(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化に対して非線形に抵抗変化する温度検出素子を用いて温度検出を行う温度検出装置において、
上記温度検出素子に複数の電流値の定電流を切り替えて供給する定電流発生部と、
複数の基準電圧を生成して出力する基準電圧発生部と、
該基準電圧発生部で生成された各基準電圧から１つの基準電圧を選択して出力する少なくとも１つの基準電圧選択部と、
該基準電圧選択部で選択された基準電圧と上記温度検出素子で検出した温度を示す電圧とを比較し該比較結果を出力する、基準電圧選択部に対応して設けられた比較器からなる比較部と、
上記定電流発生部から温度検出素子に供給される電流値に応じて、上記基準電圧選択部による基準電圧の選択制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
上記基準電圧発生部は、上記各基準電圧に応じた抵抗が接続されて形成され、所定の電圧を分圧して上記各基準電圧を生成することを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
【請求項３】
上記制御部は、上記温度帯域ごとに比較部からの比較結果を記憶し保存することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の温度検出装置。
【請求項４】
上記制御部は、比較部から出力される比較結果が連続して複数回同じである場合、該比較結果を用いて所定の処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度検出装置。
【請求項５】
上記制御部は、定電流発生部に対する電流値の切り替えを時分割で行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の温度検出装置。
【請求項６】
上記制御部は、所定の周期で定電流発生部に対する電流値の切り替えを行うことを特徴とする請求項５に記載の温度検出装置。
【請求項７】
温度変化に対して非線形に抵抗変化する温度検出素子を用いて温度検出を行う温度検出方法において、
複数の電流値の定電流を切り替えて上記温度検出素子に供給し、
複数の基準電圧を生成し、
上記温度検出素子に供給する電流値に応じて、該生成した各基準電圧から１つの基準電圧を選択し、
該選択した基準電圧と上記温度検出素子で検出した温度を示す電圧とを比較し、該比較結果を出力することを特徴とする温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化による抵抗値の変化が非線形である温度検出素子、例えばサーミスタ等を用いた温度検出装置に関し、特に二次電池の充電装置における二次電池の温度を検出する温度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温度変化に対する抵抗値の変化が非線形であるサーミスタを使用する場合、図５で示すように、サーミスタと直列に固定抵抗を接続し、該直列回路に定電圧源から定電圧を印加するようにしていた。このようにして、サーミスタと抵抗との接続部の電圧を検出することにより、ある温度間においては、該検出した電圧は温度変化に対して線形に変化させることができる。このように、サーミスタに抵抗を直列に接続する方法は、特開平８−６５９１０号公報における二次電池の充電装置で開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では、サーミスタと抵抗との接続部の電圧を温度変化に対して線形に変化させることができる温度帯域は限られており、該温度帯域外の温度では、温度変化に対するサーミスタと抵抗との接続部の電圧は、非線形に変化するという問題があった。このため、上記温度帯域外での温度を検出するためには、非常に高精度かつ広検出範囲のコンパレータが必要であり、場合によっては、このようなコンパレータを使用しても、温度を正確に検出することができなかった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、検出する温度帯域に応じてサーミスタに流す電流を変えることにより、該サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗値の変化をする場合においても、広範囲な温度を高精度に検出することができる温度検出装置及び温度検出方法を得ることを目的とする。
【０００５】
なお、本発明とは異なるが、特開平１０−６２２６５号公報で、サーミスタを使用した温度検出及び該サーミスタの断線検出を、簡単、小型な回路構成で実現することができる温度検出装置が開示され、特開平１０−７０８４６号公報では、充電中に端子間の接触抵抗によって発生する電圧誤差を補正する、二次電池及びサーミスタを内蔵した電池パックを充電する充電装置が開示されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る温度検出装置は、温度変化に対して非線形に抵抗変化する温度検出素子を用いて温度検出を行う温度検出装置において、
上記温度検出素子に複数の電流値の定電流を切り替えて供給する定電流発生部と、
複数の基準電圧を生成して出力する基準電圧発生部と、
該基準電圧発生部で生成された各基準電圧から１つの基準電圧を選択して出力する少なくとも１つの基準電圧選択部と、
該基準電圧選択部で選択された基準電圧と上記温度検出素子で検出した温度を示す電圧とを比較し該比較結果を出力する、基準電圧選択部に対応して設けられた比較器からなる比較部と、
上記定電流発生部から温度検出素子に供給される電流値に応じて、上記基準電圧選択部による基準電圧の選択制御を行う制御部と、
を備えるものである。
【０００７】
また、上記基準電圧発生部は、上記各基準電圧に応じた抵抗が接続されて形成され、所定の電圧を分圧して上記各基準電圧を生成するようにした。
【０００８】
また、上記制御部は、温度帯域ごとに比較部からの比較結果を記憶し保存するようにしてもよく、比較部から出力される比較結果が連続して複数回同じである場合、該比較結果を用いて所定の処理を行うようにしてもよい。
【０００９】
具体的には、上記制御部は、定電流発生部に対する電流値の切り替えを時分割で行うようにしてもよく、所定の周期で定電流発生部に対する電流値の切り替えを行うようにしてもよい。
また、この発明に係る温度検出方法は、温度変化に対して非線形に抵抗変化する温度検出素子を用いて温度検出を行う温度検出方法において、
複数の電流値の定電流を切り替えて上記温度検出素子に供給し、
複数の基準電圧を生成し、
上記温度検出素子に供給する電流値に応じて、該生成した各基準電圧から１つの基準電圧を選択し、
該選択した基準電圧と上記温度検出素子で検出した温度を示す電圧とを比較し、該比較結果を出力するようにした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における温度検出装置の例を示した回路図である。なお、図１では、二次電池の充電を行う充電装置に使用した場合を例にして説明する。
【００１１】
図１において、温度検出装置１は、温度変化に対する抵抗値の変化が非線形なサーミスタ２と、該サーミスタ２へ電流を供給する定電流発生回路３と、所定の各基準電圧を生成して出力する基準電圧発生回路４と、該基準電圧発生回路４に定電圧を印加する定電圧発生回路５とを備えている。更に、温度検出装置１は、基準電圧発生回路４で生成される各基準電圧から１つを選択して出力するセレクタ６ａ〜６ｃと、該セレクタ６ａ〜６ｃに対応して設けられた比較器をなす演算増幅器７ａ〜７ｃと、定電流発生回路３及びセレクタ６ａ〜６ｃの動作制御を行うと共に、演算増幅器７ａ〜７ｃから出力される各比較結果から所定の処理を行う制御回路８とを備えている。
【００１２】
サーミスタ２は、接続端子９と接地との間に接続されており、更に接続端子９は抵抗１０を介して演算増幅器７ａ〜７ｃの各反転入力端にそれぞれ接続されている。また、サーミスタ２は、接続端子９を介して定電流発生回路３から定電流が供給され、定電流発生回路３は、サーミスタ２に印加する電流を一定にしながら制御回路８からの制御信号に応じて供給する電流値を変える。
【００１３】
一方、定電圧発生回路５は、演算増幅器１１、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＰＭＯＳトランジスタと呼ぶ）１２、直流電源１３、抵抗１４及び１５で構成されており、抵抗１５は、トリミング抵抗である。なお、図１で示した定電圧発生回路５は、公知の回路例でありその詳細な説明は省略する。基準電圧発生回路４は、生成する基準電圧の種類に応じた抵抗が直列に接続されて形成されており、定電圧発生回路５から印加される所定の定電圧を該直列に接続した抵抗で分圧することにより所定の基準電圧を生成して出力する。例えば、図１では、基準電圧発生回路４は、−３５℃から５℃おきに６５℃までの各温度を示す２１種類の所定の基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０を生成して各セレクタ６ａ〜６ｃにそれぞれ出力する。
【００１４】
各セレクタ６ａ〜６ｃは、制御回路８からの制御信号に応じて基準電圧発生回路４から入力された基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０の１つを排他的にそれぞれ選択し、該選択した基準電圧を、対応する演算増幅器７ａ〜７ｃの非反転入力端にそれぞれ出力する。演算増幅器７ａ〜７ｃは、入力された基準電圧と、抵抗１０を介して入力されるサーミスタ２によって検出された温度を示す電圧とを比較し、該比較結果を各出力端から制御回路８にそれぞれ出力する。
【００１５】
ここで、定電流発生回路３について詳細に説明する。定電流発生回路３は、演算増幅器２１，２２、トランスミッションゲート２３〜２５、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタと呼ぶ）２６、ＰＭＯＳトランジスタ２７〜３０、Ｚダイオード３１及び抵抗３２〜３４で構成され、抵抗３２及び３３はトリミング抵抗である。演算増幅器２１とＰＭＯＳトランジスタ３０、演算増幅器２２とＮＭＯＳトランジスタ２６は、それぞれボルテージホロワを形成しており、ＰＭＯＳトランジスタ２７〜２９は、カレントミラー回路を形成している。
【００１６】
ＰＭＯＳトランジスタ２７〜２９において、各ソースは直流電源が供給される電源端子ＶDDにそれぞれ接続され、各ゲートは互いに接続され、該接続部はＰＭＯＳトランジスタ２７のドレインに接続されている。更に、ＰＭＯＳトランジスタ２７のドレインは、演算増幅器２１の非反転入力端及びＮＭＯＳトランジスタ２６のドレインに接続され、ＮＭＯＳトランジスタ２６のソースは、トランスミッションゲート２４及び抵抗３２を介して、並びにトランスミッションゲート２５及び抵抗３３を介してそれぞれ接地されている。演算増幅器２２において、非反転入力端は基準電圧発生回路４に接続され、反転入力端はＮＭＯＳトランジスタ２６のソースに接続され、出力端はＮＭＯＳトランジスタ２６のゲートに接続されている。
【００１７】
演算増幅器２２及びＮＭＯＳトランジスタ２６からなるボルテージホロワは、演算増幅器２２の反転入力端とＮＭＯＳトランジスタ２６のソースとの接続部Ａの電圧が、演算増幅器２２の非反転入力端に入力される電圧になるように動作する。一方、ＰＭＯＳトランジスタ２８のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタ３０のソースに接続され、該接続部はトランスミッションゲート２３を介してＰＭＯＳトランジスタ２９のドレインに接続されると共に演算増幅器２１の反転入力端に接続されている。
【００１８】
演算増幅器２１の出力端は、ＰＭＯＳトランジスタ３０のゲートに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ３０のドレインは、Ｚダイオード３１を介して接地されると共に抵抗３４を介して接続端子９に接続されている。演算増幅器２１及びＰＭＯＳトランジスタ３０からなるボルテージホロワは、演算増幅器２２の反転入力端とＰＭＯＳトランジスタ３０のソースとの接続部Ｂの電圧が、演算増幅器２１の非反転入力端に入力される電圧になるように動作する。また、トランスミッションゲート２３〜２５の各制御信号入力端は制御回路８に接続され、各トランスミッションゲート２３〜２５は、制御回路８からの制御信号に応じて動作制御される。
【００１９】
このような構成において、図２は、図１における制御回路８の動作例を示したタイミングチャートであり、図２を参照しながら制御回路８の動作について説明する。なお、図２では、セレクタ６ｂ及び演算増幅器７ｂを例にして示しており、セレクタ６ａ及び演算増幅器７ａ、並びにセレクタ６ｃ及び演算増幅器７ｃの場合は同様であることから省略している。
【００２０】
制御回路８は、所定の周期で信号レベルが反転する温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬを、トランスミッションゲート２３〜２５の各制御信号入力端にそれぞれ出力する。温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬがＬｏｗレベルである温度帯域ＴＡのとき、トランスミッションゲート２３及び２５がオフして遮断状態になると共にトランスミッションゲート２４がオンして導通状態になる。このことから、接続部Ａと接地との間には抵抗３２が接続されると共に、サーミスタ２にはＰＭＯＳトランジスタ２８から定電流ＩＡが供給される。
【００２１】
同時に、制御回路８は、セレクタ６ａに対して所定の基準電圧セレクト信号ＳＡ０〜ＳＡ２０、セレクタ６ｂに対して所定の基準電圧セレクト信号ＳＢ０〜ＳＢ２０、セレクタ６ｃに対して所定の基準電圧セレクト信号ＳＣ０〜ＳＣ２０をそれぞれ出力し、各セレクタ６ａ〜６ｃは、入力された基準電圧セレクト信号に応じて対応する基準電圧発生回路４からの基準電圧を演算増幅器７ａ〜７ｃの非反転入力端にそれぞれ出力する。
【００２２】
ここで、各セレクタ６ａ〜６ｃは、基準電圧発生回路４から入力される各基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０にそれぞれ対応したトランスミッションゲート等の各スイッチング素子を備えており、該各スイッチング素子は、制御回路８から入力される基準電圧セレクト信号に応じていずれか１つが排他的にＯＮし、該ＯＮしたスイッチング素子に入力されている基準電圧が対応する演算増幅器の非反転入力端に出力される。なお、このような各セレクタ６ａ〜６ｃの構成は一例であり、各セレクタ６ａ〜６ｃは、制御回路８から入力される基準電圧セレクト信号に応じて、基準電圧発生回路４から入力される各基準電圧Ｖｒ０〜Ｖｒ２０の内、いずれか１つを選択して対応する演算増幅器７ａ〜７ｃの各非反転入力端に出力する構成であればよい。
【００２３】
次に、温度帯域セレクト信号ＴＨＳＥＬがＨｉｇｈレベルである温度帯域ＴＢのとき、トランスミッションゲート２３及び２５がオンして導通状態になると共にトランスミッションゲート２４がオフして遮断状態になる。このことから、接続部Ａと接地との間には抵抗３３が接続されると共に、サーミスタ２にはＰＭＯＳトランジスタ２８及び２９から定電流ＩＢ（ＩＢ＞ＩＡ）が供給される。
【００２４】
同時に、制御回路８は、セレクタ６ａ〜６ｃに対して対応する所定の基準電圧セレクト信号ＳＡ０〜ＳＡ２０，ＳＢ０〜ＳＢ２０，ＳＣ０〜ＳＣ２０をそれぞれ出力し、各セレクタ６ａ〜６ｃは、入力された基準電圧セレクト信号に応じて対応する基準電圧発生回路４からの基準電圧を演算増幅器７ａ〜７ｃの非反転入力端にそれぞれ出力する。なお、抵抗３２は定電流ＩＡが所定値になるように、抵抗３３は定電流ＩＢが所定値になるように、それぞれ製造時にポリシリコン等の導体のレーザカットによってトリミングしてあらかじめ調整されている。
【００２５】
このようにすることにより、制御回路８は、例えば、セレクタ６ｂ及び演算増幅器７ｂにおいて、温度帯域ＴＡのときにはＳＴＢＡのタイミングで比較結果を示すデータＤＡを取り込んでθ℃の検出を行い、温度帯域ＴＢのときにはＳＴＢＢのタイミングで比較結果を示すデータＤＢを取り込んでγ（γ＞θ）℃の検出を行うようにする。また、サーミスタ２に供給する電流を所定の周期で切り替えることにより、セレクタ及び該セレクタに接続された演算増幅器を使用しない温度帯域においても、比較器をなす演算増幅器の出力をチェックすることによって故障検出を行うことができる。
【００２６】
図３は、サーミスタ２の温度特性例を示した図であり、図４は、図３で示したサーミスタ２に供給する電流を変えた場合におけるサーミスタ端子電圧の変化を示した図であり、図４では、図１のサーミスタ２に図３の特性のサーミスタを使用した場合を例にして示している。
【００２７】
例えば、携帯電話器等の充電装置では、二次電池が４０℃以上であるか否か、及び５℃以下であるか否かを検出する必要があり、このような場合、図３から分かるように、サーミスタ２は、例えば４０〜６０℃では抵抗値の変化が２.７ｋΩと小さく、二次電池が４０℃以上であるか否かの検出精度が低下する。そこで、図４で示すように、５℃以下であるか否かを検出する等、温度帯域ＴＡでサーミスタ２を使用するときは、サーミスタ２に供給する電流値を１０μＡにし、４０℃以上であるか否かを検出する等、温度帯域ＴＢでサーミスタ２を使用するときは、サーミスタ２に供給する電流値を１００μＡにする。
【００２８】
このようにすることによって、サーミスタ２に１０μＡの電流を流したときの４０〜６０℃におけるサーミスタ２の両端電圧の変化が２７ｍＶであるのに対して、サーミスタ２に１００μＡの電流を流したときの４０〜６０℃におけるサーミスタ２の両端電圧の変化は２７０ｍＶになる。このことから、サーミスタ２で検出する温度帯域に応じて、サーミスタ２に供給する電流値を変えることにより、すべての温度帯域で精度よく温度検出することができる。
【００２９】
一方、制御回路８は、演算増幅器７ａ〜７ｃから出力される比較結果を、メモリ等の記憶回路又は記憶素子（図示せず）を用いて温度帯域ごとに記憶させ保存させるようにすることにより、異なる複数の温度帯域における温度検出を１つのサーミスタで同時に行うことができる。また、制御回路８は、各演算増幅器７ａ〜７ｃから出力される比較結果が連続して複数回同じ結果であると、該比較結果を用いて所定の処理を行うようにしてもよい。
【００３０】
なお、図１では、３つのセレクタ６ａ〜６ｃを使用した場合を例にして示しており、例えば、上記携帯電話器等の充電装置に使用する場合、２つのセレクタを使用して４０℃以上であるか否か及び５℃以下であるか否かの検出を行うと共に、残りの１つのセレクタを使用して−３５℃以下であるか否かの検出を行う。これは、サーミスタ２で−３５℃の温度を検出するためではなく、サーミスタ２が二次電池側に設けられていることから、二次電池が取り外された場合、図１の接続端子９でサーミスタ２が切り離された状態を検出するためである。
【００３１】
また、図１では、抵抗３２及び３３は、定電流発生回路３から出力される電流値を調整するための抵抗であり、定電流発生回路３から出力される電流値の切り替えは、ＰＭＯＳトランジスタ２９をカレントミラー回路に接続するか否かによって行っていたが、ＰＭＯＳトランジスタ２９及びトランスミッションゲート２３をなくし、抵抗３２及び３３を切り替えることによって、定電流発生回路３から出力される電流値の切り替えを行うようにしてもよい。この場合、抵抗３２及び３３は、ＰＭＯＳトランジスタ２８から供給される電流が、それぞれ所定値になるようにあらかじめトリミングを行って調整する。なお、抵抗３２及び３３に可変抵抗を使用してもよい。
【００３２】
このように、本実施の形態における温度検出装置は、温度変化に対して非線形に抵抗が変化するサーミスタ２を使用して広範囲な温度の検出を行う場合、検出する温度帯域に応じてサーミスタ２に供給する電流値を切り替えると共に、該切り替えた電流値に応じて、温度検出を行うための比較器に印加する基準電圧を変えるようにした。このことから、サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗変化をする場合においても、１つのサーミスタで広範囲な温度を高精度に検出することができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、２種類の温度帯域に応じてサーミスタ２に２種類の電流を供給するようにしたが、これは一例であり、本発明はこれに限定するものではなく、複数の種類の温度帯域に応じてサーミスタに複数の電流値を供給するようにすればよい。この場合、サーミスタに供給する電流値の種類に応じた数のＰＭＯＳトランジスタを、該各ＰＭＯＳトランジスタに接続したトランスミッションゲートを制御することによってＰＭＯＳトランジスタ２８に並列に接続するようにすればよく、同時に、接続部Ａと接地との間に、サーミスタに供給する電流値の種類に応じた数の抵抗を対応するトランスミッションゲートを介してそれぞれ並列に接続するようにすればよい。
【００３４】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の温度制御装置及び温度検出方法によれば、温度変化に対して非線形に抵抗が変化する温度検出素子を使用して広範囲な温度の検出を行う場合、温度検出素子に供給する電流値を切り替えるようにした。このことから、検出する温度帯域に応じて温度検出素子に供給する電流値を切り替えることができ、サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗変化をする場合においても、１つのサーミスタで広範囲な温度を高精度に検出することができる。
【００３５】
更に、検出する温度帯域に応じて温度検出素子に供給する電流値を切り替えると共に、該切り替えた電流値に応じて、温度検出を行うための比較器に印加する基準電圧を変えるようにした。このことから、サーミスタが温度変化に対して非線形な抵抗変化をする場合においても、１つのサーミスタで広範囲な温度を高精度に検出することができると共に、部品の削減を行うことができコストの低減を図ることができる。
【００３６】
また、制御部で温度帯域ごとの比較結果を記憶し保存するようにしたことから、異なる電圧範囲の温度を１つのサーミスタで常時かつ高精度に検出することができる。
【００３７】
また、比較部から出力される比較結果が連続して複数回同じである場合、該比較結果が正しいものであるとして所定の処理を行うようにしたことから、比較器のチャタリングによる温度の誤検出を防止することができ、信頼性の高い温度検出結果を得ることができる。
【００３８】
一方、定電流発生部に対する電流値の切り替えを時分割で行うようにしたことから、異なる電圧範囲の温度を１つのサーミスタで検出することができる。
【００３９】
具体的には、所定の周期で定電流発生部に対する電流値の切り替えを行うようにしたことから、比較器の出力をチェックすることによって故障検出を行うことができ、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における温度検出装置の例を示した回路図である。
【図２】  図１における制御回路８の動作例を示したタイミングチャートである。
【図３】  図１のサーミスタ２の温度特性例を示した図である。
【図４】  図３で示したサーミスタ２に供給する電流を変えた場合におけるサーミスタ端子電圧の変化例を示した図である。
【図５】  従来の温度検出回路例を示した図である。
【符号の説明】
１  温度検出装置
２  サーミスタ
３  定電流発生回路
４  基準電圧発生回路
５  定電圧発生回路
６ａ〜６ｃ  セレクタ
７ａ〜７ｃ  演算増幅器
８  制御回路
【図１】
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【図２】
0003789068.tif 000003
【図３】
0003789068.tif 000004
【図４】
0003789068.tif 000005
【図５】
0003789068.tif 000006