TWI491857B - Temperature sensing means - Google Patents

Description

溫度感測裝置

本發明係關於一種溫度感測裝置，特別是關於一種非線性校正及補償電壓訊號的溫度感測裝置，其藉由溫度感測器感測外界溫度後轉變為電壓訊號，並且做非線性校正，使輸出的電壓訊號具有較佳線性值，以提高溫度感測的精確度。

一般來說，在車子運作時，車身內部皆有可能會發生零件設備過熱的情況發生，包括汽車引擎、車用電池等，因此著重在車用溫度考量上為一重要課題。為了能夠掌握車用電池在行駛中的效能，以及確實保障乘客在行車上的安全性，而有了需要設計溫度偵測保護裝置的必要性來隨時反應溫度的變化。

雖然市面上有各種利用不同原理及方式感測的溫度偵測器，且在技術越來越進步下，有更多不同的媒介可以當作量測溫度的方法，但考慮溫度偵測保護裝置上，除了必須符合嚴苛的車用規格，在極大溫差範圍上影響甚大，因此必須考慮到上述條件，以防止過熱而導致汽車正常行走或內部零件以及系統損毀，危害到駕駛及乘客的生命安全。

進一步地，電動車輛electrical vehicle(EV)被廣泛認為未來將會取代以石化燃料為動力的車輛，屆時，電池模組將會是電動車輛的能量儲存裝置，因此針對電池模組管理及ESD保護的重要性就顯得相對提升。而目前，FlexRay已被廣泛應用於汽車電子傳輸標準，主要是因應汽車的線傳控制技術所需之高速高頻寬需求發展而來，所以FlexRay未來將應用於電動車輛的電池模組管理及高壓ESD保護，其中FlexRay作業的溫度範圍是從攝氏-40℃到125℃，而靜電保護超過4千伏特，然而，若溫度感測器要感測溫差極大的溫度下，容易產生非線性訊號，使得感測後的溫度值不準確。

習知技藝中，如中華民國專利號201203779揭示一種電池管理系統及其方法，該電池管理系統包含：一檢測器，與該多個電池單元耦合，並根據跨接於該多個電池單元的多個單元電壓產生多個第一檢測信號；多個溫度感測器，與該多個電池單元耦合，並根據該多個電池單元的多個溫度產生多個第二檢測信號；一電流感測器，與該多個電池單元串聯耦合，並根據該多個電池單元的多個電流產生多個第三檢測信號；以及一處理器，與該電流感測器耦合，並根據該多個第一檢測信號、該多個第二檢測信號及該多個第三檢測信號判斷是否發生一異常狀況。

然而，該技藝中並未進一步說明針對溫度感測器感測溫度後所產生電壓值作線性化校正，使可在極大的溫差 下進行溫度感測具有較高準確率。

本發明目的係提供一種溫度感測裝置，主要是藉由感測外界溫度並且轉換成電壓訊號，並藉由非線性校正及補償使電壓訊號輸出可維持在較佳的線性訊號，藉此，提高感測溫度的精確度。

本發明目一種溫度感測裝置，其適用於電池管理模組(BMS)及高壓靜電(ESD)保護，因藉由非線性校正及補償後，即便在極大溫差範圍之下，也具有極高的感測準確度。

本發明溫度感測裝置，包括：第一溫度感測器，用以接收電壓，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值下降的第一溫度電壓；第二溫度感測器，用以接收電壓，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值上升的第二溫度電壓；第一緩衝器，用以接收第一溫度電壓，並且線性化第一溫度電壓後輸出第一線性電壓；第二緩衝器，用以接收第二溫度電壓，並且線性化第二溫度電壓後輸出第二線性電壓；以及加法器，用以接收第一線性電壓及第二線性電壓，並且將第一線性電壓及第二線性電壓相加後輸出感測電壓。

如上述，在一實施例中，其中當車輛設備溫度上升時，第一溫度電壓的電壓變化斜率與第二溫度電壓的電壓變化斜率為反向。

如上述，在一實施例中，第一緩衝器包括一第一 電阻及一第二電阻。

如上述，在一實施例中，第一電阻為矽化金屬電阻(silicide resistor)，第二電阻為多晶矽電阻(polysilicon resistor)。

如上述，在一實施例中，第二緩衝器包括一第三電阻及一第四電阻。

如上述，在一實施例中，第三電阻為矽化金屬電阻，第四電阻為多晶矽電阻。

如上述，在一實施例中，加法器包括第五電阻、第六電阻、第七電阻及第八電阻。

如上述，在一實施例中，第五電阻、第六電阻及第八電阻為多晶矽電阻，第七電阻為矽化金屬電阻。

如上述，在一實施例中，加法器包括參考電壓輸入端用以輸入一參考電壓。

如上述，在一實施例中，參考電壓為3伏特。

本發明目溫度感測裝置，其藉由二個溫度感測器感測外界溫度並且分別轉換成二個溫度電壓訊號，且當溫度上升時，此二個溫度電壓訊號隨著溫度上升而產生的斜率為反向的電壓訊號，接著分別利用二個緩衝器將溫度電壓訊號分別做非線性校正並且輸出具有較佳線性度的二個線性電壓訊號，最後利用加法器，分別將二個線性電壓訊號相加，輸出一具有較佳線性度的感測電壓訊號，藉此，以提高感測溫 度的精確度。

1‧‧‧溫度感測裝置

Vin‧‧‧穩定電壓

100‧‧‧第一溫度感測器

101‧‧‧第一穩定電壓輸入端

102‧‧‧第一溫度電壓輸出端

150‧‧‧N型金氧半場效電晶體

200‧‧‧第二溫度感測器

201‧‧‧第二穩定電壓輸入端

202‧‧‧第二溫度電壓輸出端

250‧‧‧N型金氧半場效電晶體

300‧‧‧第一緩衝器

301‧‧‧第一線性電壓輸入端

302‧‧‧第一線性電壓輸出端

320‧‧‧第一電阻

330‧‧‧第二電阻

400‧‧‧第二緩衝器

401‧‧‧第二線性電壓輸入端

402‧‧‧第二線性電壓輸出端

420‧‧‧第三電阻

430‧‧‧及第四電阻

500‧‧‧加法器

501‧‧‧加法器第一輸入端

502‧‧‧加法器第二輸入端

503‧‧‧感測電壓端

510‧‧‧第五電阻

520‧‧‧第六電阻

530‧‧‧第七電阻

540‧‧‧第八電阻

550‧‧‧參考電壓輸入端

Vout‧‧‧感測電壓

圖1係根據本發明之溫度感測裝置方塊圖。

圖2a係根據本發明之溫度感測裝置的第一溫度感測器電路圖。

圖2b係根據本發明之溫度感測裝置的第二溫度感測器電路圖。

圖3a係根據本發明之溫度感測裝置的第一緩衝器電路圖。

圖3b係根據本發明之溫度感測裝置的第二緩衝器電路圖。

圖4a係根據本發明之溫度感測裝置的第一緩衝器狀態圖。

圖4b係根據本發明之溫度感測裝置的第二緩衝器狀態圖。

圖5係根據本發明之溫度感測裝置的加法器電路圖。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

首先，請參閱圖1，圖1係根據本發明之溫度感測裝置方塊圖。本發明一種溫度感測裝置1，包括：第一溫度感測器100，用以接收穩定電壓Vin，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值下降的第一溫度電壓；第二溫度感測器200，用以接收穩定電壓Vin，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值上升的第二溫度電壓；第一緩衝器300，用以接收第一溫度電 壓，並且線性化第一溫度電壓後輸出第一線性電壓；第二緩衝器400，用以接收第二溫度電壓，並且線性化第二溫度電壓後輸出一第二線性電壓；以及加法器500，用以接收第一線性電壓及第二線性電壓，並且將第一線性電壓及第二線性電壓相加後輸出感測電壓Vout。

接著，請參閱圖2a及圖2b，圖2a係根據本發明之溫度感測裝置的第一溫度感測器電路圖，圖2b係根據本發明之溫度感測裝置的第二溫度感測器電路圖。第一溫度感測器100包括第一穩定電壓輸入端101，第二溫度感測器200包括第二穩定電壓輸入端201，第一穩定電壓輸入端101及第二穩定電壓輸入端201輸入穩定電壓Vin。VDD輸入電壓為5V，接著第一溫度感測器100藉由第一溫度電壓輸出端102輸出第一溫度電壓，第二溫度感測器200藉由第二溫度電壓輸出端202輸出第二溫度電壓。

如上述，在一實施例中，當溫度上升時，第一溫度電壓的電壓變化斜率與第二溫度電壓的電壓變化斜率為反向。

進一步地，第一溫度感測器100及第二溫度感測器200更包括隨溫度上升或下降可使第一溫度電壓及第二溫度電壓輸出更加線性化的N型金氧半場效電晶體150及250。

接著，請參閱圖3a及圖3b，圖3a係根據本發明之溫度感測裝置的第一緩衝器電路圖。圖3b係根據本發明之溫 度感測裝置的第二緩衝器電路圖。第一緩衝器300包括第一線性電壓輸入端301，其電性連接第一溫度電壓輸出端102，用以接收第一溫度電壓，並且藉由第一線性電壓輸出端302輸出第一線性電壓。第二緩衝器400包括第二線性電壓輸入端401，其電性連接第二溫度電壓輸出端202，用以輸入第二溫度電壓並且藉由第二線性電壓輸出端402輸出第二線性電壓。

如上述，在一實施例中，第一緩衝器300包括第一電阻320、第二電阻330及一第一放大器350，其中第一放大器350正輸入端為第一線性電壓輸入端301，其用以接收第一溫度電壓，第一電阻320的第一電阻第一端321電性連接該第一放大器350輸出端，第一放大器350輸出端為第一線性電壓輸出端302，第一電阻的第一電阻第二端322電性連接該第二電阻330的第二電阻第一端331，第二電阻的第二電阻第二端332接地，且第一電阻第二端322與第二電阻第一端331電性連接第一放大器350的負輸入端。第一電阻320為矽化金屬電阻，第二電阻330為多晶矽電阻。

如上述，在一實施例中，第二緩衝器400包括第三電阻420、第四電阻430及第二放大器450，其中第二放大器450正輸入端為第二線性電壓輸入端401，其用以接收該第二溫度電壓，第三電阻420的第三電阻第一端421電性連接第二放大器450輸出端，第二放大器450輸出端為第二線性電壓輸出端402，該第三電阻420的第三電阻第二端422電性連接該第 四電阻430的第四電阻第一端431，第四電阻430的第四電阻第二端432接地，且第三電阻第二端422與第四電阻第一端431電性連接該第二放大器450負輸入端。第三電阻420為矽化金屬電阻，第四電阻430為多晶矽電阻。且因第一電阻320及第三電阻420為矽化金屬電阻，所以當溫度上升時阻抗會隨之上升。

在此說明，本發明所利用的第一電阻320及第三電阻420的電阻值為6K歐姆，第二電阻330及第四電阻430為60K歐姆，由第一緩衝器300及第二緩衝器400所產生的電阻特性及線性電壓值為圖4a及圖4b所示。

接著，請參閱圖4a及圖4b，圖4a係根據本發明之溫度感測裝置的第一緩衝器狀態圖。圖4b係根據本發明之溫度感測裝置的第二緩衝器狀態圖。由圖4a及圖4b得知，隨著溫度上升，第一線性電壓及第二線性電壓具有較佳的線性訊號，且第一線性電壓主要介於2.84V至2.61V，第二線性電壓主要介於3.64V至4.22V。

接著，請參閱圖5，圖5係根據本發明之溫度感測裝置的加法器電路圖。加法器500包括加法器第一輸入端501及加法器第二輸入端502，加法器第一輸入端501電性連接第一線性電壓輸出端302用以取得第一線性電壓，加法器第二輸入端502電性連接第二線性電壓輸出端402用以取得第二線性電壓。

如上述，在一實施例中，加法器包括第五電阻510、第六電阻520、第七電阻530、第八電阻540及第三放大器560，其中該加法器的一加法器第一輸入端501電性連接至第三放大器560的負輸入端之間串聯第五電阻510，加法器的一加法器第二輸入端502電性連接至該第三放大器560的負輸入端之間串聯第六電阻520及第七電阻530，第八電阻540串聯於第三放大器550的負輸入端與輸出端之間，第三放大器550的輸出端為感測電壓端503。其中第五電阻、第六電阻及第八電阻為多晶矽電阻，第七電阻為矽化金屬電阻。

如上述，在一實施例中，加法器包括參考電壓輸入端550用以輸入參考電壓。其中參考電壓為3伏特。

本發明利用第五電阻510為60K歐姆，第六電阻520為59K歐姆，第七電阻530為1K歐姆，得到加法器第一輸入端501的第一電流值為2.667uA至6.5uA，加法器第二輸入端502的第二電流值為10.67uA至20.33uA，由此得知，當第二電流值遠大於第一電流值時，第二線性電壓將是決定感測電壓Vout電壓值的因子，因此利用第七電阻為矽化金屬電阻，當溫度升高時，第七電阻的電阻值隨之升高，藉此可使感測電壓端503所輸出的感測電壓偏移量減少，達到線性化效益。

本發明目溫度感測裝置，其藉由二個溫度感測器感測外界溫度，並且隨著溫度上升分別轉換成斜率為反向的二個溫度電壓訊號，接著分別利用二個緩衝器將溫度電壓訊 號分別做非線性校正並且輸出具有較佳線性度的線性電壓訊號，最後利用加法器，分別將二個線性電壓訊號相加，輸出一具有較佳線性度的感測電壓訊號，藉此，以提高感測溫度的精確度。

綜上所述，乃僅記載本創作為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本創作專利申請範圍文義相符，或依本創作專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧溫度感測裝置

100‧‧‧第一溫度感測器

101‧‧‧第一穩定電壓輸入端

102‧‧‧第一溫度電壓輸出端

200‧‧‧第二溫度感測器

201‧‧‧第二穩定電壓輸入端

202‧‧‧第二溫度電壓輸出端

300‧‧‧第一緩衝器

301‧‧‧第一線性電壓輸入端

302‧‧‧第一線性電壓輸出端

400‧‧‧第二緩衝器

401‧‧‧第二線性電壓輸入端

402‧‧‧第二線性電壓輸出端

500‧‧‧加法器

501‧‧‧加法器第一輸入端

502‧‧‧加法器第二輸入端

503‧‧‧感測電壓端

Vout‧‧‧感測電壓

Vin‧‧‧穩定電壓

Claims (6)

1. 一種溫度感測裝置，包括：一第一溫度感測器，用以接收一電壓，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值下降的一第一溫度電壓；一第二溫度感測器，用以接收該電壓，並且輸出隨車輛設備溫度升高而電壓值上升的一第二溫度電壓；一第一緩衝器，用以接收該第一溫度電壓，並且線性化該第一溫度電壓後輸出一第一線性電壓，其中該第一緩衝器包括一第一電阻、一第二電阻及一第一放大器，該第一放大器正輸入端用以接收該第一溫度電壓，該第一電阻的一第一電阻第一端電性連接該第一放大器輸出端，該第一電阻的一第一電阻第二端電性連接該第二電阻的一第二電阻第一端，該第二電阻的一第二電阻第二端接地，該第一電阻第二端與該第二電阻第一端電性連接該第一放大器的負輸入端，且該第一電阻為矽化金屬電阻，該第二電阻為多晶矽電阻，該第一放大器輸出端用以輸出該第一線性電壓；一第二緩衝器，用以接收該第二溫度電壓，並且線性化該第二溫度電壓後輸出一第二線性電壓，其中該第二緩衝器包括一第三電阻、一第四電阻及一第二放大器，該第二放大器正輸入端用以接收該第二溫度電壓，該第三電阻的一第三電阻第一端電性連接該第二放大器的輸出端，該第三電阻的一第三電阻第二端電性連接該第四電阻的一第四電阻第一端，該第四電阻的一第四電阻第二端接地， 該第三電阻第二端與該第四電阻第一端電性連接該第二放大器負輸入端，該第三電阻為矽化金屬電阻，該第四電阻為多晶矽電阻，該第二放大器的輸出端用以輸出該第二線性電壓；以及一加法器，用以接收該第一線性電壓及該第二線性電壓，並且將該第一線性電壓及該第二線性電壓相加後輸出一感測電壓。
2. 如申請專利範圍第1項之溫度感測裝置，其中當溫度上升時，該第一溫度電壓的電壓變化斜率與該第二溫度電壓的電壓變化斜率為反向。
3. 如申請專利範圍第1項之溫度感測裝置，其中該加法器包括一第五電阻、一第六電阻、一第七電阻一第八電阻及一第三放大器，該加法器的一加法器第一輸入端用以接收該第一線性電壓，該加法器第一輸入端電性連接至第三放大器的負輸入端之間串聯該第五電阻，該加法器的一加法器第二輸入端用以接收該第二線性電壓，該加法器第二輸入端電性連接至該第三放大器的負輸入端之間串聯該第六電阻及該第七電阻，該第八電阻串聯於該第三放大器的負輸入端與輸出端之間，該第三放大器的輸出端用以輸出該感測電壓。
4. 如申請專利範圍第3項之溫度感測裝置，其中該第五電阻、該第六電阻及該第八電阻為多晶矽電阻，該第七電阻為矽化金屬電阻。
5. 如申請專利範圍第1項之溫度感測裝置，其中該加法器包括一參考電壓輸入端用以輸入一參考電壓。
6. 如申請專利範圍第5項之溫度感測裝置，其中該參考電壓為3伏特。