바와 같이, 낮은 온도에서는 NTC 서미스터(110)의 정확성이 높고, 높은 온도에서는 PTC 서미스터(120)의 정확성이 높을 수 있는 바, 기준온도(To)는 제3 온도에 이용하여 NTC 서미스터(110)의 제1 온도와 PTC 서미스터(120)의 제2 온도 중 현재 온도를 산출하는데 이용하는데 보다 정확한 온도를 선택하기 위한 온도로 설정될 수 있다. 여기서, 기준온도(To)는 70℃일 수 있다. 제2 범위 및 제3 범위는 NTC 서미스터(110), PTC 서미스터(120) 및 온도센서부의 온도에 따른 허용 한계값(tolerance)을 고려하여 정해질 수 있고, 온도를 측정하는 환경에 따라 설정되거나, 사용자에 의해 설정될 수 있다. 여기서, 제2 범위는 -3℃이상이고 3℃이하일 수 있고, 제3 범위는 -6℃이상이고 6℃이하일 수 있다.
온도 산출부(130)는 제1 온도의 온도 변화 기울기가 제1 임계값을 초과하거나, 제2 온도의 온도 변화 기울기가 제2 임계값을 초과하거나, 또는 제3 온도의 온도 변화 기울기가 제3 임계값을 초과하는 경우 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
즉, NTC 서미스터(110), PTC 서미스터(120) 및 온도센서부에서 측정한 온도가 시간에 따라 급격하게 변하는 경우, 각 부품에 고장이 발생하거나 온도 검출 장치(100)에 이상이 생긴 것으로 간주하여 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성할 수 있다.
온도 산출부(130)는 제1 내지 제3 온도를 이용하여 현재온도를 산출하고, 현재온도를 이용하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
현재온도는 온도 검출 장치(100)에서 검출한 온도를 의미한 것으로서 실제온도에 가장 근접한 온도를 의미한다. 온도 검출 장치(100)의 정확도가 높을수록 현재온도는 실제온도에 근접할 수 있다. 현재온도는 제1 내지 제3 온도를 이용하여 산출될 수 있고, 온도 산출부(130)에 미리 설정된 계산식 또는 알고리즘에 의해 산출될 수도 있다.
예를 들어, 제1 온도가 비교온도(Tr)인 경우 제2 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 중 작은 값과 비교온도(Tr)를 이용하여 현재온도를 산출할 수 있고, 제2 온도가 비교온도(Tr)인 경우 제1 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 및 제3 온도와 비교온도(Tr)의 차이 값 중 작은 값과 비교온도(Tr)를 이용하여 현재온도를 산출할 수 있다.
도 4 및 도 5는 NTC 서미스터 및 PTC 서미스터를 통한 온도 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 상기 온도 검출 방법은 앞서 설명한 온도 검출 장치(100)에 대한 상세한 설명에 대응되는 바, 상이한 요소 이외에 중복된 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 검출 방법은 NTC 서미스터와 PTC 서미스터를 이용하여 전압 검출하는 단계(S10), 각 서미스터에서 검출한 전압을 제1 온도 및 제2 온도로 환산하는 단계(S20), 제1 온도 및 제2 온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 단계(S30) 및 현재온도에 따른 제어신호를 생성하는 단계(S40)를 포함하고, 제1 온도와 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계(S21)와 상기 제1 범위를 벗어나면 고장 진단 및 안전 상태 전환 신호를 생성하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 NTC 서미스터, PTC 서미스터 및 온도센서부를 통한 온도 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 상기 온도 검출 방법은 앞서 설명한 온도 검출 장치(100)와 도 4 및 도 5를 통해 설명한 온도 검출 방법에 대한 상세한 설명에 대응되는 바, 상이한 요소 이외에 중복된 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출 방법은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 온도 검출 방법을 포함하되, Trd와 Trdm이 제2 범위와 제3 범위를 만족하는지 여부 및 각 부품에서 측정한 온도의 변화 기울기가 각 임계값을 초과하지 않는지 여부를 판단하는 단계(S24)와 상기 제2 범위, 제3 범위 또는 임계값을 벗어나면 고장 진단 및 안전 상태 전환 신호를 생성하는 단계(S25)를 더 포함할 수 있다.
Case No. Tntc
[℃]		 Tptc
[℃]		 Tnp
[℃]		 Ta
[℃]		 Trd
[℃]		 Trdm
[℃]		 결과 비고
1 52(Tr) 56 -4 55 -3 -4 T=53.5[℃] OK
2 52(Tr) 50 2 55 2 -3 T=51[℃] OK
3 52(Tr) 45 -7 55 - - NG-S21 S22로 이동
4 45(Tr) 53 -8 55 - - NG-S21 S22로 이동
5 48(Tr) 53 -5 55 -5 -7 NG-S24 S25로 이동
6 72(Tr) 71 1 55 1 16 NG-S24 S25로 이동
7* 72 71(Tr) -1 73 -1 -2 NG-S24 S25로 이동
상기 표 1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 검출 방법을 설명하기 위한 표이다. Case 1 내지 Case 6은 상호 관련 없이 독립적으로 온도를 검출한 케이스이고, Case 7*은 Case 1에서 온도 검출 이후 연속적으로 온도를 검출한 케이스이다. Tntc는 NTC 서미스터(110)에서 검출한 제1 온도를 의미하고, Tptc는 PTC 서미스터(120)에서 검출한 제2 온도를 의미하고, Tnp는 제1 온도와 제2 온도의 차이 값을 의미하고, Ta는 온도센서부에서 측정한 제3 온도를 의미하고, Tr은 비교온도를 의미하고, Trd는 Tr=Tntc인 경우 Tr과 Tptc의 차이 값과 Tr과 Ta의 차이 값 중 작은 값을 의미하고 Tr=Tptc인 경우 Tr과 Tntc의 차이 값과 Tr과 Ta의 차이 값 중 작은 값을 의미하고, Trdm은 Tr=Tntc인 경우 Tr과 Tptc의 차이 값과 Tr과 Ta의 차이 값 중 큰 값을 의미하고 Tr=Tptc인 경우 Tr과 Tntc의 차이 값과 Tr과 Ta의 차이 값 중 큰 값을 의미하고, T는 현재온도를 의미한다.
또한, Case 1 내지 Case 7에서 기준온도는 70℃이고, 제1 범위는 -6℃ 이상이고 6℃ 이하인 범위를 만족하고, 제2 범위는 -3℃이상이고 3℃이하인 범위를 만족하고, 제3 범위는 -6℃이상이고 6℃이하인 범위를 만족하고, 임계값은 10℃/sec 를 의미하고, 현재온도는 계산식 T=Tr-Trd/2를 통해 산출한다.
Case 1의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 52℃이고 Tptc는 56℃이며, S21 단계에서 Tnp는 -4℃로 제1 범위를 만족하므로 S23 단계로 넘어간다. Ta는 55℃로 기준온도 70℃이하이므로 Tntc가 Tr로 설정된다. S24 단계에서 Trd는 Tr과 Tptc의 차이 값인 -4℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -3℃ 중 이 작은 값인 -3℃이므로 제2 범위를 만족하고, Trdm은 Tr과 Tptc의 차이 값인 -4℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -3℃ 중 이 큰 값인 -4℃이므로 제3 범위를 만족한다. 따라서 S30 단계에서 T는 53.5℃로 산출할 수 있고, S40 단계에서 53.5℃에 따른 제어 신호를 생성하며 완료된다.
Case 2의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 52℃이고 Tptc는 56℃이며, S21 단계에서 Tnp는 2℃로 제1 범위를 만족하므로 S23 단계로 넘어간다. Ta는 55℃로 기준온도 70℃이하이므로 Tntc가 Tr로 설정된다. S24 단계에서 Trd는 Tr과 Tptc의 차이 값인 2℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -3℃ 중 이 작은 값인 2℃이므로 제2 범위를 만족하고, Trdm은 Tr과 Tptc의 차이 값인 2℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -3℃ 중 인 큰 값인 -3℃이므로 제3 범위를 만족한다. 따라서 S30 단계에서 T는 51℃로 산출할 수 있고, S40 단계에서 51℃에 따른 제어 신호를 생성하며 완료된다.
Case 3의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 52℃이고 Tptc는 45℃이며 S21 단계에서 Tnp는 -7℃로 제1 범위를 만족하지 못한다. 따라서 S22 단계에서 고장 신호 또는 안전 상태 전환 신호를 생성하며 완료된다.
Case 4의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 45℃이고 Tptc는 53℃이며 S21 단계에서 Tnp는 -8℃로 제1 범위를 만족하지 못한다. 따라서 S22 단계에서 고장 신호 또는 안전 상태 전환 신호를 생성하며 완료된다.
Case 5의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 48℃이고 Tptc는 53℃이며 S21 단계에서 Tnp는 -5℃로 제1 범위를 만족하므로 S23 단계로 넘어간다. Ta는 55℃로 기준온도 70℃이하이므로 Tntc가 Tr로 설정된다. S24 단계에서 Trd는 Tr과 Tptc의 차이 값인 -5℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -7℃ 중 이 작은 값인 -5℃이므로 제2 범위를 만족하고, Trdm은 Tr과 Tptc의 차이 값인 -5℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 -7℃ 중 이 큰 값인 -7℃이므로 제3 범위를 만족하지 못한다. 따라서 S25 단계에서 고장 신호 또는 안전 상태 전환 신호를 생성하며 완료된다.
Case 6의 경우, S10 및 S20 단계에서 Tntc는 72℃이고 Tptc는 71℃이며 S21 단계에서 Tnp는 -1℃로 제1 범위를 만족하므로 S23 단계로 넘어간다. Ta는 55℃로 기준온도 70℃이하이므로 Tntc가 Tr로 설정된다. S24 단계에서 Trd는 Tr과 Tptc의 차이 값인 1℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 16℃ 중 이 작은 값인 1℃이므로 제2 범위를 만족하고, Trdm은 Tr과 Tptc의 차이 값인 1℃와 Tr과 Ta의 차이 값인 16℃ 중 이 큰 값인 16℃이므로 제3 범위를 만족하지 못한다. 따라서, S25 단계에서 고장 신호 또는 안전 상태 전환 신호를 생성하며 완료된다.
Case 7의 경우, Case 1에서 검출이 이루어진 이후 시작된 경우로서 S10 및 S20 단계에서 Tntc는 72℃이고 Tptc는 71℃이며 S21 단계에서 Tnp는 -1℃로 제1 범위를 만족하므로 S23 단계로 넘어간다. Ta는 73℃로 기준온도 70℃이상이므로 Tptc가 Tr로 설정된다. S24 단계에서 Trd는 Tr과 Tntc의 차이값인 -1℃와 Tr과 Ta의 차이값인 -2℃ 중 이 작은 값인 -1℃이므로 제2 범위를 만족하고, Trdm은 Tr과 Tntc의 차이값인 -1℃와 Tr과 Ta의 차이값인 -2℃ 중 이 큰 값인 -2℃이므로 제3 범위를 만족한다. 그러나, Case 1에서 온도 검출 이후 Case 6에서 Tntc, Tptc 및 Ta의 온도 변화는 각각 20℃/sec, 15℃/sec, 18℃/sec 이므로 모두 임계값을 벗어난다. 따라서, S25 단계에서 고장 신호 또는 안전 상태 전환 신호를 생성하며 완료된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 온도 검출 장치
110: NTC 서미스터
120: PTC 서미스터
130: 온도 산출부

Claims (16)

  1. NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermistor);
    PTC 서미스터(Positve Temperature Coefficient-thermistor); 및
    상기 NTC 서미스터와 상기 PTC 서미스터에서 각각 검출한 전압 값을 입력 받아 온도로 환산하는 온도 산출부를 포함하고,
    상기 온도 산출부는,
    상기 NTC 서미스터를 통해 검출한 제1 온도와 상기 PTC 서미스터를 통해 검출한 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제3 온도를 측정하는 온도센서부를 포함하고,
    상기 온도 산출부는 상기 제3 온도가 기준온도보다 작은 경우 상기 제1 온도를 비교온도로 설정하고,
    상기 제3 온도가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 제2 온도를 상기 비교온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 상기 비교온도로 설정되지 않은 온도와
    상기 비교온도의 차이 값이 임계 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우,
    상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나,
    상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우,
    상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나,
    상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나는 경우 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 제1 온도의 온도 변화 기울기가 제1 임계값을 초과하거나, 상기 제2 온도의 온도 변화 기울기가 제2 임계값을 초과하거나, 또는 상기 제3 온도의 온도 변화 기울기가 제3 임계값을 초과하는 경우, 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는 상기 제1 내지 제3 온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하고,
    상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 환산된 온도를 이용하여 산출되는 현재온도를 이용하여 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  10. NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermistor)와 PTC 서미스터(Positve Temperature Coefficient-thermistor)에서 검출한 전압 값을 각각 제1 온도와 제2 온도로 환산하는 단계;
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차이 값이 제1 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    온도센서부에서 제3 온도를 측정하는 단계;
    상기 제3 온도가 기준온도보다 작은 경우 상기 제1 온도를 비교온도로 설정하고, 상기 제3 온도가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 제2 온도를 상기 비교온도로 설정하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 상기 비교온도로 설정 되지 않은 온도와
    상기 비교온도의 차이 값이 임계범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우,
    상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나,
    상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우,
    상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값이 제2 범위를 벗어나거나,
    상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 큰 값이 제3 범위를 벗어나면 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도의 온도 변화 기울기가 제1 임계값을 초과하거나, 상기 제2 온도의 온도 변화 기울기가 제2 임계값을 초과하거나, 또는 상기 제3 온도의 온도 변화 기울기가 제3 임계값을 초과한 경우, 고장 신호 또는 안전 상태로 전환하는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제2 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하고,
    상기 제2 온도가 상기 비교온도인 경우, 상기 제1 온도와 상기 비교온도의 차이 값 및 상기 제3 온도와 상기 비교온도의 차이 값 중 작은 값과 상기 비교온도를 이용하여 현재온도를 산출하는 단계를 포함하는 온도 검출 방법.
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