説明

電源装置とこれを用いた半導体試験装置

【課題】4象限動作に対応できる効率の高い電源装置を提供すること。
【解決手段】一次側電源と電圧安定化用バイパスコンデンサがそれぞれ並列に接続され、負極性側が共通電位点に接続された正側の並列回路および正極性側が共通電位点に接続された負側の並列回路と、一端が前記正側の並列回路の正極性側に接続され他端が前記負側の並列回路の負極性側に接続された第1のスイッチと第2のスイッチの直列回路と、一端がこの第1のスイッチと第2のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された第3のスイッチと、一端がインダクタを介してこれら第1のスイッチと第2のスイッチと第3のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された負荷と、これらインダクタと負荷の接続点の信号をセンスして前記各スイッチを選択的に駆動するスイッチ制御回路、とで構成されたことを特徴とする電源装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置とこれを用いた半導体試験装置に関し、詳しくは、4象限動作に対応できる効率の高い電源装置とこれを用いた半導体試験装置に関するものである。
【0002】
図2は一般的な降圧型同期整流コンバータの一例を示す回路図であり、スイッチング動作とインダクタによるエネルギーの充放電を利用したDCDCコンバータの例を示している。
【0003】
図2において、一次側電源1と電圧安定化のためのバイパスコンデンサ2が並列に接続されていて、これら並列回路の負極性側は共通電位点に接続され、正極性側はMOS FETなどで構成される第1のスイッチ3と第2のスイッチ4の直列回路を介して共通電位点に接続されている。
【0004】
直列接続された第1のスイッチ3と第2のスイッチ4の接続点にはインダクタ5を介して負荷6の一端が接続され、負荷6の他端は共通電位点に接続されている。
【0005】
インダクタ5と負荷6の接続点は、スイッチ制御回路7に接続されている。スイッチ制御回路7は、第1のスイッチ3と第2のスイッチ4を交互に開閉する駆動パルス信号を発生する。これら駆動パルス信号のパルス幅は、負荷6の端部の電圧をセンスして負荷6の端部の電圧が一定になるように制御される。
【0006】
図2のように構成される降圧型同期整流コンバータは、シリーズレギュレータのようにレギュレータ自体での電圧降下による電力損失が発生しないので、効率の高い電源回路として広く用いられている。
【0007】
特許文献1の図2には、上記図2と同様な降圧型同期整流コンバータの構成例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平10−191624号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし、このような降圧型同期整流コンバータにおける出力電圧は正極性のみであり、正負両極性電圧の発生と両極性の電流方向に対応させることはできない。このため、たとえば半導体試験装置でウェハの検査にあたり、トランジスタや抵抗などに直流電圧を加えた時にどれだけの電流が流れるかという基本特性を測定するために、電圧を横軸に取って電流を縦軸に取った平面における4象限動作への対応が求められるパラメトリックメジャメントユニット(PMU)用電源への適用は困難であった。
【0010】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、4象限動作に対応できる効率の高い電源装置とこれを用いた半導体試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
一次側電源と電圧安定化用バイパスコンデンサがそれぞれ並列に接続され、負極性側が共通電位点に接続された正側の並列回路および正極性側が共通電位点に接続された負側の並列回路と、
一端が前記正側の並列回路の正極性側に接続され他端が前記負側の並列回路の負極性側に接続された第1のスイッチと第2のスイッチの直列回路と、
一端がこの第1のスイッチと第2のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された第3のスイッチと、
一端がインダクタを介してこれら第1のスイッチと第2のスイッチと第3のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された負荷と、
これらインダクタと負荷の接続点の信号をセンスして前記各スイッチを選択的に駆動するスイッチ制御回路、
とで構成されたことを特徴とする電源装置である。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電源装置において、
前記正負の各並列回路には、それぞれ負荷が並列接続されていることを特徴とする。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の電源装置において、
前記正負の各並列回路に並列接続されている負荷は、上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路であることを特徴とする。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の電源装置において、
前記一次側電源は、回生された電力を吸収する二次電池であることを特徴とする。
【0015】
請求項5記載の発明は、請求項1記載の電源装置において、
前記一次側電源は、上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路を兼ねていることを特徴とする。
【0016】
請求項6記載の発明は、
DPS(デバイス電源)またはPMU(パラメトリックメジャメントユニット)の少なくともいずれかに対して請求項1から請求項5のいずれかに記載の電源装置を用いることを特徴とする半導体試験装置である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、いずれの象限においても電源回路自体の電力消費の少ない効率の高い電源装置とこれを用いた半導体試験装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】一般的な降圧型同期整流コンバータの一例を示す回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示す回路図である。図1において、正側の一次側電源11と電圧安定化のためのバイパスコンデンサ12が並列に接続されてこれら並列回路の負極性側は共通電位点に接続され、負側の一次側電源13と電圧安定化のためのバイパスコンデンサ14も並列に接続されてこれら並列回路の正極性側は共通電位点に接続され、正側の並列回路の正極性側はMOSFETなどで構成される第1のスイッチ15と第2のスイッチ16の直列回路を介して負側の並列回路の負極性側に接続されている。
【0020】
直列接続された第1のスイッチ15と第2のスイッチ16の接続点は第3のスイッチ17を介して共通電位点に接続されるとともに、インダクタ18を介して負荷19の一端が接続され、負荷19の他端は共通電位点に接続されている。
【0021】
インダクタ18と負荷19の接続点は、スイッチ制御回路20に接続されている。スイッチ制御回路20は、動作モードに基づき、第1のスイッチ15〜第3のスイッチ17を選択的に開閉駆動する駆動パルス信号を発生する。なお、これら駆動パルス信号のパルス幅は、負荷19の端部の電圧または電流をセンスして負荷19の端部の電圧または電流が一定になるように制御される。
【0022】
正側の並列回路には並列に負荷21が接続され、負側の並列回路には並列に負荷22が接続されている。
【0023】
たとえば負荷19である被測定対象DUT端に正の電圧を与える場合の動作について説明する。スイッチ制御回路20は、第1のスイッチ15と第3のスイッチ17を交互に開閉させるように周期パルスを発生する。このとき、第2のスイッチ16は開状態のままである。スイッチ制御回路20は、負荷19である被測定対象DUT端の電圧が所定の電圧になるように出力パルス幅を制御する。この動作は、図2で説明した同期整流コンバータの動作と同様である。
【0024】
次に、負荷19が電池などのエネルギーを放出する場合の動作について説明する。ここでは負荷19は正電圧を発生する電池であり、負荷19から所定の電流を吸引する場合の動作を想定する。この場合の電流の向きは、図中の破線矢印AまたはBに示すようになっているものとする。
【0025】
スイッチ制御回路20は、負荷19からの電流量が一定になるように、第1のスイッチ15と第3のスイッチ17を交互に開閉するスイッチングのパルス幅を制御する。第1のスイッチ15と第2のスイッチ16が開状態で第3のスイッチ17が閉状態のときは、負荷19からの電流は破線矢印Bに示すようにインダクタ18と第3のスイッチ17を経由しグラウンドを通して負荷19に戻る。このとき、負荷19から放出されたエネルギーはインダクタ18に蓄積される。
【0026】
第2のスイッチ16と第3のスイッチ17が開状態で第1のスイッチ15が閉状態のときは、負荷19からの電流はインダクタ18と第1のスイッチ15を経由して正側の一次電源11側に流れる。このとき、負荷19とインダクタ18から放出されたエネルギーは一次電源11側に回生される動作になる。この回生されたエネルギーは負荷21によって消費される。
【0027】
以上説明した正電圧の動作は、負電圧の動作についても同様に説明できる。すなわち、負電圧の場合は、第2のスイッチ16と第3のスイッチ17の交互動作となり、負側の一次電源12側に回生されたエネルギーを消費するのは負荷22となる。
【0028】
さらに、0V近辺の電圧で大電流を流す必要がある場合には、スイッチ制御回路20は、第1のスイッチ15〜第3のスイッチ17よりなる3つのスイッチまたは第1のスイッチ15と第2のスイッチ16の2つのスイッチを交互に閉状態とするスイッチング動作を行うことによりこれを実現する。なお、第1のスイッチ15〜第3のスイッチ17よりなる3つのスイッチの開閉を行う場合には、貫通電流が流れるのを防止するために、2つ以上のスイッチが同時に閉状態とならないように制御する。
【0029】
以上の動作説明から明らかなように、電圧を横軸、電流を縦軸に取った平面における4象限動作が実現できていることが分かる。
【0030】
正負両方の一次電源11、13と第1のスイッチ15〜第3のスイッチ17よりなる3つのスイッチを組み合わせてスイッチング動作を行うことにより、計測用電源として必須となる4象限動作を実現できるとともに、どの象限の動作においても電源回路自体の電力消費の少ない高効率な電源装置を実現できる。
【0031】
また、負荷21、22を単なる負荷ではなく電力回生回路とし、回生された電力をシステム電源またはライン電源に回生するように構成することにより、電源装置全体の低消費電力化が図れる。
【0032】
なお、負荷21、22は、さらに上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路であってもよい。この場合、負荷21、22は統合された回路になっていてもよい。
【0033】
また、正負両方の一次電源11、13自体が、いわゆる二次電池のように回生された電力を吸収する形になっていてもよく、さらに上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路を兼ねるようにしてもよい。
【0034】
また、スイッチ制御回路20は、出力パルス幅を制御するのではなく、パルス波形の発生頻度で電圧または電流を制御する方式の回路であってもよい。
【0035】
さらに、第3のスイッチ17は、MOSFETを使用する場合には、両極性電圧に対応できるように、2つのMOSFETを縦列接続した構成であってもよい。
【0036】
以上説明したように、本発明によれば、4象限動作に対応できる効率の高い電源装置が実現でき、各種の計測用電源装置として好適である。特に、半導体試験装置における電源装置、特にDPS(デバイス電源)またはPMU(パラメトリックメジャメントユニット)を本電源装置で構成することにより、半導体試験装置全体としてかなり大幅な省電力化が期待できる。
【符号の説明】
【0037】
11、13 一次電源
12、14 バイパスコンデンサ
15〜17 スイッチ
18 インダクタ
19、21、22 負荷
20 スイッチ制御回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一次側電源と電圧安定化用バイパスコンデンサがそれぞれ並列に接続され、負極性側が共通電位点に接続された正側の並列回路および正極性側が共通電位点に接続された負側の並列回路と、
一端が前記正側の並列回路の正極性側に接続され他端が前記負側の並列回路の負極性側に接続された第1のスイッチと第2のスイッチの直列回路と、
一端がこの第1のスイッチと第2のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された第3のスイッチと、
一端がインダクタを介してこれら第1のスイッチと第2のスイッチと第3のスイッチの接続点に接続され、他端が共通電位点に接続された負荷と、
これらインダクタと負荷の接続点の信号をセンスして前記各スイッチを選択的に駆動するスイッチ制御回路、
とで構成されたことを特徴とする電源装置。
【請求項2】
前記正負の各並列回路には、それぞれ負荷が並列接続されていることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
【請求項3】
前記正負の各並列回路に並列接続されている負荷は、上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路であることを特徴とする請求項2記載の電源装置。
【請求項4】
前記一次側電源は、回生された電力を吸収する二次電池であることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
【請求項5】
前記一次側電源は、上位側の電源へ電力を回生する電力回生回路を兼ねていることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
【請求項6】
DPS(デバイス電源)またはPMU(パラメトリックメジャメントユニット)の少なくともいずれかに対して請求項1から請求項5のいずれかに記載の電源装置を用いることを特徴とする半導体試験装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2010−268536(P2010−268536A)
【公開日】平成22年11月25日(2010.11.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−115427(P2009−115427)
【出願日】平成21年5月12日(2009.5.12)
【出願人】(000006507)横河電機株式会社 (4,443)
【Fターム(参考)】