JP3850246B2

JP3850246B2 - 温度プロテクション回路

Info

Publication number: JP3850246B2
Application number: JP2001279873A
Authority: JP
Inventors: 潤吾椿原
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2003087965A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線機器の送信段などにおいて、回路が高温になったときにそれを検知して、回路の動作を制限する温度プロテクション技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すのは、従来の無線機が備えている温度プロテクション回路の一例であり、ここではマイコンで送信出力を制御している無線機を取り上げている。
この図で示される送信パワーアンプ段は、出力制御入力の電圧に応じて、その送信出力を可変できるアンプであり、マイコン(制御部)のＤ／Ａコンバーターの出力によって制御されている。一例としてここでは、送信出力は制御電圧(Ｄ／Ａコンバーター出力)に比例して大きくなるものとする。
図８では、複数箇所の温度を検出するために複数個(ｎ個)のサーミスター(ＴＨ１〜ＴＨｎ)を用いた温度−電圧変換回路(以下、サーミスター回路という）を使用している。また、これらのサーミスター回路(１〜ｎ)は、サーミスターの温度での抵抗値変化を利用した極一般的なものである。
【０００３】
図９は、図８に示したサーミスター回路の特性例を示す図であり、高温になると次第に電圧が下がるようになっている。そして、これらのサーミスター回路(１〜ｎ)は、マイコンのＡ／Ｄコンバーター入力に、それぞれ別々に入力されている。このマイコンは、Ａ／Ｄコンバーター入力が、ある「しきい値」(プロテクション動作の温度に相当する）を下回ると、送信回路の電力を下げる動作をしたり、送信を中止したりといった保護動作をする。
図９の特性例は、Ｖｄ＝５Ｖ時の例であり、100℃以上でプロテクションを働かせるためには、Ａ／Ｄコンバーターの温度判定のしきい値は約1.７Ｖとなることを示している。仮に130℃で動作させたいのであれば約０.７Ｖが温度判定のしきい値となる。このような特性は、サーミスターや抵抗との組み合わせによって左右されるため、ここではあくまでも一例として示したものである。
【０００４】
また、図８に示した従来の回路は、Ａ／Ｄコンバーターを使用しているため、ある１温度でのみ動作するだけではなく、例えば100℃から130℃までは送信出力を30％落とし、130℃以上では送信出力を80％落とすといったような連続的な制御が可能である。もしも、通常の入力ポートを使用したのならば、ある特定のしきい値を境に１点だけの制御となってしまう。
なお、図中では各サーミスター回路(１〜ｎ)と送信パワーアンプ段とが離れているように描かれているが、実際にはお互いが十分近い位置にあり、送信段各部の温度を検出するのに最適な場所に配置されているものとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の温度プロテクション回路には、次のような問題点があった。すなわち、温度測定箇所を１箇所のみならず複数箇所を設定する場合には、サーミスター回路のそれぞれに対応する別々のＡ／Ｄコンバーターが必要となるため、組み合わされるマイコンも複数のＡ／Ｄコンバーターを装備した高価なものとなってしまい、そのうえ、回路内の配線も増えて、構造も複雑になってしまう。
【０００６】
本発明による温度プロテクション回路および電子装置は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の箇所の温度測定を１つのＡ／Ｄコンバーターで検出することができ、しかも一箇所の測定される温度は連続的な値を検出することができて、制御がしやすい温度プロテクション回路、およびこの回路を備える電子装置、を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、所望の目的を達成するために、本発明による温度プロテクション回路は、以下のように構成されるものである。
（１）無線機器の送信段における温度プロテクション回路であって、
複数箇所に配設されてその温度に依存する出力電圧を発生し、
温度が上昇して所定の温度になると第１の所定電圧を発生する出力手段を備えた複数個のサーミスター回路と、
温度と出力電圧とが連続的な相関関係を有し、その温度に依存する出力電圧を発生する１つのサーミスター回路と、
前記複数個のサーミスター回路と前記１つのサーミスター回路の各出力を、ダイオードを介して接続したＯＲ回路と、
前記ＯＲ回路の出力電圧が入力される１つのＡ／Ｄコンバーターと、
前記１つのＡ／Ｄコンバーターに入力される前記ＯＲ回路の出力電圧に基づいて送信出力を制御する制御部と、を備えて構成され、
前記複数個のサーミスター回路のすべてと前記１つのサーミスター回路が前記所定の温度以下のときは、前記１つのサーミスター回路からの出力電圧が前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに入力されることにより、
前記制御部は前記１つのサーミスター回路からの出力電圧に基づいて送信出力の制御を行い、
前記複数個のサーミスター回路の１つ以上が前記所定の温度になったときは、該複数個のサーミスター回路の出力手段は、前記第１の所定電圧を前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに出力し、
前記１つのサーミスター回路のみが前記所定の温度になったときは、該１つのサーミスター回路は、第２の所定電圧を前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに出力し、
前記制御部は、前記第１の出力電圧以上の電圧または前記第２の出力電圧以下の電圧において、送信出力を制御することにより、プロテクション動作を行う、温度プロテクション回路とした。
（２） ( １ )の温度プロテクション回路において、
前記出力手段は、スイッチング素子またはインバーター素子を含んで構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明による温度プロテクション回路の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明による温度プロテクション回路の第一の実施の形態を示す構成図であり、図２は、図１に示した回路のａ点における電圧：温度特性を示す図である。また、図３は、図１に示した回路のｂ点における電圧の変化の様子の一例であって、サーミスター１〜ｎの温度が等しい場合を示す図であり、図４は、同じくｂ点における電圧の変化の様子を示す別の例であり、サーミスター１のみが高温になった場合を示す図である。そして、図５は、図１に示した回路における制御部(マイコン)の動作一覧の一例を示す図である。さらに、図６は本発明による温度プロテクション回路の第2の実施の形態を示す構成図であり、図７は同じく第３の実施の形態を示す構成図である。
【０００９】
さて図１には、本発明による温度プロテクション回路の第一の実施の形態を示しており、ここでも、制御部(マイコン)で送信出力を制御されている無線機を取り上げる。
送信パワーアンプ段は、出力制御入力の電圧に応じて、その送信出力を可変できるアンプ手段であり、マイコンのＤ／Ａコンバーターの出力によって制御されている。一例としてここでは、送信出力は制御電圧(Ｄ／Ａコンバーター出力)に比例して大きくなるものとする。
サーミスター回路１は、順方向電圧の小さいダイオードＤ１(ショットキーバリアダイオード等)を介して、マイコンのＡ／Ｄコンバーターに接続される。サーミスター回路２〜ｎは、スイッチングトランジスタＱ２〜Ｑｎおよび抵抗Ｒ'２〜Ｒ'ｎによって構成されるスイッチング回路と、順方向電圧の小さいダイオードＤ２〜Ｄｎ(ショットキーバリアダイオード等)を介して、前と同じマイコンのＡ／Ｄコンバーターに接続される。
【００１０】
この図１で、スイッチングトランジスタ(Ｑ２〜Ｑｎ)は、非常にゲインの高いトランジスタ増幅器によって構成される。これは、サーミスターの温度特性が緩やかなため、ある温度(しきい値)以上で急峻にスイッチング動作をさせるためである。一般にバイポーラトランジスタを使用した場合、しきい値は０.６から０.７Ｖとなるため、動作させたい温度でサーミスター回路がこの電圧となるよう、最適な抵抗分割や特性のよいサーミスターを選択する。
そして、急峻なスイッチング特性のためにトランジスタの増幅率は出来る限り高くすることが望ましく、そのためにトランジスタの多段接続回路や論理回路を用いたトリガ回路等を使用してもよい。つまり、このスイッチングトランジスタは、サーミスターがある温度以上になった時にＶｄを出力するための回路であり、この一例として、スイッチングトランジスタ１段で示しているものである。
【００１１】
次の図２は、一例として、Ｖｄ＝５Ｖ、スイッチングトランジスタのＯＮするスレッショルド電圧を０.７Ｖ、そのときのサーミスターの温度を130℃としたときのａ点における電圧の動きを示した図である。 130℃以下では、サーミスターと抵抗とによって分圧された電圧は０.７Ｖ以上となるため、スイッチングトランジスタはＯＮ状態となり、a点の電圧は０Ｖとなる。また130℃以上では、サーミスターと抵抗とによって分圧された電圧は０.７Ｖ以下となるため、スイッチングトランジスタはＯＦＦ状態となり、a点の電圧はＶｄとなる。
【００１２】
これらサーミスター回路１〜ｎは、順方向電圧の小さいダイオードＤ１〜Ｄｎ(ショットキーバリアダイオード等)を介して、お互いにカソードを突き合わせてひとまとめにされて繋がれ、ＯＲ回路として形成されて、Ａ／Ｄコンバーターへ入力される。
図３と図４とは、図１に示した回路のｂ点における電圧の変化の様子の一例を示しており、この図３においては説明を簡単にするために、まず、サーミスター１〜ｎが同じ温度で変化したときの例を示すこととする。ここでは、Ｖｄ＝５Ｖ、Ｄ１〜Ｄｎの順方向電圧を０.２Ｖ、130℃以上でサーミスター回路２〜ｎのいずれか（またはそれらすべて）が動作したとする。
【００１３】
図３において、-50〜130℃までは、サーミスター回路２〜ｎは０Ｖを出力するため、Ｄ２〜Ｄｎはカットオフとなり、ｂ点における電位は、サーミスター回路１の電圧からＤ１の順方向電圧０.２Ｖを差し引いたものとなる。
130℃以上では、サーミスター回路２〜ｎのいずれか（またはそれらすべて）がＶｄを出力するため、Ｄ２〜ＤｎはＯＮ状態となり、ＶｄからＤ２〜Ｄｎの順方向電圧０.２Ｖを差し引いた電圧を出力する。５−０.２＝４.８Ｖ。
【００１４】
また、図４は、サーミスター回路１のみが高温になったときのｂ点における電圧の動きを示す。ここでは一例として、Ｖｄ＝５Ｖ、Ｄ１〜Ｄｎの順方向電圧を０.２Ｖとしている。130℃以上では、Ｄ２〜Ｄｎはカットオフ状態なので、ｂの電位はサーミスター回路１の電圧からＤ１の順方向電圧の０.２Ｖを差し引いたものとなる。
この図４の例では、130℃以上ではｂの電位は０.５Ｖ以下となるので、マイコンのプロテクション動作は０.５Ｖ以下とすればよいが、サーミスター回路２〜ｎは、130℃以上では５−０.２＝４.８Ｖを出力するため、これを加味すると「０.５Ｖ以下または４.８Ｖで」プロテクションをかけるということになる。
【００１５】
次にマイコン(制御部)における制御について述べる。Ａ／Ｄコンバーターの入力はｂ点の電圧なので、130℃以上でプロテクションを動作させるには、図３のようにＤ２〜Ｄｎが130℃に達した場合と、図４のようにＤ１が130℃に達した場合のＯＲ動作にする。つまり「４.８Ｖ以上または０.５Ｖ以下となったときにプロテクション動作をする」ということになる。
【００１６】
また、従来の回路と同様に、本発明でもＡ／Ｄコンバーターを使用し、サーミスター回路１の電圧をそのまま入力しているため、ある１温度でのみ動作するだけでなく、例えば、100℃までは送信アンプ出力100％で動作しているが、100℃から130℃までは送信出力を30％落とし、130℃以上では50％落とすといったような連続的な制御が可能である。図５は上述した動作に関する一例を示すものであり、マイコンの動作を一覧表にして示したものであり、温度範囲とそれぞれのＡ／Ｄコンバーター・送信アンプ出力・Ｄ／Ａコンバーター出力との関係を示す。
ここで、Ａ／Ｄコンバーターのしきい値は、部品の特性のばらつきやノイズなどの影響を考慮していないが、確実な動作のためにはこの電圧は若干マージンを持って設定されるとよい。
【００１７】
そして、図の-50℃付近でもｂ点の電圧は４.８Ｖに近づくが、通常無線機では-30℃程度までが動作保証温度のため問題になることは少ないが、誤動作を避けるためにサーミスター回路１に供給するＶｄだけ、他のＶｄより若干低く設定することにより、これを回避することができる。
また、本発明にかかる図１と図６においても、従来例である図８と同様に、図中では各サーミスター回路と送信アンプ段とが離れて描かれているが、実際には近くに配置されているものであり、送信段の熱を検出するのに最適な位置に置かれているものとしてよい。
【００１８】
次の図６は、本発明による温度プロテクション回路の第2の実施の形態を示す構成図であり、図１におけるスイッチングトランジスタの代替として、インバーターＩＣを使用した例である。これまで説明してきたように、スイッチングトランジスタの目的は、サーミスター回路２〜ｎの出力をアナログ電圧からＨｉ／Ｌｏの論理値に変換するものであるから、ゲインの高いロジックＩＣでも代用が利くことを示している。
【００１９】
また図７は、本発明による温度プロテクション回路の第３の実施の形態を示す構成図であり、先に示した図１および図６においては、送信アンプ段の送信出力制御をＤ／Ａコンバーターによって行っていたが、図７の場合は、Ｄ／Ａコンバーターを用いない例を示すものである。この図において、Ｐ１とＰ２は、マイコンの出力ポートであり、それぞれトランジスタＱＰ１とＱＰ２とをＯＮ／ＯＦＦさせる働きを持つ。いずれのトランジスタもＯＦＦの時が出力制御の電圧は最も高く、次にＱＰ１のみがＯＮのとき電圧が高く、ＱＰ２がＯＮになると０Ｖとなる。これはあくまでもＤ／Ａコンバーターを用いない例のひとつにすぎず、抵抗やトランジスタを種々組み合わせることにより、段階的な電圧を作り出すことは容易である。
【００２０】
以上のとおり本発明について述べてきたが、ここで本発明のポイントとなる構成をまとめて示せば、次のとおりである。
(１)複数個のサーミスター回路がダイオードＯＲ回路によってつながれ、Ａ／Ｄコンバーターに入力される構成を備える。
(２) ある一つのサーミスター回路を除いて、他のサーミスター回路はスイッチング回路を介し、一定の温度以上ではＶｄを出力し、それ以下ではダイオードによってカットオフ状態となる構成を備える。
(３) ある一つのサーミスター回路では、連続的な温度の検出を可能とする構成を備える。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の温度プロテクション回路および電子装置によれば、複数の箇所の温度測定を１つのＡ／Ｄコンバーターで検出することができ、しかも一箇所の測定される温度は、論理回路のようにＨｉ／Ｌｏではなく、連続的な値を検出することができて、制御がしやすい温度プロテクション回路およびこの回路を備える電子装置、を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による温度プロテクション回路の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した回路のａ点における電圧(対)温度特性の一例を示す図である。
【図３】図１に示した回路のｂ点における電圧の変化の様子の一例を示す図であって、サーミスター１〜ｎの温度が等しい場合を示す。
【図４】図１に示した回路のｂ点における電圧の変化の様子の一例を示す図であって、サーミスター１のみが高温になった場合を示す。
【図５】図１に示した回路において、マイコン(制御部)の動作一覧の一例を示す図である。
【図６】本発明による温度プロテクション回路の第2の実施の形態を示す構成図であり、図１におけるスイッチングトランジスタの代わりに、インバーターＩＣを使用した例である。
【図７】本発明による温度プロテクション回路の第３の実施の形態を示す構成図であり、送信アンプ段の出力制御に、Ｄ／Ａコンバーターを用いない場合の一例を示すものである。
【図８】従来の回路例を示しており、複数箇所の温度を検出するために複数個(ｎ個)のサーミスターを用いた温度−電圧変換回路(サーミスター回路）の一例を示す構成図である。
【図９】従来の特性例を示しており、図８に示したサーミスター回路の特性例を示す図である。
【符号の説明】
ＴＨサーミスター
Ｄダイオード
Ｑスイッチングトランジスタ
Ｖｄ電圧
Ｒ抵抗
ａ点、ｂ点電圧の測定箇所
Ｐ１、Ｐ２出力ポート
ＱＰ１、ＱＰ２トランジスタ

Claims

無線機器の送信段における温度プロテクション回路であって、
複数箇所に配設されてその温度に依存する出力電圧を発生し、
温度が上昇して所定の温度になると第１の所定電圧を発生する出力手段を備えた複数個のサーミスター回路と、
温度と出力電圧とが連続的な相関関係を有し、その温度に依存する出力電圧を発生する１つのサーミスター回路と、
前記複数個のサーミスター回路と前記１つのサーミスター回路の各出力を、ダイオードを介して接続したＯＲ回路と、
前記ＯＲ回路の出力電圧が入力される１つのＡ／Ｄコンバーターと、
前記１つのＡ／Ｄコンバーターに入力される前記ＯＲ回路の出力電圧に基づいて送信出力を制御する制御部と、を備えて構成され、
前記複数個のサーミスター回路のすべてと前記１つのサーミスター回路が前記所定の温度以下のときは、前記１つのサーミスター回路からの出力電圧が前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに入力されることにより、
前記制御部は前記１つのサーミスター回路からの出力電圧に基づいて送信出力の制御を行い、
前記複数個のサーミスター回路の１つ以上が前記所定の温度になったときは、該複数個のサーミスター回路の出力手段は、前記第１の所定電圧を前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに出力し、
前記１つのサーミスター回路のみが前記所定の温度になったときは、該１つのサーミスター回路は、第２の所定電圧を前記ＯＲ回路を経由して前記１つのＡ／Ｄコンバーターに出力し、
前記制御部は、前記第１の出力電圧以上の電圧または前記第２の出力電圧以下の電圧において、送信出力を制御することにより、プロテクション動作を行う、ことを特徴とする温度プロテクション回路。
請求項１に記載の温度プロテクション回路において、
前記出力手段は、スイッチング素子またはインバーター素子を含んで構成されることを特徴とする温度プロテクション回路。