JPH11281496A - 調節可能な電流源を有する高感度ダイオ―ド温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高感度ダイオード温度センサ１０は、逆方向バ
イアスダイオード１２を含み、ダイオードには、それを
逆方向動作領域にバイアスするための調節可能な定電流
源が接続される。定電流源は、ダイオード両端間の逆方
向電圧Ｖ_Rが数百ｍＶ／℃の線形の応答を呈する温度ウ
ィンドウに対応する特定の逆方向漏洩電流Ｉ_Rが流れる
ようにダイオードをバイアスする。 【解決手段】逆方向電圧の変化は、関連する電気的負荷
への電力の供給の切換をするための信号として用いられ
る。また、二重切換点温度コントローラにおいて、高感
度ダイオード温度センサをフィードバック制御回路と共
に組み込むことで、単一の温度センサを用いて二つの調
節可能な設定点で負荷への電力の切換を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、固体温度センサの分野に係
る。特に、好ましくは、逆方向（に）バイアス（され
た）ダイオード、例えば、ショットキーダイオードを含
み、そのダイオードを逆方向動作領域にバイアスするた
めの調節可能な定電流源がダイオードに接続されている
高感度ダイオード温度センサ回路が開示される。定電流
源は、ダイオードを、或る特定の逆方向漏洩電流が流れ
るようにバイアスする。かかる特定の逆方向漏洩電流
は、ダイオードにかかる逆方向電圧が数百ｍＶ／℃の線
形な応答を示す範囲の温度ウィンドウに対応する。調節
可能な逆方向漏洩電流は、ダイオードの逆方向電圧が応
答することとなる温度ウィンドウの始点を設定する。比
較的小さい温度ウィンドウ（５−２０℃）に亙るダイオ
ード電圧の大きな変化（１００−５００ｍＶ／℃）は、
関連する電気的な負荷への電力の切換のための信号とし
て用いることができる。

【０００２】温度センサを開示することに加えて、本明
細書においては、高感度ダイオード温度センサを一素子
として組み込んだ制御回路が記載されている。制御回路
は、革新的なフィードバック機構、即ち、温度センサ回
路と組み合わさって、制御回路（コントローラ）が単一
の温度センサを用いて二つの調節可能な設定点において
負荷のオン・オフの切換を行うことができるようになっ
ている。

【０００３】公知の固体温度センサ回路には、（１）集
積回路温度センサ、（２）順方向バイアスダイオード温
度センサ、（３）ＮＴＣ／ＰＴＣサーミスタ回路、及び
（４）感度及び調節可能性の欠如した複合逆方向バイア
スダイオード温度センサが含まれる。これら公知の温度
測定方法の各々は、商用的若しくは技術的にそれらを不
適当なものとしてしまういくつかの欠点を有している。

【０００４】集積回路（ＩＣ）温度センサは、典型的に
は、一対の背面合わせの順方向バイアスダイオード接合
を用いて温度を測定する。二つのダイオード間のバイア
ス電流レベルの差が感知された温度を示す。これらのＩ
Ｃセンサの形式の例には、アナログデバイス（Ａｎａｌ
ｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ）から入手可能なＴＭＰ１２及び
ナショナルセミコンダクター（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）から入手可能なＬＭ３４／３
５が含まれる。これらのＩＣセンサの形式は、いくつか
の欠点を有している。第一に、それらは、外部バイアス
要素及び範囲設定要素とを必要とし、かくしてプリント
回路板（ＰＣＢ）上に貴重な領域を使用することとなる
複雑な回路である。第二に、それらは、わずか５−２０
ｍＶ／℃の温度感度（温度変化一度あたりの電圧出力と
して測定される）が比較的低い。そして、第三に、それ
らは、別々の構成要素から成る回路に比較して高価であ
る。

【０００５】温度センサとして、独立の要素である順方
向バイアスダイオードを用いることが知られている。し
かしながら、この形式のセンサは、順方向バイアスダイ
オードの温度に対する出力電圧の変化が非線形であるこ
と、かかる順方向バイアス接合の温度感度がわずか−２
ｍＶ／℃のオーダーであり、非常に低いという点で、不
利である。更に、順方向電圧降下は、一般に、或る所与
のロットにおいてもダイオードによってばらつきがあ
り、このことは、もしかかるダイオードを動作するため
に必要なバイアス回路を或る同じ温度範囲で動作させよ
うとする場合には、各々のセンサごとに回路が特製され
なければならない。更に、順方向バイアスダイオードを
採用するセンサは、一般に、別の温度点において切換わ
るよう調節することが容易でない。

【０００６】もう一つの公知の固体温度センサは、ＮＴ
Ｃ若しくはＰＴＣのサーミスタである。サーミスタ回路
は、比較的廉価で、複雑ではないが、調節可能性に欠如
している。更に、サーミスタ回路においては、一般に、
切換え動作が生ずる狭い温度「ウィンドウ」を提供する
べくサーミスタ回路をバイアスするために高価な高利得
増幅回路を必要とする。

【０００７】いくつかの従来技術の特許は、逆方向バイ
アスダイオードを用いた高感度の調節可能な固体温度セ
ンサを発展させるための試みを記載している。これらの
特許は、米国特許第５，０７０，３２２号、同第３，７
１９，７９７号、同第３，４２０，１０４号を含む。

【０００８】米国特許第５，０７０，３２２号は、過熱
検出回路であって、逆漏洩電流（Ｉ _L）を増幅し、その
増幅された電流（Ｉ_E）を電圧に変換するＭＯＳＦＥＴ
へその電流を供給する一連の電流増幅段へ接続された逆
方向バイアスダイオードを含む回路を記載している。米
国特許第５，０７０，３２２号は、装置が切換わる温度
設定点をプログラムするために用いられる調節可能な定
電流源を含んでおらず、更に、ダイオードセンサの漏洩
電流を増幅するための費用のかかる複雑な一連のエミッ
タ−フォロワ・トランジスタを必要とする。

【０００９】米国特許第３，７１９，７９７号は、一対
の異なる障壁高を有する直列に接続された逆方向バイア
スショットキーダイオードを採用したセンサを記載して
いる。この回路は、容易に調節することができず、ま
た、定電流源を採用しておらず、或る特定の温度範囲に
おいて線形に動作しない。更に、この回路は、特定の障
壁高を有する二つのダイオードを的確に選択する必要が
ある。

【００１０】米国特許第３，４２０，１０４号は、逆方
向降伏領域にバイアスされたツェナーダイオードを有す
る温度センサを記載している。この回路は、比較的低い
感度を有し、調節可能な定電流源を採用しておらず、そ
の温度切換点は、容易に変更できない。

【００１１】従って、固体温度センサの分野において、
廉価で、調節可能な高感度温度測定装置であって、モー
ター、ヒーター、ランプ若しくはその他の或る狭い温度
ウィンドウ外で動作することにより損傷され得る要素の
切換ための信号として用いられる狭い温度ウィンドウに
おいて線形の出力を呈する測定装置が依然として必要と
されている。

【００１２】

【発明の概要】本発明は、上記の問題を克服し、この分
野における、廉価で調節可能であり且プログラム可能な
動作ウィンドウにおいて線形な応答と高い温度感度とを
呈する固体温度センサに対する必要性を満足するもので
ある。かかる好ましいセンサは、逆方向バイアスダイオ
ード、特に逆方向ショットキーダイオードである。その
逆方向バイアスダイオードには、定電流源が接続されて
おり、定電流源は、ダイオードが温度に対して線形な電
圧変化を呈する切換ウィンドウの位置を設定するための
調節可能な要素を含む。

【００１３】或る形式の機械的装置、例えば、モータ
ー、ヒーター、ランプ、コンプレッサなどは、その周囲
が熱すぎたり冷たすぎたりする環境において動作される
と、損傷を受け得る。本発明は、調節可能な温度センサ
であって、論理回路と動力（又は電力）切換装置と組み
合わさって、それらの機械的装置のうちの一つの保護
を、或る電圧レベルを論理回路に供給してこれにより動
力切換装置が保護される装置から動力を取り除くことに
よって行うようにするのに用いることのできる温度セン
サを提供する。このセンサは、雑音に対して非常に強
く、従って、或る狭い温度ウィンドウにおいて摂氏温度
あたり数百ミリボルトという高い温度感度を呈するとい
うことから、機器若しくはその他の雑音の多い環境にお
いて用いるのに適している。このセンサは、ある温度ウ
ィンドウにおいて線形の態様でセンサが高い逆方向電圧
から低い逆方向電圧へ遷移するようプログラムするのに
用いられる調節可能な電流源を含んでいるので、種々の
応用及び種々の周囲温度環境において容易に用いること
ができる。

【００１４】かかる高感度ダイオード温度センサの好ま
しい応用の一つは、冷却、加熱ポンプ若しくは空調への
応用、例えば、フリーザのための霜取り加熱器などにお
いて、負荷の動力の投入及び除去を制御するためのコン
トロラーであるが、別の態様として、センサは、広範囲
の機器及びその他システムであって、そのシステムの周
囲温度が或る特定のレベルを超えるか若しくは降るかし
たときに或る特定の機械的若しくは電気的装置への動力
の切換の必要があるものに用いることができる。好まし
い制御回路に用いられる場合、本発明は、高感度ダイオ
ード温度センサと、フィードバック調節回路と、ドライ
バ・トランジスタと、リレイとを含む。ダイオード温度
センサ回路とフィードバック調節回路との組合せによ
り、好ましいコントローラは、単一のダイオード温度セ
ンサを使うだけで、二つの調節可能な温度設定点におい
て切換を行えるようになる。

【００１５】本発明は、公知の固体温度センサを超え
て、以下のことを含む多くの利点を提供する。即ち、
（１）センサの出力が比較的小さい温度ウィンドウにお
いて線形な電圧応答を呈しており、負荷への動力の切換
のための信号として用いることができること。（２）セ
ンサが廉価で、別個の構成要素を採用していること。
（３）センサの出力が、定電流源によって提供される逆
方向漏洩電流を変更することによって調節可能であるこ
と。（４）センサがその線形な温度ウィンドウに亙って
１００−５００ｍＶ／℃の範囲の比較的高い温度感度を
提供すること。（５）センサが（切換装置としてではな
く）温度測定装置として用いられるとき、センサは、約
＋／−１℃の精度を提供すること。及び（６）センサ
は、寸法が小さく、組み立て及び動作において廉価であ
り、センサによらず一致した動作特性を呈すること（動
作特性のセンサによるばらつきがない）。

【００１６】これらは、以下においてより詳細に記載さ
れる如く、本発明の多くの利点のうちのいくつかのもの
に過ぎない。理解されるように、本発明は、他の異なる
実施例も可能であり、本発明の範囲を逸脱することな
く、種々の点においてその詳細を変更することが可能で
ある。従って、以下に示される好ましい実施例の図面及
び説明は、本質的に例示としてみなされるべきものであ
り、限定を意味しない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、添付の図面と共に以下
の説明から明らかな如く上記の必要性を満足するもので
ある。

【００１８】図面を参照して、図１は、調節可能な定電
流源へ接続された逆方向バイアスショットキー障壁ダイ
オード１２を有する固体温度センサ１０の好ましい実施
例の回路模式図を説明している。

【００１９】本発明のこの好ましい実施例において、高
感度ダイオードセンサは、逆方向バイアスショットキー
ダイオード１２を含んでいるが、比較的大きい逆方向漏
洩電流Ｉ_Rを呈するその他の形式のダイオードがショッ
トキーダイオード１２の代わりに用いられるであろう。

【００２０】調節可能な定電流源は、好ましくは、バイ
ポーラ接合トランジスタＱ１、Ｑ２及びＱ３（２０、２
２、１４）と、バイアス抵抗Ｒ１（１８）と可調節抵抗
Ｒ_L（１６）とを含む。調節可能な定電流源として単一
（の）トランジスタ（を含む）定電流源、多くの形式の
複数（の）トランジスタ（を含む）定電流源、若しくは
オペアンプ電流源などを含むその他の回路構成が上記の
構成要素の代わりに用いることができるであろう。本発
明と共に使用されるための定電流源の重要な特徴は、か
かる定電流源が逆方向バイアスダイオードＤ１（１２）
を通して引き出す逆方向漏洩電流Ｉ_Rを容易に調節する
ことができることである。

【００２１】定電流源は、以下の如く動作する。バイア
ス抵抗Ｒ１（１８）及びバイポーラトランジスタＱ１
（２０）及びＱ２（２２）が接地点より高い二つのＶ_BE
電圧降下分である電圧レベルを接点Ｖｂにおいて生成す
る。かかる二つのＶ_BE電圧降下は、Ｑ１（２０）及びＱ
２（２２）の順方向バイアスのベース・エミッタ接合に
対応する。接点ＶｂからＱ３のＶ_BEを引きＲ_Lの値で割
ったものが、定電流源がダイオードセンサＤ１（１２）
を通して引き出そうとする電流Ｉ_Rとなる。ダイオード
センサＤ１（１２）へ与えられる逆方向漏洩電流は、Ｒ
_Lの値を変更するか、Ｒ_Lを異なる抵抗に置きかえること
により調節することができる。Ｒ_Lは、固定抵抗であっ
ても良く、この場合は、Ｉ_Rを調節するために、もとの
抵抗は、別の値の抵抗に置き換えられる。また、Ｒ
_Lは、ポテンシオメータ若しくは可変抵抗であって良
く、この場合は、Ｉ_Rを調節するために、ポテンシオメ
ータが変更される。いずれの場合も、逆方向漏洩電流Ｉ
_Rは、本発明の回路において、容易に調節することがで
きる。

【００２２】ダイオードセンサＤ１は、好ましくは、シ
ョットキーダイオードであるが、別の態様として、大き
な逆方向漏洩電流（＞１μＡ）を呈するその他の形式の
ダイオードであって良い。金属−半導体接合であるショ
ットキーダイオードは、比較的大きな逆方向漏洩電流
（典型的には、１０−７５μＡの範囲）を呈する。この
特徴的な大きな逆方向漏洩電流により、いくつかの従来
技術の回路において知られている如き費用のかかる更に
複雑な増幅段は、本発明については、必要がなくなる。
ショットキーダイオードの逆方向漏洩電流Ｉ_Rは、温度
の関数として変化する（温度が高くなればなるほど、逆
方向漏洩電流は、大きくなる。）。定電流源を用いてダ
イオードを通る逆方向漏洩電流Ｉ_Rを固定すると、ダイ
オードの両端間の逆方向電圧降下は、温度の変化と共に
約４．１５Ｖから０．１Ｖまで変化させられる。この電
圧の変化は、約１０−１５℃というかなり狭い温度ウィ
ンドウにおいて生じ、この温度ウィンドウ内では、ダイ
オードの応答（ΔＶ_R対ΔＴ）は、ほとんど線形であ
る。かくして、約１０−１５℃という狭い温度幅におい
てセンサは、典型的には、１００−５００ｍＶ／℃のオ
ーダーのかなり高い感度を呈することとなる。

【００２３】図２及び３は、図１の回路の電気的な動作
及び振舞いを図式的に記載している。図２は、図１の逆
方向バイアスショットキーダイオードについての二つの
動作電流における逆方向電圧（Ｖ_R）対温度（Ｔ）の典
型的なプロット図である。プロット３０において、Ｙ軸
３４は、ボルト（Ｖ）で測定された電圧Ｖ_Rを、Ｘ軸３
２は、摂氏温度（℃）で測定された温度Ｔを表す。プロ
ットにおいては、二つの動作点、２６μＡの定電流Ｉ_R
における第一の点３８及び５４μＡの定電流Ｉ_Rにおけ
る第二の点３６が示されている。このプロットは、逆方
向漏洩電流Ｉ_Rを調節することによって、ダイオードの
電圧が切換わり始める温度（２６μＡの逆方向電流に対
しては４２℃であり、５４μＡの逆方向電流に対しては
５９℃である。）が如何に変化されるかを示している。

【００２４】曲線３８を考える。４２℃より低い温度に
おいて、ダイオード両端間の逆方向電圧Ｖ_Rは、一定
で、約４．１５Ｖである。この動作領域は、定電流源の
コンプライアンス限界を表している。如何なる定電流源
も、その電源が定電流を維持するためにどれだけの電圧
を供給することができるかによって制限される。この例
の曲線においては、周囲温度が４２℃より降下すると、
電流源は、そのコンプライアンス限界に到達し、ダイオ
ードＤ１の両端間の逆方向電圧Ｖ_Rが実質的に４．１５
Ｖにクランプされる（Ｖｃｃは、この例では、約５Ｖで
ある。）。この領域では、電圧Ｖ_Rは一定なので、温度
が低下し続けると、電流Ｉ_Rも低下する。

【００２５】さて、曲線３８上において、温度が上昇す
るとする。温度が４２℃まで上昇すると、定電流源は、
その調節されたレベルである２６μＡまで復帰する。そ
の後、温度が増大し続けると、ダイオード両端間の逆方
向電圧は、落ち始める。温度が上昇するにつれて、ダイ
オード両端間の電圧は、その電圧がダイオードセンサＤ
１（１２）の性質及び構造の特徴による或る最小値に到
達するまで、温度に対して線形の関数として低下し続け
る。プロット３０の例においては、ダイオード両端間に
おいて達成し得る最小の逆方向電圧降下は、０．１Ｖで
ある。

【００２６】この動作領域、即ち、４２℃から５２℃ま
では、ダイオード１２の逆方向電圧の応答が一摂氏温度
あたり数百ミリボルト（ｍＶ／℃）の線形の温度依存性
を呈する温度「ウィンドウ」を表している。曲線３８の
例において、約１０℃の区間に亙って電圧は、４．１５
Ｖから０．１Ｖまで降下する。かくして、かなり狭い温
度範囲（約１０℃）において、本発明のセンサは、かな
り高い感度と線形の応答を提供する。

【００２７】図２に示されているように、ダイオードセ
ンサ１２の出力電圧Ｖ_Rは、モーター、ヒーター、ラン
プ若しくは或る特定の温度以上若しくは以下で動作する
ことのできない潜在的に温度感受性のあるその他の要素
を保護するために用いることのできる温度依存性の切換
信号のように動作する。センサが「切換わる」点は、本
発明の回路においては、Ｒ_Lを調節し、図２のＸ軸にお
いて切換「ウィンドウ」を上下に移動することによっ
て、容易に調節することができる。

【００２８】例えば、精密モーターにおいて、周囲温度
が７２℃以上で動作されると、モーターが過熱し、損傷
される場合を考える。図２の曲線３６に示されている如
く逆方向漏洩電流Ｉ_Rが５４μＡになるように調節され
た図１の回路は、このモーターを保護するための解決法
を提供する。図１のＲ_Lを調節して、ダイオードから引
く逆方向漏洩電流Ｉ_Rが５４μＡとなるようにすること
によって、ダイオードの出力電圧が約７２℃で低下する
ようプログラムすることができる。次いで、この容易に
検知することのできる電圧信号は、論理回路及びトライ
アックやリレーなどの動力切換装置へ接続され、温度が
閾値を超えた際に、温度に影響されやすいモーターから
動力を除くようにすることができる。逆に、図１の回路
は、或る特定の温度より低いところで動作することので
きない装置を保護するために用いることもできるであろ
う。この場合においては、ダイオードセンサ１２の出力
に接続された論理回路は、温度上昇により現れる逆方向
電圧の高い方から低い方への遷移ではなく、低い方から
高い方への遷移を感知することによって動作することと
なろう。

【００２９】図３は、三つの例示的な温度（Ｔ１−Ｔ
３）における図１の逆方向バイアスショットキーダイオ
ードについての逆方向電流（Ｉ_R）対逆方向電圧（Ｖ_R）
の典型的なプロット図を示している。プロット４０にお
いて、Ｘ軸４２は、ボルトで測定された電圧Ｖ_Rを、Ｙ
軸４４は、マイクロアンペア（μＡ）で測定された電流
Ｉ_Rを示す。三つの温度は、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３とし
て、各々、４６、４８及び５０と符号をつけられてプロ
ットされている。プロットにおいて、Ｔ１は、Ｔ２より
も低く、Ｔ２は、Ｔ３よりも低い。これらのプロット
は、逆方向漏洩電流Ｉ _Rが一定に保たれている場合に逆
電圧Ｖ_Rが温度の関数として如何に変化するかを示して
いる。

【００３０】図３上において表記されているように、２
６μＡの定電流を供給する場合を考える。温度Ｔ１若し
くはそれ以下において、電流源は、そのコンプライアン
ス限界において動作し、ダイオード１２の両端間の逆電
圧Ｖ_Rは、４．１５Ｖである。温度がＴ２までそしてＴ
３まで上昇すると、ダイオード両端間の電圧は、線形の
態様で降下する。逆方向漏洩電流を調節すると、電流Ｉ
_Rが上昇するか降下するかに依存して、ダイオードが線
形に動作する動作点が、より高い方若しくは低い方に移
動させられる。

【００３１】さて、図４を参照して、図１−３において
記載した高感度ダイオードセンサの好ましい応用が示さ
れている。この回路は、冷却ユニット、加熱ポンプ若し
くは空調器において主として用いられる霜取りコントロ
ーラー（制御回路）である。しかしながら、その他の機
器に関連して用いることもできる。回路６０は、上記の
如き高感度ダイオード温度感知回路と、フィードバック
制御回路と、バイポーラ・ドライバと、スイッチとを含
んでいる。

【００３２】高感度ダイオード温度感知回路は、逆方向
バイアスショットキーダイオードＤＳ（６２）と、バイ
ポーラトランジスタＱ１（６４）と、バイアス抵抗Ｒ１
（７０）、Ｒ３（６８）及びＲ６（７２）と、調節可能
な電流設定抵抗Ｒ_L（６６）とを含む。フィードバック
制御回路は、抵抗Ｒ４（７４）と、キャパシタＣ１（８
４）と、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ３（７６）と、バ
イアス抵抗Ｒ２（７８）と、フィードバックダイオード
Ｄ２（８２）とを含む。高感度ダイオード温度感知回路
は、概ね、図１−３に関連した上記の説明のように動作
するが、異なるところとして、図５に示されているよう
に、図４の温度センサは、フィードバック制御回路と組
み合わさって、二つの別々の温度点において切換わる特
性を呈する。示されている切換点は、Ｔ_低＝−３２℃
（−２５Ｆ）（点Ｃ）及びＴ_高＝４．４℃（＋４０Ｆ）
（点Ｄ）である。これら二つの点は、霜取り制御回路へ
接続された負荷、典型的には抵抗加熱器が点けられる温
度（Ｔ_低）と消される温度（Ｔ_高）を表している。

【００３３】霜取り制御回路の動作を記載する目的で、
周囲が始め２１℃（＋７０Ｆ）、図５において点Ａであ
るとする。この温度において、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ_L及びＲ
６は、ショットキーダイオード両端間の電圧降下Ｖ_DSが
小さくなるよう、０．１Ｖのオーダーになるようにダイ
オードを通る逆方向漏洩電流Ｉ_Rに設定する。図４の接
点Ｖ２の電圧（温度センサの出力）は、従って高くなっ
ている。Ｖ２が高いと、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のゲート−
ソース電圧（Ｖ_GS）は、その閾値電圧（Ｖ_T）より大き
くなり、従ってＭＯＳＦＥＴを高いドレイン−ソース電
流が流れ、接点Ｖ３の電圧が低く下げられる。Ｖ３が低
いと、バイポーラドライバＱ２は、オフで、非導通状態
にあり、このことは、加熱器負荷へ電力を供給するリレ
ー９０が付勢されない状態となる。Ｖ３が低いことの更
なる効果は、フィードバックダイオードＤ２が逆方向に
バイアスされ、接点Ｖ１の電圧（この電圧は、逆方向バ
イアスダイオード温度センサ６２を通る逆方向漏洩電流
Ｉ_Rを部分的に確立する。）は、低い値にあり、かくし
て第一の熱的な切換点が−３２℃（−２５Ｆ）（Ｔ _低）
に設定される。

【００３４】図５の黒の実線に沿って周囲の温度が２１
℃（＋７０Ｆ）から４．４℃（＋４０Ｆ）へ、更に−３
２℃（−２５Ｆ）へと低下すると、Ｖ_DSが増大し、Ｖ２
の低減を引き起こす。この接点Ｖ２における電圧の低減
により、Ｑ３のＶ_GSが閾値（Ｖ_T）より低くなり、ＭＯ
ＳＦＥＴがオフになる。すると、抵抗Ｒ２を流れる電流
がなくなるので、接点Ｖ３が、ドライバトランジスタＱ
２をオンとし、リレー９０を付勢することとなる電圧レ
ベルまで上昇し、動力が加熱器へ供給される。Ｖ３は、
もはや低い値ではないので、フィードバックダイオード
Ｄ２は、順方向にバイアスされ、Ｒ６を通る電流の増大
を引き起こす。Ｒ６を通る増大された電流によって、接
点Ｖ１が高い電圧となり、かくして、ダイオード温度セ
ンサ６２を通る逆方向漏洩電流Ｉ_Rが高くなり、その熱
的な切換点を低い方の値、−３２℃（−２５Ｆ）から高
い方の値４．４℃（＋４０Ｆ）へ変更する。

【００３５】加熱器は、動作すると機器の周囲温度を上
昇し、これにより、回路は、図５の点Ｃから点Ｄへ、更
に点Ｅへ点線に沿って動作させられる。ダイオード６２
には、より高い逆方向漏洩電流が流れていることから、
ダイオード両端間の逆方向電圧Ｖ_DSは、約４．４℃（＋
４０Ｆ）（点Ｄ）まで比較的一定に維持させられる。こ
の温度を超えると、Ｖ_DSは低下し、接点Ｖ２は上昇させ
られる。最終的に、Ｖ２は、Ｖ_GSがＭＯＳＦＥＴのＶ_T
を超える点まで上昇することとなり、かくして、ＭＯＳ
ＦＥＴはオン状態に戻る。ＭＯＳＦＥＴは、電流Ｉ_DSを
導通し始め、このことにより、接点Ｖ３における電圧が
接地ポテンシャルへ向かって降下させられる。接点Ｖ３
が降下すると、バイポーラトランジスタＱ２は、最終的
に、オフとなり、リレー９０が付勢されなくなり、霜取
り加熱器から動力が除去される。再び、Ｖ３の低い値が
フィードバックダイオードＤ２を逆方向にバイアスし、
熱的な切換点を−３２℃（−２５Ｆ）へ再設定し、サイ
クルが繰り返すことができるようになる。

【００３６】図５は、本発明の霜取りコントローラーの
二重切換点（Ｃ、Ｄ）を示している。霜取りコントロー
ラーの目的は、周囲温度が低すぎになったとき（＜−３
２℃（−２５Ｆ））加熱器を点け、周囲温度が、第二
の、より高い温度（４．４℃（＋４０Ｆ））に到達した
ときに加熱器を消すことである。本発明の高感度ダイオ
ード温度センサと上記のフィードバック制御回路とを用
いることによって、図４の霜取りコントローラーは、そ
れに取りつけられた加熱器への動力の切換を行うための
二つの調節可能な切換点を有する、図５に示されている
如き切換応答を生成することができる。

【００３７】本発明の好ましい実施例が、その好ましい
動作モードを含めて詳細に説明されたが、その動作は、
別の要素及び過程により実行することができるであろ
う。この好ましい実施例は、例をあげるためのもののみ
であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制
限することを意味するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】調節可能な定電流源へ接続された逆方向バイア
ス・ショットキーダイオードを有する固体温度センサの
好ましい実施例の回路の模式図。

【図２】二つの動作電流における図１の逆方向バイアス
ショットキーダイオードについての逆方向電圧（Ｖ_R）
対温度（Ｔ）の典型的なプロット図。

【図３】三例の温度（Ｔ１−Ｔ３）における図１の逆方
向バイアスショットキーダイオードについての逆方向電
流（Ｉ_R）対逆方向電圧（Ｖ_R）の典型的なプロット図。

【図４】調節可能な電流源を有する高感度ダイオードセ
ンサを含む冷却、加熱ポンプ若しくは空調への応用のた
めの霜取り制御回路の回路模式図。

【図5】図４の霜取り制御回路に用いられる如き逆方向
バイアスショットキーダイオード温度センサについての
逆方向電圧（Ｖ_R）対温度（Ｔ）のプロット図。センサ
の二重温度切換点作動を示している。

【符号の説明】

１０…固体温度センサ １２…逆方向バイアスショットキーダイオード １４…バイポーラトランジスタ １６…可調節抵抗 １８…バイアス抵抗 ２０…バイポーラトランジスタ ２２…バイポーラトランジスタ ６０…霜取りコントローラー回路 ６２…逆方向バイアスショットキーダイオード ６４…バイポーラトランジスタ ６６…電流設定抵抗 ６８…バイアス抵抗 ７０…バイアス抵抗 ７２…バイアス抵抗 ７４…抵抗 ７６…ＭＯＳＦＥＴトランジスタ ７８…バイアス抵抗 ８２…フィードバックダイオード ８４…キャパシタ ９０…リレー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ エイ テナント アメリカ合衆国 44864 オハイオ州 ペ リーズヴィル 2674 ティーアール 1087 (72)発明者 フィリップ ビー エダー アメリカ合衆国 44906 オハイオ州 マ ンスフィールド スチュワート アヴェニ ュー 20

Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体温度センサであって、 逆方向バイアスダイオードと、 前記ダイオードへ接続され、前記ダイオードへ調節可能
   な逆方向漏洩電流を供給するための調節可能な電流源と
   を含む固体温度センサ。
2. 【請求項２】請求項１による固体温度センサであって、
   前記逆方向バイアスダイオードがショットキーダイオー
   ドである固体温度センサ。
3. 【請求項３】請求項１による固体温度センサであって、
   前記調節可能な電流源が単一トランジスタ電流源である
   固体温度センサ。
4. 【請求項４】請求項１による固体温度センサであって、
   前記単一トランジスタ電流源がベース、エミッタ及びコ
   レクタを有するバイポーラトランジスタと、電流設定抵
   抗とを含んでいる固体温度センサ。
5. 【請求項５】請求項４による固体温度センサであって、
   前記電流設定抵抗がポテンシオメータである固体温度セ
   ンサ。
6. 【請求項６】請求項４による固体温度センサであって、
   前記バイポーラトランジスタの前記エミッタが前記電流
   設定抵抗に接続され、前記コレクタが前記逆方向バイア
   スダイオードに接続されている固体温度センサ。
7. 【請求項７】請求項４による固体温度センサであって、
   前記単一トランジスタ電流源が更に前記バイポーラトラ
   ンジスタの前記ベースへ接続されたバイアス回路網を含
   んでいる固体温度センサ。
8. 【請求項８】請求項４による固体温度センサであって、
   前記バイアス回路網が複数の抵抗を含んでいる固体温度
   センサ。
9. 【請求項９】請求項１による固体温度センサであって、
   前記調節可能な電流源がオペアンプ電流源である固体温
   度センサ。
10. 【請求項１０】請求項１による固体温度センサであっ
    て、前記調節可能な電流源が複数トランジスタ電流源で
    ある固体温度センサ。
11. 【請求項１１】請求項１０による固体温度センサであっ
    て、前記複数トランジスタ電流源が駆動トランジスタ
    と、電流設定抵抗と、バイアス回路網とを含み、前記バ
    イアス回路網が少なくとも一つの抵抗と、前記駆動トラ
    ンジスタのベース接点において前記逆方向バイアスダイ
    オードを通る前記逆方向漏洩電流を設定する電圧レベル
    を生成するための複数のトランジスタとを含んでいる固
    体温度センサ。
12. 【請求項１２】請求項１による固体温度センサであっ
    て、前記ダイオードと前記逆方向漏洩電流とが前記ダイ
    オードの温度感度が少なくとも１００ｍＶ／℃となるよ
    うに選択されている固体温度センサ。
13. 【請求項１３】請求項１による固体温度センサであっ
    て、前記逆方向漏洩電流が前記調節可能な電流源の一つ
    の要素の値を変更することによって調節することのでき
    る固体温度センサ。
14. 【請求項１４】請求項１による固体温度センサであっ
    て、前記逆方向漏洩電流が少なくとも１μＡである固体
    温度センサ。
15. 【請求項１５】請求項１による固体温度センサであっ
    て、前記ダイオードの両端間の逆方向電圧が、供給電圧
    が約５Ｖである場合に、約１０℃の温度変化において約
    ４Ｖから約０．１Ｖまで線形に変化する固体温度セン
    サ。
16. 【請求項１６】請求項１５による固体温度センサであっ
    て、前記ダイオードの電圧が変化し始める点が、前記調
    節可能な電流源によって供給される逆方向漏洩電流に対
    応している固体温度センサ。
17. 【請求項１７】固体温度センサであって、 逆方向バイアスショットキーダイオードと、 前記ダイオードへ少なくとも１μＡの調節可能な逆方向
    漏洩電流を供給するための手段にして、前記ダイオード
    へ供給される逆方向漏洩電流が、前記ダイオードの両端
    間の逆方向電圧が５Ｖの供給電圧において約４Ｖから約
    ０．１Ｖまで線形の態様にて変化することとなる温度ウ
    ィンドウを郭定するようになっている手段とを含む固体
    温度センサ。
18. 【請求項１８】第一の温度にて負荷へ動力を入れ、第二
    の温度にて前記負荷から動力を除去するための二重設定
    点温度制御回路であって、 第一の温度にて切換信号を提供するようバイアスされた
    ダイオード温度センサと、 第二の温度にて前記ダイオード温度センサが前記切換信
    号を提供するよう前記ダイオード温度センサのバイアス
    を調節するためのフィードバック制御回路と、 前記切換信号へ接続され、前記第一の温度に応答して前
    記負荷へ動力を入れ前記第二の温度に応答して前記負荷
    から動力を除去するための動力切換装置とを含む温度制
    御回路。
19. 【請求項１９】請求項１８による制御回路であって、霜
    取りコントローラーとして用いられ、前記負荷が加熱器
    であり、前記第一の温度が前記第二の温度よりも低い制
    御回路。
20. 【請求項２０】請求項１８による制御回路であって、 前記ダイオード温度センサが、 逆方向バイアスダイオードと、 前記ダイオードへ接続され、前記ダイオードへ調節可能
    な逆方向漏洩電流を供給するための調節可能な定電流源
    とを含んでいる制御回路。
21. 【請求項２１】請求項２０による制御回路であって、前
    記逆方向バイアスダイオードがショットキーダイオード
    である制御回路。
22. 【請求項２２】請求項２０による制御回路であって、前
    記フィードバック回路が前記定電流源により供給される
    逆方向漏洩電流を変更することによってダイオード温度
    センサのバイアスを調節する制御回路。
23. 【請求項２３】請求項２０による制御回路であって、前
    記調節可能な定電流源が単一トランジスタ電流源である
    制御回路。
24. 【請求項２４】請求項２３による制御回路であって、前
    記単一トランジスタ電流源がベース、エミッタ及びコレ
    クタを有するバイポーラトランジスタと、電流設定抵抗
    とを含んでいる制御回路。
25. 【請求項２５】請求項２４による制御回路であって、前
    記電流設定抵抗がポテンシオメータである制御回路。
26. 【請求項２６】請求項２４による制御回路であって、前
    記バイポーラトランジスタの前記エミッタが前記電流設
    定抵抗に接続され、温度感知出力接点にて前記コレクタ
    が前記逆方向バイアスダイオードに接続されている制御
    回路。
27. 【請求項２７】請求項２４による制御回路であって、前
    記単一トランジスタ電流源が更に前記バイポーラトラン
    ジスタの前記ベースへ接続されたバイアス回路網を含ん
    でいる制御回路。
28. 【請求項２８】請求項２７による制御回路であって、前
    記バイアス回路網が複数の抵抗を含んでいる制御回路。
29. 【請求項２９】請求項２０による制御回路であって、前
    記ダイオードと前記逆方向漏洩電流とが前記ダイオード
    の温度感度が少なくとも１００ｍＶ／℃となるように選
    択されている制御回路。
30. 【請求項３０】請求項２０による制御回路であって、前
    記逆方向漏洩電流が少なくとも１μＡである制御回路。
31. 【請求項３１】請求項２０による制御回路であって、前
    記ダイオードの両端間の逆方向電圧が、供給電圧が約５
    Ｖである場合に、約１０℃の温度変化において約４Ｖか
    ら約０．１Ｖまで線形に変化する制御回路。
32. 【請求項３２】請求項３１による制御回路であって、前
    記ダイオードが前記第一の温度にて切換信号を提供する
    ようバイアスされているときに前記ダイオード電圧が変
    化し始める点が前記第一の温度に対応し、前記フィード
    バック制御回路が前記第二の温度にて前記切換信号を提
    供するよう前記ダイオードのバイアスを調節していると
    きに前記ダイオード電圧が変化し始める点が前記第二の
    温度に対応している制御回路。
33. 【請求項３３】請求項１８による制御回路であって、前
    記フィードバック制御回路が前記切換信号をフィードバ
    ックするためのダイオードを含み、前記ダイオードのバ
    イアスを調節する制御回路。
34. 【請求項３４】請求項２０による制御回路であって、前
    記フィードバック制御回路が、前記切換信号をフィード
    バックして前記調節可能な定電流源によって供給される
    前記逆方向漏洩電流を調節するダイオードを含んでいる
    制御回路。
35. 【請求項３５】請求項２６による制御回路であって、前
    記フィードバック制御回路が前記温度感知出力接点と前
    記バイポーラトランジスタの前記ベースとの間に接続さ
    れたダイオードを含んでいる制御回路。
36. 【請求項３６】請求項２６による制御回路であって、前
    記フィードバック制御回路が前記温度感知出力接点へ接
    続されたＭＯＳＦＥＴと、 前記ＭＯＳＦＥＴと前記バイポーラトランジスタの前記
    ベースとの間に接続されたダイオードとを含んでいる制
    御回路。
37. 【請求項３７】請求項１８による制御回路であって、前
    記動力切換装置が、 ドライバトランジスタと、 前記ドライバトランジスタへ接続され前記負荷へ動力を
    入れるためのリレーとを含んでいる制御回路。
38. 【請求項３８】負荷への動力の供給を制御する方法であ
    って、 逆方向バイアスダイオード温度センサを提供する過程
    と、 第一の温度切換点に対応する前記ダイオードへの逆方向
    漏洩電流を供給する過程と、 前記第一の温度切換点を感知し、負荷への動力の供給を
    引き起こす第一の切換信号を生成する過程と、 前記第一の切換信号をフィードバックし第二の温度切換
    点に対応する前記ダイオードへ供給される逆方向漏洩電
    流を調節する過程と、 前記第二の温度切換点を感知して前記負荷からの動力の
    除去を引き起こす第二の切換信号を生成する過程とを含
    む方法。