使用負溫度係數熱敏電阻器的溫度測量裝置製造方法
2023-04-23 16:31:06
使用負溫度係數熱敏電阻器的溫度測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種採用負溫度係數(NTC)熱敏電阻器的溫度測量裝置。溫度傳感器包括NTC熱敏電阻器和可變電阻器部分，其中，可變電阻器部分的電阻值在用於第一輸出電壓值的第一電阻值與用於第二輸出電壓值的第二電阻值之間變化，以允許輸出相應於當前溫度的電壓值。電壓溫度匹配單元基於第一輸出電壓值和第二輸出電壓值來輸出當前溫度。
【專利說明】使用負溫度係數熱敏電阻器的溫度測量裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據35U.S.C.119和35U.S.C.365要求韓國專利申請10-2013-0104938 (遞交於2013年09月02日)的優先權，該專利申請的全部內容通過引用而全部合併於此。
【技術領域】
[0003]本公開涉及使用溫度係數(NTC)熱敏電阻器的溫度測量裝置。
【背景技術】
[0004]NTC熱敏電阻器具有NTC並且電阻持續變化，由於這種特徵，其被用作溫度傳感器。特別地，在汽車及電動汽車在從大約45°C到大約120°C範圍內穩定運行的情形中，利用採用NTC熱敏電阻器的溫度傳感器來測量溫度。而且，通過根據測得的溫度來控制為電池充電等，來保護汽車及電動汽車的組件。
[0005]只不過，由於採用NTC的溫度傳感器的特性，取決於溫度傳感器的測量範圍的下限值或上限值附近的溫度的電壓波動範圍不大。因此，在溫度傳感器的測量範圍的下限值或上限值附近所測得的溫度可能是不準確的。因此，必須精確地測量NTC溫度傳感器的測量範圍的下限值或上限值附近的溫度。
【發明內容】
[0006]實施例提供了一種溫度測量裝置，其通過採用負溫度係數(NTC)熱敏電阻器，能夠精確地測量溫度傳感器的測量範圍的下限值或上限值附近的溫度。
[0007]在一個實施例中，採用負溫度係數(NTC)熱敏電阻器的溫度測量裝置包括溫度傳感器，溫度傳感器包括NTC熱敏電阻器和可變電阻器部分，其中，可變電阻器部分的電阻值在用於第一輸出電壓值的第一電阻值與用於第二輸出電壓值的第二電阻值之間變化，以允許輸出相應於當前溫度的電壓值；以及電壓溫度匹配單元，其基於第一輸出電壓值和第二輸出電壓值來輸出當前的溫度。
[0008]在另一個實施例中，採用NTC熱敏電阻器的溫度測量裝置包括NTC熱敏電阻器、可變電阻器部分和電壓溫度匹配單元，NTC熱敏電阻器所包括的一個端部施加有直流(DC)電壓，可變電阻器部分所包括的一個端部連接於NTC熱敏電阻器的另一端部，並且可變電阻器部分的另一個端部接地，可變電阻器部分具有用於第一輸出電壓值的第一電阻值和用於第二輸出電壓值的第二電阻值，以及電壓溫度匹配單兀基於第一輸出電壓值和第二輸出電壓值來輸出當前溫度。
[0009]採用NTC熱敏電阻器，在溫度傳感器的溫度可測量範圍的下限值和上限值附近的溫度可被精確地測量。據此，根據利用採用NTC熱敏電阻器的溫度傳感器的汽車及電動汽車中的溫度，可增強對充電操作的控制的可靠性。
[0010]附圖和下面的說明中闡釋了一個或多個實施例的細節。其它的特徵從說明書及附圖，以及從權利要求書將顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為根據一個實施例的溫度測量裝置的框圖；
[0012]圖2為圖1的溫度測量裝置的電路圖；
[0013]圖3為示出圖1的溫度測量裝置的操作的流程圖；
[0014]圖4示出了採用取決於包含在溫度傳感器中的固定電阻值的負溫度係數(NTC)的溫度傳感器的溫度-電壓曲線的變化；
[0015]圖5示出了採用根據另一個實施例的取決於包含在溫度傳感器中的可變電阻值的NTC的溫度傳感器的溫度-電壓曲線的變化；
[0016]圖6為根據另一個實施例的溫度測量裝置的框圖；
[0017]圖7為圖6的溫度測量裝置的電路圖；以及
[0018]圖8為示出圖6的溫度測量裝置的操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]此後，參考附圖，將詳細地描述示例性的實施例，以允許本領域技術人員易於實施這些實施例。然而，實施例可被提供為各種不同的形式並不限於此。而且，在圖中，為了清楚地描述實施例，無關緊要的部分將被省略。在整個說明書中，相同的參考標記指的是相同的元件。
[0020]此外，將進一步理解，除非上下文以其它的方式清楚指明，本文所使用的術語「包括」和/或「包括有」，說明其它組件的進一步存在，但不排除存在或添加一個或多個其它組件。
[0021]此後，參考圖1至圖3，將描述根據一個實施例的溫度測量裝置100。
[0022]圖1為溫度測量裝置100的框圖。
[0023]參考圖1，溫度測量裝置100包括直流(DC)電壓產生單元110、溫度傳感器120、緩衝器130、電壓溫度匹配單元140、電壓溫度表存儲單元150、充電控制單元160和電池170。
[0024]DC電壓產生單元110產生DC電壓。
[0025]電壓溫度表存儲單元150存儲電壓溫度表。電壓溫度表包括多個溫度值，多個溫度值分別與溫度傳感器120的多個輸出電壓對應。
[0026]充電控制單元160根據當前溫度來控制與電動汽車的電池170相關的充電操作。
[0027]溫度測量裝置100的其它組件將參考圖2來詳細描述。
[0028]圖2為溫度測量裝置100的電路圖。
[0029]溫度傳感器120包括負溫度係數(NTC)熱敏電阻器Rnl和固定電阻器Rl。NTC熱敏電阻器Rnl的一端施加有由DC電壓產生單元110所產生的DC電壓。固定電阻器Rl的一端連接於NTC熱敏電阻器Rnl的另一端，且固定電阻器Rl的另一端接地。
[0030]施加於固定電阻器Rl的電壓被允許作為溫度傳感器120的輸出電壓。溫度傳感器120的輸出電壓為固定電阻器Rl的強度(intensity)/(NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值+固定電阻器Rl的強度)。NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值隨著溫度的升高而變小。因此，輸出電壓隨著溫度的升高而變大。相反，NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值隨著溫度的降低而變大。因此，輸出電壓隨著的溫度的降低而變小。
[0031]緩衝器130包括運算放大器Op和固定電阻器R2。運算放大器Op的輸入端連接到固定電阻器Rl的施加有溫度傳感器120的輸出的一端和NTC熱敏電阻器Rnl的另一端。固定電阻器R2的一端連接於運算放大器Op的輸出端並且固定電阻器R2的另一端接地。由於緩衝器130所包括的運算放大器Op為有源元件，因此溫度傳感器120的輸出電壓可受到緩衝而不具有荷載效應，且緩衝後的電壓可被輸出。
[0032]電壓溫度匹配單元140的輸入端連接於運算放大器Op的輸出端和固定電阻器R2
的一端。
[0033]圖3為示出溫度測量裝置100的操作的流程圖。
[0034]溫度傳感器120通過利用隨著溫度變化的NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值，輸出與當前溫度相應的電壓值(SlOl)。
[0035]緩衝器130緩衝溫度傳感器120的輸出電壓並輸出緩衝後的電壓(S103)。當溫度傳感器120和電壓溫度匹配單元140不利用緩衝器130而彼此直接連接時，由於發生荷載效應並降低了電壓，因此不可能傳輸準確的電壓值。因此，溫度傳感器120的輸出電壓可通過緩衝器130準確地傳輸到電壓溫度匹配單元140。
[0036]電壓溫度匹配單元140將緩衝後的電壓與存儲在電壓溫度表存儲單元150中的電壓溫度表上的電壓相匹配，並輸出與緩衝後的電壓值相對應的當前溫度(S105)。電壓溫度表隨著溫度傳感器120的特性而變化。另一方面，緩衝器130可被省略。在該情形中，電壓溫度匹配單元140可輸出與溫度傳感器120的輸出電壓相對應的當前溫度。
[0037]此後，參考圖4至圖8，將描述根據另一個實施例的採用NTC溫度傳感器的溫度測量裝置。
[0038]圖4示出了採用取決於包含在溫度傳感器120中的固定電阻值的負溫度係數(NTC)的溫度傳感器120的溫度-電壓曲線的變化。
[0039]溫度傳感器120的輸出電壓為固定電阻器Rl的強度/(NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值+固定電阻器Rl的強度)。因此，在高溫處，NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值隨著固定電阻器Rl的強度增加而相對較小，NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值的變化的效果變得微不足道，以這樣的方式，圖4的曲線移向A曲線。相反地，在低溫處，其中NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值隨著固定電阻器Rl的強度減小而相對較大，NTC熱敏電阻器Rnl的電阻值的變化的效果變得微不足道，以這樣的方式，圖4的曲線移向B曲線。由於溫度傳感器120的這種特性，根據包含在溫度傳感器120的固定電阻器Rl的強度，測量低溫或高溫處的溫度變得不準確。
[0040]圖5示出了採用根據另一個實施例的取決於包含在溫度傳感器中的可變電阻值的NTC的溫度傳感器的溫度-電壓曲線的變化。
[0041]如上所述，在圖4的實施例的情形中，根據包含在溫度傳感器120中的固定電阻器Rl的強度，在測量低溫或高溫處的準確溫度時存在限制。因此，在另一個實施例中，為了克服該限制，在溫度傳感器120中包含可變電阻器而不是固定電阻器R1。在可變電阻器被允許具有多個值之後，溫度傳感器120輸出與各個可變電阻值相對應的電壓值，並將所輸出的電壓值的平均值與溫度相匹配。
[0042]溫度-電壓特性的線性度被允許在中間溫度或更廣的溫度測量範圍中增加。也就是說，為了允許在中間溫度或更廣的溫度測量範圍內的溫度-電壓曲線的傾斜度(inclinat1n)比小於溫度測量範圍的中間溫度處的溫度-電壓曲線的傾斜度大，通過調節包含在溫度傳感器120中的可變電阻器的值來輸出第一輸出電壓值。在這種情況下，在圖5中，曲線示出為B曲線。據此，允許精確測量中間溫度處或更廣的溫度測量範圍的溫度。
[0043]而且，溫度-電壓特性的線性度被允許在小於溫度測量範圍的中間溫度的溫度處增加。也就是說，為了允許在中間溫度處或更廣的溫度測量範圍的溫度-電壓曲線的傾斜度比小於溫度測量範圍的中間溫度處的溫度-電壓曲線的傾斜度小，通過調節可變電阻值來輸出第二輸出電壓值。在該情形中，在圖5中，曲線示出為A曲線。據此，允許精確測量小於溫度測量範圍的中間溫度處的溫度。
[0044]在多個電壓值被輸出後並同時允許可變電阻的值彼此不同時，電壓值的平均電壓值與溫度相匹配，由此示出了如圖5的AVR曲線的溫度-電壓特性。因此，可在溫度測量範圍從頭到尾的整個部分上示出線性度，且能夠精確測量在溫度測量範圍的整個部分上的溫度。在另一個實施例中，通過這樣的方式，允許實施精確地測量溫度。
[0045]圖6為根據另一個實施例的溫度測量裝置200的框圖。
[0046]參考圖6，溫度測量裝置200可包括DC電壓產生單元210、溫度傳感器220、緩衝器230、電壓值存儲單元240、溫度傳感器控制信號產生單元250、電壓值運算單元260、電壓溫度匹配單元270、電壓溫度表存儲單元280、充電控制單元290和電池295。
[0047]DC電壓產生單元210產生DC電壓。
[0048]溫度傳感器220包括NTC熱敏電阻器223和可變電阻器部分221。可變電阻器部分221具有受電壓值運算單元260控制的多個電阻值中的一個。在該情形中，多個電阻值包括用於第一輸出電壓值的第一電阻值和用於第二輸出電壓值的第二電阻值。
[0049]電壓溫度表存儲單元280存儲電壓溫度表。電壓溫度表包括與多個值相對應的多個溫度值，該多個值為第一輸出電壓值和第二輸出電壓值的平均值。
[0050]充電控制單元290根據當前的溫度，控制與電動汽車的電池295相關的充電操作。
[0051]溫度測量裝置200的其它組件將參考圖7來詳細描述。
[0052]圖7為溫度測量裝置200的電路圖。
[0053]溫度傳感器220包括NTC熱敏電阻器Rn2、電阻器R3、電阻器R4和開關SW。NTC熱敏電阻器Rn2 —端施加有由DC電壓產生單元210產生的DC電壓。電阻器R3 —端連接到NTC熱敏電阻器Rn2的另一端，而電阻器R3的另一端接地。
[0054]固定電阻器R4和開關SW串聯連接在NTC熱敏電阻器Rn2和地之間。在該實施例中，固定電阻器R4的一端連接到NTC熱敏電阻器Rn2，並且開關SW的一端被連接到電阻器R4的另一端，且開關SW的另一端接地。在另一個示例中，開關SW的一端被連接到NTC熱敏電阻器Rn2，並且電阻器R4的一端被連接到開關SW的另一端且電阻器R4的另一端接地。
[0055]在圖7的實施例中，當開關SW被接通時，固定電阻器R3和固定電阻器R4的組合電阻值可為用於第一輸出電壓值的第一電阻值。當開關SW被關斷時，固定電阻器R3和固定電阻器R4的組合電阻值可為用於第二輸出電壓值的第二電阻值。
[0056]在圖5的圖表中，為了允許溫度傳感器220的溫度一電壓特性與B曲線相對應而不是與A曲線相對應，可變電阻器部分221的第一電阻值在溫度測量範圍的中間溫度處可小於NTC熱敏電阻器Rn2的電阻值。可變電阻器部分221的第一電阻值在溫度測量範圍的中間溫度處可小於NTC熱敏電阻器Rn2的電阻值的1/5。
[0057]在圖5的圖表中，為了允許溫度傳感器220的溫度-電壓特性與B曲線相對應而不是與A曲線相對應，可變電阻器部分221的第二電阻值在溫度測量範圍的中間溫度處可大於NTC熱敏電阻器Rn2的電阻值。為了改善溫度測量範圍的上限溫度和中間溫度之間的溫度傳感器220的溫度-電壓特性的線性度，可變電阻器部分221的第二電阻值在溫度測量範圍的中間溫度處可以大於NTC熱敏電阻器Rn2的電阻值的五倍。
[0058]開關SW可根據溫度傳感器的控制信號接通或關斷。特別地，開關SW可為電晶體，諸如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
[0059]緩衝器230包括運算放大器Op和固定電阻器R5。運算放大器Op的輸入端被連接到固定電阻器R3的一端以及NTC熱敏電阻器Rn2的另一端，該輸入端施加有溫度傳感器220的輸出。固定電阻器R5的一端連接到運算放大器Op的輸出端，而固定電阻器R5的另一端接地。由於緩衝器230所包括的運算放大器Op為有源元件，溫度傳感器220的輸出電壓可被緩衝而不具有荷載效應，且緩衝後的電壓可被輸出。
[0060]圖8為示出溫度測量裝置200的操作的流程圖。
[0061]溫度傳感器220通過採用隨著溫度變化的NTC熱敏電阻器Rn2的電阻值和可變電阻器部分211的第一電阻值來輸出與當前溫度相對應的第一輸出電壓值(S201)。
[0062]緩衝器230緩衝溫度傳感器220的輸出電壓並輸出緩衝後的電壓(S203)。當溫度傳感器220和電壓值存儲單元240不通過緩衝器230而彼此直接連接時，由於可能發生荷載效應且電壓可能下降，不可能傳輸準確的電壓值。因此，溫度傳感器220的輸出電壓可通過緩衝器230被準確地傳輸到電壓值存儲單元240。
[0063]電壓值存儲單元240存儲緩衝後的電壓的值(S205)。另一方面，緩衝器230可被省略，其中，電壓值存儲單元240存儲溫度傳感器220的輸出電壓值。
[0064]溫度傳感器控制信號產生單元250判定溫度傳感器220的輸出電壓值是否為第二輸出電壓值(S207)。
[0065]當溫度傳感器220的輸出電壓值不為第二輸出電壓值時，溫度傳感器控制信號產生單元250產生控制信號以允許可變電阻器部分221具有第二電阻值(S209)。特別地，在圖7的實施例中，溫度傳感器控制信號產生單元250產生控制信號並關斷連接到固定電阻器R4的開關SW。僅僅固定電阻器R3被連接到NTC熱敏電阻器Rn2，由此允許可變電阻器部分221具有用於第二輸出電壓值的第二電阻值。
[0066]當溫度傳感器220的輸出電壓值為第二輸出電壓值時,溫度傳感器控制信號產生單元250產生控制信號以允許可變電阻器部分221具有第一電阻值(S211)。特別地，在圖7的實施例中，溫度傳感器控制信號產生單元250產生控制信號並接通連接到固定電阻器R4的開關SW。固定電阻器R3和固定電阻器R4兩者都連接到NTC熱敏電阻器Rn2，由此允許可變電阻器部分221具有用於第一輸出電壓值的第一電阻值。
[0067]電壓值運算單元260輸出存儲在電壓值存儲單元240中的第一輸出電壓值和第二輸出電壓值的平均值(S213)。
[0068]電壓值運算單元260，在實施運算之後，初始化輸出電壓的數量和存儲在電壓值存儲單元240中的輸出電壓值(S215)。
[0069]電壓溫度匹配單元270將平均的緩衝後的電壓與存儲在電壓溫度表存儲單元280中的電壓溫度表上的電壓相匹配，並輸出與平均的緩衝後的電壓值相對應的當前溫度(S217)。電壓溫度表可隨著可變電阻器部分221的第一電阻值、可變電阻器部分221的第二電阻值和溫度傳感器220的NTC熱敏電阻器Rn2的特性而變化。電壓溫度表可存儲與一電壓值相對應的溫度，該電壓值為根據第一輸出電壓值和第二輸出電壓值的輸出電壓值的平均值。
[0070]由於利用如上所述的操作來測量溫度，所有的第一輸出電壓值和第二輸出電壓值被輸出，由此輸出溫度。直到第一輸出電壓值和第二輸出電壓值被測量，所使用的最多次數中的一個才接通或關斷開關。因此，當開關以較高的速度操作時，溫度可被更快速地測量。在其常開短路操作時間小於20ms的以高速操作的MOSFET被用作開關時，溫度可被快速地測量。
[0071 ] 上面的實施例中所描述的特徵、結構、效果等等被包括在至少一個實施例中，而不限於一個實施例。此外，各個實施例中所描述的特徵、結構、效果等等在與其它的實施例結合或修改時可被本領域普通技術人員實施。因此，應該理解的是，與組合和修改有關的內容將被包含在實施例的範圍中。
[0072]應理解，本文所描述的示例性實施例應儀僅被看作描述的方式而非用於限定的目的。本領域普通技術人員將理解，可在形式和細節上做出各種變化而不脫離實施例的精神和範圍。例如，實施例中所詳細示出的各個組件可在被修改時得到實施。而且，要理解，與修改和應用有關的差異被包含在實施例的範圍中，正如權利要求所限定的。
[0073]儘管已參考多個示例性的實施例描述了實施例，應理解，多個其它的修改和實施例可由本領域技術人員設計出，這也將落入本公開內容的原理的精神和範圍。更具體地，本公開、附圖和附屬的權利要求的範圍內的零部件和/或主題組合設置上的各種變型和修改是可能的。除了零部件和/或設置上的變型和修改之外，可替換的用途對於本領域技術人員也是顯而易見的。
【權利要求】
1.一種採用負溫度係數(NTC)熱敏電阻器的溫度測量裝置，包括: 溫度傳感器，其包括所述NTC熱敏電阻器和可變電阻器部分，其中，所述可變電阻器部分的電阻值在用於第一輸出電壓值的第一電阻值和用於第二輸出電壓值的第二電阻值之間變化，以允許輸出對應於當前溫度的電壓值；以及 電壓溫度匹配單元，其基於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值來輸出所述當iu溫度。
2.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其中，所述第一電阻值小於所述NTC熱敏電阻器在溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值，以及 其中所述第二電阻值大於所述NTC熱敏電阻器在所述溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值。
3.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，進一步包括電壓值運算單元，所述電壓值運算單元產生所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值。
4.根據權利要求3所述的溫度測量裝置，其中，所述電壓溫度匹配單元基於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值的平均值來輸出所述當前溫度。
5.根據權利要求4所述的溫度測量裝置，進一步包括電壓溫度表存儲單元，所述電壓溫度表存儲單兀存儲電壓溫度表，該電壓溫度表包括分別對應於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值的多個平均值的多個溫度值。
6.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其中，所述可變電阻器部分包括第一固定電阻器、第二固定電阻器和開關。
7.根據權利要求6所述的溫度測量裝置，其中，所述可變電阻器部分取決於所述開關是否被接通而在所述第一電阻值和所述第二電阻值之間變化。
8.一種採用NTC熱敏電阻器的溫度測量裝置，包括: NTC熱敏電阻器，其一端施加有直流(DC)電壓； 可變電阻器部分，其一端連接到所述NTC熱敏電阻器的另一端且其另一端接地，其具有用於第一輸出電壓值的第一電阻值和用於第二輸出電壓值的第二電阻值；以及 電壓溫度匹配單元，其基於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值來輸出當前溫度。
9.根據權利要求8所述的溫度測量裝置，其中，所述可變電阻器部分包括: 第一固定電阻器，其一端連接到所述NTC熱敏電阻器的另一端且其另一端接地； 第二固定電阻器，其一端連接到所述NTC熱敏電阻器的另一端；以及 開關，其一端連接到所述第二固定電阻器的另一端且其另一端接地。
10.根據權利要求8所述的溫度測量裝置，其中，所述可變電阻器包括: 第一固定電阻器，其一端連接到所述NTC熱敏電阻器的另一端且其另一端接地； 開關，其一端連接到所述NTC熱敏電阻器的另一端；以及 第二固定電阻器，其一端連接到所述開關的另一端，且其另一端接地。
11.根據權利要求8所述的溫度測量裝置，其中，所述第一電阻值小於所述NTC熱敏電阻器在溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值，以及 其中，所述第二電阻值大於所述NTC熱敏電阻器在所述溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值。
12.—種操作使用NTC熱敏電阻器且包括可變電阻器部分的溫度測量裝置的方法，該方法包括: 通過允許所述可變電阻器部分的電阻值在用於第一輸出電壓值的第一電阻值和用於第二輸出電壓值的第二電阻值之間變化，輸出與當前溫度相對應的電壓值；以及 基於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值來輸出所述當前溫度。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述第一電阻值小於所述NTC熱敏電阻器在溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值，以及 其中，所述第二電阻值大於所述NTC熱敏電阻器在所述溫度測量範圍的中間溫度處的電阻值。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，輸出所述當前溫度進一步包括:產生所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值的平均值。
15.根據權利要求13所述的方法，其中，輸出所述當前溫度進一步包括:基於所述第一輸出電壓值和所述第二輸出電壓值來輸出所述當前溫度。
【文檔編號】G01K7/25GK104422543SQ201410524331
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】陳昊相, 梁千錫, 李載昊, 樸贊基 申請人:Ls產電株式會社