TWI638981B - 熱敏電阻之線性化校正電路 - Google Patents

Abstract

一種熱敏電阻之線性化校正電路藉由改變該熱敏電阻所連接的電阻值，讓該熱敏電阻的中心點溫度變為可調，而可在多個溫度區間中保持線性輸出，以擴大該熱敏電阻所能感測的溫度範圍。

Description

熱敏電阻之線性化校正電路

本發明是關於一種熱敏電阻，特別是關於一種熱敏電阻之線性化校正電路。

熱敏電阻會隨著溫度的變化而改變其電阻值，因此可藉由施加電壓於熱敏電阻上並觀察其輸出而測得目前的溫度，由於熱敏電阻具有體積小、靈敏度高及價格低…等優點，可深入較多設備的狹小空間中感測其操作溫度，使得熱敏電阻被廣泛地應用於如電冰箱、室內空調、車用空調、機房…等環境中。但由於熱敏電阻之輸出僅在其設定之中心點溫度附近呈線性化，環境溫度離該中心點溫度越遠則其輸出之線性化程度越差，這導致熱敏電阻能夠偵測的溫度範圍相當有限。

本發明的主要目的在於藉由校正電阻組及回授電阻組中不同電阻值之電阻的切換，讓熱敏電阻偵測溫度之中心點溫度可在溫度超出其預設之偵測範圍時改變，而維持線性化的輸出，讓熱敏電阻可偵測的溫度範圍擴大。

本發明之一種熱敏電阻之線性化校正電路包含一熱敏電阻、一運算放大器、一校正電阻組、一回授電阻組及一控制電路，該運算放大器具有一輸入端及一輸出端，該輸出端輸出一溫度電壓訊號，該校正電阻組電性連接該熱敏電阻及該運算放大器之該輸入端，該校正電阻組具有複數個校正開關及複數個校正電阻，該些校正開關用以切換其中之一個該校正電阻與該熱敏電阻串聯，該回授電阻組電性連接該運算放大器之該輸入端及該輸出端，該回授電阻組具有複數個回授開關及複數個回授電阻，該些回授開關用以切換其中之一個該回授電阻與該運算放大器電性連接，該控制電路接收該溫度電壓訊號，且該控制電路根據該溫度電壓訊號輸出複數個控制訊號以控制該些校正開關及該些回授開關。

本發明藉由該控制電路控制該校正電阻組之該些校正開關及該回授電阻組之該些回授開關，以切換不同電阻值之該校正電阻及該回授電阻與該運算放大器之電性連接，而可改變該熱敏電阻的中心點溫度，擴大該熱敏電阻可感測的溫度範圍。

請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種熱敏電阻之線性化校正電路100的功能方塊圖，該熱敏電阻之線性化校正電路100具有一熱敏電阻110、一線性化校正電路LC及一控制電路200，該線性化校正電路LC電性連接該熱敏電阻110，該校正電路200則用以控制該線性化校正電路LC。

請參閱第2圖，該線性化校正電路LC具有一運算放大器120、一校正電阻組130及一回授電阻組140，該熱敏電阻110之一端接地，該熱敏電阻110之另一端電性連接該校正電阻組130之一端，該校正電阻組130之另一端電性連接該運算放大器120之一負極輸入端121，該回授電阻組140之兩端分別電性連接該運算放大器120之該負極輸入端121及該輸出端123，以形成一負回授，該運算放大器120之一正極輸入端122則接收一預設電壓V _BT，該運算放大器120之該輸出端123輸出一溫度電壓訊號VBT。

請參閱第2圖，該校正電阻組130具有一第一校正開關131、一第一校正電阻132、一第二校正開關133、一第二校正電阻134、一第三校正開關135及一第三校正電阻136。其中，該第一校正電阻132與該第一校正開關131串聯，該第二校正電阻134與該第二校正開關133串聯，該第三校正電阻136與該第三校正開關135串聯，該些校正開關131、133、135用以切換其中之一個該校正電阻132、134、136與該熱敏電阻110串聯。

該回授電阻組140具有一第一回授開關141、一第一回授電阻142、一第二回授開關143、一第二回授電阻144、一第三回授開關145及一第三回授電阻146，該第一回授電阻142與該第一回授開關141串聯，該第二回授電阻144與該第二回授開關143串聯，該第三回授電阻146與該第三回授開關145串聯，該些回授開關141、143、145用以切換其中之一個該回授電阻142、144、146與該運算放大器120電性連接。

該運算放大器120、該校正電阻組130及該回授電阻組140及該熱敏電阻110構成一非反相放大電路，其中該溫度電壓訊號VBT與該預設電壓V _BT的關係是由該熱敏電阻110、該校正電阻組130及該回授電阻組140的電阻值大小決定，在本實施例中，該溫度電壓訊號VBT與該預設電壓V _BT的關係式為： ，其中 為該熱敏電阻110之電阻值， 分別為該第一校正電阻132、該第二校正電阻134及該第三校正電阻136的電阻值， 分為該第一回授電阻142、該第二回授電阻144及該第三回授電阻146的電阻值，由此可知，該熱敏電阻110之電阻值隨著溫度改變而變化時，該溫度電壓訊號VBT亦隨著改變，且可藉由該些校正開關及回授開關的切換來改變該熱敏電阻110所耦接之電阻大小，讓該非反相放大電路的增益改變，進而改變該熱敏電阻110之中心點溫度，以擴大其可偵測之溫度的範圍。

請參閱第1圖，該控制電路200接收該溫度電壓訊號VBT，且該控制電路200根據該溫度電壓訊號VBT輸出複數個控制訊號sw1、sw2、sw3控制該些校正開關及該些回授開關。該第一校正開關131及該第一回授開關141受同一訊號sw1控制，該第二校正開關133及該第二回授開關143受同一訊號sw2控制，該第三校正開關135及該第三回授開關145受同一訊號sw3控制。

請參閱第4圖，在本實施例中，當該控制訊號sw1導通該第一校正開關131及該第一回授開關141時，該熱敏電阻110所能偵測之溫度範圍為VBT1區間，當該控制訊號sw2導通該第二校正開關133及該第二回授開關143時，該熱敏電阻110所能偵測之溫度範圍為VBT2區間，當該控制訊號sw3導通該第三校正開關135及該第三回授開關145時，該熱敏電阻110所能偵測之溫度範圍為VBT3區間。第4圖中之標號VL及VH分別為一下門檻電壓VL及一上門檻電壓VH，由於該熱敏電阻110之輸出僅有在其中心點溫度附近呈線性關係，因此透過該下門檻電壓VL及該上門檻電壓VH的設定，讓該溫度電壓訊號VBT大於該上門檻電壓VH或小於該下門檻電壓VL時將偵測之溫度範圍切換至另一區間，以維持該熱敏電阻110輸出的線性關係。

請參閱第3圖，在本實施例中，該控制電路200具有一第一比較器210、一第二比較器220、一邏輯閘組230、一位移暫存器240及一解碼器250，該第一比較器210接收該溫度電壓訊號VBT及該上門檻電壓VH，且該第一比較器210比對該溫度電壓訊號VBT及該上門檻電壓VH而輸出一第一比較訊號S1，該第二比較器220接收該溫度電壓訊號VBT及該下門檻電壓VL，且該第二比較器220比對該溫度電壓訊號VBT及該下門檻電壓VL的電位大小而輸出一第二比較訊號S2，該邏輯閘組230接收該第一比較訊號S1及該第二比較訊號S2，該邏輯閘組230根據該第一比較訊號S1及該第二比較訊號S2輸出一位移控制訊號Cx及一致使訊號En至該位移暫存器240，該位移暫存器240根據該位移控制訊號Cx及該致使訊號En輸出一第一狀態訊號Q1及該第二狀態訊號Q2至該解碼器250，且該位移暫存器240另接收一重置訊號reset、一第一預置狀態訊號preQ1及一第二預置狀態訊號preQ2，以進入重置及預置模式，該解碼器250根據該第一狀態訊號Q1及該第二狀態訊號Q2輸出該些控制訊號sw1、sw2、sw3。

請參閱第3圖，在本實施例中，該邏輯閘組230具有一及閘231、一或閘232、一反互斥或閘233、一第一上緣偵測器234、一反及閘235、一第二上緣偵測器236、一第三上緣偵測器237、一第二或閘238及一傳輸閘239，該及閘231接收該第一比較訊號S1及一預置訊號int，該或閘232接收該第二比較訊號S2及該預置訊號int，該反互斥或閘233電性連接該及閘231及該或閘232以接收其輸出訊號，且該反互斥或閘233輸出一邏輯訊號Sx，該第一上緣偵測器234電性連接該反互斥或閘233，以偵測該反互斥或閘233輸出之該邏輯訊號Sx的上緣，且該第一上緣偵測器234輸出該致使訊號En，該反及閘235接收該第一比較訊號S1及該第二比較訊號S2，且該反及閘235輸出該位移控制訊號Cx。該第二上緣偵測器236接收該第一狀態訊號Q1，以偵測該第一狀態訊號Q1之上緣，該第三上緣偵測器237接收該第二狀態訊號Q2，以偵測該第二狀態訊號Q2之上緣，該第二或閘238電性連接該第二上緣偵測器236及該第三上緣偵測器237，該第二或閘238輸出一傳輸閘控制訊號Sr至該傳輸閘239，以導通或截止該傳輸閘239，該傳輸閘239電性連接該第一上緣偵測器234，其中當該傳輸閘239導通時，該第一上緣偵測器234之一輸入端經由該傳輸閘239接地，使該第一上緣偵測器234之該輸入端降至低電位。

請再參閱第1、2及3圖，該熱敏電阻之線性化校正電路100之電路作動為：首先進行重置及預置模式，該重置訊號reset降至低電位，使該位移暫存器240輸出之該第一狀態訊號Q1及該第二狀態訊號Q2重置為0，接著將該重置訊號reset升至高電位、將該第一預置狀態訊號preQ1設為高電位、將該第二預置狀態訊號preQ2設為低電位，使該位移暫存器240輸出之該第一狀態訊號Q1預置為0及將該第二狀態訊號Q2預置為1，且該預置訊號int為低電位，讓該反互斥或閘233輸出之該邏輯訊號預置為0，此時該解碼器250所輸出之該控制訊號sw1=0、sw2=1、sw3=0，而導通該第二校正開關133及該第二回授開關143，讓該第二校正電阻134及該第二回授電阻144電性連接該運算放大器120，使該熱敏電阻110的溫度偵測範圍為第4圖中的VBT2區間。

接著，該預置訊號int上升至高電位，而進入工作模組，此時根據該運算放大器120輸出之該溫度電壓訊號VBT與該上門檻電壓VH、該下門檻電壓VL之間電位大小的關係來決定後續之電路作動。

若該溫度電壓VBT大於該上門檻電壓VH及該下門檻電壓VL時，該第一比較器210之該第一比較訊號S1及第二比較器220之該第二比較訊號S2均為高電位，使該反及閘235輸出之該位移控制訊號Cx為低電位，該反互斥或閘233輸出之該邏輯訊號Sx則由低電位上升至高電位，該第一上緣偵測器234偵測到該邏輯訊號Sx的上緣，使得輸出之該致使訊號En產生一脈衝，這脈衝讓該位移暫存器240產生位移，使其輸出之該第一狀態訊號Q1為1，該第二輸出狀態訊號Q2為0。此時，該解碼器250所輸出之該控制訊號仍為sw1=0、sw2=1、sw3=0，該熱敏電阻110的溫度偵測範圍還在第4圖中的VBT2區間，因此該溫度電壓訊號VBT還是大於該上門檻電壓VH及該下門檻電壓VL。但由於該第一狀態訊號Q1由0轉換為1，使得該第二上緣偵測器236偵測得該第一狀態訊號Q1的上緣而導通該傳輸閘239，令該第一上緣偵測器234之該輸入端短暫地降至低電位再由該邏輯訊號Sx拉升至高電位，該第一上緣偵測器234再次偵測到上緣，使得輸出之該致使訊號En又再產生一脈衝，該脈衝讓該位移暫存器240產生位移，使其輸出之該第一狀態訊號Q1為0，該第二輸出狀態訊號Q2為0，此時該解碼器250所輸出之該控制訊號轉變為sw1=1、sw2=0、sw3=0，而導通該第一校正開關131及該第一回授開關141，讓該第一校正電阻132及該第一回授電阻142電性連接該運算放大器120，使該熱敏電阻110的溫度偵測範圍由第4圖中的VBT2區間切換至VBT1區間而維持線性。

若進行重置及預置模式後，若該溫度電壓訊號VBT落在於該上門檻電壓VH及該下門檻電壓VL之間時，該第一比較器210之該第一比較訊號S1為低電位，該第二比較器220之該第二比較訊號S2為高電位，使該反及閘235輸出之該位移控制訊號Cx為高電位，該反互斥或閘233輸出之該邏輯訊號Sx維持在低電位，該第一上緣偵測器234並未偵測到該邏輯訊號Sx的上緣，讓該致使訊號En維持低電位，因此該位移暫存器240並未位移，該控制訊號保持在sw1=0、sw2=1、sw3=0，該熱敏電阻110的溫度偵測範圍維持在VBT2區間。

若進行重置及預置模式後，若該溫度電壓訊號VBT小於該上門檻電壓VH及該下門檻電壓VL時，該第一比較器210之該第一比較訊號S1及第二比較器220之該第二比較訊號S2均為低電位訊，使該反及閘235輸出之該位移控制訊號Cx為高電位，該反互斥或閘233輸出之該邏輯訊號Sx由低電位上升至高電位，讓該第一上緣偵測器234偵測到該邏輯訊號Sx的上緣，使得輸出之該致使訊號En產生一脈衝，這脈衝讓該位移暫存器240產生位移，使其輸出之該第一狀態訊號Q1為1，該第二輸出狀態訊號Q2為1，此時該解碼器250所輸出之該控制訊號轉換為sw1=0、sw2=0、sw3=1，而導通該第三校正開關135及該第三回授開關145，該熱敏電阻110的溫度偵測範圍由第4圖中的VBT2區間切換至VBT3區間而維持線性。

但由於該第一狀態訊號Q1由0轉換為1，使得該第二上緣偵測器236偵測得該第一狀態訊號Q1的上緣而導通該傳輸閘239，令該第一上緣偵測器234之該輸入端短暫地降至低電位再由該邏輯訊號Sx拉升至高電位，該第一上緣偵測器234偵測到上緣，使得輸出之該致使訊號En又再產生一脈衝，該脈衝讓該位移暫存器240再次產生位移，但由於該反及閘235輸出之該位移控制訊號Cx為高電位，使其輸出之該第一狀態訊號Q1仍為1，該第二輸出狀態訊號Q2仍為1，此時該解碼器250所輸出之該控制訊號保持為sw1=1、sw2=0、sw3=0，而導通該第一校正開關131及該第一回授開關141，該熱敏電阻110的溫度偵測範圍還是VBT1區間。

請參閱第5圖，為該第一比較訊號S1及該第二比較訊號S2之電位改變時，該位移暫存器240輸出之該第一狀態訊號Q1及該第二狀態訊號Q2的狀態改變圖，其中，S _iji=0,1, j=0,1之i與j分別代表該第一狀態訊號Q1及該第二狀態訊號Q2之電位大小，xy, x=0,1, y=0,1之x與y分別代表該第一比較訊號S1及該第二比較訊號S2之電位大小。其中該位移暫存器240之狀態為S ₀₁及S ₁₀時，控制訊號sw1=0, sw2=1, sw3=0，溫度偵測範圍為VBT2區間，該位移暫存器240之狀態為S ₀₀時，控制訊號sw1=1, sw2=0, sw3=0，溫度偵測範圍為VBT1區間，該位移暫存器240之狀態為S ₁₁時，控制訊號sw1=0, sw2=0, sw3=1，溫度偵測範圍為VBT3區間。藉此，該熱敏電阻之線性化校正電路100能夠在該溫度電壓訊號VBT大於該上門檻電壓VH或小於下門檻電壓VL時改變其溫度偵測範圍，使其輸出維持線性關係而擴大其可偵測之溫度範圍。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧熱敏電阻之線性化校正電路

110‧‧‧熱敏電阻

120‧‧‧運算放大器

121‧‧‧負極輸入端

122‧‧‧正極輸入端

123‧‧‧輸出端

130‧‧‧校正電阻組

131‧‧‧第一校正開關

132‧‧‧第一校正電阻

133‧‧‧第二校正開關

134‧‧‧第二校正電阻

135‧‧‧第三校正開關

136‧‧‧第三校正電阻

140‧‧‧回授電阻組

141‧‧‧第一回授開關

142‧‧‧第一回授電阻

143‧‧‧第二回授開關

144‧‧‧第二回授電阻

145‧‧‧第三回授開關

146‧‧‧第三回授電阻

200‧‧‧控制電路

210‧‧‧第一比較器

220‧‧‧第二比較器

230‧‧‧邏輯閘組

231‧‧‧及閘

232‧‧‧或閘

233‧‧‧反互斥或閘

234‧‧‧第一上緣偵測器

235‧‧‧反及閘

236‧‧‧第二上緣偵測器

237‧‧‧第三上緣偵測器

238‧‧‧第二或閘

239‧‧‧傳輸閘

240‧‧‧位移暫存器

250‧‧‧解碼器

VBT‧‧‧溫度電壓訊號

S1‧‧‧第一比較訊號

S2‧‧‧第二比較訊號

VH‧‧‧上門檻電壓訊號

VL‧‧‧下門檻電壓訊號

sw1、sw2、sw3‧‧‧控制訊號

Cx‧‧‧位移控制訊號

En‧‧‧致使訊號

reset‧‧‧重置訊號

preQ1‧‧‧第一預置狀態訊號

preQ2‧‧‧第二預置狀態訊號

Q1‧‧‧第一狀態訊號

Q2‧‧‧第二狀態訊號

Sx‧‧‧邏輯訊號

int‧‧‧預置訊號

LC‧‧‧線性化校正電路

V_BT‧‧‧預設電壓

Sr‧‧‧傳輸閘控制訊號

第1圖： 依據本發明之一實施例，一種熱敏電阻之線性化校正電路的功能方塊圖。 第2圖： 依據本發明之一實施例，一線性化校正電路的電路圖。 第3圖： 依據本發明之一實施例，該熱敏電阻之線性化校正電路的電路圖。 第4圖： 依據本發明之一實施例，一溫度電壓訊號於不同溫度區間的曲線圖。 第5圖： 依據本發明之一實施例，一位移暫存器之第一狀態訊號及第二狀態訊號的狀態改變示意圖。

Claims (8)

1. 一種熱敏電阻之線性化校正電路，其包含： 一熱敏電阻； 一運算放大器，具有一輸入端及一輸出端，該輸出端輸出一溫度電壓訊號； 一校正電阻組，電性連接該熱敏電阻及該運算放大器之該輸入端，該校正電阻組具有複數個校正開關及複數個校正電阻，該些校正開關用以切換其中之一個該校正電阻與該熱敏電阻串聯； 一回授電阻組，電性連接該運算放大器之該輸入端及該輸出端，該回授電阻組具有複數個回授開關及複數個回授電阻，該些回授開關用以切換其中之一個該回授電阻與該運算放大器電性連接；以及 一控制電路，接收該溫度電壓訊號，且該控制電路根據該溫度電壓訊號輸出複數個控制訊號以控制該些校正開關及該些回授開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該熱敏電阻之一端接地，該熱敏電阻之另一端電性連接該校正電阻組。
3. 如申請專利範圍第2項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該校正電阻組電性連接該運算放大器之一負極輸入端，該回授電阻組電性連接該運算放大器之該負極輸入端及該輸出端，以形成一負回授。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該校正電阻組具有一第一校正開關、一第一校正電阻、一第二校正開關、一第二校正電阻、一第三校正開關及一第三校正電阻，該第一校正電阻與該第一校正開關串聯，該第二校正電阻與該第二校正開關串聯，該第三校正電阻與該第三校正開關串聯，該回授電阻組具有一第一回授開關、一第一回授電阻、一第二回授開關、一第二回授電阻、一第三回授開關及一第三回授電阻，該第一回授電阻與該第一回授開關串聯，該第二回授電阻與該第二回授開關串聯，該第三回授電阻與該第三回授開關串聯。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該第一校正開關及該第一回授開關受同一訊號控制，該第二校正開關及該第二回授開關受同一訊號控制，該第三校正開關及該第三回授開關受同一訊號控制。
6. 如申請專利範圍第1項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該控制電路具有一第一比較器、一第二比較器、一邏輯閘組、一位移暫存器及一解碼器，該第一比較器接收該溫度電壓訊號及一上門檻電壓訊號，且該第一比較器輸出一第一比較訊號，該第二比較器接收該溫度電壓訊號及一下門檻電壓訊號，且該第二比較器輸出一第二比較訊號，該邏輯閘組接收該第一比較訊號及該第二比較訊號，該邏輯閘組根據該第一比較訊號及該第二比較訊號輸出一位移控制訊號及一致使訊號至該位移暫存器，該位移暫存器根據該位移控制訊號及該致使訊號輸出一第一狀態訊號及該第二狀態訊號至該解碼器，該解碼器根據該第一狀態訊號及該第二狀態訊號輸出該些控制訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該邏輯閘組具有一及閘、一或閘、一反互斥或閘、一第一上緣偵測器及一反及閘，該及閘接收該第一比較訊號及一預置訊號，該或閘接收該第二比較訊號及該預置訊號，該反互斥或閘電性連接該及閘及該或閘，該第一上緣偵測器電性連接該反互斥或閘，且該第一上緣偵測器輸出該致使訊號，該反及閘接收該第一比較訊號及該第二比較訊號，且該反及閘輸出該位移控制訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之熱敏電阻之線性化校正電路，其中該邏輯閘組具有一第二上緣偵測器、一第三上緣偵測器、一第二或閘及一傳輸閘，該第二上緣偵測器接收該第一狀態訊號，該第三上緣偵測器接收該第二狀態訊號，該第二或閘電性連接該第二上緣偵測器及該第三上緣偵測器，該第二或閘輸出一傳輸閘控制訊號至該傳輸閘，以導通或截止該傳輸閘，該傳輸閘電性連接該第一上緣偵測器，其中當該傳輸閘導通時，該第一上緣偵測器之一輸入端經由該傳輸閘接地。