CN102456776A - 半导体元件的电子负载 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体元件的电子负载，电子负载包括有至少二个以上的斜率直线产生电路，每一个斜率直线产生电路依据电源供应器所产生的输出电压，产生电子负载对应于电源供应器的输出电压的拉载电流。斜率直线产生电路包括至少一第一段斜率直线产生电路，在电源供应器所产生的输出电压介于0V到半导体元件的转态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第一段斜率直线；第二段斜率直线产生电路，在电源供应器所产生的输出电压高于半导体元件的转态导通电压时，将电源供应器所产生的输出电压扣除半导体元件的顺向偏压点电压之后，以一第二斜率模拟出第二段斜率直线。

Description

半导体元件的电子负载

技术领域

本发明是关于一种电子负载装置，特别是指一种以至少二个以上的斜率直线产生电路来模拟半导体元件电特性的电子负载。

背景技术

电子负载装置是电源装置开发与制造过程中，基本且重要的仪器设备。其可替代实际电阻、电容、电池及各种电路的组合，协助模拟电源装置输出端的负载状态，以提供相关的研发、品管及生产线测试应用。

针对电阻性、电池性、电路性负载的电子负载，业者设计出包括定电流模式、定电压模式、定功率模式及定电阻模式等不同工作模式的已知电子负载。虽然这些技术已为行的有年的电子技术，但由于半导体元件具有转态电压的电特性，故此类已知的电子负载并不适合应用在半导体元件的模拟。

以发光二极管(LED)为例，供给发光二极管的电压在小于预设的转态电压时，发光二极管并不会启始动作，而当供给发光二极管的电压在超过转态电压时，发光二极管才会启始动作发光。图1是已知半导体发光元件的电压与电流的电特性曲线图。目前业界在进行发光二极管的电特性模拟时，一般多以简单的定电阻模式模拟发光二极管。但以传统定电阻模式操作的电子负载并不能对发光二极管的电特性作正确的模拟，且以定电流模式、定电压模式、定功率模式亦无法对此类发光二极管达成正确的电特性模拟。

针对发光二极管的特性，业者意图设计出可适用于发光二极管模拟的电子负载，其设计的重点仍是以定电阻的模式来模拟，但其在进行定电阻工作模式前，会将施加至发光二极管中非线性部份的电压予以直接扣除，此一作法实际上即是故意忽略半导体元件的重要电特性，故存在了不精确的问题。在针对半导体元件必须讲求精确数值的要求下，此类电子负载实际上并不符合业界的需求。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种电子负载装置，用于模拟以半导体材料所制成的半导体元件对电源供应器的电特性。本发明依据不同应用的半导体元件特性曲线，利用多段斜率的直线來描绘出半导体元件的特性曲线。

本发明的又一目的在于提供一种发光二极管(LED)的模拟电子负载装置，特别适用于模拟发光二极管的电特性。本发明由半导体发光元件特性曲线，利用多段斜率的直线來描绘出半导体发光元件的特性曲线。

相较于已知技术，本发明提供了可精确模拟半导体元件电特性的电子负载装置，其完整考虑了半导体元件的全域电特性，故具有高精确模拟的功效。本发明的技术适用于讲求精确数值要求的半导体元件。本发明特别适用于模拟发光二极管的电特性。

本发明所揭示的电子负载装置是在电子负载包括有至少二个以上的斜率直线产生电路，每一个斜率直线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率，并依据该电源供应器所产生的输出电压，产生该电子负载对应于该电源供应器的输出电压的拉载电流。该斜率直线产生电路包括至少一第一段斜率直线产生电路，在该电源供应器所产生的输出电压介于0V到该半导体发光元件的转态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第一段斜率直线；第二段斜率直线产生电路，在该电源供应器所产生的输出电压高于该半导体发光元件的转态导通电压时，将该电源供应器所产生的输出电压扣除该半导体发光元件的顺向偏压点电压之后，以一第二斜率模拟出第二段斜率直线。该半导体元件特别适用于半导体发光元件。

本发明较佳实施例中，第一段斜率直线产生电路包括有一乘法器，其第一输入端连接至该电源供应器，以输入该电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一预设的第一阻抗参数设定值。第二段斜率直线产生电路包括有一减法器，其第一输入端连接至该电源供应器，以输入该电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一对应至该半导体发光元件的转态导通电压，而其输出端输出该电源供应器的输出电压减该半导体发光元件的转态导通电压后的电压差值；一乘法器，其第一输入端连接至该减法器的输出端，以接收该电压差值，第二输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值。

本发明提供了可精确模拟半导体元件电特性的电子负载装置，其完整考虑了半导体元件的全域电特性，故具有高精确模拟的功效。

附图说明

关于本发明所述的电子负载装置，可以通过以下发明详述及所附附图，得到进一步的了解。

图1是已知半导体发光元件的电压与电流的电特性曲线图；

图2显示本发明半导体元件的电子负载的电路方块图；

图3显示本发明第一段斜率直线产生电路控制负载电流控制单元产生第一段拉载电流的电压对电流曲线图；

图4显示本发明第二段斜率直线产生电路控制负载电流控制单元产生第二段拉载电流的电压对电流曲线图；

图5显示组合图3第一段拉载电流与图4第二段拉载电流所构成电压对电流曲线图；

图6显示图2中本发明电子负载的实施例电路图；

图7显示图6中减法器的实施例电路图；

图8显示图6中乘法器的实施例电路图；

图9显示图6中负载电流控制单元的第一实施例电路图；

图10显示图6中负载电流控制单元的第二实施例电路图。

附图标号

100    电子负载

200    电源供应器

1      第一段斜率直线产生电路

2      第二段斜率直线产生电路

3      负载电流控制单元

R1     第一阻抗参数设定值

R2     第二阻抗参数设定值

Vin    输出电压

Vf     转态导通电压

IL1    第一段负载电流

IL2    第二段负载电流

IL     拉载电流

11     第一乘法器

11a    第一输入端

11b    第二输入端

11c    输出端

21     减法器

211    反向电路

212    加法电路

21a    第一输入端

21b    第二输入端

21c    输出端

Vf1    电压差值

22     第二乘法器

221    电阻

222    可调电阻

22a    第一输入端

22b    第二输入端

Vc1    电压输出值

Vc2    电压输出值

Vc     电压输出值

31     开关单元

32     运算放大器

33     运算放大器

具体实施方式

参阅图2所示，其显示本发明半导体元件的电子负载的电路方块图，该电子负载100连接于一可供应直流输出电压Vin的电源供应器200。通过本发明的电子负载100可以模拟半导体元件的电特性曲线。在以下的实施例中，是以半导体发光元件(LED)作一说明，但不以此为限。为了达到模拟半导体发光元件的动作曲线，本发明由半导体发光元件特性曲线，利用多段斜率的直线來描绘出半导体发光元件的特性曲线。

本发明的电子负载100包括有至少二个以上的斜率直线产生电路，每一个斜率直线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率直线，并依据该电源供应器200所产生的输出电压Vin，产生该电子负载对应于该电源供应器200的输出电压Vin的拉载电流。

如图2所示的实施例，电子负载100包括有一第一段斜率直线产生电路1，其输入端连接至电源供应器200，而输出端连接至负载电流控制单元3。第一段斜率直线产生电路1具有一第一阻抗参数设定值R1，可定义出该第一段斜率直线产生电路1的电压对电流的第一段斜率。第一阻抗参数设定值R1是依据半导体发光元件的阻抗值而设定。

第二段斜率直线产生电路2的输入端连接至电源供应器200，而输出端连接至负载电流控制单元3。第二段斜率直线产生电路2具有一第二阻抗参数设定值R2，可定义出该第二段斜率直线产生电路2的电压对电流的第二段斜率。第二段斜率直线产生电路2另具有一半导体发光元件的转态导通电压Vf。第二阻抗参数设定值R2是依据半导体发光元件的阻抗值而设定。

同时参阅图3～图5，当该电源供应器200所产生的输出电压Vin介于0V(伏特)到该半导体发光元件的转态导通电压Vf的区间，第一段斜率直线产生电路1可产生第一段负载电流IL1，以模拟出至少一第一段斜率直线，以控制该负载电流控制单元3产生该电子负载100对应于该电源供应器200的输出电压Vin的拉载电流IL(如图3所示)。

当该电源供应器200所产生的输出电压Vin高于该半导体发光元件的转态导通电压时，第二段斜率直线产生电路2将该电源供应器200所产生的输出电压Vin扣除该半导体发光元件的顺向偏压点电压之后，产生第二段负载电流IL2，以模拟出第二段斜率直线，以控制该负载电流控制单元3产生该电子负载100对应于该电源供应器200的输出电压Vin的拉载电流IL(如图4所示)。

经过前述第一段斜率直线产生电路1以第一斜率控制负载电流控制单元3所产生的第一段拉载电流，配合第二段斜率直线产生电路2以第二斜率控制负载电流控制单元3所产生的第二段拉载电流，即可组合模拟半导体发光元件的电特性曲线(如图5所示)。

参阅图6所示，其显示图2中本发明电子负载100的实施例电路图。如图所示，第一段斜率直线产生电路1包括有一第一乘法器11，其第一输入端11a连接至该电源供应器200，以输入该电源供应器200的输出电压Vin，第二输入端11b连接至第一阻抗参数设定值R1，而其输出端11c输出该电源供应器200的输出电压Vin乘以第一阻抗参数设定值R1后的电压输出值Vc1。

第二段斜率直线产生电路2包括有一减法器21，其第一输入端21a连接至该电源供应器200，以输入该电源供应器200的输出电压Vin，第二输入端21b连接至一对应至该半导体发光元件的转态导通电压Vf，而其输出端21c输出该电源供应器200的输出电压Vin减该半导体发光元件的转态导通电压Vf后的电压差值Vf1。一第二乘法器22，其第一输入端22a连接至该减法器21的输出端21c，以接收该电压差值Vf1，第二输入端22b连接至第二阻抗参数设定值R2，而其输出端21c输出该电压差值Vf1乘以第二阻抗参数设定值R2后的电压输出值Vc2。

图7显示图6中减法器21的实施例电路图。本实施例中，主要包括有一反向电路211、加法电路212。电源供应器200的输出电压Vin输入至反向电路211的输入端后，经由反向器211获得-Vin后，再经由加法电路212与转态导通电压Vf相加，加法电路212输出获得Vin-Vf即为半导体发光元件的转态导通电压，亦为第二段斜率直线的起始点，再经由图6中的第二乘法器22模拟出第二段斜率直线。

图8显示图6中第二乘法器22的实施例电路图。本实施例中，第二乘法器22主要包括有一电阻221及一可调电阻222构成乘法器的功能，此一电路架构亦适用于图6中乘法器21。

图9显示图6中负载电流控制单元3的第一实施例电路图。本实施例中，负载电流控制单元3主要包括有一开关单元31、运算放大器32及相关电阻所构成。拉载电流IL的大小可由电压输出值Vc的大小而决定。

图10显示图6中负载电流控制单元3的第二实施例电路图。本实施例中，负载电流控制单元3主要包括有一开关单元31、运算放大器32、运算放大器33及相关电阻所构成。拉载电流IL的大小可由电压输出值Vc的大小而决定。

由以上的实施例可知，本发明确提供一种新颖实用的半导体元件电子负载。惟以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，本领域的技术人员当可依据本发明的上述实施例说明而作其他种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的创作精神及界定的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件的电子负载连接于一电源供应器，用以模拟一半导体元件的电特性曲线，所述电子负载包括有至少二个以上的斜率直线产生电路，每一个斜率直线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率，并依据所述电源供应器所产生的输出电压，产生所述电子负载对应于所述电源供应器的输出电压的拉载电流。

2.如权利要求1所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述斜率直线产生电路包括：

至少一第一段斜率直线产生电路，在所述电源供应器所产生的输出电压介于0V到所述半导体发光元件的转态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第一段斜率直线；

第二段斜率直线产生电路，在所述电源供应器所产生的输出电压高于所述半导体发光元件的转态导通电压时，将所述电源供应器所产生的输出电压扣除所述半导体发光元件的顺向偏压点电压之后，以一第二斜率模拟出第二段斜率直线。

3.如权利要求2所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述第一段斜率直线产生电路包括有一第一乘法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一预设的第一阻抗参数设定值。

4.如权利要求2所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述第二段斜率直线产生电路包括有：

一减法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一对应至所述半导体元件的转态导通电压，而其输出端输出所述电源供应器的输出电压减所述半导体元件的转态导通电压后的电压差值；

一第二乘法器，其第一输入端连接至所述减法器的输出端，以接收所述电压差值，第二输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值。

5.如权利要求1所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件为半导体发光元件。

6.一种半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件的电子负载连接于一电源供应器，用以模拟一半导体元件的电特性曲线，所述电子负载包括有：

一负载电流控制单元，连接于所述电源供应器；

一第一乘法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一预设的第一阻抗参数设定值；

一减法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一对应至所述半导体发光元件的转态导通电压，而其输出端输出所述电源供应器的输出电压减所述半导体发光元件的转态导通电压后的电压差值；

一第二乘法器，其第一输入端连接至所述减法器的输出端，以接收所述电压差值，第二输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值；

当所述电源供应器所产生的输出电压介于0V到所述半导体元件的转态导通电压的区间，所述第一乘法器产生第一段负载电流，控制所述负载电流控制单元产生所述电子负载对应于所述电源供应器的输出电压的拉载电流；

当所述电源供应器所产生的输出电压高于所述半导体元件的转态导通电压时，所述第二乘法器产生第二段负载电流，以控制所述负载电流控制单元产生所述电子负载对应于所述电源供应器的输出电压的拉载电流。

7.如权利要求6所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件为半导体发光元件。

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