JP5291572B2 - 電源装置、試験装置、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、試験装置、および制御方法に関する。

従来、スイッチング動作を実行するスイッチング素子と、スイッチング素子に電力を供給する電源装置とを備え、スイッチングのタイミングを制御して一定電圧を出力させる電力増幅装置および電源が知られている。

特開２００６−２１７１０９号公報 特開平１１−９７９４０号公報 特開２００２−９４３４０号公報

ところで、スイッチング制御を実行する回路において、出力ノイズはリップル電流に依存する。出力ノイズを抑えることを目的として、リップル電流の変動を抑えることが望まれる。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、指定電圧に応じた出力電圧を出力端子から出力する電源装置であって、ハイ電位およびロー電位のいずれを出力端子に接続するかをそれぞれ切り替える複数のスイッチと、複数のスイッチのそれぞれがハイ電位を出力するパルス幅を制御して、出力電圧を指定電圧に近付ける多相パルス幅変調部と、指定電圧または出力電圧に応じて、ハイ電位およびロー電位の間の電位差を変更する変更部と、を備え、変更部は、出力電圧が指定電圧から基準範囲内でない場合には出力電圧に応じて電位差を変更し、出力電圧が指定電圧から基準範囲内にある場合には指定電圧に応じて電位差を変更する電源装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る試験装置１００の構成を、被試験デバイス１０とともに示す。 本実施形態に係る試験装置１００の、電源供給部１１０内部の各地点における出力電流変化の概略を示す。 本実施形態に係る試験装置１００の動作フローを示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る試験装置１００の構成を、被試験デバイス１０とともに示す。試験装置１００は、アナログ回路、デジタル回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の被試験デバイス１０を試験する。試験装置１００は、被試験デバイス１０を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス１０に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス１０が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス１０の良否を判定する。試験装置１００は、指定電圧または出力電圧に応じてバイアス電圧を調整して、リップル電流の変動を抑える。試験装置１００は、電源供給部１１０と、測定部１２０とを備える。

電源供給部１１０は、指定電圧に応じた出力電圧を出力端子から出力する電源装置であり、被試験デバイス１０に電源を供給する。電源供給部１１０は、ノイズおよびリップル等を除去するローパスフィルタを介して電源を供給してよい。電源供給部１１０は、ハイ電位１３０と、ロー電位１４０と、スイッチ部１５０と、多相パルス幅変調部１６０と、変更部１７０とを有する。

ハイ電位１３０およびロー電位１４０は、出力電圧が可変の定電圧源でよく、外部からの制御信号によって意図した電圧を出力してよい。ハイ電位１３０とロー電位１４０とは、試験装置１００によって、意図した電位差をスイッチ部１５０に供給する。

スイッチ部１５０は、複数のスイッチを含んでよく、そのうちの少なくとも一部は１対のスイッチであってよい。また、スイッチ部１５０は、少なくとも一組の一対のスイッチを含んでもよい。図中の例において、スイッチ部１５０は、第１のスイッチ１５２と、第２のスイッチ１５４を含む。

第１のスイッチ１５２および第２のスイッチ１５４は、ハイ電位１３０およびロー電位１４０のいずれを出力端子に接続するかをそれぞれ切り替える。ここで複数のスイッチのそれぞれは、電気信号を切り換えられるスイッチであってよく、例えば１以上のトランジスタおよび／またはＦＥＴ（Field effect transistor：電界効果トランジスタ）等の半導体デバイスによって構成されてよい。第１のスイッチ１５２および第２のスイッチ１５４は、それぞれ多相パルス幅変調部１６０の制御信号によって切り換えられる。

多相パルス幅変調部１６０は、スイッチ部１５０の複数のスイッチのそれぞれがハイ電位を出力するパルス幅を制御して、出力電圧を指定電圧に近付ける。多相パルス幅変調部１６０は、可変のパルス幅および可変のパルス位相により、複数のパルス波形を生成する。多相パルス幅変調部１６０は、デジタル制御回路により、意図したパルス幅、パルス位相、振幅、および周期の波形が柔軟に生成できてよい。

多相パルス幅変調部１６０は、スイッチ部１５０の複数のスイッチに含まれる少なくとも１組の１対のスイッチについて、ハイ電位１３０を出力する位相を反転させてよい。図中の例において多相パルス幅変調部１６０は、第１のスイッチ１５２にハイ電位１３０を出力させるパルス波形を供給すると同時に、第２のスイッチ１５４にロー電位１４０を出力させるパルス波形を供給してよい。また、多相パルス幅変調部１６０は、第１のスイッチ１５２にロー電位１４０を出力させるパルス波形を供給すると同時に、第２のスイッチ１５４にハイ電位１３０を出力させるパルス波形を供給してよい。

変更部１７０は、指定電圧または出力電圧に応じて、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位差を変更する。変更部１７０は、スイッチ部１５０の複数のスイッチの出力が１つに接続されて生成される信号を出力電圧として、指定電圧または出力電圧が、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の中間電位に近づくように、ハイ電位１３０とロー電位１４０との間の電位差を変更してよい。また変更部１７０は、ハイ電位１３０とロー電位１４０間の電位差を変更して、多相パルス幅変調部１６０が出力するパルス幅のデューティーを予め指定した値に近付けてよい。

測定部１２０は、被試験デバイス１０を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス１０に送信して、試験信号に応じて被試験デバイス１０が出力する出力信号を受信する。測定部１２０は、受信した信号と期待値とを比較して被試験デバイス１０の良否を判断してよい。測定部１２０は、複数の被試験デバイス１０に接続されて、複数の被試験デバイス１０を試験してもよい。

図２は、本実施形態に係る試験装置１００の、電源供給部１１０内部の各地点における出力電流変化の概略を示す。Ａ点は、第１のスイッチ１５２の出力であり、多相パルス幅変調部１６０の出力パルスによってハイ電位１３０とロー電位１４０が切り替わった結果の一例として、図のような電流変化を示す。ここで電源供給部１１０は、正電圧を出力する例を示している。図の電流変化は、三角波のように表現しているが、第１のスイッチ１５２の切り換えるタイミングおよび周期、並びにハイ電位１３０とロー電位１４０の電位差等によって波形は異なる。

多相パルス幅変調部１６０は、第１のスイッチ１５２と第２のスイッチ１５４との出力する位相を反転させるので、第２のスイッチ１５４の出力であるＢ点の電流の変化も、Ａ点の電流変化の位相が反転したものとなる。Ｃ点の電流の変化は、Ａ点およびＢ点の電流変化の合算にほぼ等しく、リップル等のノイズを除けばほぼ一定電流となる。

電源供給部１１０の出力電圧が負電圧であっても、各地点の電流変化は単に電流軸方向に平行移動するだけで、Ｃ点の電流変化はほぼ一定であることに変わりないことは容易に理解できる。またスイッチ部１５０のスイッチの数が２よりも多い場合でも、出力位相が反転した対のスイッチの組として増えるならば、Ｃ点の電流変化はほぼ一定であることに変わりはない。

電源供給部１１０は、それぞれのスイッチの出力を合算したときに相殺しきれなかったリップル成分およびノイズ等をフィルタで除去してもよい。電源供給部１１０は、除去しきれなかった成分等をノイズとして定電圧出力に重畳して出力することになる。電源供給部１１０は、ノイズ成分を低減させることを目的として、多相パルス幅変調部１６０の出力パルスをリップル電流の発生を抑えられるデューティーになるように、ハイ電位１３０を調整する。例えば、複数のスイッチがすくなくとも１組の１対のスイッチからなる場合、出力波形がデューティー５０％の波形であればリップル電流を低減させることができ、電源供給部１１０は、デューティーが５０％になるようにハイ電位１３０を調整してもよい。

図３は、本実施形態に係る試験装置１００の動作フローを示す。試験装置１００は、ユーザーの指定により試験の初期設定を実行する（Ｓ３００）。試験装置１００は、設定項目として試験に用いるパラメータ等の他に、電源供給部１１０の指定電圧を設定してよい。ここで試験装置１００は、指定電圧と出力電圧との誤差について、許容できる範囲を設定してもよい。

また、試験装置１００は、設定項目として多相パルス幅変調部１６０が出力するパルスの各パラメータの初期値と、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の初期値をそれぞれ設定してもよい。また試験装置１００は、多相パルス幅変調部１６０が出力するパルスのデューティーについて、指定値を設定してもよく、さらに指定値と出力値との誤差の許容範囲を設定してもよい。例えば試験装置１００は、パルスのデューティーを５０％と指定してよい。

ハイ電位１３０およびロー電位１４０は、所定の電圧を出力して、多相パルス幅変調部１６０はスイッチ部スイッチ部１５０の複数のスイッチに所定のパルスを供給する（Ｓ３１０）。ここでハイ電位１３０およびロー電位１４０、ならびに多相パルス幅変調部１６０は、試験装置１００に初期値が設定されてある場合は初期値にしたがってよい。

変更部１７０は、指定電圧と出力電圧とを比較して、両者が一致しない場合、または両者の誤差が許容範囲を超えている場合は、ハイ電位１３０を変更する（Ｓ３２０）。変更部１７０は、指定電圧よりも出力電圧が高い場合、ハイ電位１３０を下げてよい。一方、変更部１７０は、指定電圧よりも出力電圧が低い場合、ハイ電位１３０を上げてよい。

電源供給部１１０は、出力電圧と多相パルス幅変調部１６０が出力するパルスのデューティーが指定と一致しない、またはそれぞれの誤差が許容範囲を超えている場合、ステップＳ３１０に戻ってパルスのデューティーを調整する（Ｓ３３０）。ここで電源供給部１１０は、多相パルス幅変調部１６０が出力しているパルスのデューティーが指定どおり、または指定の範囲内であれば、デューティーを調整せずにステップＳ３２０に進めてよい。

電源供給部１１０は、出力電圧と多相パルス幅変調部１６０が出力するパルスのデューティーが指定と一致するまで、またはそれぞれの誤差が許容範囲になるまで、ステップＳ３１０およびＳ３２０を繰り返す。試験装置１００は、出力電圧と多相パルス幅変調部１６０が出力するパルスのデューティーが指定と一致した場合、またはそれぞれの誤差が許容範囲内になった場合、電圧の制御を終了して被試験デバイス１０の試験を開始する。

本実施形態に係る試験装置１００によれば、電源供給部１１０は、多相パルス幅変調部１６０が出力するパルス幅のデューティーを予め設定した指定値に近づけられ、かつ、指定電圧どおりの電圧を出力させることができる。即ち、試験装置１００は、被試験デバイス１０に低ノイズの指定電圧を供給することができる。

以上において、電源供給部１１０は、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の初期値をそれぞれ設定して、出力電圧に応じてハイ電位１３０を変更する例を説明した。これに代えて、電源供給部１１０は、ロー電位１４０をグランドに固定してもよい。これによって電源供給部１１０は、可変の安定化電源を１台にすることができる。また、電源供給部１１０は、出力電圧に応じてロー電位１４０を変更してもよい。そしてこの場合、電源供給部１１０は、ロー電位１４０をグランドに固定してもよい。

以上において、変更部１７０は、出力電圧に応じてハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位を変更する例を説明した。これに代えて変更部１７０は、指定電圧に応じてハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位を変更してもよい。例えば変更部１７０は、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位差を指定電圧の２倍に設定してもよい。

パルス幅のデューティーを５０％に近づけられ、かつ、指定電圧どおりの電圧を出力させるには、電源供給部１１０は、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位差を指定電圧の２倍程度にすることが予想される。そこで変更部１７０は、ハイ電位１３０およびロー電位１４０の間の電位差を指定電圧の２倍に変更することで、指定電圧へ収束する時間を短縮することができ、試験装置１００は試験の開始を速やかに実行することができる。

また、試験装置１００は、初期値としてハイ電位１３０とロー電位１４０の電位差を指定電圧の２倍に設定して、変更部１７０の変更を実行せずに多相パルス幅変調部１６０の制御を実行してもよい。ハイ電位１３０とロー電位１４０の電位差を指定電圧の２倍にすると、理想的には多相パルス幅変調部１６０は、出力するパルスのデューティーを５０％にするので、電源供給部１１０の出力電圧と指定電圧は一致する。

しかしながら、電源供給部１１０内の回路およびデバイスによる損失および回路パラメータからのずれ等によって、電源供給部１１０は、指定電圧と一致しない電圧を出力する場合もある。この誤差の分、多相パルス幅変調部１６０がパルスのデューティーを５０％からずらすことにより、電源供給部１１０は指定電圧に一致した電圧を出力することができる。また、変更部１７０の変更を実行しないので、電源供給部１１０は、指定電圧へ収束する時間を短縮することができる。

以上において、電源供給部１１０は、パルスのデューティーの初期値を予め設定できる例を説明したが、そこで電源供給部１１０は、パルスのデューティーの初期値を指定値に設定してもよい。電源供給部１１０は、パルスのデューティーを指定値に近づけることが目的なので、予め指定値に設定しておくことで、出力電圧が収束する時間を短縮することができる。

またこの場合、多相パルス幅変調部１６０のパルスのデューティーを変更する制御は実行せず、変更部１７０の変更を実行するだけで、電源供給部１１０は指定電圧へ収束させてもよい。これによって、電源供給部１１０は、指定電圧へ収束する時間を短縮することができる。

以上の実施例において、変更部１７０は、指定電圧と出力電圧とを比較して、両者が一致しない場合、または両者の誤差が許容範囲を超えている場合は、ハイ電位１３０を変更する例を説明した。これに代えて変更部１７０がハイ電位１３０を変更する場合において、変更部１７０は、出力電圧の変化に対する多相パルス幅変調部１６０の応答速度と比較してより遅い速度で、出力電圧の変化に対してハイ電位１３０を変更してもよい。

例えば電源供給部１１０は、パルスのデューティーを５０％に近づけつつ、ハイ電位１３０を調節することで、出力電圧を指定電圧に近づける。したがって、パルスのデューティーおよびハイ電位１３０の変化に対する出力電圧の変化のそれぞれの応答速度が同程度の場合、電源供給部１１０は、出力電圧を指定電圧へ収束できない可能性もある。

そこで変更部１７０は、出力電圧の変化に対する多相パルス幅変調部１６０の応答速度と比較して、出力電圧の変化に対するハイ電位１３０の応答速度を遅くする。これによって、電源供給部１１０は、出力電圧を発散および振動させずに、指定電圧へ収束させることができる。

以上の実施例において、変更部１７０は、出力電圧に応じてパルスのデューティーおよびハイ電位１３０を変更する例、および指定電圧に応じてハイ電位１３０を変更する例を説明した。これに代えて変更部１７０は、出力電圧に応じた動作と、指定電圧に応じた動作とを切り替えても良い。例えば、変更部１７０は、出力電圧が指定電圧から基準範囲内に達するまでは、出力電圧に応じてハイ電位１３０を変更し、出力電圧が指定電圧から基準範囲内に達すると指定電圧に応じてハイ電位１３０を変更しても良い。

更に、変更部１７０は、例えば電源投入時等のように、出力電圧が指定電圧から大幅に離れている場合には、指定電圧に応じた動作としても良い。以上のように、変更部１７０は、出力電圧と指定電圧との差に応じて、適切なハイ電位１３０の変更方法を選択することによって、指定電圧へ収束する時間を短縮することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 被試験デバイス、１００ 試験装置、１１０ 電源供給部、１２０ 測定部、１３０ ハイ電位、１４０ ロー電位、１５０ スイッチ部、１５２ 第１のスイッチ、１５４ 第２のスイッチ、１６０ 多相パルス幅変調部、１７０ 変更部

Claims (12)

1. 指定電圧に応じた出力電圧を出力端子から出力する電源装置であって、
   ハイ電位およびロー電位のいずれを出力端子に接続するかをそれぞれ切り替える複数のスイッチと、
   前記複数のスイッチのそれぞれが前記ハイ電位を出力するパルス幅を制御して、前記出力電圧を前記指定電圧に近付ける多相パルス幅変調部と、
   前記指定電圧または前記出力電圧に応じて、前記ハイ電位および前記ロー電位の間の電位差を変更する変更部と、
   を備え、
   前記変更部は、前記出力電圧が前記指定電圧から基準範囲内でない場合には前記出力電圧に応じて前記電位差を変更し、前記出力電圧が前記指定電圧から前記基準範囲内にある場合には前記指定電圧に応じて前記電位差を変更する
   電源装置。
2. 前記多相パルス幅変調部は、前記複数のスイッチに含まれる少なくとも１組の１対のスイッチについて、前記ハイ電位を出力する位相を反転させ、
   前記変更部は、前記指定電圧または前記出力電圧が、前記ハイ電位および前記ロー電位の中間電位に近づくように前記電位差を変更する
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記複数のスイッチは、少なくとも１組の前記１対のスイッチからなる請求項２に記載の電源装置。
4. 前記変更部は、前記電位差を変更して前記パルス幅のデューティーを５０％に近付ける請求項２または３に記載の電源装置。
5. 前記変更部は、前記ロー電位をグランドに固定して、前記ハイ電位を前記指定電圧または前記出力電圧に応じて変更する請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
6. 前記変更部は、前記指定電圧に応じて前記ハイ電位を変更する請求項５に記載の電源装置。
7. 前記変更部は、前記ハイ電位が前記指定電圧の２倍となるように前記ハイ電位を変更する請求項６に記載の電源装置。
8. 前記変更部は、前記出力電圧に応じて前記ハイ電位を変更する請求項５に記載の電源装置。
9. 前記変更部は、前記ハイ電位が前記出力電圧の２倍となるように前記ハイ電位を変更する請求項８に記載の電源装置。
10. 前記変更部は、前記出力電圧の変化に対する前記多相パルス幅変調部の応答速度と比較してより遅い速度で、前記出力電圧の変化に対して前記ハイ電位を変更する請求項８または９に記載の電源装置。
11. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載した電源装置により前記被試験デバイスに電源を供給する電源供給部と、
    前記被試験デバイスを試験する試験部と、
    を備える試験装置。
12. ハイ電位およびロー電位のいずれを出力端子に接続するかをそれぞれ切り替える複数のスイッチを備え、指定電圧に応じた出力電圧を出力端子から出力する電源装置を制御する制御方法であって、
    前記複数のスイッチのそれぞれが前記ハイ電位を出力するパルス幅を制御して、前記出力電圧を前記指定電圧に近付ける多相パルス幅変調段階と、
    前記指定電圧または前記出力電圧に応じて、前記ハイ電位および前記ロー電位の間の電位差を変更する変更段階と、
    を備え、
    前記変更段階は、前記出力電圧が前記指定電圧から基準範囲内でない場合には前記出力電圧に応じて前記電位差を変更し、前記出力電圧が前記指定電圧から前記基準範囲内にある場合には前記指定電圧に応じて前記電位差を変更する
    制御方法。

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