JP2012108087A - 温度検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電流が少なく、且つ検出温度付近で検出速度を犠牲にすることがない温度検知装置を提供すること。
【解決手段】基準電圧回路やコンパレータなどの内部回路をオン／オフ制御する制御信号を出力する制御回路を備え、制御信号は検出温度付近で検出速度が速くなるように、発振回路の発振周波数が正の温度特性を有する構成とした。さら、制御回路は波形整形回路を備え、内部回路をオン制御する制御信号波形を最適化し低消費電流とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度を検知する温度検知装置に関する。

近年、携帯通信機器などの小型化、回路の高集積化に伴い、多くの熱を発する機器が増えている。こうした熱から回路を保護する方法として、所定の温度を検知することにより、回路の動作を停止する過熱保護手段が、よく知られている（例えば、特許文献１参照）。

所定の温度を検知する温度検知装置としては、温度に応じた電圧を出力する温度センサの出力と、基準電圧とを、コンパレータで比較判定動作するものが、よく知られている（例えば、特許文献２参照）。

図６は、従来の温度検知装置を示す構成図である。従来の温度検知装置は、温度センサ６０１と、基準電圧回路６０２と、コンパレータ６０３を備えている。基準電圧回路６０２の電圧は、温度に対して一定であり、検知すべき温度において温度センサ６０１が出力する電圧に設定される。コンパレータ６０３は、温度センサ６０１の電圧と基準電圧回路６０２の電圧との大小関係を出力する。温度検知装置は、コンパレータ６０３の出力により、検知すべき温度にあるか否かを示す構成となっている。

特開平７−１３６４３号公報 特開２００３−１０８２４１号公報

携帯通信機器では、バッテリー寿命を延ばすために低消費動作であることが求められている。従って、各部の消費電流は少ないほうが望ましい。しかし、従来の温度検知装置は、常に動作電流が流れている為、温度検知装置の消費電流が多くなってしまうという問題点があった。

本発明は、上記の様な問題点を解決するために考案されたものであり、求められる機能を犠牲にすることなく、消費電流を抑えた温度検知装置を実現するものである。

本発明の温度検知装置は、温度に応じた電圧を出力する温度センサと、前記温度センサの出力電圧と基準電圧とを比較判定するコンパレータと、を内部回路として備え、温度を検知する温度検知装置であって、前記温度検知装置は、さらに制御回路を備え、前記制御回路は、温度に基づいて前記内部回路をオン／オフ制御する制御信号を出力する、ことを特徴とする温度検知装置、とした。

本発明の温度検知装置によれば、温度検知装置の内部回路に常に動作電流を流さず温度検知装置を動作させることが可能となり、消費電流の少なくすることが出来、且つ検出温度付近では検出速度を犠牲にすることがない温度検知装置を提供することが出来る。

本実施形態の温度検知装置を示す回路図である。 本実施形態の温度検知装置の発振回路の一例を示す回路図である。 本実施形態の温度検知装置の定電流回路の一例を示す回路図である。 本実施形態の温度検知装置の制御信号Φの一例を示す図である。 本実施形態の温度検知装置の制御信号Φの他の例を示す図である。 従来の温度検知装置の構成図である。

図１は、本実施形態の温度検知装置を示す構成図である。
本実施形態の温度検知装置は、温度センサ１０１と、基準電圧回路１０２と、コンパレータ１０３と、サンプルホールド回路１０４と、間欠動作を制御する制御回路１０を備えている。制御回路１０は、発振回路１１と、タイミング発生回路１２を備えている。

温度センサ１０１と基準電圧回路１０２は、コンパレータ１０３の入力端子に接続されている。コンパレータ１０３の出力端子は、サンプルホールド回路１０４を介して温度検知装置の出力端子に接続されている。温度検知装置の内部回路である温度センサ１０１と基準電圧回路１０２とコンパレータ１０３は、それぞれ電源端子との間にスイッチ回路を備えていて、そのスイッチ回路に制御回路１０の出力端子が接続されている。スイッチ回路は、例えばＭＯＳスイッチのようなものである。

基準電圧回路１０２の電圧は、検知すべき温度において温度センサ１０１が出力する電圧に設定されている。制御回路１０は、温度検知装置の内部回路に間欠動作を制御する制御信号Φを出力する。

以下に、本実施形態の温度検知装置の動作について説明する。
制御回路１０の発振回路１１は、基準クロックを出力する。制御回路１０のタイミング発生回路１２は、発振回路１１の基準クロックを受け内部回路をオン／オフ制御するための制御信号Φを、所定の周波数で出力する。

制御回路１０がオン制御状態（例えば、Ｈレベル）を示す制御信号Φを出力すると、内部回路は動作状態となる。コンパレータ１０３は、温度センサ１０１の出力と基準電圧回路１０２との大小関係を比較して、温度検知状態にあるか否かを判定し、検知信号を出力する。

制御回路１０がオフ制御状態（例えば、Ｌレベル）を示す制御信号Φを出力すると、内部回路は電源端子との接続が切断されて停止状態となり、動作電流をセーブする。

温度検知装置の内部回路が停止状態になっているときは、コンパレータ１０３の出力は無効な検知信号となっている。この場合には、例えばコンパレータ１０３の出力端子に設けられたサンプルホールド回路１０４によって、内部回路がオン制御状態のときの任意のタイミングにて、コンパレータ１０３の有効な出力をサンプルホールド処理すればよい。

このことにより、オフ制御状態においては、直前のオン制御状態にてサンプルホールド処理された判定結果を前記所定の周波数で継続的に出力し続けられる。すなわち前述の様に、サンプルホールド回路１０４の出力として温度検知状態にあるか否かの判定結果を継続的に出力し続けられる。

この様に、コンパレータ１０３の出力に適当なサンプルホールド処理を与えることにより、オフ制御状態におけるコンパレータ１０３の無効な検知信号の出力を温度検知装置から出力しないようにすることができる。

本実施形態の温度検知装置は、上記説明にあるように、オフ制御状態では温度検知状態にあるか否かを判定していない。この為、温度検知装置の反応時間は、発振回路１１の周波数に依る。温度検知装置の反応時間は、発振回路１１の周波数が速いほど温度変化に対する追従性が良くなる。しかしながら、発振回路１１の周波数が速いと消費電流が増加してしまう。即ち、温度検知装置の反応時間と消費電流はトレードオフの関係にある。

そこで、本実施形態の温度検知装置は、発振回路１１の周波数に正の温度特性を持たせることにより、温度が上昇し検知すべき温度に近づくほど周波数を速くなるようにした。

図２は、本実施形態の温度検知装置の発振回路１１の一例を示す回路図である。
発振回路の周波数に正の温度特性を持たせる方法としては、例えば一般に良く知られている、容量に電流を流し込み、所定の電圧に達する時間に基づいて周波数が決定される発振回路において、電流に正の温度特性を持たせることにより実現できる。即ち、電流源１１０の電流Ｉに正の温度特性を持たせることにより実現できる。

図３は、本実施形態の温度検知装置の定電流回路の一例を示す回路図である。
電流源１１０は、抵抗Ｒに負の温度特性を持たせることにより、正の温度特性の電流Ｉを実現できる。

図４は、本実施形態の温度検知装置の制御信号Φの一例を示す図である。ここでは、温度検知装置の検知すべき温度を８０℃として説明する。

制御信号Φは、Ｌレベルが内部回路をオフ制御状態、Ｈレベルが内部回路をオン制御状態に制御する。図に示すように、温度が温度検知装置の検知すべき温度より低い常温２５℃のときは、発振回路１１の周波数は低く、温度検知装置は低消費電流で動作する。そして、温度が上昇して、温度検知装置の検知すべき温度の８０℃に近づくと、発振回路１１の周波数は高くなり、高速反応が可能な状態で動作する。

図５は、本実施形態の温度検知装置の制御信号Φの他の例を示す図である。図４と同じ条件での制御信号Φを示している。但し、この場合は更に低消費電流を実現するために、制御信号Φのオンオフのデューティ（オン制御状態とオフ制御状態の時間比）を制御している。図４の場合は、タイミング発生回路１２は、発振回路１１の出力信号の周波数を分周する分周回路である。図５の場合は、更にタイミング発生回路１２は、パルス整形回路を備えている。パルス整形回路は、例えばワンショットパルス発生回路である。すなわち、タイミング発生回路１２は、発振回路１１の出力信号を分周し、さらに温度を検出するのに必要十分なパルス幅に波形整形する。制御信号Φをこのような波形とすると、温度検知装置は更に低消費電流で動作することが出来る。

本実施形態の温度検知装置は、以上の構成にすることにより、検知すべき温度よりも低い温度では低消費電流を実現し、検知すべき温度付近では高速反応を実現するので、低消費電流と高速反応とを両立させた温度検知装置を提供することが可能である。

本実施形態の温度検知装置では、温度センサ１０１はダイオードと抵抗を用いた回路として説明したが、温度に応じた電圧を出力する回路であればそれに限定されない。例えば、バイポーラトランジスタやサーミスタを用いた回路であっても良い。温度検知装置をＣＭＯＳで構成する場合には、温度センサ１０１をダイオードまたはバイポーラトランジスタを用いた回路で構成すれば、温度検知装置をワンチップで構成することが出来て、小さくすることができる。個別部品で構成する場合には、サーミスタを用いた回路で構成すれば、温度検知装置を安価に構成することが出来る。

また、本実施形態では、内部回路の動作電流を削減する方法として、電源電圧との間にスイッチ回路を備えた構成としたが、この形態に限定されるものではない。例えば、コンパレータ１０３において、内部の差動対を構成するトランジスタのゲートと電源電圧との間にスイッチ回路を設けたり、内部の電流パスにスイッチ回路を設けても良い。

また、本実施形態では、オフ制御状態における無効な出力を温度検知装置の出力しない方法として、サンプルホールド回路１０４を設けたが、この形態に限定されるものではない。

また、本実施形態では、発振回路１１の周波数に正の温度特性を持たせる方法として、図２の回路構成としたが、この形態に限定されるものではない。

また、本実施形態では、オン／オフ制御する内部回路として、温度センサ１０１と基準電圧回路１０２とコンパレータ１０３としたが、この形態に限定されるものではない。温度検出装置の内部回路であって、電流を消費する回路であれば、制御信号Φによってオン／オフ制御されてもよい。

また、本実施形態では、温度検知装置として、温度が高くなったことを検知することを前提としたが、特に、温度が低くなったことを検知する場合においては、所定の内部回路に対してオン／オフ制御する制御回路１０にて、周波数に負の温度特性を持たせることにより、低消費電流と高速反応とを両立させた温度検知装置を提供することが可能である。

上述のように、本実施形態の温度検知装置によれば、内部回路の動作電流をセーブするオフ制御状態が、所定のデューティに基づいて与えられる為、内部回路が常時オン状態である場合と比較して、内部回路の動作電流を少なくすることができ、消費電流の少ない温度検知装置を提供することが可能である。

更に、所定の内部回路に対してオン／オフ制御する制御回路１０にて、周波数に正の温度特性を持たせることにより、低消費電流と高速反応とを両立させた温度検知装置を提供することが可能である。

また更に、特に、温度が低くなったことを検知する場合においては、所定の内部回路に対してオン／オフ制御する制御回路１０にて、周波数に負の温度特性を持たせることにより、低消費電流と高速反応とを両立させた温度検知装置を提供することが可能である。

１０ 制御回路
１１ 発振回路
１２ タイミング発生回路
１０１ 温度センサ
１０２ 基準電圧回路
１０３ コンパレータ
１０４ サンプルホールド回路
１１０ 電流源
６０１ 温度センサ
６０２ 基準電圧回路
６０３ コンパレータ

Claims (12)

1. 温度に応じた電圧を出力する温度センサと、前記温度センサの出力電圧と基準電圧とを比較判定するコンパレータと、を内部回路として備え、温度を検知する温度検知装置であって、
   前記温度検知装置は、さらに制御回路を備え、
   前記制御回路は、温度に基づいて前記内部回路をオン／オフ制御する制御信号を出力する、ことを特徴とする温度検知装置。
2. 前記内部回路は、前記制御信号によって開閉するスイッチ回路を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の温度検知装置。
3. 前記制御回路は、発振回路を備え、
   前記発振回路は、周波数が正の温度特性を持つ、ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度検知装置。
4. 前記制御回路は、発振回路を備え、
   前記発振回路は、周波数が負の温度特性を持つ、ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度検知装置。
5. 前記制御回路は、前記発振回路の周波数を分周するタイミング発生回路を備えた、ことを特徴とする請求項３または４に記載の温度検知装置。
6. 前記タイミング発生回路は、パルス整形回路を備えた、ことを特徴とする請求項５に記載の温度検知装置。
7. 前記パルス整形回路は、ワンショットパルス発生回路である、ことを特徴とする請求項６に記載の温度検知装置。
8. 前記発振回路は、電流源と、前記電流源で充電される容量とを備え、
   前記電流源は正の温度特性を有している、ことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の温度検知装置。
9. 前記電流源は、基準電圧回路と、負の温度特性を有する抵抗と、前記基準電圧回路の電圧と前記抵抗の両端の電圧を入力する誤差増幅回路と、前記増幅回路の出力に応じた電流を流すトランジスタと、を備えた、ことを特徴とする請求項８に記載の温度検知装置。
10. 前記温度センサが、バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の温度検知装置。
11. 前記温度センサが、ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の温度検知装置。
12. 前記温度センサが、サーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の温度検知装置。

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