JP7089203B1 - 温度測定回路及び温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の感温素子定数に対応可能な温度測定回路を提供すること。【解決手段】感温素子を用いて温度を測定する温度測定回路であって、前記感温素子に制御電圧を印加する電圧制御回路と、前記感温素子に流れる電流に基づいて前記制御電圧の値を切り替える第１切り替え回路と、前記感温素子に流れる電流を、所定の変換利得で、測定温度に応じた電圧値に変換する変換回路と、前記電圧値に基づいて前記変換利得の値を切り替える第２切り替え回路と、を備える、温度測定回路。【選択図】図１

Description

本開示は、温度測定回路及び温度測定装置に関する。

サーミスタと分圧抵抗とが直列に接続され、サーミスタと分圧抵抗との接続点における出力電圧から温度を検出する温度検出装置が知られている。このような温度検出装置では、サーミスタが低抵抗値領域となるとき、サーミスタへの供給電圧を低下させることで、サーミスタに流れる電流の増加を抑制することが図られる場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－１４５８２３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、サーミスタが低抵抗値領域となるとき、サーミスタに直列に接続された分圧抵抗の抵抗値も低下させるので、サーミスタに流れる電流が増加する方向になる。サーミスタに流れる電流が増加すると、例えば、消費電力の増大を招いてしまう。また、特許文献１の温度検出装置は、サーミスタと分圧抵抗とで分圧された電圧の変化を読み取る方式なので、使用されるサーミスタ等の感温素子の定数に応じて分圧抵抗の定数を変更する必要がある。そのため、分圧抵抗の定数を変更しなければ、広範囲の感温素子定数（抵抗値の公称値）に対応することが難しい。

本開示は、広範囲の感温素子定数に対応可能な温度測定回路及び温度測定装置を提供する。

本開示の一態様によれば、
感温素子を用いて温度を測定する温度測定回路であって、
前記感温素子に制御電圧を印加する電圧制御回路と、
前記感温素子に流れる電流に基づいて前記制御電圧の値を切り替える第１切り替え回路と、を備え、
前記電圧制御回路は、前記感温素子を駆動するトランジスタを有し、前記制御電圧を基準電圧と比較して前記トランジスタのゲートを制御することで、前記感温素子に前記制御電圧を印加し、
前記第１切り替え回路は、前記基準電圧の値を前記トランジスタに流れる電流に基づいて切り替えることで、前記制御電圧の値を切り替える、温度測定回路が提供される。

また、本開示の他の一態様によれば、
感温素子を用いて温度を測定する温度測定回路であって、
前記感温素子を駆動するトランジスタの出力電圧を基準電圧と比較する差動回路の出力に応じて前記トランジスタのゲートを制御することで、前記感温素子に制御電圧を印加する電圧制御回路と、を備え、
前記トランジスタの出力電流に基づいて、前記基準電圧の値を切り替える、温度測定回路が提供される。

一実施形態における温度測定回路を備える温度測定装置の構成例を示す図である。 ＢＩＴ１とＢＩＴ２とｎとの対応関係の一例を示す図である。 感温素子の抵抗値ＲＮＴＣに対する電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。 一比較形態における温度測定回路の構成例を示す図である。 雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１０ｋΩの感温素子を用いて一比較形態における温度測定回路により測定された電圧値ＶＡＤの変化特性の一例を示す図である。 雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１００ｋΩの感温素子を用いて一比較形態における温度測定回路により測定された電圧値ＶＡＤの変化特性の一例を示す図である。 雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１０ｋΩの感温素子を用いて一実施形態における温度測定回路により測定された電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。 雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１００ｋΩの感温素子を用いて一実施形態における温度測定回路により測定された電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態における温度測定回路１０１を備える温度測定装置３０１の構成例を示す図である。図１に示す温度測定装置３０１は、感温素子６０を用いて測定対象の温度を測定する。測定対象は、固体、液体又は気体でもよく、特に限定されない。測定対象の具体例として、二次電池などが挙げられる。温度測定装置３０１は、感温素子６０と、温度測定回路１０１とを備える。

感温素子６０は、その抵抗値が測定対象の温度変化により変化する。感温素子６０は、例えば、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタである。ＮＴＣサーミスタは、その抵抗値が負の温度特性で変化する測温抵抗体である。

温度測定回路１０１は、感温素子６０を用いて測定対象の温度を測定する半導体集積回路である。この例では、温度測定回路１０１は、温度測定回路１０１の外部との接続に使用される端子１１～１６を有する。なお、温度測定回路１０１は、温度測定機能を有する単体の半導体集積回路でもよいし、温度測定機能とは異なる機能（例えば、二次電池の保護機能など）を有する半導体集積回路内の一部の回路でもよい。

端子１１は、電源端子であり、端子１２は、接地端子である。端子１１は、二次電池などの電源２０１の正極が電気的に接続され、端子１２は、電源２０１の負極が電気的に接続される。温度測定回路１０１は、端子１１と端子１２との間に電源２０１により印加される電源電圧で動作し、例えば、レギュレータ等の定電圧源２９により生成される電圧ＶＢで動作する。定電圧源２９は、温度測定回路１０１の内部にあっても外部にあってもよい。

端子１３は、感温素子６０の一方の端部が接続される温度測定端子である。感温素子６０は、一方の端部が端子１３に接続され、他方の端部が端子１２に接続される。端子１４は、感温素子６０に印加される制御電圧ＶＴＨの値に基づいて変化する第１情報ＢＩＴ１を温度測定回路１０１の外部に出力する第１出力端子である。端子１５は、後述の変換利得βの値に基づいて変化する第２情報ＢＩＴ２を温度測定回路１０１の外部に出力する第２出力端子である。端子１６は、感温素子６０を用いて温度測定回路１０１により得られた測定値を温度測定回路１０１の外部に出力する出力端子である。

温度測定回路１０１は、電圧制御回路２０、第１切り替え回路３０、変換回路４０及び第２切り替え回路５０を備える。

電圧制御回路２０は、感温素子６０に制御電圧ＶＴＨを印加する回路であり、この例では、感温素子６０を駆動するトランジスタ２１によって、感温素子６０に制御電圧ＶＴＨを印加する。電圧制御回路２０は、例えば、制御電圧ＶＴＨを基準電圧Ｖｒと比較する差動回路２３の出力に応じてトランジスタ２１のゲートを制御することで、感温素子６０の両端に制御電圧ＶＴＨを印加する。電圧制御回路２０は、端子１３と端子１２との間に制御電圧ＶＴＨを印加することで、端子１３と端子１２との間にその両端が接続された感温素子６０に制御電圧ＶＴＨを印加する。この例では、トランジスタ２１の出力電圧は、トランジスタ２１の出力電流を感温素子６０の抵抗値ＲＮＴＣにより変換された電圧であり、制御電圧ＶＴＨに一致する。

図１に示す例では、電圧制御回路２０は、基準電圧回路２２、差動回路２３及びトランジスタ２１を有する。

基準電圧回路２２は、電圧値が異なる複数の基準電圧Ｖｒを生成する。基準電圧回路２２は、この例では、電源電圧ＶＢを複数の抵抗による分圧回路で分圧することで、電圧値Ｖｒｅｆと電圧値Ｖｒｅｆ×ａとの２種類の基準電圧Ｖｒを生成する。電圧値Ｖｒｅｆは、第１電圧値の一例であり、電圧値Ｖｒｅｆ×ａは、第１電圧値よりも高い第２電圧値の一例である。

ａは、１よりも大きな正の係数であり、この例では、基準電圧回路２２の分圧回路に含まれる複数の抵抗の抵抗値の比によって決められる。係数ａの値を調整できるように、基準電圧回路２２の分圧回路は、トリミング可能な抵抗を含んでもよい。

差動回路２３は、制御電圧ＶＴＨと基準電圧Ｖｒとの偏差が零になるようにトランジスタ２１のゲート電圧を制御する。差動回路２３は、例えば、基準電圧Ｖｒが入力される反転入力部と、制御電圧ＶＴＨが印加される非反転入力部と、トランジスタ２１のゲートが接続される出力部とを有するオペアンプである。

トランジスタ２１は、感温素子６０に電流ＩＴＨを流す半導体素子であり、この例では、感温素子６０の一方の端部に接続される出力端を有するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。トランジスタ２１は、例えば、差動回路２３の出力部に接続されるゲートと、端子１１に接続されるソースと、感温素子６０の一方の端部及び差動回路２３の非反転入力部に接続されるドレインとを有するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。この場合、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴのドレインが、トランジスタ２１の出力端に相当する。

第１切り替え回路３０は、感温素子６０に流れる電流ＩＴＨに基づいて制御電圧ＶＴＨの値を切り替える。これにより、電圧制御回路２０は、電流ＩＴＨの大きさに応じて、感温素子６０に印加する制御電圧ＶＴＨの値を選択的に切り替えできる。図１に示す例では、第１切り替え回路３０は、基準電圧Ｖｒの値をトランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨに応じて切り替えることで、制御電圧ＶＴＨの値を切り替える。

第１切り替え回路３０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨの値が第１電流閾値Ｉ１を超えると、制御電圧ＶＴＨの値をＶｒｅｆ×ａからＶｒｅｆに低下させる値に基準電圧Ｖｒの値を切り替える。これにより、感温素子６０の抵抗値ＲＮＴＣの低下により電流ＩＴＨの値が上昇しても、感温素子６０に印加される制御電圧ＶＴＨの値が低下するので、電流ＩＴＨの値の過度な上昇を抑制できる。図１に示す例では、第１切り替え回路３０は、基準電圧Ｖｒの値をＶｒｅｆ×ａからＶｒｅｆにスイッチ３１により切り替えることで、制御電圧ＶＴＨの値をＶｒｅｆ×ａからＶｒｅｆに低下させる。

一方、第１切り替え回路３０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨの値が第１電流閾値Ｉ１よりも低い第２電流閾値Ｉ２を下回ると、制御電圧ＶＴＨの値をＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａに上昇させる値に基準電圧Ｖｒの値を切り替える。これにより、感温素子６０の抵抗値ＲＮＴＣの増加により電流ＩＴＨの値が減少しても、感温素子６０に印加される制御電圧ＶＴＨの値が上昇するので、電流ＩＴＨの値の過度な減少を抑制できる。図１に示す例では、第１切り替え回路３０は、基準電圧Ｖｒの値をＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａにスイッチ３１により切り替えることで、制御電圧ＶＴＨの値をＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａに上昇させる。

図１に示す例では、第１切り替え回路３０は、スイッチ３１、トランジスタ３２及び電流検出回路３３を有する。

この例では、第１切り替え回路３０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨに応じて第１カレントミラー回路７１から出力される第１ミラー電流Ｉｍに応じて、基準電圧Ｖｒの値を切り替えることで、電圧制御回路２０から出力される制御電圧ＶＴＨの値を切り替える。第１カレントミラー回路７１は、トランジスタ２１とトランジスタ３２とによって形成された回路である。第１ミラー電流Ｉｍは、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨの大きさに応じてトランジスタ３２から出力される。この例では、電流ＩＴＨと第１ミラー電流Ｉｍとの電流値の比（第１カレントミラー回路７１のミラー比）は、１：１であるが、これに限られない。

このように、第１切り替え回路３０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨに応じて第１カレントミラー回路７１から出力される第１ミラー電流Ｉｍに応じて、制御電圧ＶＴＨの値を切り替える。第２カレントミラー回路７２の使用により、第１切り替え回路３０は、感温素子６０に流れる電流ＩＴＨを直接操作せずに、制御電圧ＶＴＨの値を切り替えできるので、制御電圧ＶＴＨが印加された感温素子６０に流れる電流ＩＴＨの精度を確保できる。よって、感温素子６０を用いて温度を測定する精度が向上する。

図１に示す例では、第１切り替え回路３０は、トランジスタ２１を、電圧制御回路２０と共用する。つまり、トランジスタ２１は、感温素子６０に電流ＩＴＨを流すための駆動用トランジスタとして使用されるとともに、電流ＩＴＨの大きさを検出するための検出用トランジスタとして使用される。駆動機能と検出機能とに共通のトランジスタ２１が使用されるので、温度測定回路１０１の小型化が可能とである。

トランジスタ３２は、この例では、トランジスタ２１のゲートに接続されるゲートと、端子１１に接続されるソースと、電流検出回路３３に接続されるドレインとを有するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。

電流検出回路３３は、第１ミラー電流Ｉｍを監視することによって、電流ＩＴＨの大きさを検出する。電流検出回路３３は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨの値が第１電流閾値Ｉ１よりも上昇することを第１ミラー電流Ｉｍにより検出すると、基準電圧Ｖｒの値をＶｒｅｆ×ａからＶｒｅｆにスイッチ３１により切り替える。一方、電流検出回路３３は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨの値が第２電流閾値Ｉ２よりも低下することを第１ミラー電流Ｉｍにより検出すると、基準電圧Ｖｒの値をＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａにスイッチ３１により切り替える。

電流検出回路３３は、シュミットトリガインバータ３４と、第１定電流源３５、第２定電流源３６及びスイッチ３７を有する。第１電流閾値Ｉ１は、第１定電流源３５が流す定電流の値と第２定電流源３６が流す定電流の値との合計値によって設定される。

第１カレントミラー回路７１のミラー比が１：１とする。電流ＩＴＨ（第１ミラー電流Ｉｍ）の電流値が上昇すると、シュミットトリガインバータ３４の入力部の電圧値が上昇する。電流ＩＴＨ（第１ミラー電流Ｉｍ）の電流値が第１電流閾値Ｉ１を超えると、シュミットトリガインバータ３４の出力部の論理レベルは、ハイレベルからローレベルに切り替わる。これにより、スイッチ３７は、オン状態からオフ状態に切り替わるとともに、基準電圧Ｖｒの値は、Ｖｒｅｆ×ａからＶｒｅｆにスイッチ３１により切り替わる。その結果、電流検出回路３３の電流閾値は、第１電流閾値Ｉ１から第２電流閾値Ｉ２に切り替わるとともに、制御電圧ＶＴＨの値は、Ｖｒｅｆ×ａからＶｒｅｆに切り替わる。電流検出回路３３は、制御電圧ＶＴＨの値がＶｒｅｆであることを表すローレベルの第１情報ＢＩＴ１を、端子１４から温度測定回路１０１の外部に出力する。

一方、電流ＩＴＨ（第１ミラー電流Ｉｍ）の電流値が減少すると、シュミットトリガインバータ３４の入力部の電圧値が低下する。電流ＩＴＨ（第１ミラー電流Ｉｍ）の電流値が第２電流閾値Ｉ２未満になると、シュミットトリガインバータ３４の出力部の論理レベルは、ローレベルからハイレベルに切り替わる。これにより、スイッチ３７は、オフ状態からオン状態に切り替わるとともに、基準電圧Ｖｒの値は、ＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａにスイッチ３１により切り替わる。その結果、電流検出回路３３の電流閾値は、第２電流閾値Ｉ２から第１電流閾値Ｉ１に切り替わるとともに、制御電圧ＶＴＨの値は、ＶｒｅｆからＶｒｅｆ×ａに切り替わる。電流検出回路３３は、制御電圧ＶＴＨの値がＶｒｅｆ×ａであることを表すハイレベルの第１情報ＢＩＴ１を、端子１４から温度測定回路１０１の外部に出力する。

変換回路４０は、感温素子６０に流れる電流ＩＴＨを、所定の変換利得βで、測定温度に応じた電圧値ＶＡＤＣに変換し、この例では、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨを第２カレントミラー回路７２により変換することで電圧値ＶＡＤＣを生成する。第２カレントミラー回路７２は、トランジスタ２１とトランジスタ４１とトランジスタ４２とによって形成された回路である。

変換回路４０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨを第２カレントミラー回路７２により第２ミラー電流Ｉｒｅｆに変換し、第２ミラー電流Ｉｒｅｆを抵抗体４３に流すことで生成されたアナログ電圧を電圧値ＶＡＤＣとして出力する。変換回路４０は、測定値（電圧値ＶＡＤＣ又は電圧値ＶＡＤＣに応じた値）を温度測定回路１０１の外部に端子１６から出力する。これにより、温度測定回路１０１は、感温素子６０を用いて得られた温度に応じた測定値を温度測定回路１０１の外部装置に提供できる。第２ミラー電流Ｉｒｅｆは、抵抗体４３に流す基準電流である。

変換回路４０は、第２ミラー電流Ｉｒｅｆを抵抗体４３に流すことで生成されたアナログの電圧値ＶＡＤＣをデジタルの測定値にＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換器４４を有してもよい。この場合、変換回路４０は、デジタルの測定値を温度測定回路１０１の外部に端子１６から出力する。デジタルの測定値は、電圧値ＶＡＤＣに応じた値の一例である。

変換回路４０は、ＡＤ変換器４４に代えて、アナログの電圧値ＶＡＤＣを所定の判定値と比較するコンパレータを有してもよい。変換回路４０は、端子１４，１５から出力される第１情報ＢＩＴ１及び第２情報ＢＩＴ２と合わせて、このコンパレータの出力を温度測定回路１０１の外部に端子１６から出力することで、所定の判定値（温度）を超えているか否かを外部装置に提供できる。コンパレータの出力は、電圧値ＶＡＤＣに応じた値の一例である。

外部装置は、温度測定回路１０１から提供された測定値を所定の制御に使用する。所定の制御の内容は特に限定されないが、例えば、外部装置は、二次電池の残容量の検出値を測定値に応じて補正してもよいし、二次電池の温度保護に測定値を使用してもよい。

図１に示す例では、変換回路４０は、トランジスタ４１、トランジスタ４２、抵抗体４３及びＡＤ変換器４４を有する。

変換回路４０は、トランジスタ２１を、電圧制御回路２０と共用する。つまり、トランジスタ２１は、感温素子６０に電流ＩＴＨを流すための駆動用トランジスタとして使用されるとともに、電流ＩＴＨを電圧値ＶＡＤＣに変換するための変換用トランジスタとして使用される。駆動機能と変換機能とに共通のトランジスタ２１が使用されるので、温度測定回路１０１の小型化が可能とである。

トランジスタ４１は、この例では、トランジスタ２１のゲートに接続されるゲートと、端子１１に接続されるソースと、抵抗体４３の端部に接続されるドレインとを有するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。トランジスタ４２は、この例では、トランジスタ２１のゲートに接続されるゲートと、端子１１に接続されるソースと、抵抗体４３の端部にスイッチ５４を介して接続されるドレインとを有するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。

第２切り替え回路５０は、電圧値ＶＡＤＣに基づいて変換回路４０の変換利得βの値を切り替える。これにより、変換回路４０は、電圧値ＶＡＤＣの大きさに応じて、変換利得βを選択的に切り替えできる。第２切り替え回路５０は、電圧値ＶＡＤＣが所定の範囲内で変換されるように、電圧値ＶＡＤＣに基づいて変換利得βの値を切り替える。これにより、電圧値ＶＡＤＣを所定の範囲内で変化させることができる。

第２切り替え回路５０は、電圧値ＶＡＤＣが第１閾値Ｖｄ１を超えると、変換利得βの値を第１変換利得値β１（この例では、１）に切り替える。一方、第２切り替え回路５０は、電圧値ＶＡＤＣが第１閾値Ｖｄ１よりも低い第２閾値Ｖｄ２を下回ると、変換利得βの値を第２変換利得値β２（この例では、ｂ）に切り替える。ｂは、１よりも大きい正の係数である。この例では、変換利得β及び係数ｂは、第２カレントミラー回路７２のミラー比によって決められる。

この例では、第２切り替え回路５０は、トランジスタ２１に流れる電流ＩＴＨを第２カレントミラー回路７２により変換することで生成された電圧値ＶＡＤＣに基づいて、変換利得βの値を切り替える。第２カレントミラー回路７２の使用により、第２切り替え回路５０は、感温素子６０に流れる電流ＩＴＨを直接操作せずに、変換利得βの値を切り替えできるので、制御電圧ＶＴＨに印加された感温素子６０に流れる電流ＩＴＨの精度を確保できる。よって、感温素子６０を用いて温度を測定する精度が向上する。

図１に示す例では、第２切り替え回路５０は、閾値生成回路５１、スイッチ５２、比較器５３及びスイッチ５４を有する。

閾値生成回路５１は、電圧値が異なる複数の閾値Ｖｄを生成する。閾値生成回路５１は、この例では、電源電圧ＶＢを複数の抵抗による分圧回路で分圧することで、第１閾値Ｖｄ１と第２閾値Ｖｄ２との２種類の閾値Ｖｄを生成する。第２閾値Ｖｄ２は、第１閾値Ｖｄ１よりも電圧値が低い。

比較器５３は、閾値Ｖｄを電圧値ＶＡＤＣと比較し、その比較結果に応じて、スイッチ５４のオン又はオフにするとともに、スイッチ５２の切り替えを行う。

比較器５３は、第１閾値Ｖｄ１を超える電圧値ＶＡＤＣを検出すると、変換利得βの値をβ２（この例では、ｂ）からβ１（この例では、１）にスイッチ５４のオフにより切り替えるとともに、閾値ＶｄをＶｄ１からＶｄ２にスイッチ５２により切り替える。比較器５３は、変換利得βの値がβ１であることを表すローレベルの第２情報ＢＩＴ２を、端子１５から温度測定回路１０１の外部に出力する。

一方、比較器５３は、第２閾値Ｖｄ２未満の電圧値ＶＡＤＣを検出すると、変換利得βの値をβ１（この例では、１）からβ２（この例では、ｂ）にスイッチ５４のオンにより切り替えるとともに、閾値ＶｄをＶｄ２からＶｄ１にスイッチ５２により切り替える。比較器５３は、変換利得βの値がβ２であることを表すハイレベルの第２情報ＢＩＴ２を、端子１５から温度測定回路１０１の外部に出力する。

ここで、感温素子６０の抵抗値をＲＮＴＣ、感温素子６０の両端に印加される制御電圧ＶＴＨをＶｒｅｆ×α、感温素子６０に流れる電流をＩＴＨ、抵抗体４３に流れる第２ミラー電流Ｉｒｅｆをβ×ＩＴＨ、抵抗体４３の抵抗値をＲｒｅｆとする。このとき、
ＲＮＴＣ＝ＶＴＨ／ＩＴＨ
＝（Ｖｒｅｆ×α）／ＩＴＨ
＝（Ｖｒｅｆ×α）×（β／Ｉｒｅｆ）
＝（Ｖｒｅｆ×α）×（β×Ｒｒｅｆ／ＶＡＤＣ）
＝Ｒｒｅｆ×Ｖｒｅｆ×ｎ／ＶＡＤＣ
という演算式が成立する。ただし、係数ｎは、α×βである。また、この例では、αは、１又はａであり、βは、１又はｂである。

図２は、第１情報ＢＩＴ１と第２情報ＢＩＴ２と係数ｎとの対応関係の一例を示す図である。Ｌは、ローレベル、Ｈは、ハイレベルを表す。外部装置は、温度測定回路１０１から取得した第１情報ＢＩＴ１と第２情報ＢＩＴ２の各々の論理レベルを、図２に示す対応関係と照合することで、上記の演算式の係数ｎを決定する。温度測定回路１０１は、係数ｎを表す情報を外部装置に提供してもよい。

外部装置は、温度測定回路１０１から測定値（電圧値ＶＡＤＣ又は電圧値ＶＡＤＣに応じた値）を取得し、当該測定値と係数ｎを上記の演算式に代入することによって、感温素子６０の抵抗値ＲＮＴＣを算出する。外部装置は、抵抗値ＲＮＴＣの算出値から、測定対象の温度を算出する。例えば、外部装置は、抵抗値ＲＮＴＣの算出値を以下の関係式に代入することによって、測定対象の温度（周囲温度Ｔ）を算出する。

Ｒ＝Ｒ_０×ｅｘｐ（Ｂ×（１／Ｔ－１／Ｔ_０）） ・・・式１ａ
１／Ｔ＝１／Ｂ×ｌｎ（Ｒ／Ｒ_０）＋１／Ｔ_０ ・・・式１ｂ
Ｔ：周囲温度（K）
Ｔ_０：基準温度（K）
Ｒ：周囲温度Ｔでの感温素子６０の抵抗値（＝ＲＮＴＣ）
Ｒ_０：基準温度Ｔ_０での感温素子６０の抵抗値
Ｂ：定数
なお、式１ｂは、式１ａを変形した式であり、Ｔ_０，Ｒ_０，Ｂは、感温素子６０のパラメータである。

図３は、感温素子６０の抵抗値ＲＮＴＣに対する電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。上述の温度測定回路１０１によれば、電圧値ＶＡＤＣは、第１情報ＢＩＴ１と第２情報ＢＩＴ２の各々の論理レベルごとに、抵抗値ＲＮＴＣの変化に対して、図３に示すような変化特性を有する。温度測定回路１０１は、感温素子６０に流れる電流の変化を読み取る方式なので、感温素子６０の定数に依存せずに、温度測定回路１０１の電圧制御回路２０等の回路定数を設定できる。よって、電圧制御回路２０等の回路定数を変更せずに、広範囲の感温素子定数に対応できる。つまり、温度測定回路１０１は、広範囲の抵抗値ＲＮＴＣを高精度に測定できる。その結果、例えば、温度測定回路１０１は、抵抗値の温度特性が異なる複数の種類の感温素子６０に対応できる。また、外部装置は、測定値（電圧値ＶＡＤＣ又は電圧値ＶＡＤＣに応じた値）、第１情報ＢＩＴ１及び第２情報ＢＩＴに基づいて、温度を高精度に算出できる。また、温度測定回路１０１は、特許文献１のような回路構成（感温素子６０が低抵抗値領域となるとき、感温素子６０に直列に接続される抵抗体の抵抗値を低下させる構成）ではないので、感温素子６０に流れる電流の増加を抑制できる。

図４は、一比較形態における温度測定回路の構成例を示す図である。図４に示す温度測定回路１００は、感温素子６０を用いて測定対象の温度を測定する。温度測定回路１００は、感温素子６０に直列に接続される抵抗体１２４を有し、抵抗体１２４と感温素子６０との接続点から電圧値ＶＡＤを出力する点で、本開示に係る第１実施形態と異なる。

端子１１１は、電源端子であり、端子１１２は、接地端子である。端子１１１は、二次電池などの電源２０１の正極が電気的に接続され、端子１１２は、電源２０１の負極が電気的に接続される。温度測定回路１０１は、端子１１１と端子１１２との間に電源２０１により印加される電源電圧で動作し、例えば、レギュレータ等の定電圧源１２９により生成される電圧ＶＢで動作する。端子１１３は、感温素子６０の一方の端部が接続される温度測定端子である。感温素子６０は、一方の端部が端子１１３に接続され、他方の端部が端子１１２に接続される。

温度測定回路１００は、基準電圧回路１２２、差動回路１２３、トランジスタ１２１、抵抗体１２４及びＡＤ変換器１４４を備える。

基準電圧回路１２２は、一の基準電圧Ｖｒ（この例では、３．０ボルト）を生成する。差動回路１２３は、"感温素子６０と抵抗体１２４との直列回路の両端に印加される定電圧"と"基準電圧回路１２２により生成された基準電圧Ｖｒ"との偏差が零になるようにトランジスタ１２１のゲート電圧を制御する。

図５は、雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１０ｋΩの感温素子を用いて一比較形態における温度測定回路１００により測定された電圧値ＶＡＤの変化特性の一例を示す図である。図６は、雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１００ｋΩの感温素子を用いて一比較形態における温度測定回路１００により測定された電圧値ＶＡＤの変化特性の一例を示す図である。

図５，６において、温度（抵抗値ＲＮＴＣ）の変化に対する電圧値ＶＡＤの変化が小さいことは、温度の測定感度（測定精度）が良くないことを表す。図５の場合、２５℃付近の測定精度は比較的良いものの、高温領域及び低温領域の測定精度は低下している。図６の場合、低温領域では、電圧値ＶＡＤの変化がほとんどなく、測定精度は低下している。一比較形態における温度測定回路１００は、感温素子６０と抵抗体１２４とで分圧された電圧の変化を読み取る方式なので、感温素子６０の定数と抵抗体１２４の定数とが１対１で対応する必要があり、感温素子６０の定数を任意に変えることはできない。したがって、一比較形態における温度測定回路１００では、感温素子６０の特性や温度範囲に応じて、比較用の抵抗体１２４の抵抗値を変更する必要がある。

これに対し、図７は、雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１０ｋΩの感温素子を用いて一実施形態における温度測定回路１０１により測定された電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。図８は、雰囲気温度２５℃での抵抗値ＲＮＴＣが１００ｋΩの感温素子を用いて一実施形態における温度測定回路１０１により測定された電圧値ＶＡＤＣの変化特性の一例を示す図である。

図７，８に示すように、温度測定回路１０１によれば、温度（抵抗値ＲＮＴＣ）の変化に対する電圧値ＶＡＤＣの変化が大きいので、温度の測定感度（測定精度）が向上している。一実施形態における温度測定回路１０１は、感温素子６０に流れる電流の変化を読み取る方式なので、感温素子６０の定数に依存せずに、温度測定回路１０１の電圧制御回路２０等の回路定数を設定できる。よって、電圧制御回路２０等の回路定数を変更せずに、広範囲の感温素子定数に対応できる。また、一実施形態における温度測定回路１０１では、抵抗値ＲＮＴＣの変化を広範囲に測定できるので、抵抗値の温度特性が異なる複数の種類の感温素子にも対応できる。

以上、実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。

例えば、温度測定回路は、集積回路に限られず、複数のディスクリート部品により形成されたディスクリート回路でもよい。また、温度の測定対象は、固体、液体又は気体でもよい。感温素子は、ＮＴＣサーミスタ以外の素子でもよい。

１１，１２，１３，１４，１５，１６ 端子
２０ 電圧制御回路
２１ トランジスタ
２２ 基準電圧回路
２３ 差動回路
２９ 定電圧源
３０ 第１切り替え回路
３１ スイッチ
３２ トランジスタ
３３ 電流検出回路
３４ シュミットトリガインバータ
３５ 第１定電流源
３６ 第２定電流源
３７ スイッチ
４０ 変換回路
４１，４２ トランジスタ
４３ 抵抗体
４４ ＡＤ変換器
５０ 第２切り替え回路
５１ 閾値生成回路
５２ スイッチ
５３ 比較器
５４ スイッチ
６０ 感温素子
７１ 第１カレントミラー回路
７２ 第２カレントミラー回路
１０１ 温度測定回路
２０１ 電源
３０１ 温度測定装置

Claims (22)

1. 感温素子を用いて温度を測定する温度測定回路であって、
   前記感温素子に制御電圧を印加する電圧制御回路と、
   前記感温素子に流れる電流に基づいて前記制御電圧の値を切り替える第１切り替え回路と、を備え、
   前記電圧制御回路は、前記感温素子を駆動するトランジスタを有し、前記制御電圧を基準電圧と比較して前記トランジスタのゲートを制御することで、前記感温素子に前記制御電圧を印加し、
   前記第１切り替え回路は、前記基準電圧の値を前記トランジスタに流れる電流に基づいて切り替えることで、前記制御電圧の値を切り替える、温度測定回路。
2. 前記電圧制御回路は、前記制御電圧を前記基準電圧と比較する差動回路の出力に応じて前記ゲートを制御することで、前記感温素子に前記制御電圧を印加する、請求項１に記載の温度測定回路。
3. 前記第１切り替え回路は、前記トランジスタに流れる電流の値が第１電流閾値を超えると、前記制御電圧の値を第１電圧値に低下させる値に前記基準電圧の値を切り替え、前記トランジスタに流れる電流の値が前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値を下回ると、前記制御電圧の値を前記第１電圧値よりも高い第２電圧値に上昇させる値に前記基準電圧の値を切り替える、請求項１又は２に記載の温度測定回路。
4. 前記第１切り替え回路は、前記トランジスタに流れる電流に応じて第１カレントミラー回路から出力される第１ミラー電流に応じて、前記基準電圧の値を切り替える、請求項１から３のいずれか一項に記載の温度測定回路。
5. 前記第１切り替え回路は、前記トランジスタに流れる電流の値が第１電流閾値を超えると、前記制御電圧の値を第１電圧値に切り替え、前記トランジスタに流れる電流の値が前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値を下回ると、前記制御電圧の値を前記第１電圧値よりも高い第２電圧値に切り替える、請求項１又は２に記載の温度測定回路。
6. 前記第１切り替え回路は、前記トランジスタに流れる電流に応じて第１カレントミラー回路から出力される第１ミラー電流に応じて、前記制御電圧の値を切り替える、請求項５に記載の温度測定回路。
7. 前記制御電圧の値に基づいて変化する第１情報を温度測定回路外部に出力する第１出力端子を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の温度測定回路。
8. 前記感温素子に流れる電流を、所定の変換利得で、測定温度に応じた電圧値に変換する変換回路を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の温度測定回路。
9. 前記変換回路は、前記トランジスタに流れる電流を第２カレントミラー回路により変換することで前記電圧値を生成する、請求項８に記載の温度測定回路。
10. 前記変換回路は、前記トランジスタに流れる電流を前記第２カレントミラー回路により第２ミラー電流に変換し、前記第２ミラー電流を抵抗体に流すことで前記電圧値を生成する、請求項９に記載の温度測定回路。
11. 前記変換回路は、前記第２ミラー電流を前記抵抗体に流すことで生成されたアナログの前記電圧値をデジタル値に変換するＡＤ変換器を有する、請求項１０に記載の温度測定回路。
12. 前記電圧値に基づいて前記変換利得の値を切り替える第２切り替え回路を備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の温度測定回路。
13. 前記第２切り替え回路は、前記電圧値が所定の範囲内で変換されるように、前記電圧値に基づいて前記変換利得の値を切り替える、請求項１２に記載の温度測定回路。
14. 前記第２切り替え回路は、前記電圧値が第１閾値を超えると、前記変換利得の値を第１変換利得値に切り替え、前記電圧値が前記第１閾値よりも低い第２閾値を下回ると、前記変換利得の値を前記第１変換利得値よりも高い第２変換利得値に切り替える、請求項１２又は１３に記載の温度測定回路。
15. 前記変換利得の値に基づいて変化する第２情報を温度測定回路外部に出力する第２出力端子を備える、請求項８から１４のいずれか一項に記載の温度測定回路。
16. 感温素子を用いて温度を測定する温度測定回路であって、
    前記感温素子を駆動するトランジスタの出力電圧を基準電圧と比較する差動回路の出力に応じて前記トランジスタのゲートを制御することで、前記感温素子に制御電圧を印加する電圧制御回路と、を備え、
    前記トランジスタの出力電流に基づいて、前記基準電圧の値を切り替える、温度測定回路。
17. 前記トランジスタの出力電流を、測定温度に応じた電圧値に変換する変換回路を備える、請求項１６に記載の温度測定回路。
18. 前記トランジスタの出力電圧は、前記トランジスタの出力電流を前記感温素子の抵抗値により変換された電圧である、請求項１６又は１７に記載の温度測定回路。
19. 前記トランジスタの出力端は、前記感温素子の一方の端部に接続される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の温度測定回路。
20. 前記トランジスタは、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである、請求項１９に記載の温度測定回路。
21. 前記感温素子は、ＮＴＣサーミスタである、請求項１から２０のいずれか一項に記載の温度測定回路。
22. 請求項１から２１のいずれか一項に記載の温度測定回路と、前記感温素子と、を備える、温度測定装置。

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